Zastosowanie fotokatalitycznego ditlenku tytanu w

ARTYKU£Y NAUKOWO-TECHNICZNE
Anna Œlusarczyk
[email protected]
Instytut In¿ynierii Materia³ów Polimerowych i Barwników w Toruniu
Oddzia³ Zamiejscowy Farb i Tworzyw w Gliwicach
Zastosowanie fotokatalitycznego ditlenku tytanu
w nowoczesnych wyrobach lakierowych — funkcje i w³aœciwoœci
Wstêp
Ditlenek tytanu jest najpowszechniej stosowanym bia³ym pigmentem. Jest wykorzystywany
przez przemys³ farb i lakierów, przez przemys³ w³ókienniczy, tworzywowy, papierniczy, farmaceutyczny oraz kosmetyczny. Jego produkcja na skalê przemys³ow¹ realizowana jest dwiema metodami: siarczanow¹ (od lat dwudziestych XX w.) i nowsz¹ —
chlorkow¹ (od lat piêædziesi¹tych ubieg³ego wieku). Nazwy metod pochodz¹ od nazw soli, z których
uzyskiwany jest ditlenek tytanu. W metodzie siarczanowej jest to siarczan tytanu, a w metodzie
chlorkowej gazowy czterochlorek tytanu utleniany
czystym tlenem w wysokich temperaturach. Ró¿nice technologiczne pomiêdzy stosowanymi metodami i ró¿norodnoœæ surowców ma znacz¹cy wp³yw na
w³aœciwoœci otrzymywanych pigmentów. Z tego
wzglêdu liczba gatunków TiO2 dostêpnych w obrocie siêga 400 (produkowanych przez kilkadziesi¹t
firm). Poza technologi¹ produkcji gatunki te ró¿ni¹
siê form¹ krystalograficzn¹, rodzajem obróbki powierzchniowej, w³aœciwoœciami i obszarem zastosowañ (Tabela 1). [1,2]
Obie metody wytwarzania TiO2 maj¹ swoje wady
i zalety.
Metoda siarczanowa pozwala uzyskaæ obie odmiany krystalograficzne ditlenku tytanu — rutyl
i anataz, a ponadto pó³produkty do produkcji ultradrobnego ditlenku tytanu. Proces szczepienia realizowany w metodzie siarczanowej powoduje, ¿e
udzia³ cz¹stek o niewielkich rozmiarach w ca³ej
masie pigmentu jest du¿y, a tym samym zmniejsza
siê jego skutecznoœæ rozpraszania promieniowania.
Jej wad¹ jest du¿a liczba odpadów, jednak w ostatnich latach opracowano metody zagospodarowania
czêœci z nich.
I tak siarczan ¿elaza (II) jest wykorzystywany
jako pó³produkt do otrzymywania koagulantów do
oczyszczania œcieków i wody lub do produkcji pigmentów ¿elazowych, a tak¿e jako œrodek redukuj¹cy w przemyœle cementowym. Natomiast kwas
siarkowy po zatê¿eniu jest recyrkulowany do produkcji bieli tytanowej lub wykorzystywany do produkcji kwasu fosforowego. Do tego nale¿y dodaæ,
montowane w zak³adach, instalacje odsiarczania
gazów porozk³adowych i pokalcynacyjnych.
