Wirksamkeit und Dauerhaftigkeit von Bioziden in Bautenbeschichtungen

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1 , Seite Wilhelm Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Rotherstraße 21, D Berlin Wirksamkeit und Dauerhaftigkeit von Bioziden in Bautenbeschichtungen von Dr. rer. nat. Klaus Breuer Dr. Wolfgang Hofbauer Dipl.-Biol. Nicole Krueger Dr. rer. nat. Florian Mayer Dipl.-Chem. Christian Scherer Dr.-Ing. Regina Schwerd Prof. Dr.-Ing. Klaus Sedlbauer Fraunhofer-Institut für Bauphysik (Leitung: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Gerd Hauser, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Klaus Sedlbauer) Postfach Stuttgart Nobelstraße Stuttgart Fraunhofer-Institut für Bauphysik Standort Holzkirchen Fraunhoferstraße Valley

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3 Fachthemen Klaus Breuer Wolfgang Hofbauer Nicole Krueger Florian Mayer Christian Scherer Regina Schwerd Klaus Sedlbauer DOI: /bapi Wirksamkeit und Dauerhaftigkeit von Bioziden in Bautenbeschichtungen Der Einsatz von Wärmedämmverbundsystemen (WDVS) stellt eine wesentliche Maßnahme zur Verringerung der Transmissionswärmeverluste bei Bestandsgebäuden dar. Die damit einhergehende thermische Entkopplung der Fassadenoberfläche vom Mauerbildner führt bekannterweise zu einer veränderten Feuchtebilanz an der Fassade und somit zu günstigeren Bedingungen für ein Wachstum von Mikroorganismen. Fassadenbeschichtungen werden aus diesem Grund häufig mit bioziden Wirkstoffen zum Schutz gegen Algen- und Pilzaufwuchs ausgerüstet. Um die Wirksamkeit und die Dauerhaftigkeit dieser Wirkstoffausrüstung abschätzen zu können, wurden in einem Vorhaben 33 unterschiedliche Beschichtungen auf WDVS-basierten Prüfkörpern über 5 Jahre an zwei Standorten im Freiland bewittert. Es bestätigte sich eine generelle Wirksamkeit der verschiedenen Biozidausrüstungen. Die Aufwuchsentwicklung auf sämtlichen ausgerüsteten Beschichtungssystemen war deutlich vermindert und die Artenzahl signifikant verringert. Die einzelnen Komponenten der verschiedenen Biozidausrüstungen unterschieden sich darüber hinaus, auch in Abhängigkeit vom Beschichtungstyp, hinsichtlich ihrer Dauerhaftigkeit in den Beschichtungen und beeinflussten auf diese Weise die bei der Primärbesiedlung der Oberflächen beteiligten Spezies. Der Wirkstoffgehalt der Beschichtungen allein ließ keinen Rückschluss auf die Aufwuchsanfälligkeit eines Systems zu. Systeme mit ausgerüsteten Farbanstrichen zeigten darüber hinaus tendenziell etwas bessere Ergebnisse als ausgerüstete Systeme ohne zusätzlichen Farbanstrich. Effectiveness and durability of biocidal ingredients in façade coatings. The use of external thermal insulation systems (ETICs) is a powerful instrument in the energetic improvement of residential buildings. With that measure, the façade surface is thermally decoupled from the wall construction and consequently the humidity balance on the façade changes. This fact leads to better conditions for the growth of microorganisms. Therefore biocidal ingredients are often added to façade coatings. To evaluate the effectiveness and the durability of biocidal equipped façade coatings a comprehensive research project was conducted at the Holz kir chen branch of the Fraunhofer-Institute for Building Physics. 33 different types of façade coatings were applied to test specimen and exposed to real weathering conditions for five years. The general efficiency of the biocidal equipping of façade coatings could be proven. The development of biological growth on biocidal equipped façade coatings was significantly reduced, showing much less species than without biocide. Depending on the type of the coating, different biocides show a varying durability within the coatings. This has an influence on the species involved in the primary colonization. The biocide content in the coating itself allows no prediction of the susceptibility to biological growth. Façade coatings with biocidal paints showed better results than biocidal renders without additional paint coating. 1 Einleitung Die moderne technische Gestaltung der Gebäudehülle befindet sich vielfach im Zwiespalt zwischen Energieeinsparung und Dauerhaftigkeit gegenüber biologischer Besiedlung. Grundsätzlich ist die Entwicklung von Aufwuchs an Oberflächen, die der Witterung ausgesetzt sind, ein völlig natürlicher Prozess; bei entsprechenden Rahmenbedingungen (ausreichende Feuchte und Temperatur, Vorhandensein von Nährstoffen) können alle Oberflächen besiedelt werden (Bild 1). Ein besonderes Feld bildet die nachträgliche oder bauseits vorgesehene energieeffiziente Dämmung von Gebäudehüllen. Bild 1. Monolithisch ausgeführtes sakrales Bauwerk mit starkem Algenbewuchs (Trentepohlia iolithus) an der Wetterseite Fig. 1. Chapel (monolithically built) with severe algae growth (trentepohlia iolithus) on its weather side Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin Bauphysik 34 (2012), Heft 4 3

4 Die nachträgliche Dämmung der Gebäudehülle mittels WDVS ist insbesondere im Bestand eine praktikable Möglichkeit, die aktuellen Anforderungen der Energieeinsparverordnung [1], [2] zu erfüllen. Von 1997 bis 2008 stiegen mit den zunehmenden Anforderungen an die energetische Leistungsfähigkeit der Gebäude die durchschnittlichen Dämmstoffdicken von 77,4 mm auf 108 mm (IV/2008). Mit einem Anteil von 79,9 % ist blockgeschäumtes expandiertes Poly - styrol (EPS) der meistverwendete Dämmstoff [1]. EPS wird häufig in Kombination mit organisch gebundenen Dünnschichtputzen eingebaut. Mit der dadurch immer effektiveren thermischen Entkopplung der Gebäudeoberfläche vom Mauerbildner und der Abnahme der thermischen Masse der Deckbeschichtung treten bei Vorliegen ungünstiger Standortbedingungen und mikroklimatischer Verhältnisse Fälle von mikrobiellem Aufwuchs an den Fassaden auf. Sobald ein Aufwuchs mit bloßem Auge erkennbar wird, ist das Erscheinungsbild eines Gebäudes in der Regel beeinträchtigt, was häufig zur Unzufriedenheit der Nutzer bzw. Eigentümer führt. Das Auftreten eines mit bloßem Auge erkennbaren Aufwuchses kann vom juristischen Standpunkt aus einen ästhetischen Mangel darstellen, der je nach Zeitdauer bis zum Auftreten des Mangels zu Gewährleistungsansprüchen führen kann. Die Rechtsprechung hierzu ist allerdings bislang uneinheitlich [3], [4]. Nutzer und Verarbeiter erwarten allgemein von WDVS ein aufwuchsfreies Erscheinungsbild, das über die Dauer der reinen Gewährleistungsfrist hinausgeht. Auch unter Nachhaltigkeitsaspekten erscheint es nicht zielführend, Fassaden in kürzeren Abständen zu überarbeiten, um optische Mängel bedingt durch mikrobiellen Aufwuchs zu beseitigen. 