Fotokatalytische gevelverf

Het gebruik van fotokatalytische gevelverf is een manier om de luchtkwaliteit te verbeteren en de levensduur van gebouwen te verlengen door vervuiling en schade aan het oppervlak te verminderen. Het kan worden toegepast op verschillende soorten gebouwen, zoals kantoorgebouwen, ziekenhuizen, scholen en woningen.

Fotokatalytische gevelverf is een speciaal type verf dat gebruikmaakt van fotokatalytische eigenschappen om bepaalde reacties te bevorderen wanneer het wordt blootgesteld aan (UV)licht. De term "fotokatalytisch" verwijst naar het vermogen van bepaalde materialen om chemische reacties te versnellen of te initiëren wanneer ze worden blootgesteld aan lichtenergie. De gevelverf bevat een fotokatalytisch materiaal, zoals titaniumdioxide (TiO2), als een van de belangrijkste componenten. Wanneer deze verf wordt aangebracht op een gebouwgevel en wordt blootgesteld aan zonlicht, reageert het fotokatalytische materiaal met luchtvochtigheid en deeltjes in de lucht, zoals stikstofoxiden en organische verontreinigende stoffen. De fotokatalytische reactie die optreedt, resulteert in de afbraak van schadelijke stoffen en verontreinigende stoffen die zich op de gevel bevinden. Dit proces wordt vaak aangeduid als zelfreinigend omdat de fotokatalytische gevelverf helpt bij het verwijderen van vervuilende stoffen en vuilophopingen op het oppervlak van het gebouw.

Naast het zuiveren van de lucht en het verminderen van vervuiling, kan fotokatalytische gevelverf ook helpen bij het verminderen van de groei van micro-organismen zoals algen en schimmels. Dit komt doordat de fotokatalytische reactie ook bacteriedodende eigenschappen kan hebben.

Bovendien kan TiO2 bij toepassing op mortel en beton effectief bijdragen tot de luchtzuivering in de omgeving van de bouwcoatings door gevaarlijke gassen zoals NOx en tolueen om te zetten in onschadelijke componenten. Veel voorkomende toepassingen vinden plaats in witte coatings. Een voorbeeld is het gebruik van TiO2 als additief in het witte beton van de Jubileumkerk in Rome.

Naast de afbraak van componenten die schade aan gebouwen en luchtverontreiniging veroorzaken, hebben fotokatalytische behandelingen nog andere milieuvoordelen. Een zelfreinigende betonnen gevel vereist bijvoorbeeld niet het gebruik van oplosmiddelen die gebruikelijk zijn voor het reinigen van gebouwen, waardoor een andere bron van verontreinigende stoffen wordt geëlimineerd. Bovendien reflecteert een lichtere coating (normaal gesproken wit, veroorzaakt door de TiO2-pigmentatie) meer licht, waardoor de interne en externe temperaturen tijdens de warmteseizoenen dalen. 

Thermochrome coatings

Om het gebruik van energieverslindende koelapparatuur bij hoge temperaturen tegen te gaan werden superhydrofobische zonreflecterende coatings ontwikkeld om tegemoet te komen aan de behoefte aan zonreflectie. In koudere periodes zijn deze materialen echter niet in staat de normale temperatuur in de gebouwen te handhaven. Dat komt omdat de zonnereflectie te hoog is en verwarmingsapparatuur nodig is.

Om deze problemen inzake energieverbruik aan te pakken, zijn thermochrome microcapsules (TCM) bestudeerd in toepassingen op cementgebonden materialen voor buitenmuren, omdat zij hun eigen kleur kunnen veranderen. Het mechanisme is zeer eenvoudig: wanneer de buitentemperatuur hoog is, veranderen de TCM hun kleur in een lichtere/kleurloze tint. Wanneer het buiten koud is, is de door het TCM geïnduceerde kleur donkerder, waardoor de zonnereflectie afneemt. Dit is mogelijk door thermochrome eigenschappen die gebaseerd zijn op organische pigmenten in de vorm van poeders, die zijn ingekapseld in organische microcapsules en een overgangstemperatuur hebben die hun kleurverandering bepaalt.

