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Für Mörtel und Betone stellen Polymerdispersionen
wichtige Additive dar. U.a. wird zurzeit darüber geforscht, welche
Größe und Struktur Latex-Nanopartikel auf Styrol/n-Butyacrylat-Basis
haben sollten, um die Haltbarkeit und die mechanischen Eigenschaften
von Mörtel und Betonen zu optimieren. Beton-Polymer-Verbundmaterialien
können aber auch Polymer- oder Kohlenstofffaser verstärkte Betone
sein. Autobahnbeläge oder säurebeständige Abwasserrohre werden aus
solchen Verbundmaterialien gefertigt.
Wenn von Chemie am Bau die Rede ist, denkt man
meist an die Kunststoffschäume zur Isolierung - vor allem zur
Wärmedämmung, aber auch zur Lärmminderung oder elektrischen
Isolierung. An erster Stelle der handelsüblichen Wärmedämmstoffe steht
Polyurethan-Hartschaum. Er wird für Außenwände zunehmend in
Wärmedämm-Verbundsystemen mit Trockenmörtel eingesetzt. Konventionell
aufgeschäumte Polymere werden in Zukunft wohl durch nanoporöse Schäume
ersetzt, zu mindest bei der Wärmedämmung; denn ihre Wärmeleitfähigkeit
ist sehr gering. Die ideale Porengröße beträgt hier ungefähr 100 bis
150 Nanometer, während der konventionelle Schaum Porendurchmesser von
40 bis 100 Mikrometern aufweist, also etwa tausendmal größere Poren
hat. Was in der Forschung schon bestätigt wurde, lässt sich
industriell noch nicht nutzen: Man konnte bislang kein geeignetes
Verfahren für die Herstellung nanoporöser Schäume finden.
Fluormodifizierte Polyurethan Dispersionen eignen
sich, besser als die reinen Polyurethane, um Oberflächen vor
Chemikalien, Korrosion, Wind und Wetter zu schützen. Sie weisen auch
hervorragende mechanische Eigenschaften auf. Alle Eigenschaften lassen
sich durch die Menge an Fluor im Polymer oder durch Zugabe
unterschiedlicher Monomerer gut steuern. Die Polymere lassen sich also
maßschneidern.
Behälter zur Lagerung von Trinkwasser sind häufig
mit zementgebundenen Beschichtungsmaterialien ausgekleidet, die aber
leicht durch physikalisch-chemische Prozesse, beispielsweise
Wechselwirkungen mit den im Wasser gelösten Bestandteilen oder pH-Wert
Absenkung, geschädigt werden können. Dies wiederum begünstigt eine
Besiedlung mit Mikroorganismen in Form von Biofilmen - die hygienische
Lagerung von Trinkwasser ist nicht mehr gewährleistet. Derzeit wird
erforscht, wie sich solche Biofilme mikrobiell zusammensetzen und
welche Stoffe diese Mikroorganismen produzieren. Die Charakterisierung
der Biofilmpopulation erfolgt molekularbiologisch durch Untersuchung
des Erbgutes (DNA).
Zahlreiche Bauprodukte enthalten heute
Photokatalysatoren. Sie verleihen Oberflächen einen selbstreinigenden
Effekt, so dass Keramikfliesen, Dachziegel, Glas oder seit kurzem auch
Außenfarben mit Photokatalysatoren zur Selbstreinigung versetzt
werden. Aber es war bisher nur der Außenbereich, wo diese
Katalysatoren wirkten, weil sie UV-Licht benötigen. Nachdem man
entdeckt hatte, dass die Photokatalysatoren auch die Außenluft in
verkehrsreichen Stadtzentren verbesserten, war ein Ziel der Forschung,
auch Schadstoffe in der Innenraumluft photokatalytisch abzubauen. Und
es gelang tatsächlich, Photokatalysatoren zu entwickeln, die auf
gewöhnliche Innenraumbeleuchtung oder auf diffuses Tageslicht ohne
UV-Anteil ansprechen. Hierzu wurde Titandioxid gezielt mit Kohlenstoff
dotiert. Dank einer gelungenen Zusammenarbeit von Hochschule und
Industrie dauerte die Forschungs- und Entwicklungsarbeit an diesem
Projekt nur 18 Monate. Von unabhängigen Forschungsinstituten wurde
bestätigt, dass Schadstoffe und Gerüche (z.B. Zigarettenrauch) durch
die neuen VLC (Visible Light Catalysator) reduziert werden.
Privathaushalte, vor allem aber Hotels, Restaurants, Schulen,
Krankenhäuser und Industriebetriebe können nun die Raumluft
signifikant verbessern.
Die Eigenschaften von Gipsbaustoffen, deren Basis
Calciumsulfat-Dihydrat ist, lassen sich durch Carboxylsäuren gezielt
einstellen. Bei der Umwandlung (Hydratation) von
Calciumsulfat-Halbhydrat zu Gips verzögern sie je nach Menge und Art
das Abbinden und damit den Gefügeaufbau. Als Carboxylsäuren werden
z.B. eingesetzt: Citronensäure, Äpfelsäure, Bernsteinsäure oder
Weinsäure. Die Reaktionsmechanismen bei der Erhärtung zu Gips versteht
man erst, seit man moderne physikalische oder physikalisch-chemische
Untersuchungsmethoden hier anzuwenden versteht.
Solche modernen Untersuchungsmethoden sind
besonders wichtig für die Überwachung und Wartung von Bauwerken,
gelingt es doch mit ihnen, für die Bausubstanz schädliche Prozesse
frühzeitig zu entdecken und zu beheben. Das gewährleistet Sicherheit
für Bauwerk und Nutzer und verringert die Kosten für die
Instandhaltung. Von Bedeutung für den chemischen Gesundheitszustand
von Betonbauwerken sind die drei Kenngrößen: pH-Wert, Feuchtigkeit und
Chloridkonzentration. Der pH-Wert im Beton beträgt in der Regel 12,5.
Sinkt er ab, deutet das auf einen möglichen chemischen Angriff hin.
Feuchtigkeit ist an vielen chemischen Prozessen im Beton beteiligt und
dient als Transportmedium für unterschiedliche Stoffe. Eine hohe
Chloridbelastung, beispielsweise durch Tausalze, greift den Beton an.
In der Entwicklung befinden sich optische chemoselektive Sensoren für
die Bauwerksüberwachung. Beschichtungen auf Beton werden häufig
ebenfalls durch chemische Reaktionen angegriffen. Zur Diagnose solcher
Schäden dienen diverse chemische Analysentechniken.
In Karlsruhe tauschen sich Wissenschaftler darüber
aus, welche Analysestrategien bei welchen Problemen und welche
Werkstoffe die besten sind. Es gilt, durch Forschung neue, noch
leistungsfähigere und dauerhafte Werkstoffe für das 21. Jahrhundert zu
entwickeln. |