1.1 Einflussfaktoren Die Dauerhaftigkeit und die Aufwuchsanfälligkeit von Fassadenbeschichtungen sind von einer ganzen Reihe von Faktoren abhängig: Gestaltung und Beschaffenheit des Gebäudes, geographische Lage und Ausrichtung des Gebäudes, klimatische und mikroklimatische Verhältnisse am Standort, Infektionsdruck durch die umliegende Vegetation, Art, Beschaffenheit und Ausführung der Fassadenbeschichtung (WDVS), spezielle Materialeigenschaften. Dachform, -überstand und -neigung haben einen starken Einfluss auf die Schlagregenbelastung der Gebäudehülle. Weit auskragende Dachüberstände können große Anteile der Fassade vor direktem Schlagregen schützen, wohingegen Flachdachkonstruktionen ohne Überstand keinen Schutz bieten. Mikrobieller Aufwuchs benötigt ausreichend lange Perioden mit wachstumsfördernden Feuchtebedingungen an der Fassadenoberfläche. Daher werden bevorzugt die Gebäudeoberflächen besiedelt, die nicht oder nur sehr kurz von der Sonne beschienen werden oder die keine bzw. nur geringe Luftanströmung erfahren und daher langsamer abtrocknen [6], [7], [8]. Oberflächen im Verschattungsbereich umliegender Gebäude oder Bepflanzung erfüllen diese Bedingungen ebenfalls [9]. Durch die thermische Entkopplung von Mauerbildner und Fassadenoberfläche in Verbindung mit einer reduzierten thermischen Masse einer Deckbeschichtung bei Dünnschichtputzen sinkt die Temperatur an der Oberfläche schneller ab, und unterschreitet damit häufiger und länger den Taupunkt. Entsprechendes gilt für die Trocknungsvorgänge, auch nach Schlagregenereignissen. 1.2 Mikrobieller Aufwuchs auf gedämmten Fassaden Je nach Feuchtigkeitsangebot können Fassaden über kurz oder lang durch verschiedenste Organismen besiedelt werden. Im gemäßigten Klima handelt es sich vorwiegend um sporenbildende Lebensformen wie Pilze, Algen, Flechten und Moose [5], [6], [7], [8]. Bisher sind mehr als 180 unterschiedliche Arten von Mikroorganismen als Bestandteile des Primäraufwuchses auf Bauteilen determiniert worden, die vor allem von Pilzen und Algen dominiert werden. Im Primäraufwuchs sind zwei grundlegend unterschiedliche Gruppen von Algen vertreten: die Blaualgen (Cyanoprokaryota), die zu den bakteriellen Formen gehören, und die eigentlichen (eukaryotischen) Algen, zu denen auch die Grünalgen (Chlorophyta, s.l.) zählen. Während austrocknungsresistente Cyanoprokaryota für ihre Lebensvorgänge meist flüssiges Wasser benötigen, können manche eukaryotische Algen bereits bei hoher relativer Luftfeuchte positiv bilanzierende Nettophotosynthese betreiben. Tatsächlich überwiegen an Fassaden in Mitteleuropa Algenarten, die auch dampfförmiges Wasser nutzen können, was die besondere Bedeutung häufiger Tauwasserproblematiken einhergehend mit hoher Luftfeuchte widerspiegelt [6], [10], [11], [12]. Cyanoprokaryota sind in Mitteleuropa hauptsächlich auf Ablaufstellen, Spritzwasserzonen und besonders stark dem Schlagregen ausgesetzten Oberflächen von Bauteilen beschränkt [8]. An Fassaden vorkommende eukaryotische Algen werden von einer speziellen Gruppe der Grünalgen dominiert (Trebouxiophyceae), die besonders viele, an das Leben auf regelmäßig austrocknenden Oberflächen angepasste Arten aufweist [8], [14]. So kann Stichococcus bacillaris ab ca. 90 % relativer Luftfeuchte gedeihen, während Apatococcus lobatus schon ab 68 % relativer Luftfeuchtigkeit physiologisch aktiv sein kann [15], [16], [17], [18]. Neben den bakteriellen Blaualgen und angepassten Grünalgen können weitere (eukaryotische) Algenformen vorkommen, wie z. B. Gelbgrünalgen (Xanthophyceae) oder vereinzelt auch Kieselalgen (Bacillariophyceae) [8], [19]. In Tabelle 1 sind die am häufigsten auf modernen Fassaden anzutreffenden Algen der Primärbesiedlung zusammengefasst [8]. Vielfach werden bauteilrelevante Pilze unter dem Begriff Schimmelpilz angesprochen. Wissenschaftlich hat dieser Begriff keine Bedeutung, da damit allgemein alle Pilze, die keine offensichtlichen Fruchtkörper erzeugen und watteartige, staubige oder krustige Beläge bilden, ohne Rücksicht auf ihre taxonomische Zugehörigkeit bezeichnet werden. Bei den ebenfalls wissenschaftlich unscharf definierten Schwärzepilzen handelt es sich um Pilze, die als Schutz gegen die Sonneneinstrahlung dunkle Pigmente ausbilden. Auf hell pigmentierten Fassaden kann sich dies optisch besonders beeinträchtigend auswirken. Unter den Pionierformen an Fassaden finden sich bei den Pilzen Spezialisten, die sehr trockentolerant sind, wie z. B. Euro- 4

5 Tabelle 1. Die häufigsten Algen (Primärbesiedler) auf Bauteiloberflächen Table 1. The most common algae (primary coloniser) on component surfaces Spezies Stichococcus minutus Diplosphaera sp. (vermutlich bisher unbekannte Art) Chlorella ellipsoidea agg. (C. trebouxioides, C. angusto-ellipsoidea) Klebsormidium flaccidum Bemerkung tium sp. Arten dieser Schlauchpilzgattung (Ascomycetes) benötigen für ihr Wachstum mehr als 73 % relative Luftfeuchtigkeit [20]. Dagegen wachsen Arten der Gattungen Alternaria und Cladosporium erst bei deutlich höheren Werten der relativen Luftfeuchte bis hin zur Wasserdampfsättigung [20], [21], [22], [23]. In Tabelle 2 sind die Pilze zusammengefasst, die an modernen Fassaden zu den häufigsten Primärbesiedlern zählen. 