Metoda chlorkowa pozwala na uzyskanie wy³¹cznie rutylu, mniej za to obci¹¿a œrodowisko. Do jej
wad zaliczyæ trzeba niebezpieczeñstwo niekontrolowanej emisji gazowego chloru do otoczenia. Ditlenek tytanu otrzymywany metod¹ chlorkow¹ ma
wy¿sz¹ bia³oœæ (mierzon¹ jako wartoœæ L*) i mniejsze za¿ó³cenie (mierzone jako b*), ni¿ TiO2 otrzymywany metod¹ siarczanow¹. [1,2]
Ditlenek tytanu wystêpuje w 3 odmianach krystalograficznych jako minera³ brukit (odmiana ortorombowa), rutyl oraz anataz (o uk³adzie tetragonalnym). Ponadto jest spotykany w ilmenicie
(FeTiO2), perowskicie (CaTiO2) czy tytanicie
(CaTiSiO5). G³ównym surowcem do otrzymywania
Tabela 1. Porównanie w³aœciwoœci ditlenku tytanu — anatazu oraz rutylu
Anataz
Rutyl
Barwa
Gêstoœæ
TransparentnoϾ
Masa
cz¹steczkowa
Sk³ad [%]
TwardoϾ
Mohs’a
Uk³ad krystalograficzny
czarna
czerwono-br¹zowa
¿ó³tobr¹zowa
ciemnoniebieskoszara
3,9 g/cm3
transparentny do
pó³przezroczystego
79,88
Ti 59,94
O 40,06
5,5-6
tetragonalny
krwisto czerwona
niebieskawa
br¹zowo-¿ó³ta
br¹zowo-czerwona
fioletowa
4,25 g/cm3
transparentny do
matowego
79,88
Ti 59,94
O 40,06
6-6,5
tetragonalny
11
ARTYKU£Y NAUKOWO-TECHNICZNE
ditlenku tytanu na skalê przemys³ow¹ jest ilmenit,
z którego wytwarza siê ok. 90% zu¿ywanego rocznie
ditlenku tytanu. [3,4,5,6,7]
Ditlenek tytanu tak szerokie zastosowanie zawdziêcza swoim w³aœciwoœciom fizykochemicznym.
Charakteryzuje siê znakomit¹ si³¹ krycia i zdolnoœci¹ rozbia³u.
TiO2 jest silnym adsorberem promieniowania
(dziêki temu chroni spoiwo przed bezpoœredni¹ degradacj¹ przez promieniowanie UV), a jego w³aœciwoœci optyczne wynikaj¹ z nieselektywnego rozpraszania promieniowania. Ze wszystkich bia³ych
pigmentów ditlenek tytanu charakteryzuje siê najwy¿szym wspó³czynnikiem za³amania œwiat³a, co
przek³ada siê na jego znakomite w³aœciwoœci jako
bia³ego pigmentu. [7]
Poza znakomitym kryciem oraz doskona³ym rozbia³em ditlenek tytanu ma w³aœciwoœci katalityczne inicjowane przez promieniowanie s³oneczne
w zakresie nadfioletu. W³aœciwoœci te przyczyniaj¹
siê do rozk³adu spoiwa w wyrobie lakierowym.
Aby unikn¹æ tego zjawiska, ditlenek tytanu ma
modyfikowan¹ powierzchniê (np. tlenkami glinu
lub krzemu), która oddziela powierzchniê pigmentu od tlenu i wilgoci zawartych w powietrzu, nie
dopuszczaj¹c do powstawania rodników. Modyfikacja powierzchni ma te¿ inny cel — poprawia dyspergowalnoœæ oraz kompatybilnoœæ TiO2 z pozosta³ymi
sk³adnikami farby. Na skutek tej obróbki zawartoœæ
ditlenku tytanu w produktach handlowych mo¿e
wynosiæ nawet zaledwie 88%. [2,8]
W ostatnich latach zaczêto wykorzystywaæ tak¿e
katalityczne w³aœciwoœci TiO2 do otrzymywania pow³ok samooczyszczaj¹cych siê, wykorzystuj¹c fakt,
¿e rodniki hydroksylowe i nadtlenkowe powoduj¹
degradacjê fotokatalityczn¹ zachodz¹c¹ na powierzchni TiO2 i prowadz¹ do rozk³adu substancji
organicznych, które osadzaj¹ siê na jego powierzchni. [8]
W³aœciwoœci fotokatalityczne ditlenku tytanu
wynikaj¹ z istnienia energetycznego pasma wzbronionego o energii 3,2 eV dla anatazu i 3,0 eV dla
rutylu. Wielkoœæ energetycznego pasma wzbronionego sprawia, ¿e TiO2 jest zaliczany do pó³przewodników. W pó³przewodnikach elektrony z pasma
walencyjnego mog¹, na skutek adsorpcji promieniowania, ulec wzbudzeniu i przejœæ do pasma
przewodz¹cego. W ten sposób w paœmie walencyjnym powstaj¹ dziury a w paœmie przewodz¹cym
swobodne elektrony. Czêœæ z nich ulega rekombinacji, inne ulegaj¹ reakcjom redukcji-utleniania
12
w reakcji z wod¹ lub tlenem, co prowadzi do powstania silnie reaktywnych rodników hydroksylowych oraz nadtlenkowych. [9]
Fotokatalityczny ditlenek tytanu u¿ywany jest
tak¿e do usuwania zanieczyszczeñ biologicznych
z wody, powietrza oraz powierzchni artyku³ów
technicznych w procesie dezynfekcji i sterylizacji.
