EP2726204A2 - Herstellung eines katalytisch wirksamen, metallisierten reaktiven schaumwerkstoffes und anwendung für diesen - Google Patents

Herstellung eines katalytisch wirksamen, metallisierten reaktiven schaumwerkstoffes und anwendung für diesen

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EP2726204A2
EP2726204A2 EP12729903.0A EP12729903A EP2726204A2 EP 2726204 A2 EP2726204 A2 EP 2726204A2 EP 12729903 A EP12729903 A EP 12729903A EP 2726204 A2 EP2726204 A2 EP 2726204A2
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EP
European Patent Office
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metal
layer
ventilation device
foam
optofluidic
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Withdrawn
Application number
EP12729903.0A
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Inventor
Wolfgang Kollmann
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Individual
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Publication date
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    • C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/125—Process of deposition of the inorganic material
    • C23C18/1254—Sol or sol-gel processing
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    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
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    • C25D5/10—Electroplating with more than one layer of the same or of different metals
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    • C25D5/10—Electroplating with more than one layer of the same or of different metals
    • C25D5/12—Electroplating with more than one layer of the same or of different metals at least one layer being of nickel or chromium
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    • E04C2/26—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials composed of materials covered by two or more of groups E04C2/04, E04C2/08, E04C2/10 or of materials covered by one of these groups with a material not specified in one of the groups
    • E04C2/284—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials composed of materials covered by two or more of groups E04C2/04, E04C2/08, E04C2/10 or of materials covered by one of these groups with a material not specified in one of the groups at least one of the materials being insulating
    • E04C2/292—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials composed of materials covered by two or more of groups E04C2/04, E04C2/08, E04C2/10 or of materials covered by one of these groups with a material not specified in one of the groups at least one of the materials being insulating composed of insulating material and sheet metal
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
    • C02F2305/10—Photocatalysts

Definitions

  • the invention relates to an optofluidic reactor and thus a catalytic material for the elimination of bacteria, viruses or particulate matter and fungal spores and other pollutants.
  • photocatalytic substrates as opto-fluidic reactors.
  • a substrate is, for example, titanium dioxide (TiO 2 ) - preferably in the tetragonal, crystalline form of anatase.
  • TiO 2 titanium dioxide
  • the latter releases electrons when exposed to sunlight, breaking up contaminants or other pollutants into harmless substances.
  • the release of electrons from the oxide and the associated photocatalytic reaction is composed of a series of physical and chemical processes.
  • oxygen radicals are formed on the surface of the oxide by the free electrons, which are also referred to as active oxygen.
  • oxygen radicals include free radicals, such as the hyperoxide anion, the hydroxyl radical, the peroxyl radical or alkoxyl radical, and also stable molecular radicals, such as the known oxygen peroxide, hydroperoxide, ozone, or the hypochlorite anion.
  • These oxygen radicals decompose molecules and organic contaminants when they come in contact with the surface of the oxide.
  • the activated oxygen also builds odors and air pollutants, such. As nitrogen oxides, and organic particulate matter effectively. Furthermore, this oxygen kills bacteria and viruses - even aggressive pathogens such as SARS and H5N1 are effectively combated on contact with the oxide surface.
  • the object of the present invention is in particular to provide an Optofluidrik reactor, which shows a high efficiency.
  • this object is achieved by the provision of a coating in which a metal matrix with a catalytically active metal or metal oxide is formed on a surface.
  • a reticulated plastic foam of, for example, polyethersulfone (PES) or polypropylene (PP) or polyethylene (PE) or polyurethane (PU) or polyester or polyether is provided, which is reticulated as a base foam.
  • PES polyethersulfone
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • PU polyurethane
  • the thin intermediate walls between the individual foam cells are partially broken in such a way that the foam becomes fluid-permeable.
  • foam has an enormously large surface, which is contacted by the latter as it flows through a fluid.
  • the fluid may be air to be purified or water to be purified.
  • the optofluidic reactor is preferably used for room air or water treatment.
  • the optofluidic reactor can be embedded for its protection between UV-transparent layers, such as glass. This is then used in the flow gradient of a watercourse to be cleaned.
  • a prefilter for filtering coarse suspended matter may be upstream.
  • Such a reticulated foam suitable for the fluid flow advantageously has a pore number of up to 34 ppi (pores per inch).
  • the average number of pores is 9 ppi (fluctuation range of 8 to 10 ppi) or 10.5 ppi on average (fluctuation range of 8 to 13 ppi) or 14.5 ppi on average (fluctuation range of 12 to 17 ppi). or on average 19.5 ppi (range of variation from 16 to 23 ppi) or on average 25.5 (range of variation from 12 to 29 ppi) or on average 30.5 (range of variation from 27 to 34 ppi).
  • the reticulated base foam is then coated in a further process step with at least one first metal or metal alloy layer.
