24.11.2011

De reinigende werking van licht en kleur

Titaandioxide is niet alleen een pigment, maar ook een fotokatalysator die samen met uv-straling vuil en schadelijke stoffen kan vernietigen

Het klinkt alsof de droom van iedere huiseigenaar werkelijkheid is geworden: een gevel of muur één keer schilderen en nooit meer problemen hebben met verontreiniging door algen, stof of roet. Een effect dat fotokatalyse wordt genoemd en huismuren met behulp van alleen fijnverdeeld titaandioxide en zonlicht zelfreinigend maakt, zou dit wonder moeten volbrengen. Theoretisch functioneert deze automatische reiniging ook al uitstekend, maar in de praktijk is alles nog lang niet zoals het zou moeten zijn.

Speciale pigmenten moeten er met behulp van zonlicht actief voor zorgen dat wat schoon is, ook schoon blijft.
Speciale pigmenten moeten er met behulp van zonlicht actief voor zorgen dat wat schoon is, ook schoon blijft.

Van oorsprong is titaandioxide bekend vanwege zijn stralend witte kleur. Het is het witpigment bij uitstek, heeft een uitstekende dekkracht, is niet giftig en niet schadelijk voor het milieu. Maar onderzoekers weten al ruim veertig jaar dat dit witte oxide nog veel meer kan. Wanneer titaandioxidedeeltjes, in het bijzonder in de kristalvorm "anatase", worden bestraald met uv-licht, genereert de energie daarvan vrije elektronen en uiterst kleine positief geladen zones, die ook wel gaten worden genoemd – een energetisch buitengewoon ongunstige toestand, waaraan de elektronen zo snel mogelijk moeten ontsnappen.

Dat doen ze met behulp van vochtsporen in de lucht. Bij contact met het opgeladen titaandioxide splitst de overtollige energie de watermoleculen in hydroxylradicalen, uiterst agressieve deeltjes die reageren met alles wat ze tegenkomen. In het geval van gevels zijn dat hoofdzakelijk vetten, roetdeeltjes, stuifmeel, schadelijke stoffen en levende cellen zoals algen, bacteriën en schimmels. Het resultaat is hetzelfde als bij een verbrandingsproces: de chemische verbindingen tussen de afzonderlijke bouwstenen van de vuildeeltjes worden verbroken, de stof wordt ontleed en lost zich daarbij als het ware op in lucht – of beter gezegd in kooldioxide en water. Wat overblijft, zijn een vlekkeloze gevel en het in zijn uitgangstoestand teruggekeerde titaandioxide. Nieuw aan deze theorie is de aanname dat nanofijn titaandioxide, d.w.z. een vorm van het pigment die bestaat uit extreem kleine deeltjes met een diameter van enkele miljoenste millimeters, een nog sterkere katalysatorwerking heeft, terwijl dit daarnaast het voordeel biedt dat het kleurloos is.

In de praktijk ziet de situatie er echter iets anders uit. Weliswaar functioneert de zelfreiniging buiten op gladde oppervlakken zoals ramen uitstekend, wat vooral in Japan een ware 'boom' van fotokatalytisch actieve producten heeft veroorzaakt, maar het idee om met behulp van verfproducten die titaandioxide bevatten, ook huismuren zelfreinigende eigenschappen te geven of zelfs de luchtkwaliteit binnenshuis te verbeteren door middel van muurverf, is nog niet gerealiseerd.

Want helaas zijn de agressieve schoonmaakhulpjes die ontstaan bij de splijting van water, niet zo kieskeurig bij de keuze van hun reactiepartners. Voor gevelverf bijvoorbeeld betekent dit dat niet alleen het vuil wordt aangepakt, maar soms ook het bindmiddel, de pigmenten of de hulpstoffen in de verf. Als gevolg hiervan kan de verf streperig, minder duurzaam en/of minder intensief van kleur worden. Om dit zoveel mogelijk te voorkomen, moet de hoeveelheid titaandioxide in de fotokatalytisch actieve verfproducten worden verminderd, maar daardoor worden deze producten tegelijkertijd minder efficiënt. Ze kunnen dan geen bescherming meer bieden tegen algen of schimmels en zijn al helemaal niet in staat om bijvoorbeeld vogelpoep af te breken. Ze vertragen alleen de typische vergrijzing die afwerklagen in de loop der tijd te wachten staat.

De toepassing van fotokatalytisch actieve verf binnenshuis blijkt nog meer haken en ogen te hebben. Hier is er namelijk sprake van een principieel probleem: voor het reinigingseffect heeft titaandioxide de hulp nodig van uv-licht – en dat is binnenshuis vrijwel niet aanwezig. Een ontwikkeling van onderzoekers van de universiteit in het Duitse Erlangen kan hier misschien uitkomst bieden. Zij zijn erin geslaagd titaandioxide chemisch zo te modificeren, dat het ook genoegen neemt met zichtbaar licht.

Ongewenste bijeffecten treden er echter ook hier op, en wel eveneens vanwege de eigenlijk gewenste agressiviteit van de hydroxylradicalen en de oncontroleerbaarheid van de reacties. Zo kan het bijvoorbeeld gebeuren dat een rodewijn- of spinazievlek op een fotokatalytisch actieve wandafwerking niet verdwijnt, maar juist nog intensiever wordt – eenvoudigweg doordat de radicalen de kleurstof zo veranderen dat deze sterker in plaats van zwakker wordt.

Ook de verwachting dat de verf door het afbreken van schadelijke stoffen en geurstoffen zoals formaldehyde de luchtkwaliteit zou verbeteren, kan deze niet waarmaken. Wanneer de reacties zich namelijk niet volledig voltrekken, kunnen de meest uiteenlopende tussenproducten ontstaan waarvan er sommige nog schadelijker zijn dan de oorspronkelijk aanwezige stoffen. Bovendien treedt het effect alleen op bij de geverfde vlakken, terwijl vloerbedekking, kussens, gordijnen en meubels net zo muf blijven ruiken als bij gebruik van gewone verf. Het grootste probleem is echter het principe dat aan de reacties ten grondslag ligt: wanneer alles werkt zoals de bedoeling is, ontstaat er uiteindelijk kooldioxide – en dat is nu juist het gas dat verantwoordelijk is voor wat gewoonlijk "slechte lucht" wordt genoemd.

Fotokatalytisch actieve verf zal dus ook in de toekomst waarschijnlijk geen wonderen verrichten. Maar een bepaald potentieel heeft dit product wel – wat voor huiseigenaren in ieder geval kan betekenen dat ze de gevels van hun huizen minder vaak hoeven te schilderen.