1.3 Maßnahmen zur Verhinderung oder Verzögerung der Aufwuchsbildung meist in coccaler (einzelliger) Erscheinungsform, von trichaler (fadenförmiger) Organisation abgeleitet sarcinoide (paketförmige) Organisation coccale Organisation trichale Organisation, vorwiegend bei Aufwuchsentwicklung > 2 Jahren Tabelle 2. Pilze, die mit hoher Häufigkeit und Keimzahl bei Untersuchungen der Primärbesiedlung von Bauteilober flächen isoliert wurden [8] Table 2. Fungi frequently found on building surfaces with high germ number (primary colonization) [8] Spezies Alternaria alternata Cladosporium cladosporioides Epicoccum purpurascens Ulocladium chartarum Bemerkung Schwärzepilz (Dematiaceae), hohe Biozidresistenz Schwärzepilz (Dematiaceae) Schwärzepilz (Dematiaceae) Schwärzepilz (Dematiaceae), hohe Biozidresistenz Der mikrobielle Aufwuchs auf Fassaden kann mit konstruktiven, bauphysikalischen und chemischen Maßnahmen beeinflusst werden. Dachüberstände und dem aktuellen Stand der Technik entsprechend ausgeführte Abtropfkanten, die eine Fassade vor Regenwasser schützen sowie sorgfältig gearbeitete Anschlüsse, die ein Ablaufen des Wassers über die Beschichtung verhindern, sind als wichtigste konstruktive Maßnahmen zu nennen. Zu den bauphysikalischen Ansätzen zählen z. B. die Erhöhung der thermischen Masse der Fassadenbeschichtung durch den Einsatz von Dickschichtputzen, die Erhöhung der kurzwelligen Absorption und die Verringerung der langwelligen Emission durch geeignete Farbwahl. Die für das mikrobielle Wachstum maßgebliche Feuchte an oder in unmittelbarer Nähe der Fassadenoberfläche kann zusätzlich durch die Wahl des Putzes (z. B. saugend oder hydrophob) beeinflusst werden. Für eine Verhinderung der Aufwuchsbildung an Fassadenflächen ist eine rasche Trocknung wünschenswert, um längerfristiges Auftreten von relativen Luftfeuchten an der Oberfläche von über 70 % möglichst auszuschließen [8]. Konstruktive und bauphysikalische Maßnahmen allein können unter bestimmten Randbedingungen (hohe Schlagregenbelastung, geringe Sonneneinstrahlung, starker Infektionsdruck) nicht hinreichend wirksam sein, um Aufwuchs dauerhaft zu verhindern. Nach aktuellem Stand der Technik stellt die Ausrüstung der Fassadenbeschichtungen mit Bioziden einen wesentlichen Handlungsansatz dar. Aufgrund der verschiedenen Zielorganismen werden in der Praxis biozide Wirkstoffe unterschiedlicher chemischer Struktur und Wirkungsweise eingesetzt. Bestimmte, im Allgemeinen hoch wirksame Biozide weisen darüber hinaus so genannte Wirkungslücken gegenüber bestimmten Spezies auf, weshalb in Fassadenbeschichtungen ebenfalls Kombinationen aus mehreren Wirkstoffen angewandt werden. Im günstigsten Fall wird durch diese Kombinationen auch eine Verringerung der einzusetzenden Konzentrationen der Einzelwirkstoffe erreicht. Gängige Einsatzmengen von Biozidformulierungen in Putzen und Farben bewegen sich zwischen 0,5 und 1 Masse-% [39]. Grundsätzlich müssen Biozide eine gewisse Wasserlöslichkeit besitzen, um von den Zielorganismen aufgenommen und somit wirken zu können. Diese Wasserlöslichkeit hat wiederum zur Folge, dass durch Schlagregen besonders bei frisch applizierten Beschichtung die Wirkstoffe ausgewaschen und in die Umwelt eingetragen werden können [22]. Aktuelle Produktentwicklungen verfolgen daher unter anderem das Ziel, die Auswaschung der Wirkstoffe aus den Beschichtungen zu reduzieren um so eine verlängerte Wirksamkeit in der Beschichtung zu erreichen, den Wirkstoffeintrag in die Umwelt zu minimieren und dadurch die erforderlichen Einsatzmengen somit zu verringern [24]. 1.4 Zielsetzung der experimentellen Arbeiten Der Befall von Fassaden mit Pilzen und Algen ist grundsätzlich ein bekanntes Phänomen, dem mit der Ausrüstung der Fassadenbeschichtungen mit bioziden Wirkstoffen begegnet wird. Bisher existierten nur sehr wenige zugängliche Daten aus Langzeitstudien über die Dauerhaftigkeit und Wirksamkeit von Bioziden in Fassadenbeschichtungen. Ziel der hier vorgestellten Untersuchungen war es, Erkenntnisse über die Wechselwirkungen zwischen Art der Beschichtung, Wirkstoffen und Aufwuchsentwicklung unter Freilandbedingungen in einem mehrjährigen Expositionsansatz zu gewinnen. 2 Experimentelle Vorgehensweise In einem interdisziplinären Vorhaben wurde in den Jahren 2005 bis 2010 ein experimenteller Ansatz bearbeitet, der folgendes Konzept verfolgte: Prüfkörper nach dem WDVS-Prinzip wurden mit unterschiedlichen Beschichtungssystemen versehen, die wiederum mit verschiedenen 5

6 Biozid-Kombinationen ausgerüstet waren, und im Freiland unter realen Klimabedingungen exponiert. Das von den Prüfkörpern ablaufende Regenwasser und die Beschichtungen selbst wurden wiederkehrend auf ihren Gehalt an bioziden Wirkstoffen untersucht. In regelmäßigen Abständen erfolgten eine Dokumentation und Bewertung von Aufwuchsentwicklung und -intensität, komplettiert durch eine taxonomische Identifizierung der gefundenen Organismen. 2.1 Prüfkörper und Freibewitterung Für die Untersuchungen wurden Prüfkörper der Abmessungen 35 cm 30 cm nach dem WDVS-Prinzip hergestellt. Auf eine Faserzement-Platte wurden mit Klebemörtel 50 mm Polystyrol-Hartschaum aufgebracht und mit Gewebearmierung versehen. Nach hinten abgeschrägte Oberkanten der Prüfkörper wurden ausgeführt, um Wasseransammlungen auf der Oberkante gefolgt von einem Wasserablauf über die Prüfkörpervorderseite zu verhindern, während Tropfkantenprofile (Putzleisten) an den unteren Kanten Tropfenanhaftungen und somit einer gewissen Staunässebildung vorbeugten (Bild 2). Die Prüfkörper wurden von März 2005 bis September 2010 im Freiland exponiert. Bild 3 zeigt die auf freiem und ebenem Gelände nach Westen ausgerichteten Prüfkörper am Standort Holzkirchen des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik (IBP). Holzkirchen, auf einer Höhe von ca. 680 m südlich von München im Voralpenland gelegen, wird nach DIN 4108 Teil 3 in die höchste Schlagregenbeanspruchungsgruppe eingeordnet. Bild 3. Nach Westen ausgerichtete Prüfkörper auf dem Gelände des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik in Holzkirchen Fig. 3. Specimens facing westwards at the test site of the Fraunhofer Institute for Building Physics, Holzkirchen/Germany 2.2 Beschichtungsmaterialien und Wirkstoffe Die Deckschichten wurden mit vier verschiedenen Wirkstoffkombinationen ausgerüstet, bestehend aus jeweils drei Wirkstoffen (Tabelle 3). Diese Wirkstoffkombinationen wurden Modellrezepturen zugegeben (insgesamt 33 Beschichtungsvarianten), die sich in der Art des Bindemittels unterschieden. Auf ausgewählte biozidfreie Putze wurden Anstriche mit und ohne Wirkstoffausrüstung aufgebracht (Tabelle 4), s. a. [13]. Prüfkörper mit biozidfreien Vergleichsbeschichtungen dienten im Versuch als Kontrollvarianten. 2.3 Untersuchungsumfang Biologische Untersuchungen Ziel der biologischen Untersuchungen war es, ausgewählte, unterschiedlich biozid ausgerüstete Fassadenbeschichtungen (Deckputze und Anstriche) hinsichtlich ihrer mikrobiologischen Anfälligkeit vergleichend zu untersuchen. Bild 2. Schematische Darstellung eines Prüfkörpers für die Exposition Fig. 2. Schematic illustration of a test specimen for the weathering experiment Deskriptive visuelle Charakterisierung der Oberflächenbesiedlung Der optische Zustand der exponierten Prüfkörper hinsichtlich der Aufwuchsentwicklung wurde mit Hilfe einer semiquantitativen Bewertungsskala bewertet (Bild 4) [5]. Tabelle 3. Untersuchte Wirkstoffkombinationen und Einsatzkonzentrationen in Putzen und Anstrichen (Masse-% im Putz bzw. im Anstrich vor der Verarbeitung) Table 3. Examined combinations and concentrations of active substances in plasters and coatings (mass-% in plaster or paint before application) Wirkstoffkombination Wirkstoff 1 (M-% im Putz bzw. Anstrich) Wirkstoff 2 (M-% im Putz bzw. Anstrich) Wirkstoff 3 (M-% im Putz bzw. Anstrich) B2 Terbutryn (0,05 / 0,1) OIT (0,025 / 0,05) Carbendazim (0,05 / 0,1) B3 Terbutryn (0,05 / 0,1) OIT (0,025 / 0,05) DCOIT (0,075 / 0,15) B4 Terbutryn (0,05 / 0,1) OIT (0,025 / 0,05) IPBC (0,075 / 0,15) B5 Terbutryn (0,05 / 0,1) OIT (0,025 / 0,05) Zink-Pyrithion (0,05 / 0,1) 6