Mechanizm dzia³ania fotokatalitycznego ditlenku
tytanu polega na kontakcie materia³u biologicznego ze wzbudzonymi cz¹steczkami TiO2. Znajduj¹ce
siê na powierzchni TiO2 rodniki hydroksylowe, nadtlenek wodoru, jony nadtlenkowe, oraz tlen aktywny powoduj¹ w komórkach bakterii min. utlenienie
koenzymu A, zak³ócenie przepuszczalnoœci b³ony
komórkowej, uszkodzenie œciany komórkowej,
przenikniêcie TiO2 do wnêtrza komórki i wywo³anie
zmian w strukturze bia³ka, co prowadzi do zniszczenia komórki. Utlenianie fotokatalityczne jest
skomplikowanym procesem, kontrolowanym przez
kilka czynników, które zazwyczaj s¹ specyficzne
dla konkretnej reakcji. [1]
Fotokatalitycznoœci TiO2 towarzyszy zjawisko
hydrofilowoœci powierzchni pigmentu, gdy jest on
poddany dzia³aniu energii wystarczaj¹cej do jego
wzbudzenia. Zjawisko fotokatalitycznoœci jak
i hydrofilowoœci, choæ oparte na ró¿nych mechanizmach s¹ od siebie zale¿ne i wzajemnie siê wzmacniaj¹, daj¹c w wyniku efekt zwany „samooczyszczaniem” siê powierzchni. [9,1,7]
Doniesienia literaturowe wskazuj¹, ¿e szybkoœæ
reakcji fotokatalitycznej ditlenku tytanu domieszkowanego srebrem, z³otem, platyn¹ lub palladem
jest wiêksza ni¿ samego fotokatalitycznego TiO2.
Dzia³anie antybakteryjne uk³adu TiO2/Ag utrzymuje siê przez d³u¿szy czas tak¿e przy braku promieniowania UV. Natomiast wed³ug innych prac w przypadku braku naœwietlania uk³adu TiO2/Ag brak jest
efektu biobójczego. [10,1,11]
Wp³yw srebra na zwiêkszenie szybkoœci reakcji
fotokatalitycznej inicjowanej przez ditlenek tytanu t³umaczony jest faktem, ¿e srebro obecne na
powierzchni dzia³a jak pu³apka elektronów, redukuj¹ca iloœæ rekombinacji, którym podlegaj¹ elektrony i dziury. Wed³ug innych prac obecnoœæ srebra
przyspiesza reakcjê fotokatalityczn¹ na powierzchni TiO2 przez wy³apywanie elektronów pasm przewodz¹cych i zmniejszenie ró¿nicy energii pasm ditlenku tytanu. Zhang i jego wspó³pracownicy natomiast t³umacz¹ dzia³anie srebra lepszym rozdzia³em ³adunków rozmieszczonych na nanoklastrach
srebra. [12]
ARTYKU£Y NAUKOWO-TECHNICZNE
Czêœæ doœwiadczalna
Przygotowanie próbek do badañ
Bior¹c pod uwagê te doniesienia oraz wyniki prac
w³asnych, opracowano receptury farb wodorozcieñczalnych, na spoiwie akrylowym, zawieraj¹ce
fotoaktywny ditlenek tytanu oraz uk³ad TiO2/Ag
i porównano ich w³aœciwoœci biobójcze.