  • the foam undergoes solidification, so that the resulting solid composite z. B. in sheet form as a ceiling element in rooms or as partitions can be used herein.
  • This metal coating also embrittlement of the base material, ie the foam is prevented by light.
  • a coated foam by the appropriate choice of a metal or a metal alloy fulfills decorative claims.
  • the layer thickness of the metal is chosen so that the coated foam material acquires an Eigentragschreib. Also, this can cause sagging or sagging of the Composite material in that it is designed as a plate can be prevented. By choosing the layer thickness of the metal, the material is well controllable in terms of its strength.
  • a suitable layer thickness has at least one (number word) micrometer. While metal foaming by thin foaming ensures good results for thin foam boards, wet-chemical coating processes are advantageous for thicker foam boards because they allow the thicker foam to be well coated down to its center.
  • coating metals all physically, thermally or wet-chemically depositable metals or metal alloys are suitable.
  • the metallically coated foam composite material is now an ideal support for the catalytically active layer to be subsequently applied, ie the photocatalytic substrate.
  • a noble metal layer of silver, palladium or platinum or of alloys and compositions thereof is also suitable as the photocatalytic substrate.
  • an optofluidic reactor which, thanks to its strength, can be easily cleaned with water or the like by the at least one first metal layer without losing its effect.
  • the above combination according to the invention of photocatalysis and fluid flow show a tremendous improvement in the efficiency of the photocatalyst.
  • the channels produced in the foam, which branch out like branches in the foam, provide a high surface area to fluid volume ratio, thus achieving better purification of the optofluidic reactor of the present invention.
  • a preferred exemplary embodiment is described below:
  • a reticulated plastic foam having a preferred pore number of 12-17 ppi and a thickness of 10 mm is coated in a first coating step with a copper layer which is a few nanometers to one (1 ⁇ m) or several micrometers thick. which is applied by vapor deposition, sputtering or by electroplating on the foam.
  • This first metal layer is then reinforced by a further layer by means of metallization by galvanic means with copper, iron or aluminum with a layer thickness of more than 20 ⁇ .
  • a nickel, white bronze or cobalt-tin layer which can be combined with an anti-allergenic cobalt-tin metal layer is applied galvanically to this copper layer.
  • this layer or layer combination can also be a noble metal layer of z.
  • palladium platinum or silver or alloys thereof - including as an alloy with one of the above metals nickel, zinc, white bronze, cobalt or tin.
  • Layer thicknesses of at least 5 ⁇ m were found to be advantageous.
  • the metallized material obtained by the coating is subsequently coated with a titanium dioxide layer as a photocatalytic substrate by dipping or flooding the foam or spraying it on.
  • the coating is a sol or gel-based water or solvent based titanium dioxide solution. In addition to its photocatalytic action, this coating is also superhydrophilic, self-cleaning and highly antimicrobial.
  • interior ceiling panels or room divider can be made, which clean the room air.
  • design elements are advantageous, which can be set up indoors to clean the room air. In this case, the most varied forms of the material can be formed. In such embodiments, in addition to the air cleaning effect and the sound attenuation is remarkable.
  • the interior elements can be useful also used in open-plan offices for noise reduction.
  • the individual opto-fluidics elements for example plates
  • the individual opto-fluidics elements can be connected to one another, for example adhesively bonded. It should be ensured that sufficient UV light can penetrate into the center of the elements connected in this way and a flow is ensured.
  • a reactor made of elements between which a UV lamp is embedded proves to be advantageous. This radiates from the center of the reactor UV light to the outside. In addition to the emitted UV light, the integrated lamp can also emit light in the visible range, so that such a reactor then also serves as a luminaire. Such a connected lamp also leads by the resulting convection of the lamp by the resulting heat for forced flow through the Optofluidik reactor.
  • Also according to the invention comprises a ventilation device that has as an essential functional element an opto-fluidic reactor, as described above.
  • a ventilation device has a fan or the like to forcibly flow through the optofluidic reactor with air. This forced flow of the photocatalytic reactor increases the cleaning effect of the air many times.
  • the foam material according to the invention can be easily replaced as optofluidic reactor in such a ventilation device, d. H. dismantle, and also clean.
  • the optofluidic reactor according to the invention can also be used as a filter body for air suction hoods. These are in the art for kitchens, or for sucking vapors z. As solvents, welding fumes, or flue gases used.
  • the photocatalytic effect of the optofluidic reactor can be advantageously increased as already shown above, when it is irradiated with a UV-A lamp.
  • the attached Figures 1 and 2 are photographs of a reticulated base foam, as it can be used as starting material for the Optofluidik reactor.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the foam of FIG. 1.
  • a new coating for the purpose of decontamination of bacteria, viruses and other general impurities is shown below.
  • additional coating applications without fluid flooding such as for door handles, sanitary fittings, or for all surfaces that touch experienced and thus exposed to contamination with bacteria and viruses. This concerns applications in the home, hospitals or public institutions.