7 Tabelle 4. Variantenplan; die biozidfreien Kontrollvarianten sind grau hinterlegt Table 4. Variant plan, the biocide-free control specimens are highlighted in gray Variantennummer Putz (Bindemitteltyp) Wirkstoffgemisch Anstrich Wirkstoffgemisch 1 Kalk-Zement B2 2 Kalk-Zement 3 Kalk-Zement Dispersionssilikatfarbe B2 4 Kalk-Zement Dispersionssilikatfarbe 5 Kalk-Zement Dispersionsfarbe B2 6 Kalk-Zement Dispersionsfarbe 7 Kalk-Zement Silikonharzfarbe B2 8 Kalk-Zement Silikonharzfarbe B3 9 Kalk-Zement Silikonharzfarbe B4 10 Kalk-Zement Silikonharzfarbe B5 11 Kalk-Zement Silikonharzfarbe 12 Styrolacrylat B2 13 Styrolacrylat B3 14 Styrolacrylat B4 15 Styrolacrylat B5 16 Styrolacrylat 17 Styrolacrylat Dispersionsfarbe B2 18 Styrolacrylat Dispersionsfarbe B3 19 Styrolacrylat Dispersionsfarbe B4 20 Styrolacrylat Dispersionsfarbe B5 21 Styrolacrylat Dispersionsfarbe 22 Terpolymer B2 23 Terpolymer B3 24 Terpolymer B4 25 Terpolymer B5 26 Terpolymer - 27 Silikonharz B2 28 Silikonharz B3 29 Silikonharz B4 30 Silikonharz B5 31 Silikonharz 32 Wasserglas B2 33 Wasserglas Bild 4. Bewertungsskala zur Erfassung der Aufwuchsentwicklung [5] Fig. 4. Scale for the compilation of growth development [5] 7

8 Die unteren Stufen 0 bis 3 dieser Bewertungsskala verfolgen eine detaillierte Einteilung der Erstbesiedlung, wohingegen die höheren Kategorien (Stufe 4 bis 10) vor allem den Deckungsgrad der Aufwuchsstärke prozentual wiedergeben. Die Stufen 4 und 5 umfassen einen Übergangsbereich, ab dem Betrachter die Oberfläche als optisch beeinträchtigt einstufen können (in Bild 3 als hellgrün gefärbter Übergangsbereich dargestellt). Ein Aufwuchsbild ab der Stufe 4 ( kritische Bewertungsgrenze) wird in der Praxisanwendung somit bereits als Reklamationsfall eingestuft werden (in Bild 3 zusätzlich in Form einer gestrichelten roten Linie hervorgehoben). Qualitative und quantitative mikrobiologische Charakterisierung Neben der visuellen Dokumentation der Aufwuchsentwicklung fand eine regelmäßige Erfassung der Zusammensetzung und Entwicklung der mikrobiologischen Sukzession durch Laboruntersuchungen statt. Dazu wurden Proben von den Beschichtungen entnommen und unter aseptischen Bedingungen im Labor entsprechend [8] aufgearbeitet. Die Laboruntersuchungen dienten dazu, sowohl die jeweiligen Keimzahlen der Oberflächen (Anzahl der keimbildenden Einheiten [KBE] pro Fläche) als auch die taxonomische Zusammensetzung (Arten) des Aufwuchses mit Schwerpunkt auf Algen und Pilzen zu ermitteln Chemisch-analytische Untersuchungen Die chemischen Untersuchungen umfassten die Bestimmung der Wirkstoffgehalte in den Beschichtungen selbst und in dem von den Prüfkörpern ablaufenden (Schlag-) Regenwasser. Bestimmung der Wirkstoffgehalte der Beschichtungen Die Beprobung der exponierten Prüfkörper erfolgte nach 3, 6, 9, 12, 18, 24, 30, 36, 48 und 66 Monaten. Dazu wurden pulverisierte Beschichtungsproben (gesamte Schichtdicke) von jeweils drei definierten Stellen von 4 cm 2 Größe (jeweils mittig; ca. 7 cm unterhalb des oberen Prüfkörperrands, von der Prüfkörpermitte und ca. 5 cm oberhalb des unteren Prüfkörperrands) durch Abfräsen bis auf den Armierungsmörtel gewonnen. Bei ausgerüsteten Anstrichen wurde auch der darunterliegende Deckputz mit abgetragen. Die Wirkstoffe wurden, wie in [25] beschrieben, aus dem gewonnenen Fräsgut extrahiert und die Extrakte nach Filtration direkt auf ihren Wirkstoffgehalt hin untersucht. Die Extraktion und Derivatisierung von Zink-Pyrithion sind in [25] beschrieben. Bestimmung der Wirkstoffgehalte im Ablaufwasser Die Probenahme des bei Regen ablaufenden Wassers erfolgte zu Beginn der Exposition nach jedem Schlagregenereignis, ab Juni 2005 je nach Witterung zunächst etwa alle zwei Wochen und ab September 2005 ca. einmal pro Monat. Die Beprobung wurde im Frühjahr 2009 beendet. Bei Frost und Schneefall fand fallweise keine Beprobung statt. Das Volumen der Probenbehälter betrug 1 l. Dieses Volumen war in der Regel ausreichend für das von der Prüfkörperoberfläche ablaufende Regenwasser und wurde nur bei extrem starken und ausdauernden Regenfällen überschritten. Die wässrigen Proben wurden, soweit möglich, unmittelbar nach der Asservierung untersucht bzw. wenige Tage im Kühlschrank bei 4 C aufbewahrt. Die Anreicherung der Wirkstoffe geschah mittels Festphasenextraktion (SPE, solid phase extraction). Die Bestimmung der Wirkstoffkonzentrationen erfolgte für Beschichtungen und Ablaufwässer mittels LC-Tandem-MS (Liquid Chromatography-Tandem-Mass-Spectrometry) (s. a. [25]). Der Zink- Pyrithion-Gehalt der Ablaufwässer wurde aufgrund der in matrix-belasteten Wässern und unter Sonneneinstrahlung geringen Halbwertszeiten des Wirkstoffs nicht bestimmt [26], [27], [28]. 3 Ergebnisse 3.1 Ergebnisse der biologischen Analysen Visuelle Charakterisierung der Oberflächen In den Bildern 5 bis 8 sind die Ergebnisse der visuellen deskriptiven Bewertungen der Oberflächen für Silikonharz-, Styrolacrylat- und Kalk-Zement-Putz sowie den Styrolacrylatputz mit Anstrich dargestellt. Analog zu Kapitel (Biologische Untersuchungen), wird die kritische Bewertungsgrenze (zwischen Stufe 3 und Stufe 4) in den Grafiken durch eine unterbrochene rote Linie hervorgehoben. Prüfkörper mit Silikonharzputz erwiesen sich als vergleichsweise widerstandsfähig gegen mikrobiologischen Aufwuchs (Bild 5). Selbst nach einer Beobachtungszeit von 4 Jahren war die Aufwuchsintensität an den Prüfkörpern aller biozid ausgerüsteten Varianten dieser Putzrezeptur als unbedeutend und gemäß der Bewertungsskala unterhalb der Stufe 3 zu bewerten. Auf den Prüfkörpern mit biozidfreiem Silikonharzputz (SH-B0) wurde die Bewertungsstufe 3 erst nach 2 Jahren Exposition erreicht. Anders als bei den Varianten mit Silikonharzputz, überschreitet das Aufwuchsbild an den Prüfkörpern mit Putzen auf Styrolacrylat-Basis sowohl auf den mit Biozid ausgerüsteten als auch auf den nicht ausgerüsteten Varianten sehr viel früher die Stufe 3 der Aufwuchsentwicklung (Bild 6). Die Bewertungsstufe 3 wird auf den Prüfkörpern des Putzsystems auf Styrolacrylat-Basis mit den Biozidmischungen bestehend aus jeweils Terbutryn, OIT und den Bild 5. Aufwuchsentwicklung auf Silikonharzputz Fig. 5. Development of biological growth on silicone resin based plaster 8