W badaniach wykorzystano fotokatalityczny
TiO2, bêd¹cy mieszanin¹ anatazu i rutylu w proporcji 70% do 30%. Wielkoœæ cz¹stek zastosowanego
ditlenku tytanu wynosi³a od 25 nm do 30 nm, a powierzchnia w³aœciwa 50 m2/g. Jako preparat srebrowy zastosowano kompozycjê chlorku srebra
i TiO2 (odpowiednio 0,2% i 0,8%) w etanolu z dodatkiem œrodka powierzchniowo czynnego (dokuzan
sodowy poni¿ej 20%).
Do wybarwiania otrzymanych farb zastosowano
barwnik reaktywny dichlorotriazynowy (CAS
13324–20–4+ 4499–010–8).
W badaniach mikrobiologicznych zastosowano
4 gatunki grzybów pleœniowych, najczêœciej wykrywane w pomieszczeniach u¿ytkowych: Aspergillus
niger, Cladosporium cladosporioides, Aspergillus
versicolor, Penicillium chrysogenum, wyizolowane
ze œrodowiska mieszkaniowego.
Przygotowano receptury 7 farb: F0 (bez dodatków), F1 (C TiO2= 0,004%), F2 (C TiO2= 0,004% + 40
ppm Ag), F3 (C TiO2= 0,002%), F4 (C TiO2= 0,002% +
40 ppm Ag), F5 (C TiO2= 0,001%) oraz F6 (C TiO2=
0,001% + 40 ppm Ag).
Do pojemników przygotowanych farb dodano po
0,10 g barwnika Ostazin Blue S-R w postaci proszku. Z tak przygotowanych próbek przygotowano
wymalowania na szkle i poddano ekspozycji na
dzia³anie œwiat³a s³onecznego (przez okres 7 dni).
W odstêpach 24 godzinnych dokonywano oceny wygl¹du pow³ok nieuzbrojonym okiem oraz przy pomocy aparatu X-Rite.
Sporz¹dzono tak¿e wymalowania na p³ytkach
kartonowo-gipsowych (farbami niebarwionymi Ostazinem Blue S-R) i wraz z wymalowaniami na szkle
przekazano do badañ mikrobiologicznych.
Opis badañ
Oznaczanie tendencji do ¿ó³kniêcia bia³ych pigmentowanych pow³ok lakierowych zbadano stosuj¹c metodykê opisan¹ w normie PN-72/C-81546.
Natomiast odpornoœæ na dzia³anie grzybów pleœniowych oznaczono stosuj¹c metodykê opisana w
PN-85/C-89080.
W badaniach oddzia³ywania grzybów pleœniowych
na badany materia³ zastosowano dwie metody:
— badanie odpornoœci materia³ów (metoda A)
metoda s³u¿y do oceny naturalnej odpornoœci
badanego materia³u, w przypadku, gdy nie ma
innej substancji od¿ywczej i czy badany materia³ jest Ÿród³em po¿ywienia dla mikroorganizmów.
— oznaczanie efektu grzybostatycznego i wp³ywu powierzchniowych zabrudzeñ na odpornoœæ (metoda B) metoda stosowana jest
w przypadku spodziewanego zanieczyszczenia
powierzchni i ma na celu sprawdzenie w³aœciwoœci grzybostatycznych badanego tworzywa
oraz wp³ywu powierzchniowych zabrudzeñ
materia³u na jego odpornoœæ.
Eksponowane próbki w metodzie A i B oceniano
makroskopowo, stosuj¹c skalê ocen zgodnie z norm¹ PN-EN ISO 846 (tab.2).
