VDRI-Veranstaltung Braunschweig

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1 VDRI-Veranstaltung Braunschweig Nanomaterialien in der Bauwirtschaft Anwendungen von Nanomaterialien in der Bauwirtschaft Nano-Portal: Sicheres Arbeiten mit Nanomaterialien Corinne Ziegler, BG BAU, Bereich Gefahrstoffe

2 Definitionen (ISO/TS 27687:2010) Nanoobjekte: Materialien, die in mindestens einer äußeren Dimension nanoskalig sind. Nanoskalig: Größenbereich von etwa 1 bis 100 nm Nanoobjekte Nanopartikel (3 Dimensionen nanoskalig) Nanofaser (2 Dimensionen nanoskalig) Nanoplättchen (1 Dimension nanoskalig) Seite 2

3 Definitionen Nanometer (nm): Milliardstel Teil eines Meters (10-9 m) 1 Nanometer 1 Meter Fotonachweis: links: Vladimir Sinenko; rechts: Darn Marsch Fotolia.com Seite 3

4 Mögliche Erscheinungsformen Metalle: z.b. Gold (Au), Silber (Ag), Eisen (Fe), Cobalt (Co) Metalloxide: z.b. Siliziumdioxid (SiO 2 ), Titandioxid (TiO 2 ), Aluminiumoxid (Al 2 O 3 ), Eisenoxid (Fe 2 O 3 oder Fe 3 O 4 ), Zinkoxid (ZnO) Kohlenstoffhaltige Nanoobjekte: Nanoröhrchen (Carbon Nanotubes), Industrieruß (Carbon Black), Fullerene Seite 4

5 Mögliche Erscheinungsformen Nanoobjekte lagern häufig aneinander und bilden Aggregate oder Agglomerate. Aggregate: feste Verbindung von Nanoteilchen Agglomerate: lockere Verbindung von Nanoteilchen oder von Aggregaten Seite 5

6 Nanoobjekte haben eine große Oberfläche = x 1 cm 1 nm 1 Würfel mit 1 cm Kantenlänge Oberfläche: 6 cm² Würfel mit 1 nm Kantenlänge Oberfläche: m² Masse und Volumen haben sich jedoch nicht geändert. Seite 6

7 Neue Eigenschaften Nanoobjekte weisen im Vergleich zu größeren Partikeln des gleichen Materials völlig neue Eigenschaften auf: Gold-Nanopartikel schimmern rot (Rubinrot), Nano-Keramiken sind biegsam wie Gummi, TiO 2 -Nanopartikel sind durchsichtig Fotonachweis: Kerstin Gruhn Fotolia.com Seite 7

8 Definition von Nanomaterialien nach ISO/TS : Unter Nanomaterialien werden entweder Nanoobjekte oder nanostrukturierte Materialien verstanden. Nanostrukturierte Materialien haben eine nanoskalige Struktur Dazu zählen auch: Aggregate/Agglomerate Nanokomposite Seite 8

9 Unabsichtlich entstandene Teilchen < 100 nm: ultrafeine Partikel. Natürliches Vorkommen (z.b. Vulkanausbrüche, Waldbrände) Thermische Prozesse Abtragen von Oberflächen Hintergrundbelastung: bis zu Partikel/cm³ Fotonachweis: oben: Gerhard Führing Fotolia.com, Mitte: AD LUMINA, Peggy Guder - Fotolia.com Seite 9

10 Definition der Europäischen Kommission vom Nanomaterial ist ein natürliches, bei Prozessen anfallendes oder hergestelltes Material, das Partikel in ungebundenem Zustand, als Aggregat oder als Agglomerat enthält, und bei dem mindestens 50 % der Partikel in der Anzahlgrößenverteilung ein oder mehrere Außenmaße im Bereich von 1 bis 100 nm haben. Wird bis Dezember 2014 überprüft. Harmonisierte Messverfahren müssen noch entwickelt werden. Ausgeschlossen sind: Materialien mit einer inneren Struktur oder Oberflächenstruktur im Nanobereich einschließlich nanoporöse und Nanokomposit-Materialien. Seite 10

11 Selbstreinigende Oberflächen durch Lotus-Effekt Extrem wasserabweisende Stoffe und anorganische Füllstoffe (mikroskalige SiO 2 -Partikel) wirken selbstreinigend Anwendungen: Fassadenbeschichtungen und Fassadendeckputze Seite 11

12 Selbstreinigende Oberflächen durch Photokatalyse Nanoskalige oder mikroskaligetio 2 -Partikel werden durch Sonnenlicht aktiviert und zersetzen organische und anorganische Verunreinigungen und Luftschadstoffe. Die Abbauprodukte können durch Regenwasser abgewaschen werden. Seite 12

13 Selbstreinigende Oberflächen durch Photokatalyse Anwendungen: z.b. Fassadenbeschichtungen, Pflastersteine, Dachsteine, Tondachziegel, Fensterrahmen, Glasflächen, Fliesen, Bitumenbahnen Seite 13

14 Abbau von Luftschadstoffen durch Photokatalyse Innenwandfarben, Putze sowie Wand- und Bodenfliesen mit photokatalytischer Wirkung (nanoskalige oder mikroskaligetio 2 - Partikel) sorgen für den Abbau von organischen Luftschadstoffen und Gerüchen in Räumen. Seite 14

15 Längere Haltbarkeit und geringere Anschmutzung durch Nanokomposite Nanokomposite (nanoskalige SiO 2 -Partikel in organischen Bestandteilen eingebunden) sorgen für eine harte und hydrophile Oberfläche. Anwendungen: Fassadenbeschichtungen Seite 15