9 Bild 6. Aufwuchsentwicklung auf Styrolacrylatputz (Linienfarben analog Bild 5) Fig. 6. Development of biological growth on styrene acrylate based plaster (colors analog fig. 5) Die Prüfkörper mit Kalk-Zement-Putz (Bild 7) konnten nicht abschließend bewertet werden, da eine Erfassung der Biozidwirkung durch verschiedene Effekte, wie vor allem Kreidung und stärkere Abwitterung z. B. durch starken Schlagregen oder Hagel, überlagert wurde. Im Allgemeinen zeigen Systeme mit biozid ausgerüsteten Farbanstrichen eine mindestens gleiche Hemmung der Aufwuchsentwicklung wie biozid ausgerüstete Systeme ohne Farbanstrich (vgl. Bilder 6 und 8). Beim Styrolacrylatputz mit Anstrich (Dispersionsfarbe) erzielen die Oberflächen der mit identischen Wirkstoffkombinationen ausgerüsteten Varianten nach 4 Jahren eine vergleichbare oder tendenziell sogar bessere visuelle Bewertung gegenüber dem System ohne Anstrich. Die Aufwuchsentwicklung auf biozid ausgerüsteten Beschichtungssystemen ist deutlich verzögert. Auf allen biozid ausgerüsteten Silikonharzputz-Varianten kann sogar nach 4 Jahren Exposition der Aufwuchs immer noch als stagnierend und unbedeutend bezeichnet werden (Bild 5). Diese Varianten waren 4 Jahre optisch unauffällig und zeigten in dieser Zeit nur Pilzwachstum, vor allem von Pilzen, die zu den Dematiaceaen (den sogenannten Schwärzepilzen) gehören Mikrobiologische Charakterisierung Bild 7. Aufwuchsentwicklung auf Kalk-Zement-Putz; Entwicklung überlagert durch Kreidung und Abwitterung Fig. 7. Development of biological growth on lime cement plaster, overlayed by chalking and weathering Bild 8. Aufwuchsentwicklung auf Styrolacrylatputz mit Anstrich (Dispersionsfarbe) (Linienfarben analog Bild 5) Fig. 8. Development of biological growth on styrene acrylate based plaster with additional emulsion paint (styrene acrylate based) (colors analog fig. 5) Wirkstoffen Carbendazim, DCOIT und Zink-Pyrithion innerhalb von 4 Jahren überschritten. Bei der Ausrüstung mit Terbutryn, OIT und IPBC dagegen bleibt die Oberfläche über einen Zeitraum von mehr als 4 Jahren unauffällig, d. h., die Stufe 3 der Aufwuchsentwicklung wird nicht überschritten. Die Ergebnisse der mikrobiologischen Charakterisierung der Beschichtungsoberflächen zeigen unterschiedliche Entwicklungen auf den verschiedenen Beschichtungssystemen mit charakteristischen Gruppen von Organismen. Die biozidfreien Varianten sind im Vergleich mit den ausgerüsteten Varianten erwartungsgemäß früher von Aufwuchs betroffen und weisen eine sehr viel höhere Diversität der Arten auf. Biozidfreie Varianten zeigen meist eine wesentlich stärkere Pilzentwicklung (größere Anzahl und zahlreichere Arten von Pilzen, die sich bereits früher ansiedeln), dominiert von der Pilzgattung Cladosporium (verschiedene Arten) und Epicoccum purpurascens. Außerdem tritt häufig Alternaria alternata auf, allerdings nicht dominant. Neben den häufigen und dominanten Arten ist eine breite Palette an unterschiedlichen Pionierarten zu finden. Nach relativ kurzer Zeit (innerhalb der ersten 1,5 bis 2 Jahre) zeigen die biozidfreien Varianten darüber hinaus auch eine sehr hohe Diversität an Algenarten. Die biozid ausgerüsteten Beschichtungen zeigen im Vergleich mit den biozidfreien Varianten nur sehr geringen Aufwuchs und eine sehr begrenzte Artdiversität. Auf ausgerüsteten Oberflächen, deren Wirkstoffgemisch Carbendazim enthält, überwiegen die Gattungen Alternaria und Ulocladium bei insgesamt sehr geringem Oberflächenaufwuchs. Dieses Phänomen lässt sich durch die erhöhte Toleranz dieser Pilzgattungen gegenüber Carbendazim erklären [30] [31] [32]. Eine entsprechend häufig auf diesen Oberflächen vorkommende Art ist Phoma glomerata. Daher ist auch von dieser Pilzart eine gewisse Toleranz gegenüber Carbendazim zu erwarten. Im Gegensatz zu den biozidfreien Kontrollvarianten entwickeln sich auf den ausgerüsteten Beschichtungen während der Untersuchungszeit kaum Algen. Bei den von bioziden Oberflächen isolierten Algen handelt es sich mit wenigen Ausnahmen um eine Diplosphaera sp. (Grünalge mit sarcinoider Zellorganisation). 9

10 3.2 Chemisch-analytische Untersuchungen Wirkstoffgehalte in den Beschichtungen Die Wiederfindungsraten (zum Zeitpunkt t ermittelte Wirkstoffgehalte als prozentuale Anteile der Ausgangsgehalte zum Zeitpunkt t = 0) der Wirkstoffe Terbutryn, Zink-Pyrithion, IPBC, OIT und DCOIT in den Beschichtungen weisen in den unterschiedlichen Fassadenbeschichtungen eine große Spannbreite auf (Bild 9). Dabei zeigt sich, dass die Retention der bioziden Wirkstoffe im Styrolacrylatputz und im Terpolymerputz am stärksten ist, gefolgt vom Silikatputz. Beim Silikonharzputz sind die Wirkstoffwiederfindungen deutlich geringer, die niedrigsten Wirkstoffwiederfindungen zeigte bereits nach einem Jahr der mineralische Putz. Bei den untersuchten Farben ergeben sich für die Dispersionsfarbe auf Styrolacrylatputz die höchsten Wirkstoffwiederfindungen im Zeitverlauf. Die gleiche Farbe auf mineralischem Untergrund zeigt dagegen deutlich geringere Wiederfindungen. Dies gilt auch für die Silikonharzfarbe und die Dispersionssilikatfarbe auf mineralischem Grund, wobei letztere Variante generell die niedrigsten Wirkstoffwiederfindungen aufweist [25]. Die Wirkstoffe Zink-Pyrithion und OIT waren im Silikatputz nach 36 Monaten, im Terpolymerputz nach 24 Monaten und in allen anderen Beschichtungen bereits nach 12 Monaten Bewitterung nicht mehr nachweisbar. Der Wirkstoff Carbendazim erweist sich dagegen als sehr dauerhaft in den untersuchten Fassadenbeschichtungen. Die