  • the preferred particle size of the Ti0 2 is 0-3 ⁇ ; eg KRONOClean 7000 and KRONOClean 7050 It is also possible to use nanoscale TiO 2 particles with a size of about 20 nm, whereby the preparation of the suspension may be complicated due to conglomeration problems, but is feasible. For nanoscale particles, it helps to use dispersant chemicals.
  • the reticulated foam is coated in a first coating step with preferably a copper layer> 1 ⁇ by vapor deposition or by electroless process (chemical copper). 2.
  • This first metal layer is galvanically coated with copper, iron, or aluminum (preferably Cu) with a layer thickness of more than 10 ⁇ until the foam acquires its own rigidity.
  • NiP-Ti0 2 layer with a layer thickness> 1 ⁇ m is applied to this layer
  • a layer to the photocatalytic layer 4 e.g. Bright chrome, or a noble metal e.g. Au, Pd, Rt or Pt.
  • step 1 is omitted
  • Cationic Fluorosurfactant 0.2 g / 1 FT 248 (BASF)
  • BASF a rate of incorporation of up to 50% by weight is possible.
  • a wetting agent such as sodium dodecyl sulfate or standard wetting agents from galvanic chemicals supply companies to prevent pore formation.
  • the Ti0 2 particles are held in suspension by an electrolyte movement by means of mechanical stirring. A gentle air injection is advantageous.
  • Ti0 2 concentration depends on the desired incorporation rate of the oxide and the component geometry, as well as in general of the component (surface roughness, microgeometry, etc.).
  • the TiO 2 - metal matrix deposition is possible with a wide variety of electrolytes as matrix metal.
  • the matrix metals used as electroplated (by current) which are used are NiP, Ni, Co, Cu, W, Mn, Mo, Cr, Sn, Zn, (hard chromium), noble metals such as Pd, Pt, ruthenium, rhodium, and the like Alloys suitable.
  • sulfamate electrolytes or ionic liquids can be used.
  • the matrix metal is used with electroless processes such as chemical nickel-phosphorus and a variety of alloys, e.g. Ni-Co-P (hydrazine reducing agent), Co-P, Ni-Cu-P, Ni-W-P, Ni-Mo-P, and chemically copper.
  • Ni-Co-P hydrogen reducing agent
  • Co-P nickel-Cu-P
  • Ni-W-P nickel-W-P
  • Ni-Mo-P nickel-phosphorus
  • chemically copper such as chemical nickel-phosphorus and a variety of alloys, e.g. Ni-Co-P (hydrazine reducing agent), Co-P, Ni-Cu-P, Ni-W-P, Ni-Mo-P, and chemically copper.
  • Ti0 2 - intercalation layers The big advantage of these Ti0 2 - intercalation layers is that the catalytically active particles are fixed firmly in a very abrasion-resistant metal matrix and consequently a very long duration of action is to be expected.
  • TiO 2 particles are always exposed on the surface at any time, even with incoming wear of the coating, and thus continue to work until complete wear of the coating occurs.
  • these coatings of a metal matrix last incomparably longer and thus make them predestined for abrasion-stressed components and surfaces which are often damaged by, for example, , B. be claimed and contaminated, for example, especially in hospitals with different bacteria and viruses.
  • Ti0 2 metal matrix layers produced in this way have the great advantage that in combination with light, they continuously reduce viruses and bacteria in door clinics, gripping surfaces, etc., and thus ensure maximum safety against contagion and transmission of diseases through contact contamination outside of cleaning cycles ,

Abstract

Die Erfindung betrifft einen katalytischen Werkstoff, der als Optofluidik-Reaktor Einsatz findet sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Hierbei kann zunächst ein retikulierter Kunststoff-Schaum gefertigt werden, der sodann mit mindestens einer ersten Metall- oder Metalllegierungs-Schicht beschichtet wird. Nachfolgend wird dann ein photokatalytisches Substrates auf die Metall- oder Metalllegierungs-Schicht aufgetragen. Das photokatalytische Substrat eliminiert bei Verwendung des Optofluidik-Reaktors Bakterien, Viren und andere Schadstoffe, wie auch Feinstaub oder Pilzsporen.

Description

OPTOFLUIDIK-RE AKTOR
Die Erfindung betrifft einen Optofluidik-Reaktor und damit einen kataly- tischen Werkstoff zur Eliminierung von Bakterien, Viren oder Feinstaub und Pilzsporen und anderen Schadstoffen.