16 Antibakterielle Wirkung Antibakterielle und fungizide Wirkung durch nanoskalige Silberpartikel Anwendungen: Innenwandfarben und Holzlacke für Oberflächen in z.b. Arztpraxen, Krankenhäusern und Pflegeeinrichtungen Seite 16

17 Kratzfeste Wirkung und UV-Schutz für Holzoberflächen UV-Schutz von Holzoberflächen durch nanoskalige Eisenoxid-, Zinkoxid- oder Titandioxid-Partikel in Holzlasuren oder Klarlacken Kratzfester Holzlack durch nanoskalige Siliziumdioxidpartikel Fotonachweis: links: Guido Miler; rechts Undine Freund Fotolia.com Seite 17

18 Antireflexschichten Nanoporöse SiO 2 -Schicht entspiegelt Glasoberflächen. Der Wirkungsgrad von Photovoltaikanlagen oder Sonnenkollektoren wird größer. Anwendungen: Fassadenverglasung, Photovoltaikanlagen oder Sonnenkollektoren Seite 18

19 Ultrahochfester Beton Durch den Zusatz von Nanosilica (5 100 nm) oder Microsilica ( nm) wird das Gefüge des erhärteten Betons besonders dicht und fest. Filigranere Bauwerke mit hoher Tragfähigkeit, Dauerhaftigkeit, Korrosionsbeständigkeit und stahlähnlicher Druckfestigkeit Gärtnerplatzbrücke in Kassel Foto: Gunreben Seite 19

20 Fliesenkleber, Fugenmörtel, Ausgleichmassen, Entkoppelungsmörtel mit verbesserter Festigkeit Die Aushärtung des Mörtels wird so beeinflusst, dass sich Nanostrukturen bilden und somit die Festigkeit verbessert wird. Diese Produkte enthalten keine Nanoteilchen. Seite 20

21 Gesundheitsgefährdung Höchste Risikopotenzial beim Einatmen. Sind die Nanoteilchen in einer Matrix eingebunden, so gehen von denen keine besonderen gesundheitlichen Gefährdungen aus. Die Aufnahme über die Haut wird als weniger problematisch bewertet. Gesunde Haut bietet einen relativ guten Schutz. Mögliche Effekte bei Aufnahme durch Verschlucken sind weniger bekannt. Auswirkungen auf die Umwelt können derzeit noch nicht ausreichend bewertet werden. Seite 21

22 Freisetzung von Nanopartikeln? Auftrag eines Parkettlacks mit ZnO-Nanopartikeln als UV-Schutz: Seite 22

23 Freisetzung von Nanopartikeln? Normale Nutzung eines Parkettbodens mit einem nanopartikelhaltigen Holzlack: Fotonachweis: artivista werbeatelier - Fotolia.com Seite 23

24 Untersuchungen zur Freisetzung von Nanopartikeln aus Beschichtungen Erste Untersuchungen zeigen, dass die in Lacken zugesetzten Nanopartikeln während der normalen Nutzung nicht freigesetzt werden. Die zugesetzten Nanopartikeln bleiben fest in dem dabei entstehenden Abrieb eingebunden und werden nicht aus der Matrix herausgelöst. Seite 24

25 Untersuchungen zur Freisetzung von Nanopartikeln aus Beschichtungen Quelle: M. Stintz, Technische Universität Dresden Seite 25

26 Untersuchungen zur Freisetzung von Nanopartikeln aus Beschichtungen Abschleifen eines Parkettbodens mit einem nanopartikelhaltigen Holzlack: Deutlich erhöhte Anzahl von nanoskaligen Partikeln Die zugesetzten Nanopartikel bleiben fest in dem dabei entstehenden Abrieb eingebunden und werden nicht aus der Matrix herausgelöst. Seite 26

27 Fachinformationen/Oberflächenbehandlung/Lackieren, Beschichten, Trocknen Seite 27

28 Schutzmaßnahmen Die bisher durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass die gegen Stäube üblichen Schutzmaßnahmen auch gegenüber ultrafeinen Partikeln und Nanoteilchen wirksam sind. Seite 28

29 Vorgang der Partikelabscheidung Impaktion: Partikel > 300 nm prallen gegen die Filterfaser und bleiben haften. Diffusion: Partikel < 300 nm haben durch ihre Zusammenstöße mit den Luftmolekülen eine der Brownschen Bewegung ähnliche Flugbahn und stoßen dadurch mit den Filterfasern zusammen und bleiben haften. Impaktion (> 300 nm) Diffusion (< 300 nm) Seite 29

30 Schutzmaßnahmen Filterklasse Durchlass Anzahl Partikel < 100 nm / 0,1μm P2 0,2 % 6 % Masse%- Durchlass nach EN 143 P3 0,011 % 0,05 % Quelle: IFA Institut für Arbeitsschutz Seite 30

31 Kennzeichnung Kosmetikverordnung (ab ): Alle Inhaltsstoffe in der Form der Nanomaterialien müssen in der Liste der Inhaltsstoffe aufgeführt werden. Das Wort Nano ist der Substanz in einer Klammer nachzustellen. Lebensmittelkennzeichnungs-Verordnung (ab ): Alle nanomaterialhaltigen Bestandteile müssen mit dem Wort Nano in Klammern erwähnt werden. Biozidprodukte-Verordnung (ab ): Aus dem Etikett eines Biozid-Produkts muss klar hervorgehen, ob das Produkt Nanomaterialien enthält. Die Kennzeichnung erfolgt mit dem Wort Nano in Klammern. Seite 31

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33 In WINGIS Seite 33

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35 Nano-Portal: Seite 35

36 Nanorama Bau Seite 36

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