De belangrijkste thermochrome kleurstoffen zijn een mengsel van leuco-kleurstoffen (zoals fluoranen, spirolactonen en fulgiden) met chemische verbindingen die verantwoordelijk zijn voor de elektronendonatie, zoals cyclische ester, en een oplosmiddel (bijvoorbeeld een zuur of een ester). Er is een breed scala van kleuren getest voor bouwtoepassingen.

De toepassingen voor de bouwschil zijn nog in ontwikkeling, maar er is een octrooi voor rendermortels die thermochrome microcapsules bevatten, en een studie in China toonde door simulatie aan dat het gebruik van een thermochrome superhydrofobische coating voor gebouwen het totale jaarlijkse energieverbruik in Noord-China met 13,74% verminderde in vergelijking met de traditionele witte ‘koelcoating’.

Lichtgewicht warmte-isolerende mortels

Een ander alternatief om het energieverbruik in gebouwen te verminderen en hun koolstofvoetafdruk te verkleinen is de toevoeging van lichtgewicht materialen met thermische eigenschappen, ter vervanging van de fijne toeslagstoffen in mortel. Deze alternatieve materialen verbeteren de thermische prestaties van gebouwen door de warmtewisseling te verminderen, terwijl ze tegelijkertijd het gewicht van de materialen verminderen en hun akoestische isolatie-eigenschappen verbeteren.

Enkele van de lichtgewicht materialen die zijn getest als toevoegingen aan mortel zijn silica aerogel, plastic afval, rubber en, recentelijk, vermiculiet (= een gehydrateerd magnesium-ijzer-aluminium-silicaat) en geëxpandeerd polystyreen (EPS). Enkele bedrijven hebben al een commerciële voorgemengde mortel ontwikkeld met ultralicht en warmte-isolerend EPS, en er is een octrooi voor een soort anorganische mortel voor warmte-isolatie met lichtgewicht aggregaten. Het mechanisme is gebaseerd op de isolerende werking die de thermische geleiding van de mortels aanzienlijk vermindert en tevens de levensduur verlengt.

Nanotechnologie-gebaseerde coatings

De nanotechnologie ten slotte kent verschillende toepassingen in de coatingsindustrie zoals:

• Nano-keramische coatings: deze coatings maken gebruik van nanodeeltjes van keramische materialen, zoals siliciumdioxide, om een duurzame en beschermende laag op het oppervlak aan te brengen. Ze kunnen de gevel beschermen tegen weersinvloeden, UV-straling, chemische aantasting en vuilophoping.
• Nano-coatings voor zelfreiniging: deze coatings bevatten nanodeeltjes die een hydrofobe (waterafstotende) eigenschap hebben. Hierdoor vormt water druppels op het oppervlak en neemt het vuil en verontreinigingen mee terwijl het van het oppervlak afrolt. Dit helpt de gevel schoon te houden en vermindert de noodzaak van handmatige reiniging.
• Nano-antibacteriële coatings: deze coatings bevatten nanodeeltjes met antibacteriële eigenschappen, zoals zilvernanodeeltjes. Ze kunnen helpen de groei van bacteriën, schimmels en algen op de gevel te remmen, waardoor de gevel hygiënisch blijft.
• Nano-zonwerende coatings: deze coatings maken gebruik van nanodeeltjes die de zonnestraling reflecteren of absorberen, waardoor de warmteoverdracht door de gevel wordt verminderd. Dit helpt de binnentemperatuur te reguleren en kan bijdragen aan energiebesparing.
• Anti-condensatie coatings: deze coatings bevatten nanodeeltjes die vocht afstoten en de vorming van condensatie op het oppervlak helpen voorkomen. Dit is vooral nuttig op koude oppervlakken waar condensatie kan leiden tot schimmel- en vochtproblemen.