Im Stand der Technik ist es bekannt, fotokatalytische Substrate als opto- fluidische Reaktoren einzusetzen. Ein solches Substrat ist beispielsweise Titandioxid (TiO2) - bevorzugt in der tetragonalen, kristallinen Form von Anatas. Letzteres setzt bei Sonnenlichtbestrahlung Elektronen frei, die Verschmutzungen oder andere Schadstoffe in harmlose Substanzen aufbrechen. Die Freisetzung an Elektronen des Oxids und die damit einhergehende fotokatalytische Reaktion setzt sich aus einer Reihe von physikalischen und chemischen Prozessen zusammen. Im Wesentlichen werden an der Oberfläche des Oxids durch die freien Elektronen Sauerstoffradikale gebildet, die auch als Aktivsauerstoff bezeichnet werden. Zu diesen Sauerstoffradikalen gehören freie Radikale, wie beispielsweise das Hyperoxid- Anion, das Hydroxyl-Radikal, das Peroxyl-Radikal oder Alkoxyl-Radikal und auch stabile molekulare Radikale, wie das bekannte Sauerstoffperoxid, dass Hydroperoxid, Ozon, oder das Hypochlorid-Anion. Diese Sauerstoffradikale zersetzen Moleküle und organische Schmutzpartikel, wenn sie mit der Oberfläche des Oxids in Berührung kommen. Der aktivierte Sauerstoff baut auch Geruchsstoffe und Luftschadstoffe, wie z. B. Stickoxide, und organischen Feinstaub wirksam ab. Ferner tötet dieser Sauerstoff Bakterien und Viren - sogar aggressive Erreger wie SARS und H5N1 werden bei Kontakt mit der Oxidoberfläche wirkungsvoll bekämpft.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere darin, einen Optofluidrik-Reaktor bereitzustellen, der einen hohen Wirkungsgrad aufzeigt.
Diese Aufgabe wird
a) zum Einen gelöst durch die Herstellung eines katalytischen Werkstoffs, in dem die Fotokatalyse und eine Fluid-Durchströmung kombi- niert sind.
b) Zum Anderen wird diese Aufgabe gelöst durch das Vorsehen einer Beschichtung, bei der eine Metallmatrix mit einem katalytisch wirkenden Metall oder Metalloxid auf einer Oberfläche ausgebildet wird. Diese beiden Aspekte können dabei vorteilhaft miteinander kombiniert sein.
Zu a) Zum Zwecke einer Fluiddurchströmung wird ein retikulierter Kunststoff-Schaum aus beispielsweise Polyethersulfon (PES) oder Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE) oder Polyurethan (PU) oder Polyester oder Polyether geschaffen, der als Basisschaum retikuliert wird.
Beim Retikulieren werden die dünnen Zwischenwände zwischen den einzelnen Schaum-Zellen derart teilweise aufgebrochen, dass der Schaum fluiddurchlässig wird. Ein solcher Schaum weist eine enorm große Oberfläche auf, die beim Durchströmen eines Fluids von letzterem kontaktiert wird. Das Fluid kann zu reinigende Luft sein oder auch zu reinigendes Wasser. Insofern findet der Optofluidik-Reaktor bevorzugt einen Einsatz zur Raumluft- oder Wasseraufbereitung. Zur Wasseraufbereitung kann der Optofluidik-Reaktor zu seinem Schutz zwischen UV-Lichtdurchlässigen Schichten, wie beispielsweise Glas eingebettet sein. Dieser wird dann im Strömungsgefälle eines zu reinigenden Wasserlaufes eingesetzt. Ein Vorfilter zum Filtern von groben Schwebstoffen kann vorgeschaltet sein.
Vorteilhaft weist ein solcher für die Fluid-Durchströmung geeigneter retikulierter Schaum eine Porenanzahl von bis zu 34 ppi (pores per inch) auf. Als Beispiel beträgt die Porenanzahl im Mittel 9 ppi auf (Schwankungsbreite von 8 bis 10 ppi) oder von im Mittel 10,5 ppi (Schwankungsbreite von 8 bis 13 ppi) oder von im Mittel 14,5 ppi (Schwankungsbreite von 12 bis 17 ppi) oder von im Mittel 19,5 ppi (Schwankungsbreite von 16 bis 23 ppi) oder von im Mittel 25,5 (Schwankungsbreite von 12 bis 29 ppi) oder von im Mittel 30,5 (Schwankungsbreite von 27 bis 34 ppi).
