Neues wissenschaftliches Prüfverfahren für selbstreinigende Gläser

Neues wissenschaftliches Prüfverfahren für selbstreinigende Gläser

Im Rahmen eines europäischen Forschungsprojektes wurde ein neues Verfahren entwickelt, um die Wirkung von selbstreinigenden Gläsern zu prüfen. Die Ergebnisse belegen, Funktionsgläser mit hydrophilen Titandioxidbeschichtungen bleiben länger sauber.

Selbstreinigende Gläser mit einer bereits in der Glasproduktion aufgebrachten Beschichtung aus Titandioxid werden seit mehr als einem halben Jahrzehnt in Fenstern, Fassaden, Wintergärten und verschiedensten Überkopfverglasungen verbaut. Der Vorteil dieser Funktionsgläser ist ihre Fähigkeit, organischen Schmutz unter Einwirkung von UV-Licht mittels Fotokatalyse aktiv abzubauen. Zudem reduziert die hauchdünne und nicht sichtbare Beschichtung die Oberflächenspannung des Glases und schafft so eine hydrophile Oberfläche. Trifft Wasser auf das beschichtete Glas, bildet sich ein hauchdünner Film, der den gelösten Schmutz wegschwemmt.
Durch den Selbstreinigungseffekt bleiben Verglasungen länger sauber, und der Reinigungsaufwand kann reduziert werden. Dies wiederum senkt die Betriebskosten von Gebäuden.

Projekt mit internationaler Beteiligung

Seit der Markteinführung von selbstreinigenden Gläsern mit Titandioxid-Beschichtung wird in der Glasbranche darüber diskutiert, wie groß der Reinigungseffekt der Beschichtungen ist. Zentrale Fragestellung ist dabei stets, um welche Größenordnung bleiben selbstreinigende Gläser länger sauber als auf der Außenseite unbeschichtete oder mit nachträglich aufgebrachten Beschichtungen versehene Gläser?

Bisher gab es keinen Standard zur Bewertung der selbstreinigenden Funktion. Die Gläser werden lediglich auf Haltbarkeit nach der europäischen Norm EN 1096 geprüft. Um dieses Defizit zu beheben, wurde von einem multinationalen Konsortium, bestehend aus drei industriellen (u.a. Pilkington Group Limitet und Saint-Gobain Glass Deutschland GmbH) und sieben wissenschaftlichen Partnern sowie einer unabhängigen Beratungsgesellschaft, das STREP Projekt „self cleaning glass“ ins Leben gerufen.

Ziele des Projektes waren eine objektive vergleichende Untersuchung der Verschmutzungsmechanismen von Glasoberflächen, die Entwicklung eines beschleunigten und objektiven Prüfverfahrens zur Bestimmung der selbstreinigenden Leistung und die Formulierung eines Vorschlages für einen europäischen Standard.

Zweijährige Freilandversuche

Im Rahmen des Projektes wurden zunächst an verschiedenen Standorten in Europa vier verschiedene Glasarten nebeneinander getestet: zwei selbstreinigende Gläser, ein hydrophobes Glasprodukt und ein Standard-Floatglas. Im Verlauf der zweijährigen Testphase wurden die in vertikaler Stellung im Freiland montierten Gläser regelmäßig visuell von unabhängigen Personen bewertet und parallel regemäßige Messungen des Streulichts an den einzelnen Gläsern durchgeführt.

Sowohl die subjektive Bewertung als auch die Streulichtmessung ergaben, das die selbstreinigenden Gläser, die auf Fotokatalyse und Hydrophilie basieren, über den gesamten Zeitraum sauberer waren als das unbeschichtete Glas. Dieses wiederum war deutlich sauberer als das mit einer hydrophoben Beschichtung versehene Glas.

Die Datenanalyse dieses Projektteils ergab eine gute Korrelation zwischen der subjektiven Bewertung durch das menschliche Auge und der objektiven Messung des Streulichts. Als Ergebnis der Tests konnte also festgehalten werden, dass sich die Streulichtmessung als Messverfahren zur Charakterisierung der Sauberkeit von Glasoberflächen eignet.

Direkter Vergleich durch Streulichtmessung

In einem zweiten Testlauf sollte ein beschleunigtes Prüfverfahren gefunden werden. Dazu mussten auftretenden Verschmutzungen zunächst standardisiert und analysiert werden. Auf Basis der dabei gewonnenen Erkenntnisse konnte ein so genannter Testschmutz aus organischen und anorganischen Komponenten definiert werden.

Um die Reinigungsvorgänge auf den Test-Scheiben zu simulieren, wurde im Prüfablauf zunächst der Testschmutz mittels einer speziell entwickelten Sprühapparatur aufgesprüht, dann das Sonnenlicht durch UV-Bestrahlung simuliert und schließlich beregnet. Nach jedem Schritt wurden an verschiedenen Punkten der Scheiben Streulichtmessungen durchgeführt.
Nach zwei Zyklen erreichten die selbstreinigenden Gläser laut Veröffentlichung eines beteiligten Unternehmens annähernd ihre Anfangswerte. Das Floatglas sowie das hydrophobe Produkt hätten bei den Tests Streulichtwerte aufgewiesen, die deutlich über einem Prozent lagen. Bereits im ersten Teil des Projekts war festgestellt worden, dass Gläser mit Streuchlichtwerten von mehr als einem Prozent bei der visuellen Bewertung durch Personen als sehr schmutzig eingestuft werden.

Nach Aussage des Projektteams ist es mit der eingesetzten Versuchanordnung gelungen, die Reinigungsleistung von Glasprodukten objektiv zu beurteilen. In einer Anfang 2008 veröffentlichten Presseinformation weist die Pilkington Deutschland AG darauf hin, dass das beschriebene Prüfverfahren bereits als Normvorschlag bei CEN TC 129 (Glas im Bauwesen), dem zuständigen europäischen Komitee, eingereicht worden ist.

Neueste Infos auf der glasstec 2008

Wie weit die Entwicklung von Gläsern mit funktionalen Beschichtungen heute schon vorangeschritten ist, und in welche Richtung die aktuellen Forschungen gehen, werden vom 21. bis 25. Oktober 2008 auf der glasstec, der wichtsten Fachmesse der internationalen Glasbranche und dem der begleitenden Sonderausstellung glass technology live zeigen.

Benetzung bei hydrophoben, hydrophilen und fotokatalytischen Oberflächen
Grafik: Saint-Gobain Glas Deutschland GmbH

Ergebnisse der Streuchlichtmessung: Weisen Gläser Streulichtwerte von über einem Prozent auf, werden sie als schmutzig eingestuft. Die Messungen des STREP Projektes zeigten, dass selbstreinigende Verglasungen mit hydrophiler Titandioxid-Beschichtung auch nach mehreren Verschmutzungsdurchläufen deutlich besser abschneiden als normales Floatglas bzw. Glas mit hydrophober Beschichtung.
Grafik: Pilkington Deutschland AG