Wiederfindungen dieses Wirkstoffs liegen auch nach fünfeinhalb Jahren Exposition im Freiland bei den Putzen noch zwischen 77 % im Terpolymerputz und 24 % im mineralischen Putz, bei den Anstrichen zwischen 90 % in der Dispersionsfarbe auf Styrolacrylatputz und 37 % in der Dispersionssilikatfarbe auf mineralischem Putz Wirkstoffgehalte im Ablaufwasser Die Wirkstoffgehalte im Ablaufwasser zeigen ähnlich große Spannbreiten wie die Matrixanalysen in Abhängigkeit von der Beschichtung (Bild 10). Der Wirkstoff DCOIT ist generell nur in äußerst geringen Mengen im Ablaufwasser nachweisbar (s. auch Tabelle 5). Bei Terbutryn, OIT und IPBC ist der Austrag innerhalb der ersten drei Bewitterungsmonate am stärksten. Danach ändert sich die insgesamt ausgewaschene Wirkstoffmenge kaum mehr. Der Wirkstoff Carbendazim dagegen wird in den ersten sechs Monaten in deutlichen Mengen ausgetragen. Carbendazim kann über den gesamten Untersuchungszeitraum in kleinen Konzentrationen im ablaufenden Regenwasser nachgewiesen werden [29]. Bild 9. Wiederfindungen der Wirkstoffe in Abhängigkeit von der Art der untersuchten Beschichtung. Spannbreiten der Wirkstoffwiederfindungen über die Wirkstoffe Terbutryn, Zink- Pyrithion, IPBC, OIT und DCOIT nach 12, 24, 36, 48 und 65 Monaten Exposition in Holzkirchen (oben: Putz, unten: Anstrich) Fig. 9. Recovery of biocidal ingredients reliant on the type of examined coating. Spans of recoveries covering Terbutryn, Zinc-Pyrithione, IBPC, OIT and DCOIT after 12, 24, 36, 48 and 65 months of weathering in Holzkirchen/ Germany (top plaster, bottom paint) Bild 10. Entwicklung der kumulierten Wirkstoff-Austräge durch Schlagregen über die Zeit [29], Spannbreiten über die eingesetzten Beschichtungstypen Fig. 10. Development of cumulated biocide releaese by wind driven rain [29], spans covering the examined types of coatings 10

11 Tabelle 5. Anteil der ursprünglich eingesetzten Wirkstoffmenge, die nach 48 Monaten aus den Beschichtungen durch ablaufendes Regenwasser ausgetragen wurde (Minima und Maxima) Table 5. Fraction of originally used biocide leached out of the coatings by run-off water after 48 months (minima and maxima) Wirkstoff Minimum [%] Maximum [%] Terbutryn 2 9 IPBC 2 13 OIT 1 12 DCOIT 0,01 0,2 Carbendazim 3 9 Die niedrigsten kumulierten Austragsmengen werden für DCOIT gefunden (Tabelle 5). Der innerhalb von vier Jahren maximal ermittelte kumulierte Austrag entspricht beim Terpolymerputz nur 0,2 % der eingesetzten Wirkstoffmenge. Beim IPBC liegt der Austrag nach vier Jahren zwischen 2 % beim Terpolymerputz und 13 % bei der Silikonharzfarbe auf mineralischem Putz. Bei Carbendazim werden Austräge zwischen 3 % (Styrolacrylatputz, Terpolymerputz, Silikonharzputz) und maximal 9 % (mineralischer Putz) ermittelt. Der niedrigste Austrag von Terbutryn ergibt sich mit 2 % beim Styrolacrylatputz. Aus der Silikonharzfarbe auf mineralischem Putz werden maximal 9 % ausgewaschen. Der niedrigste OIT-Austrag wird mit 1 % im Ablaufwasser des mineralischen Putzes festgestellt, das Maximum findet sich mit 12 % bei der Dispersionsfarbe auf Styrolacrylatputz Bilanzierung: Gegenüberstellung von Wirkstoffgehalten in Beschichtung und Ablaufwasser Bild 11. Spannbreite der Bilanzlücken nach vier Jahren Exposition, unabhängig von der Art der Beschichtung [29] Fig. 11. Range of balance gaps after four years of weathering, independent from the type of coating [29] Stellt man die Wirkstoffwiederfindungen in den Beschichtungen, die durch Wasser ausgetragenen Wirkstoffmengen und die anfangs eingesetzten Wirkstoffmengen gegenüber, so ergeben sich teils beträchtliche Bilanzlücken (Bild 11). Dargestellt sind die Werte nach vier Jahren Exposition. Bei Carbendazim findet sich die größte Spannbreite der gemessenen Werte. In einigen Beschichtungen, wie im Styrolacrylatputz oder im Silikatputz, nimmt der Wirkstoffgehalt in der Beschichtung nicht ab, gleichzeitig werden nur geringe Wirkstoffmengen im Ablaufwasser gefunden. Dadurch ergibt sich eine vollständige Stoff-Bilanzierung. Im mineralischen Kalk-Zement-Putz dagegen nimmt nach vier Jahren die Carbendazim-Wiederfindung bis auf 6 % ab. Dennoch werden auch hier keine signifikanten Mengen im Ablaufwasser gemessen, was zu einer Bilanzlücke von ca. 85 % führt. Für Terbutryn ergeben sich Bilanzlücken zwischen 46 % und 95 %, für IPBC zwischen 75 % und 93 %. Die Isothiazolinone OIT und DCOIT weisen Bilanzlücken von 83 % bis 99 % bzw. 100 % auf. Die abgeleiteten Bilanzierungsansätze belegen klar, dass am Ende des Expositionszeitraums von vier Jahren in vielen Fällen nur ein relativ kleiner Anteil der Wirkstoffabnahme in den Beschichtungen über den Austrag durch ablaufenden Schlagregen erklärt werden kann. 4 Diskussion 4.1 Biologische Phänomene auf der Fassadenoberfläche In den Anfangsphasen der Oberflächenbesiedlung sind entsprechend den verschiedenen Wirkstoffgemischen in den unterschiedlichen Beschichtungssystemen verschiedene ökologische Gruppen von Organismen anzutreffen, wie die taxonomischen und ökologischen Analysen der gefundenen Mikroorganismenarten zeigen. Im Fall der Konzentrationsabnahme eines Wirkstoffes werden Lücken im Wirkungsspektrum der anderen Biozidkomponenten durch das Auftreten typischer Arten sichtbar. So sind zum Beispiel Alternaria spp. und Ulocladium spp. bereits für ihre erhöhte Toleranz gegenüber dem Fungizid Carbendazim bekannt [30], [31], [32]. Daher wurden Prüfkörper mit dem Wirkstoffgemisch bestehend aus Terbutryn, OIT und Carbendazim früher von Arten dieser Pilzgattungen kolonisiert als Varianten mit einem anderen Fungizid. In Mitteleuropa dominieren hauptsächlich eukaryotische Algen biogene Verfärbungen auf Fassaden [8], [14]. Auch die in den hier vorgestellten Untersuchungen gefundenen Algen (biozidfreie Kontrollvarianten und ausgerüstete Beschichtungen) zählen vorwiegend zu den (eukaryotischen) Grünalgen. Bei den Algen der Primärbesiedlung der biozid ausgerüsteten Oberflächen handelt es sich in erster Linie um Stämme von Diplosphaera sp. Diese Bevorzugung einer bestimmten Algenform ist sehr ungewöhnlich, da auf nicht biozid ausgerüsteten Oberflächen in der Regel zahlreiche unterschiedliche Algenarten gefunden werden. Nachdem das einzige in den Untersuchungen verwendete Algizid der Wirkstoff Terbutryn ist, ist es naheliegend, dass die hier isolierten aerophytischen Algenstämme eine erhöhte Toleranz gegenüber dieser Komponente zeigen. Dies konnte auch durch erste weiterführende Laboruntersuchungen bestätigt werden. Terbutryn als klassischer Wirkstoff gegen Algen wirkt durch Hemmung der Elektronenübertragung im Photosystem II gegen alle photosynthetisch aktiven Organismen [33], [34], [35]. Bereits früher dokumentierte Toleranzen von Algen gegen Biozide sind bisher nur von Laborexperimenten mit künstlich induzierten Resistenzen (Bestrahlung) oder aus Gewässern bekannt [31], [36], [37], [38], [39]. Die hier vorgestellten Ergebnisse lassen erkennen, dass eine er- 11