Der retikulierte Basisschaum wird sodann in einem weiteren Verfahrensschritt mit mindestens einer ersten Metall- oder Metalllegierungsschicht beschichtet. Hierdurch erfährt der Schaum eine Verfestigung, so dass der daraus resultierende feste Verbundwerkstoff z. B. in Plattenform als Deckenelement in Räumen oder als Trennwände hierin eingesetzt werden kann. Durch diese Metallbeschichtung wird auch eine Versprödung des Basiswerkstoffes, d.h. des Schaums durch Licht verhindert. Ferner erfüllt ein derart beschichteter Schaum durch die geeignete Wahl eines Metalls oder einer Metalllegierung dekorative Ansprüche. Die Schichtdicke des Metalls ist dabei so gewählt, dass der beschichtete Schaumwerkstoff eine Eigentragfähigkeit erlangt. Auch kann dadurch ein Durchhängen oder Durchbiegen des Verbundwerkstoffes insofern er als Platte ausgebildet ist, verhindert werden. Durch die Wahl der Schichtdicke des Metalls ist der Werkstoff hinsichtlich seiner Festigkeit gut steuerbar. Auch können mehrere Metall-Schichten nacheinander aufgetragen werden. Eine geeignete Schichtdicke hat mindes- tens einen (Zahlwort) Mikrometer. Während bei dünnen Schaumplatten eine Metallbeschichtung mittels Bedampfens gute Ergebnisse gewährleistet, sind nasschemische Beschichtungsverfahren bei dickeren Schaumplatten von Vorteil, weil damit der dickere Schaum bis in sein Zentrum hinein gut beschichtet werden kann.
Als Beschichtungsmetalle sind alle physikalisch, thermisch oder nasschemisch abscheidbaren Metalle oder Metalllegierungen geeignet.
Der metallisch beschichtete Schaum- Verbundwerkstoff ist nun ein idealer Träger der nachfolgend zu applizierenden kataly tisch wirksamen Schicht, d.h. des fotokatalytischen Substrats. Als geeignetes fotokatalytisches Substrat wird Titandioxid (Ti02) - bevorzugt in der tetragonalen, kristallinen Form von Anatas - herangezogen oder eine Metallschicht aus Kupfer, Nickel, Zink, Zinn, Kobalt oder Mangan, bzw. Legierungen oder Oxide, auch in Gemischen der einzelnen Oxide, hieraus. Als fotokatalytisches Substrat eignet sich auch eine Edelmetallschicht aus Silber, Palladium oder Platin oder aus Legierungen und Zusammensetzungen hieraus.
Sodann ist ein Optofluidik-Reaktor geschaffen, der Dank seiner Festigkeit durch die mindestens eine erste Metallschicht leicht mit Wasser oder ähnlichem gereinigt werden kann, ohne seine Wirkung zu verlieren. Obige erfindungsgemäße Kombination aus Fotokatalyse und Fluid-Durch- strömung zeigen eine enorme Verbesserung der Effizienz des Fotokatalysators. Die in dem Schaum produzierten Kanäle, die sich wie Äste in dem Schaum verzweigen, sorgen für ein hohes Verhältnis von Oberfläche zu Fluid- Volumen, womit der erfindungsgemäße Optofluidik-Reaktor eine bessere Aufreinigung erzielt.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben: Ein retikulierter Kunststoff-Schaum mit einer bevorzugten Porenanzahl von 12 - 17 ppi und einer Dicke von 10 mm wird in einem ersten Beschichtungsschritt mit einer wenige Nanometer bis ein (1 pm) oder mehreren Mikrometern dicken Kupferschicht beschichtet, die durch Aufdampfen, Sputtern oder auf galvanischem Weg auf den Schaum aufgetragen wird. Diese erste Metallschicht wird dann durch eine weitere Schicht mittels Metallisierung auf galvanischem Wege mit Kupfer, Eisen oder Aluminium mit einer Schichtdicke von mehr als 20 μιη verstärkt. Auf diese Kupferschicht wird als Korrosionsschutz eine Nickel, Weißbronze- oder Kobalt-Zinn-Schicht galvanisch aufgebracht, die mit einer antiallergenen Kobalt-Zinn-Metallschicht kombiniert sein kann. Anstelle dieser Schicht oder Schichtkombination kann auch eine Edelmetallschicht von z. B. Palladium, Platin oder Silber oder aus Legierungen hieraus aufgebracht sein - auch als Legierung mit einem der oben genannten Metalle Nickel, Zink, Weißbronze, Kobalt oder Zinn. Als vorteilhaft zeigten sich Schichtdicken von mindestens 5 μιη. Der durch die Beschichtung erhaltene metallisierte Werkstoff wird im Anschluss mit einer Titandioxid-Schicht als fotokatalytisches Substrat durch Tauchen oder Fluten des Schaums oder Aufsprühen auf diesen beschichtet. Die Beschichtung ist eine im Sol-Gel-Verfahren hergestellte Wasser- oder Lösungsmittel-basierte Titandioxid-Lösung. Diese Beschichtung ist zusätzlich zu ihrer fotokatalytischen Wirkung auch superhydrophil, selbstreinigend und stark antimikrobiell.
Aus einem Formkörper, der aus einem Werkstoff gemäß obiger Beschreibung gewonnen wird, lassen sich Innenraum-Deckenplatten oder Raumteiler fertigen, die so die Raumluft reinigen. Auch sind Designelemente vorteilhaft, die man in Innenräumen aufstellen kann, um die Raumluft zu säubern. Hierbei lassen sich unterschiedlichste Formen des Werkstoffs bilden. Bei solchen Ausführungsformen ist neben der die Raumluft reinigenden Wirkung auch die Schalldämpfung bemerkenswert. So sind die Innenraum-Elemente gerade in Großraumbüros nutzbringend auch zur Geräuschreduzierung einsetzbar.