Tabela 2. Ocena wzrostu mikroorganizmów
wg normy
IntensywnoϾ wzrostu
Ocena
Brak widocznego wzrostu pod mikroskopem
0
Wzrost niewidoczny nieuzbrojonym okiem,
widoczny pod mikroskopem
1
Wzrost widoczny nieuzbrojonym okiem,
pokrywaj¹cy do 25% powierzchni próby
2
Wzrost widoczny nieuzbrojonym okiem,
pokrywaj¹cy do 50% powierzchni próby
3
Znaczny wzrost, pokrywaj¹cy wiêcej ni¿ 50%
powierzchni próby
4
Intensywny wzrost pokrywaj¹cy ca³¹
powierzchniê próby
5
Tabela 3. Ocena badanego materia³u wg normy
Metoda
A
IntensywnoϾ
wzrostu
0
Materia³ nie jest po¿ywk¹ dla
mikroorganizmów
1
Materia³ zawiera substancje
stanowi¹ce po¿ywkê lub jest
zanieczyszczony w niewielkim
stopniu, umo¿liwiaj¹cym
nieznaczny wzrost
od 2 do 5
0
B
Ocena badanego materia³u
Materia³ nie jest odporny na
dzia³anie mikroorganizmów
i zawiera substancje stanowi¹ce
po¿ywkê dla ich rozwoju
Silny efekt grzybostatyczny
0 + strefa
inhibicji
Silny efekt grzybostatyczny,
obejmuj¹cy strefê dooko³a próbki
od 1 do 5
Brak efektu grzybostatycznego
Interpretacjê wyników oceny koñcowej badanego materia³u prowadzono zgodnie z norm¹ PN-EN
ISO 846 (tabela 3).
13
ARTYKU£Y NAUKOWO-TECHNICZNE
W pierwszym etapie zastosowano wariant badañ, w którym nie dodawano do po¿ywki dodatkowego Ÿród³a wêgla. Celem doœwiadczenia by³o
stwierdzenie czy badana pow³oka malarska jest wykorzystywana przez grzyby jako po¿ywka.
Wyniki badañ
Pod³o¿e szklane
Badania prowadzone metod¹ A wykaza³y, ¿e badane farby naniesione na pod³o¿e szklane nie s¹
Ÿród³em zwi¹zków od¿ywczych dla badanych organizmów. Stwierdzono jedynie niewielki wzrost Cladosporium cladosporioides obejmuj¹cy brzegi próby na farbie F3. Na pozosta³ych próbach nie obserwowano wzrostu mikroorganizmów (tabela 4).
Tabela 4. Badania prowadzone metod¹ A
po 40 dniach inkubacji (pod³o¿e szklane)
intensywnoϾ wzrostu
(skala ocen od 0 do 5)
Szczep
F0
F1
F2
F3
F4
F5
F6
Aspergillus niger
0
0
0
0
0
0
0
Penicillium
chrysogenum
0
0
0
0
0
0
0
Cladosporium
cladosporioides
0
0
0
2
0
0
0
Aspergillus
versicolor
0
0
0
0
0
0
0
P³yta gipsowo-kartonowa
Na farbach naniesionych na p³ytê gipsowo-kartonow¹ obserwowano intensywny wzrost mikroorganizmów, obejmuj¹cy w wiêkszoœci przypadków nawet 100% powierzchni (tab. 5). Intensywnoœæ rozwoju grzybów na próbach z dodatkiem zwi¹zków
srebra i bez tego dodatku by³a porównywalna.
Tabela 5. Badania prowadzone metod¹ A
po 40 dniach inkubacji (p³yta gipsowo-kartonowa)
intensywnoϾ wzrostu
(skala ocen od 0 do 5)
Szczep
Tabela 6. Badania prowadzone metod¹ B
po 40 dniach inkubacji (pod³o¿e szklane)
intensywnoϾ wzrostu
(skala ocen od 0 do 5)
Szczep
F0
F1
F2
F3
F4
F5
F6
Aspergillus niger
1
2
0
nb
0
1
0
Penicillium
chrysogenum
0
0
0
0
0
2
0
Cladosporium
cladosporioides
5
3
2
3
0
0
0
Aspergillus
versicolor
2
0
2
1
1
2
1
nb — nie badano
F0
F1
F2
F3
F4
F5
F6
Aspergillus niger
5
4
4
5
5
5
nb
Penicillium
chrysogenum
5
nb
5
5
5
5
4
Cladosporium
cladosporioides
5
5
5
5
5
5
5
Aspergillus
versicolor
5
5
nb
5
5
5
5
nb — nie badano
Oprócz naniesionych w trakcie doœwiadczenia
gatunków rozwinê³a siê mikroflora naturalna, która
14
by³a obecna w p³ycie gipsowo-kartonowej, g³ównie
celulolityczny Chaetomium globosum oraz Stachybotrys atra.