12 höhte Toleranz gegen Algizide auch von aerophytischen Algen gebildet werden kann, die Gebäudeoberflächen besiedeln. Da der breite Einsatz von Bioziden einem hohen Evolutionsdruck gleichkommt, ist davon auszugehen, dass sich diese Algenart in Zukunft weiter in Europa ausbreiten wird. 4.2 Dauerhaftigkeit biozider Wirkstoffe in Fassadenbeschichtungen Die Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass die Dauerhaftigkeit von Bioziden in Fassadenbeschichtungen nicht ausschließlich durch deren Wasserlöslichkeit bestimmt wird, sondern ebenso von der Abstimmung der Wirkstoffe auf das jeweilige Bindemittel. Bei Systemen aus biozidfreiem Putz mit ausgerüstetem Anstrich beeinflusst der Untergrund (Art des Putzes) auch maßgeblich die Verweildauer der Wirkstoffe. Die durch Regen ausgetragenen Wirkstoffmengen erstrecken sich in Abhängigkeit von den verschiedenen Beschichtungstypen über große Spannbreiten, folgen jedoch grob den jeweiligen qualitativen Stoffeigenschaften wie Wasserlöslichkeit bzw. n-octanol/wasser-verteilungskoeffizient (Tabelle 6). Je höher die Wasserlöslichkeit und je niedriger der n-octanol/wasser-verteilungskoeffizient sind, desto höher ist generell die ausgetragene Wirkstoffmenge (s. auch [40]). Von besonderer Bedeutung für den zeitlichen Ablauf des Austrags sind die ersten Monate nach Aufbringung der Beschichtung auf die Fassade (sog. Anfangsauswaschung). Stellt man die Wirkstoffwiederfindungen in den Beschichtungen und die durch Wasser ausgetragenen Wirkstoffmengen gegenüber, so ergeben sich teils beträchtliche Bilanzlücken. Die Abnahme der Wirkstoffkonzentrationen in den Beschichtungen erklärt sich also nicht ausschließlich durch die Auswaschung der Wirkstoffe mit dem ablaufenden Regenwasser. Forschungsbedarf besteht daher im Hinblick auf weitere Austragspfade und Mechanismen. Von Bedeutung können hier z. B. Sublimation in die Umgebungsluft sowie lokale auch dreidimensionale Anoder Abreicherungsvorgänge durch Migration innerhalb der Beschichtung sein. In diesem Zusammenhang muss auch die bisher nicht untersuchte Bildung von Abbau- und Transformationsprodukten (Metaboliten) genannt werden, die möglicherweise selbst (biozide) Wirkung aufweisen und somit ebenfalls auf die Aufwuchsbildung Einfluss nehmen können. Zudem kann Sorption an Beschichtungsbestandteilen eine Rolle spielen, durch die Wirkstoffe weder analytisch erfasst werden noch für Mikroorganismen zur Verfügung stehen. Anhand der vorliegenden Daten ist Tabelle 6. Wasserlöslichkeiten und n-octanol/wasser-verteilungskoeffizienten (Angabe als log K OW ) der Wirkstoffe Table 6. Water solubility and n-octanol-water partition coefficient of the effective substances (displayed as log K OW ) Wirkstoff Löslichkeit in Wasser [mg/l] IPBC [41] 168 2,4 OIT [41] 480 2,5 Terbutryn [42] 25 3,5 Carbendazim [41] 8 1,6 DCOIT [41] 14 4,9 log KOW [ ] bislang eine umfassende Beschreibung und Quantifizierung dieser Mechanismen noch nicht möglich [25]. 4.3 Kombination der Ergebnisse aus chemischen und biologischen Analysen In der Gesamtbetrachtung lassen die Ergebnisse ein komplexes Zusammenspiel der an der Aufwuchsentwicklung beteiligten Faktoren erkennen, welches neben der Art des Bindemittels bzw. des verwendeten Wirkstoffgemisches auch von den direkt an der Oberfläche herrschenden mikroklimatischen Bedingungen abhängig ist. Wie bereits in früheren Studien gezeigt, folgt die Aufwuchsentwicklung zyklischen, im Wesentlichen durch jahreszeitliche bzw. klimatische Einflüsse bedingten Fluktuationen [6], [8]. Im typischen mitteleuropäischen Klimaverlauf kommt es während der gemäßigten Jahreszeiten zu einer Zunahme der Aufwuchsentwicklung, wobei vor allem der Herbst günstige Witterungsverhältnisse bietet. Im Sommer und Winter stagniert die Aufwuchsentwicklung oder es tritt sogar eine Abnahme auf, um in der nächsten klimatisch günstigen Phase das Wachstum fortzusetzen. Bild 12 fasst die typische zyklische Fluktuation der Aufwuchsentwicklung mit wellenförmigem Anstieg anhand der beobachteten Aufwuchsentwicklung am Beispiel des biozidfreien Terpolymerputzes zusammen. In Bild 13 ist exemplarisch die Aufwuchsentwicklung auf Styrolacrylatputz für die Kontrollvariante ohne Wirkstoffausrüstung und die Variante mit dem Wirkstoffgemisch aus Terbutryn, OIT und IPBC dargestellt. Beide Varianten zeigen die oben beschriebene wellenartige Aufwuchsentwicklung. Der Aufwuchs auf der biozidfreien Variante überschreitet bereits nach 18 Monaten anhaltend Bild 12. Typische wellenartige Aufwuchsentwicklung am Beispiel einer biozidfreien Oberfläche (Terpolymerputz) Fig. 12. Typical wave-like biological growth development shown on the example of terpolymer based plaster without biocide 12

13 Bild 13. Entwicklung des Aufwuchses in Intervallen von je sechs Monaten auf Styrolacrylatputz ohne und mit dem Wirkstoffgemisch Terbutryn, OIT und IPBC. Die kritische Bewertungsstufe 3 ist durch die durchbrochene rote Linie gekennzeichnet. Zusätzlich sind die Wirkstoff-Wiederfindungen dargestellt (nach 42, 54 und 60 Monaten erfolgte keine chemische Analyse) Fig. 13. Biological growth development in intervals of six months on styrene acrylate based plaster without and with biocide (terbutryn, OIT, IPBC). The critical level 3 is marked by the dotted red line. Additionally, the biocide recoveries are shown (there was no chemical analysis after 42, 54 and 60 months). Bild 14. Entwicklung des Aufwuchses in Intervallen von je sechs Monaten auf Kunstharzputz ohne und mit Wirkstoffgemisch Terbutryn, OIT, Zink-Pyrithion. Die kritische Bewertungsstufe 3 ist durch die durchbrochene rote Linie gekennzeichnet. Zusätzlich sind die Wirkstoff-Wiederfindungen dargestellt (nach 42, 54 und 60 Monaten erfolgte keine chemische Analyse) Fig. 14. Biological