Zum Zweck der Formgebung können die einzelnen Optofluidik-Elemente, beispielsweise Platten, miteinander verbunden, beispielsweise verklebt werden. Dabei sollte darauf geachtet werden, dass ausreichend UV-Licht bis in das Zentrum der so verbundenen Elemente dringen kann und eine Durchströmung gewährleistet ist.
Als vorteilhaft erweist sich ein Reaktor aus Elementen, zwischen denen eine UV-Lampe eingebettet ist. Diese strahlt vom Zentrum des Reaktors UV-Licht nach außen. Neben dem emittierten UV-Licht kann die eingebundene Lampe auch noch Licht im sichtbaren Bereich abstrahlen, sodass ein solcher Reaktor dann auch als Leuchte dient. Eine derart eingebundene Lampe führt ferner durch die damit erzielte Konvektion der Lampe durch die entstehende Wärme zur Zwangsdurchströmung des Optofluidik-Reaktors.
Auch ist erfindungsgemäß ein Lüftungsgerät umfasst, dass als wesentliches Funktionselement einen Optofluidik-Reaktor aufweist, wie er oben beschrieben ist. Ein solches Lüftungsgerät verfügt über einen Ventilator oder dergleichen, um den Optofluidik-Reaktor mit Luft zwangs zu durchströmen. Diese Zwangsdurchströmung des fotokatalytischen Reaktors erhöht die Reinigungswirkung der Luft um ein Vielfaches. In vorteilhafter Weise lässt sich der erfindungsgemäße Schaumwerkstoff als Optofluidik-Reaktor in einem solchen Lüftungsgerät leicht auswechseln, d. h. demontieren, und auch reinigen.
In vorteilhafter Weise ist der erfindungsgemäße Optofluidik-Reaktor auch als Filterkörper für Luft- Absaughauben einsetzbar. Diese werden im Stand der Technik für Küchen, oder zum Absaugen von Dämpfen z. B. von Lösungsmitteln, Schweißrauch, oder Rauchgase verwendet.
Die fotokatalytische Wirkung des Optofluidik-Reaktors kann wie oben bereits dargestellt in vorteilhafter Weise erhöht werden, wenn dieser mit einer UV-A- Lampe bestrahlt wird. Insofern weist eine vorteilhafte Ausführungsform des Lüftungsgerätes, der Dunstabzugshaube oder des Innenraum-Formkörpers eine solche UV-A-Lampe auf, mit der dann der Optofluidik-Reaktor bei Bedarf angestrahlt werden kann. Insofern ist auch geeignet, einen Design- körper aus dem erfindungsgemäßen metallisierten Schaumwerkstoff zu bilden, der mit einer solchen UV-Lampe bestrahlt wird. Die beigefügten Figuren 1 und 2 sind Fotoaufnahmen eines retikulierten Basis-Schaums, wie er als Ausgangsstoff für den Optofluidik-Reaktor verwendet werden kann. Fig. 2 ist dabei eine vergrößerte Ansicht des Schaums aus Fig. 1.
Mit Bezug auf die Lösungsvariante b), gemäß der eine Metallmatrix auf einer Oberfläche ausgebildet wird, wird im Folgenden eine zum Zwecke der Dekontamination von Bakterien, Viren und anderen allgemeinen Verunreinigungen neue Beschichtung aufgezeigt. Es ergeben sich neben einer Beschichtung für einen retikulierten Basis-Schaum, wie er oben beschrieben und für verschiedenste Anwendungen erläutert ist, zusätzlich auch Beschich- tungsanwendungen ohne Fluid-Durchflutung, wie beispielsweise für Türgriffe, Sanitärarmaturen, bzw. für alle Flächen, die eine Berührung erfahren und somit einer Kontamination mit Bakterien und Viren ausgesetzt sind. Dies betrifft Anwendungen im Privathaushalt, Krankenhäusern oder öffentlichen Einrichtungen.
Es ist bekannt, in galvanischen Elektrolyten unterschiedliche Stoffe, wie Diamantstaub, SiC, Al2O3, CBN, WC, TiC, PTFE oder Graphit zu dispergieren und mit dem jeweiligen Elektrolyten galvanisch (z.B. Sulfamatnickel, Watf s Sulfat Nickel o.ä.) oder außenstromlos (z.B. Chemisch Nickel) auf ein jeweiliges Bauteil mit abzuscheiden, um einen Abrieb zu mindern, eine Temperaturbeständigkeit zu erhöhen oder Gleiteigenschaften zu verbessern. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird TiO2 - in bevorzugt der Anatasform - zur Verwendung als photokatalytisch aktive Dispersionsschicht als sog. TiO2-Metall Matrix-Schicht ausgebildet. Die bevorzugte Partikelgröße des Ti02 ist 0- 3μιη; z.B. KRONOClean 7000 und KRONOClean 7050 Es ist auch möglich, nanoskalige TiO2 Partikel mit einer Größe von ca. 20nm zu verwenden, wobei die Herstellung der Suspension aufgrund von Konglomerationsproblemen aufwendig sein kann, jedoch durchführbar ist. Bei den nanoskaligen Partikeln ist es hilfreich, Dispergierchemikalien zu Hilfe zu nehmen.