Wyniki tej czêœci analizy dowodz¹, ¿e sk³ad chemiczny p³yty gipsowo-kartonowej sprzyja rozwojowi grzybów pleœniowych w warunkach podwy¿szonej wilgotnoœci, zaœ dodane do farby zwi¹zki nie
zabezpieczaj¹ przed wzrostem tych organizmów.
Metoda B
Prezentowana czêœæ badañ mia³a na celu ustalenie, czy grzyby pleœniowe mog¹ rosn¹æ na badanych
farbach, gdy jest obecne Ÿród³o wêgla (w postaci
po¿ywki mikrobiologicznej). Warunki zastosowane
w eksperymencie s¹ zbli¿one do wystêpuj¹cych
w naturze, gdzie drobiny kurzu osadzaj¹ siê na powierzchniach przegród budowlanych, nios¹c z sob¹
zwi¹zki wêgla.
Pod³o¿e szklane
Na farbie bez dodatku biocydu F0, naniesionej
na pod³o¿e szklane stwierdzono wzrost badanych
grzybów pleœniowych, obejmuj¹cy obszar pow³oki,
o wielkoœci zale¿nej od gatunku pleœni: dla Aspergillus niger zlokalizowany na brzegu próbki, dla
Aspergillus versicolor obejmuj¹cy 25% powierzchni
pow³oki oraz dla Cladosporium cladosporioides
ca³¹ powierzchniê.
W przypadku farby zawieraj¹cej TiO2 w stê¿eniu
0,004% (F1) nie wykazano wzrostu dwóch gatunków
(Penicillium chrysogenum i Aspergillus versicolor).
Obszar wzrostu dwóch pozosta³ych gatunków zajmowa³ od 25 do 50% powierzchni pow³oki. Efektem
dodatku do pow³oki 40 ppm srebra (farba F2) by³o
zahamowanie wzrostu Aspergillus niger, Penicillium chrysogenum oraz zmniejszenie obszaru porastanego przez Cladosporium cladosporioides do
25% w porównaniu z farb¹ F1. Obserwowano wzrost
Aspergillus versicolor na farbie F2 z dodatkiem
ARTYKU£Y NAUKOWO-TECHNICZNE
srebra zajmuj¹cy ok. 25% powierzchni wymalowania.
Na farbie zawieraj¹cej TiO2 w stê¿eniu 0,002%
(F3) obserwowano wzrost tylko dwóch z badanych
gatunków, tj. Cladosporium cladosporioides i Aspergillus versicolor.
Dodatek preparatu srebra do farby (F6) spowodowa³ ograniczenie obszaru wzrostu tych organizmów lub ca³kowite zahamowanie (tabela 6).
P³yta gipsowo-kartonowa
Na pow³oce F0 naniesionej na p³ytê gipsowo-kartonow¹ w obecnoœci dodatkowego Ÿród³a wêgla wykazano bardzo aktywny wzrost wszystkich badanych gatunków, obejmuj¹cy 100% powierzchni próbek. Dodatek zarówno TiO2 jak i srebra nie spowodowa³ znacz¹cych zmian intensywnoœci wzrostu
grzybów (tabela 7).
Oprócz naniesionych mikroorganizmów ujawni³a
siê mikroflora naturalna wystêpuj¹ca na powierzchni (g³ównie Chaetomium globosum).
