Fused Filament Fabrication (FFF) Photokatalytisch aktives Filament reduziert Bakterien

Das Fraunhofer IFAM hat in Kooperation mit der Universität Szeged eine neuartige Materialzusammensetzung entwickelt, bei der eine durch Licht getriebene Reaktion von Kupfer zur Reduktion mikrobieller Belastung führt.

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Der kupferdotierte Photokatalysator kann in thermoplastische Polymere kompoundiert werden. So lassen sich Filamente mit antimikrobiellen Eigenschaften für den 3D-Druck herstellen.
Der kupferdotierte Photokatalysator kann in thermoplastische Polymere kompoundiert werden. So lassen sich Filamente mit antimikrobiellen Eigenschaften für den 3D-Druck herstellen.
(Bild: Fraunhofer IFAM)

Bekannt ist, dass photokatalytisch aktive Beschichtungen die mikrobielle Belastung reduzieren. Um die Effizienz dieser durch Licht getriebenen Reaktion zu erhöhen, wurde nun innerhalb des Projekts Covid-Dekont vom Fraunhofer IFAM in Kooperation mit der Universität Szeged eine neuartige Materialzusammensetzung entwickelt und in Werkstoffe eingebracht. Durch die Kombination von kupferdotiertem Titandioxid mit Schichtsilikaten konnte ein Synergieeffekt erzielt werden, der die Mikroorganismen effektiver mit den Katalysatoren in Kontakt bringt und deren Inaktivierung beschleunigt.

Silber durch Kupfer substituiert

Wie das Fraunhofer IFAM mitteilt, konnte bereits in ersten Entwicklungsarbeiten zu silberdotierten Titandioxid-Photokatalysatoren, die in Schichtsilikate eingelagert und in einem Polyurethan-Lack dispergiert wurden, gezeigt werden, dass eine Applikation auf Oberflächen eine erfolgreiche Dekontamination von Bakterien als auch Viren ermöglicht. Und das im Bereich des sichtbaren Lichts bei einer Wellenlänge > 430 nm. Für diesen schnellen und effektiven Wirkmechanismus sind die Schichtsilikate verantwortlich, heißt es. Sie bilden auf der Oberfläche wenige Nanometer große aktive Zentren aus und ermöglichen damit den direkten Kontakt zwischen den Mikroorganismen und den photoaktiven Substanzen. Da der Einsatz von Nanosilber aber auch Gefahren für Lebewesen und Umwelt birgt und darüber hinaus teuer ist, sollte jetzt in einem weiteren Ansatz das Silber durch Kupfer ersetzt und mit einem skalierbaren Fertigungsansatz hergestellt werden.

Als Lack oder 3D-Druck-Filament einsetzbar

Für die Produktion des kupferdotierten Photokatalysators wurde ein Prozess entwickelt, der auch die Herstellung größerer Mengen schon im Labormaßstab erlaubt. Laut Fraunhofer IFAM konnte der Katalysator in einem PU-Lacksystem dispergiert als auch in thermoplastische Polymere kompoundiert werden. Die thermoplastischen Polymere ließen sich anschließend zu Filamenten extrudieren, die mit dem 3D-Druck-Verfahren Fused Filament Fabrication (FFF) zu komplexen Bauteilen verdruckt werden konnten.

Füllgehalt bestimmt Wirksamkeit

Untersucht wurde auch der Einfluss verschiedener Füllgehalte des Photokatalysator-Komplexes auf deren Wirksamkeit. Die Versuchsreihen zeigten, dass Füllgehalte von rund 35 Gewichtsprozent im PU-Lack und 50 Gewichtsprozent im Polymer sehr gute antibakterielle und antivirale Abbauergebnisse erzielen. Innerhalb von zwei Stunden konnte sowohl unter UV-Licht als auch mit einer sonnenlichtähnlichen Lichtquelle eine Abbaurate von über 80 Prozent gegenüber den Kontrollbauteilen erzielt werden.

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