Der grundlegende Verfahrensablauf für die Beschichtung mit z.B. TiO2 - ENiP (TiO2 mit Chemisch Nickel-Phosphor Metallschicht) oder Galvanisch NiP wird nachfolgend für den retikulierten Schaum für die Luft-, und Wasserreinigung, wie auch bei Kunststoffbauteilen beschrieben:
1. Der retikulierte Schaum wird in einem ersten Beschichtungsschritt mit bevorzugt einer Kupferschicht > 1 μιη durch Aufdampfen oder durch außenstromloses Verfahren (chemisch Kupfer) beschichtet. 2. Diese erste Metallschicht wird auf galvanischem Weg mit Kupfer, Eisen, oder Aluminium (bevorzugt Cu) mit einer Schichtdicke von mehr als 10 μιη beschichtet, bis der Schaum eine Eigensteifigkeit erlangt.
3. Auf diese Schicht wird eine weitere Metall-, oder Metalllegierungsschicht z. B. Ni, Weißbronze, Gelbbronze, NiP, Cr, NiKo,ENiCoP, mit einer Schichtdicke > 5 μιη aufgebracht. 4. Auf diese Schicht wird die photokatalytische z.B. NiP-Ti02 Schicht mit einer Schichtdicke > 1 μιη aufgebracht
Es ist auch möglich, eine Cu-Ti02 Schicht mit einer Schichtdicke > Ιμιη auf die nach Punkt 2 hergestellte erste Metallschicht aufzubringen.
Gemäß einer Ausführungsform ist es möglich, die photokatalytische Schicht direkt ohne weitere Zwischenschicht auf die Kupferschicht 2 aufzubringen
Gemäß einer Ausführungsform ist es auch möglich, auf die photokatalytische Schicht 4 eine Schicht aufzubringen, z.B. Glanzchrom, oder ein Edelmetall z.B. Au, Pd, Rt oder Pt.
Bei metallischen Werkstücken entfällt der Schritt 1
Ausführungsbeispiel zur Herstellung eines Elektrolyten zur Bildung einer Metallmatrix mit einer T102- Ni Abscheidung nach Schritt 4:
Watf scher (Sulfat) Nickelelektrolyt mit der Zusammensetzung
NiS04.6H20 350 g/1
NiC12.6H20 45 g/l
H3B03 45 g/1
pH 4
T 55 °C
Ti02 20- 150 g/1 Partikelgröße 0-3 μιη
Kathodische Stromdichte 5 A/dm2
Kationenaktives Fluortensid 0,2 g/1 FT 248 (Fa. BASF) Mit dieser Zusammensetzung ist eine Einbaurate von bis zu 50 Masse % möglich. Gemäß einer Ausführungsform ist es auch möglich, ein Netzmittel wie Natriumdodecylsulfat oder Standardnetzmittel von Galvanochemikalienlieferfirmen zur Verhinderung von Porenbildung zu verwenden.
Die Ti02 Partikel werden durch eine Elektrolytbewegung mittels mechanischer Rührung in Schwebe gehalten. Eine sanfte Lufteinblasung ist vorteilhaft.
Die jeweilige exakte Ti02- Konzentration ist abhängig von der gewünschten Einbaurate des Oxides und der Bauteilgeometrie, sowie generell des Bauteils (Oberflächenrauhigkeit, Mikrogeometrie, etc.).
Einen wesentlichen Einfluss auf die Einbaurate haben auch die Rührgeschwindigkeit und die angewandte Stromdichte in Abhängigkeit der Bauteilgeometrie und der angeführten Mikrostruktur.
Wesentlich ist auch die genaue Einhaltung des pH-Wertes, da durch die Herstellung der einzulagernden TiO2- Teilchen noch Reste von z.B. Precursor Substanzen anhaften können (alkalisch und sauer). Die TiO2- Metall- Matrixabscheidung ist mit unterschiedlichsten Elektrolyten als Matrixmetall möglich. Als galvanisch (mit Strom) hergestellte Matrixmetalle, welche verwendet werden, sind NiP, Ni, Co, Cu, W, Mn, Mo, Cr, Sn, Zn, (Hartchrom), Edelmetalle wie Pd, Pt, Ruthenium, Rhodium und die unterschiedlichen Legierungen daraus geeignet. Auch können Sulfamatelektrolyte oder ionische Flüssigkeiten verwendet werden.