growth development in intervals of six months on synthetic resin plaster without and with iocide (terbutryn, OIT, zinc pyrithione; the critical level 3 is marked by the dotted red line. Additionally, the agent biocide recoveries are shown (there was no chemical analysis after 42, 54 and 60 months). die kritische Bewertungstufe 3, während die ausgerüstete Variante erst nach viereinhalb Jahren optisch beeinträchtigenden Aufwuchs zeigt. Gleichzeitig nehmen die Wirkstoff-Wiederfindungen ab, wobei die bioziden Wirkstoffe aber bis zum Ende des Beobachtungzeitraums nach 66 Monaten noch in der Beschichtung nachweisbar sind. Die vorliegenden Konzentrationen reichen gegenüber z. B. dem herrschenden Mikroklima und den aus der Umgebung angetragenen Mikroorganismen offenbar dann nicht mehr aus, um ein Wachstum zu verhindern. Ein völlig anderer Verlauf zeigt sich beim Kunstharzputz (Bild 14). Die wellenartige Aufwuchsentwicklung ist zwar wiederum erkennbar. Die biozidfreie Variante wird jedoch nach zweieinhalb Jahren erstmals als auffällig hinsichtlich ihres Aufwuchses bewertet, die ausgerüstete Variante nach viereinhalb Jahren. Die Wiederfindungen aller drei eingesetzten Biozide (Terbutryn, OIT, Zink-Pyrithion) sind von Beginn an gering. Bereits nach einem Jahr können die Wirkstoffe OIT und Zink-Pyrithion nicht mehr in der Beschichtung nachgewiesen werden. Eine deutliche Verzögerung der Aufwuchsentwicklung kann durch zwei Ansätze erklärt werden, die sich nicht ausschließen, sondern auch ergänzen können: Die Beschichtung selbst ist vergleichsweise resistent gegenüber Aufwuchs durch Mikroorganismen. Daher können auch vergleichsweise niedrige Wirkstoffkonzentrationen ausreichen, Aufwuchs erfolgreich vorzubeugen. Auch wenn die Wirkstoffe selbst bereits frühzeitig nicht mehr in der Beschichtung nachgewiesen werden können, ist gerade für den Wirkstoff Zink-Pyrithion die Bildung reaktiver Abbauprodukte möglich. Diese Metaboliten weisen selbst biozide Wirkung auf und führen so die Schutzfunktion weiter. 13

14 Wesentlich ist die Erkenntnis, dass der Wirkstoffgehalt der Beschichtung allein keinen Rückschluss auf die Aufwuchsanfälligkeit zulässt. So wurden Systeme trotz niedrigem Wirkstoffgehalt erst deutlich später von Mikroorganismen bewachsen als andere, die noch hohe Wirkstoffkonzentrationen in der Beschichtung enthielten. Systeme mit Farbanstrich zeigen tendenziell etwas bessere Ergebnisse als Systeme ohne Farbanstrich. 5 Fazit und Ausblick Biozide, wie sie in Beschichtungen eingesetzt werden, müssen grundsätzlich in gelöster wässriger Form von Mikroorganismen aufgenommen werden, um ihre Wirkung zu entfalten. Der Grad der Wasserlöslichkeit beeinflusst auch ganz wesentlich das Austragsverhalten bei Niederschlag. Dies wiederum hat Auswirkungen auf die Dauerhaftigkeit der Wirkstoffe in der Beschichtung. An der unmittelbaren Oberfläche einer Beschichtung müssen grundsätzlich wirksame Konzentrationen an Bioziden vorliegen, damit die Schutzfunktion gewährleistet ist. Die Dokumentation der Aufwuchsentwicklung zeigte, dass diese erwartungsgemäß auf den ausgerüsteten Varianten, verglichen mit den biozidfreien Referenzen, teilweise sogar deutlich verzögert einsetzt. Wird nur ein Anstrich und nicht die darunter liegende Putzschicht mit Biozid ausgerüstet, so lässt sich bei gleichzeitig wirksamem Aufwuchsschutz der Gesamteinsatz der notwendigen Biozide herabsetzen [13]. Der bestmögliche Schutz für organisch gebundene Fassadenbeschichtungen wird durch eine sorgfältig aufeinander abgestimmte Kombination von Beschichtung und Wirkstoffen erreicht, da nicht jeder Wirkstoff für jeden Beschichtungstyp geeignet scheint [29]. Biozide Wirkstoffe bilden ein wichtiges Hilfsmittel und sind nach derzeitigem Kenntnisstand unverzichtbar mit ihrem Beitrag zur Dauerhaftigkeit von Fassaden, insbesondere bei kritischen klimatischen, mikrobiologischen und architektonischen Randbedingungen. Die genauen Parameter, die den Einsatz eines bioziden Wirkstoffs abhängig vom jeweiligen Mikroklima erforderlich machen, sind im Einzelnen noch nicht geklärt. Ein verantwortungsvoller Einsatz von Bioziden bedeutet eine zielgerichtete Anwendung unter ökologisch tolerablen Einsatzkonzentrationen. Bestehende Regelwerke wie die Biozid-Produkte-Richtlinie machen die Entwicklung neuer Wirkstoffe sehr teuer [43]. Toleranzen der Zielorganismen gegen die derzeitig eingesetzten Biozide können möglicherweise den Einsatz von höheren Konzentrationen bzw. Veränderungen der Wirkstoffkombinationen erforderlich machen. Bedingt durch bekannte Wirkstofflücken verschiedener Biozide ist es mittlerweile bereits Praxis, Formulierungen entsprechend anzupassen. Grundsätzlich wird es nicht möglich sein, Gebäudeoberflächen allein über Wirkstoffzugaben zu den Beschichtungen langfristig frei von unerwünschtem Wachstum zu halten, wenn nicht neue Ansätze forciert werden, wie zum Beispiel die inzwischen bereits durchgeführte Einkapselung von Wirkstoffen. Ziel künftiger Forschung wird sein, die Umweltwirkung von Bioziden umfassend zu beurteilen. Das bedeutet die Erfassung des gesamten Pfades, einschließlich der Klärung von Bilanzlücken (Migration, Abbau, Auswaschung usw.). Ausschlaggebend für eine weiterführende Abschätzung der Umwelteigenschaften werden darüber hinaus, neben der Wirkungsweise, auch der Wirkort und die Wirkzeit im jeweils betroffenen Umweltkompartiment sein. Förderung Gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages über den Projektträger Jülich im Rahmen des Projekts Energieoptimiertes Bauen: Entwicklung innovativer Produkte zur Vermeidung von Algenaufwuchs auf Bauteiloberflächen unter der Fördernummer G, sowie von Verbänden und Partnern aus der Industrie. Literatur [1] Energieeinsparverordnung vom 24. Juli 2007 (BGBl. I S. 1519), die durch Artikel 1 der Verordnung vom 29. April 2009 (BGBl. I S. 954) geändert worden ist. [2] Fachverband Wärmedämm-Verbundsysteme e.v.: heizkosteneinsparen.de/content/application/database/press/ 6/5/65/marktdaten.zip; Stand [3] Roloff, H.-J.: Mangel oder nicht? Ausbau und Fassade 12 (2008), S [4] Seibel, M.: Algen- und Schimmelbefall an der Außenfassade: Zur organischen Kontamination als Baumangel. Der Bausachverständige (2009), H. 3, S [5] Hofbauer, W., Breuer, K., Sedlbauer, K.: Algen, Flechten, Moose und Farne auf Fassaden. 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