Tabela 7. Badania prowadzone metod¹ B
po 40 dniach inkubacji (p³yta gipsowo-kartonowa)
intensywnoϾ wzrostu
(skala ocen od 0 do 5)
Szczep
F0
F1
F2
F3
F4
F5
F6
Aspergillus niger
5
5
5
5
4
5
5
Penicillium
chrysogenum
5
5
5
5
4
5
5
Cladosporium
cladosporioides
5
5
4
5
4
nb
4
Aspergillus
versicolor
5
5
5
5
5
5
5
nb — nie badano
Dodatek 40 ppm srebra do farby spowodowa³
ograniczenie obszaru wzrostu Cladosporium cladosporioides w porównaniu z analogiczn¹ farb¹ bez
tego dodatku. Dla pozosta³ych szczepów wyniki
by³y takie same jak dla farby F3 (fot. 8).
Na farbach z dodatkiem TiO2 w iloœci 0,001% (F5)
obserwowano wzrost wszystkich badanych gatunków ze zró¿nicowan¹ intensywnoœci¹. Najwiêkszy
obszar wzrostu obejmuj¹cy ok. 25% powierzchni
wymalowania widoczny by³ dla Penicillium chrysogenum i Aspergillus versicolor.
Pomiary bia³oœci
Pomiary bia³oœci, wykonane w trakcie ekspozycji
na dzia³anie promieniowania s³onecznego wymalowañ zabarwionych barwnikiem reaktywnym Ostazin Blue S-R, wskazuj¹ na ró¿nice w jasnoœci miêdzy wzorcem a próbk¹. Ró¿nica ta roœnie wprost
proporcjonalnie do czasu ekspozycji próbek na
dzia³anie promieniowania UV/VIS. Wraz z wyd³u¿eniem czasu ekspozycji roœnie wartoœæ sk³adowej b*
(np. dla próbki F1: -10.79, -6.86, -4.19 odpowiednio w pierwszym, drugim oraz trzecim dniu naœwietlania, a wartoœci Db* dla farby F1 wynosz¹: 6.21,
10.14 oraz 12.8 w kierunku ¿ó³tego).
Pomiary za pomoc¹ aparatu X-RITE 92 odpowiadaj¹ wzrokowej obserwacji pow³ok.
Równoczeœnie wykonano badania stabilnoœci
farb. W tym celu próbki ciek³ych farb umieszczono
na okres 1 miesi¹ca w cieplarce o temperaturze
40oC. W odstêpach cotygodniowych dokonywano
pomiaru pH oraz lepkoœci próbek. Pomiarów dokonywano dla próbek w temperaturze pokojowej.
Podsumowanie
Badania aktywnoœci fotokatalitycznej wykaza³y,
¿e zastosowany barwnik ulega rozk³adowi pod
wp³ywem TiO2 aktywowanego przez promieniowanie UV/VIS. Brak jest znacz¹cych ró¿nic w wartoœciach sk³adowych L*, a* oraz b* miedzy próbkami
o ró¿nym stê¿eniu fotokatalitycznego TiO2. Wartoœci sk³adowej b* dla wszystkich próbek zawieraj¹cych sam TiO2 oraz uk³ad TiO2/Ag ró¿ni¹ siê nieznacznie. Wartoœæ sk³adowej b* jest wy¿sza dla
uk³adu TiO2/Ag ni¿ dla uk³adu z samym TiO2 (tj.
przesuniêcie w kierunku ¿ó³tego jest wiêksze dla
uk³adów zawieraj¹cych srebro). Potwierdza to obserwacjê wzrokow¹ o niekorzystnym wp³ywie dodatku srebra na bia³oœæ pow³oki.
Wyniki badañ mikrobiologicznych wskazuj¹, ¿e
¿adna z badanych farb nie jest Ÿród³em wêgla (po¿ywk¹) dla badanych organizmów. W obecnoœci dodatkowego Ÿród³a wêgla w po¿ywce, inicjuj¹cego
wzrost grzybów, zasiedlane by³y wszystkie farby,
jednak w wiêkszoœci przypadków w najwiêkszym
stopniu farba F0 bez dodatku TiO2 i srebra. Nie
wykazano znacz¹cego wp³ywu TiO2 na intensywnoœæ wzrostu grzybów.