Auch ist das Matrixmetall mit außenstromlosen Verfahren wie Chemisch Nickel-Phosphor und den unterschiedlichsten Legierungen z.B. Ni-Co-P (Hydrazin Reduktionsmittel), Co-P, Ni-Cu-P, Ni-W-P, Ni-Mo-P und chemisch Kupfer geeignet.
Der große Vorteil dieser Ti02- Einlagerungsschichten ist, dass man die katalytisch aktiven Partikel fest in einer sehr abriebbeständigen Metall-Matrix fixiert hat und folglich mit einer sehr langen Wirkdauer zu rechnen ist.
Zusätzlich liegen zu jedem Zeitpunkt auch bei einem eintretenden Verschleiß der Beschichtung immer wieder neue Ti02-Partikel an der Oberfläche frei und wirken damit solange, bis ein vollständiger Verschleiß der Beschichtung eintritt. Im Gegensatz zu im Sol-Gel-Verfahren, Lackierverfahren (Naß,- Pulverlack), oder Dünnschichtverfahren (Sputter, Aufdampfen etc.) aufgebrachten Beschichtungen halten diese Beschichtungen einer Metallmatrix unvergleichlich länger und machen sie somit prädestiniert für abriebbeanspruchte Bauteile und Oberflächen welche häufig durch z. B. Berührung beansprucht werden und z.B. besonders in Krankenhäusern mit unterschiedlichen Bakterien und Viren kontaminiert sind. Derartig hergestellte Ti02- Metall-Matrix Schichten haben den großen Vorteil, dass sie in Verbindung mit Licht kontinuierlich Viren und Bakterien an Türkliniken, Griffflächen etc. abbauen, und somit auch außerhalb von Reinigungszyklen größtmögliche Sicherheit gegen Ansteckung und Übertragung von Krankheiten durch Berührungskontamination gegeben ist.
Der Eintrag von Ti02- Partikeln in die Umwelt ist damit gegenüber weniger abriebbeständigen Lackschichten minimiert.
Mit dem beschriebenen Verfahrensweg ist es auch möglich, metallisierte, textile Grundwerkstoffe wie Vliese, Gewebe und ähnliches aus Kunststoff-, Glas-, oder Carbongrundwerkstoff zu beschichten.

Claims

Λ Α. Ansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines kataly tischen Werkstoffs zur Eliminierung von Schadstoffen, aufweisend
- die Fertigung eines retikulierten Kunststoff-Schaumes als Platte mit einer Dicke von mindestens 10 mm;
- Auftragen mindestens einer ersten Metall- oder Metalllegierungs- Schicht auf die Oberfläche der retikulierten Schaumplatte;
- Auftragen eines photokatalytischen Substrates auf die Metall- oder Metalllegierungs-Schicht als eine im Sol-Gel-Verfahren hergestellte Lösung durch Tauchen oder Fluten auf die Metall- oder Metalllegierungs-Schicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das photokataly tische Substrat
- Titandioxid TiO2 ist oder
- eine Metallschicht aus Kupfer, Nickel, Zink, Zinn, Kobalt oder Mangan aufweist, oder aus Legierungen oder Oxiden hieraus,
- oder eine Edelmetallschicht aus Silber, Palladium, Platin ist oder aus Legierungen hieraus
- oder eine Legierung aus mindestens zwei Metallen der Gruppe Kupfer, Nickel, Zink, Zinn, Kobalt, Mangan, Silber, Palladium, Platin.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass nachfolgend der mindestens einen ersten Metallschicht und vor dem Auftrag des photokatalytischen Substrats eine weitere Metallschicht aus
- Kupfer, Aluminium, Nickel, Zinn, Zink, Silber, Palladium, Platin oder aus Legierungen hieraus aufgetragen wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der retikulierte Schaum aus Polyethersulfon (PES) oder Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE) oder Polyurethan (PU) oder Polyester oder Polyether ist.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der retikulierte Schaum eine Porenanzahl bis 34 ppi (pores per inch) hat.
6. Verfahren zur Herstellung eines katalytischen Werkstoffs oder einer Beschichtung zur Eliminierung von Schadstoffen, bei welchem Verfahren eine photokatalytisch aktive Dispersionsschicht als Metall-Matrix-Schicht auf einer Oberfläche ausgebildet wird..
7. Innenraumelement aus einem Herstellungsverfahren eines optofluidischen Katalysator-Werkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
8. Lüftungsgerät mit einem Element aus einem Herstellungsverfahren eines optofluidischen Katalysator-Werkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
9. Lüftungsgerät nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass das Lüftungsgerät eine UV-Lampe aufweist.
10. Lüftungsgerät nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass das Element aus optofluidischem Katalysator- Werkstoff als Filtereinsatz des Lüftungsgerätes ausgebildet ist.
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