Intensywnoœæ wzrostu grzybów zale¿a³a nie tylko
od rodzaju farby ale te¿ pod³o¿a, na które by³a
naniesiona. Wiêkszy obszar wzrostu grzybów obserwowano na pow³okach naniesionych na p³yty gipsowo-kartonowe ni¿ na pod³o¿e szklane.
Obserwowano brak lub niewielki hamuj¹cy
wp³yw biocydu na badane organizmy w pow³okach
naniesionych na p³yty gipsowo-kartonowe w stosunku do wszystkich szczepów.
Efekt hamowania wzrostu grzybów przez dodatek zwi¹zków srebra lepiej ujawni³ siê na pow³okach naniesionych na pod³o¿e szklane.
15
ARTYKU£Y NAUKOWO-TECHNICZNE
W wyniku przeprowadzonych badañ potwierdzono aktywnoœæ fotokatalityczn¹ TiO2 oraz uk³adu
TiO2/Ag. Na podstawie pomiarów bia³oœci stwierdzono, ¿e stê¿enie fotokatalitycznego ditlenku tytanu nie wp³ywa na szybkoœæ rozk³adu barwnika Ostazin Blue S-R. Ca³kowite odbarwienie pow³oki nastêpowa³o po up³ywie 3 dni dla wszystkich próbek.
Natomiast wyniki doœwiadczeñ mikrobiologicznych wykaza³y, ¿e w warunkach powierzchniowego
zabrudzenia powierzchni, pow³oki malarskie naniesione na pod³o¿e zawieraj¹ce sk³adniki przyswajalne przez grzyby (p³yta gipsowo-kartonowa) mog¹
byæ zasiedlane przez te organizmy mimo dodatku
zwi¹zków srebra i TiO2.
Dodatek zwi¹zków srebra i TiO2 do farb dyspersyjnych mo¿e byæ sposobem ograniczenia wzrostu
grzybów pleœniowych pod warunkiem, ¿e pod³o¿e,
na które farby s¹ naniesione nie sprzyja rozwojowi
grzybów.
Literatura
1. Kocio³ek-Balawajder E., Szymczyk M., TiO jako pigment i fotokatalizator, Przemys³ Chemiczny 2007,
T. 86, nr 12
2. Hanna T.R., Predicting Paint Properties from TiO
Pigment Properties, JCT Coatings Tech, 2009, vol. 6,
no 5
3. http://www.mindat.org/
4. http://webmineral.com/data/Brookite.shtml
5. http://webmineral.com/data/Anatase.shtml
6. http://webmineral.com/data/Rutile.shtml
7. Polym Paint Col J, 2008, vol. 198, no 4328
8. Diebold M.P., Effect of TiO Pigment on Gloss Retention: A Two Component Approach, JCT Coatings
Tech, 2009, vol. 6, no
9. Banerjee S., Gopal J., Muraleedharan P., Tyagi A. K.,
Raj B., Physics And Chemistry Of Photocatalytic Titanium Dioxide: Visualization Of Bactericidal Activity
Using Atomic Force Microscopy CURRENT SCIENCE
2006, vol. 90, no. 10
10. Coleman H.M., Marquis C.P., Scott J.A., Chin S.–S.,
Amal R., Chemical Engineering Journal 2005, 113, 55
11. Kirchnerova J., Herrera Cohen M.–L., Guy C., Klvana
D., Applied Catalysis A: General 2005, 282, 321
12. Zhang L., Yu J.C., Yip H.Y., Li Q., Kwong K.W., Xu
A.–W., Wong P.K., Study on the structure and antibacterial activity of silver-carried zirconium phosphate, Materials Letters 2008, Vol. 62, 14
prenumerata 2010
KOSZT PRENUMERATY ROCZNEJ WYNOSI 270,00 z³
Wszelkie odpowiedzi na pytania dotycz¹ce prenumeraty
mo¿na uzyskaæ pod numerem telefonu
(32) 231 90 41 do 42 wewnêtrzny 47
16