Das Ulmer M眉nster, das Colosseum in Rom oder die Pyramiden von Gizeh haben die gleichen 鈥濬einde鈥�: Saurer Regen und Biofilme zerst枚ren ihre Fassaden. Jetzt hat eine Forschergruppe um den Ulmer Chemie-Professor Carsten Streb einen 鈥濻chutzschild鈥� entwickelt, das Steine unempfindlich gegen眉ber sch盲dlichen Umwelteinfl眉ssen macht. Die wasserabweisende und s盲ureresistente Fl眉ssigkeit (POM-IL) l盲sst sich als transparenter Schutzfilm auf Natursteine auftragen. In der Fachzeitschrift stellen die Forscher die Oberfl盲chenbeschichtung vor, die einen 鈥濵eilenstein鈥� f眉r Baubranche und Denkmalschutz markieren k枚nnte.
Die Korrosion von Natursteinen bedroht unser kulturelles Erbe wie denkmalgesch眉tzte Geb盲ude oder antike Statuen. F眉r den Verfall gibt es vor allem zwei Ursachen: Zum einen zerst枚rt durch industrielle Umweltverschmutzung ausgel枚ster saurer Regen die Fassaden. Zum anderen bilden Mikroben einen d眉nnen Biofilm, der die Steine unansehnlich und por枚s werden l盲sst. Diese sch盲dlichen Umwelteinfl眉sse machen den Einsatz wasserabweisender und antibakterieller Mittel n枚tig.
Nun haben Forschende des Ulmer Instituts f眉r Anorganische Chemie I mit Kollegen aus dem spansichen Zaragoza und aus Reims (Frankreich) eine multifunktionale Oberfl盲chenbeschichtung entwickelt, die h盲ufig verbaute Natursteine sowohl gegen sauren Regen als auch gegen Mikroben sch眉tzt. Die Forschenden setzen dabei auf eine ionische (鈥瀞alzartige鈥�) Fl眉ssigkeit, die sich unter anderem bereits im Korrosionsschutz von Metallen bew盲hrt hat. Der gro脽e Vorteil: 鈥濨ei dieser Polyoxometallat-ionischen Fl眉ssigkeit, kurz POM-IL, lassen sich Kation und Anion unabh盲ngig voneinander ver盲ndern. So k枚nnen wir die Eigenschaften der Beschichtung den jeweiligen Umweltbedingungen anpassen鈥�, erkl盲rt Professor Carsten Streb.
Im Zuge der nun ver枚ffentlichen Studie haben die Forschenden gleich zwei Varianten des Oberfl盲chenschutzes, POM-IL1 und POM-IL2, hergestellt und an drei Arten nat眉rlicher Carbonatgesteine mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung sowie Por枚sit盲t (Belgischer Blaustein, Dom-Stein, Romery-Stein) erprobt.
H盲rtests f眉r den neuen Korrosionsschutz
Im Labor haben die Chemiker echte 鈥濰盲rtetests鈥� mit den neuartigen Fl眉ssigkeiten durchgef眉hrt. Zun盲chst wurden Kalkstein-Proben, die h盲ufig in Belgien und Nordfrankreich verbaut werden, mit POM-IL1 oder POM-IL2 bestrichen. 脺ber 72 Stunden sind die so behandelten sowie naturbelassene Referenzproben in einem Glasbeh盲lter mit Essigs盲ure bedampft worden. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben die Proben anschlie脽end gereinigt, getrocknet und gewogen. Doch der Effekt des Schutzfilms war bereits mit blo脽em Auge sichtbar: 鈥濪ie mit POM-IL behandelten Steine haben ihre Form behalten, w盲hrend die Oberfl盲chen der naturbelassenen Steine teils stark verwittert und besch盲digt waren 鈥� dieser Materialverlust best盲tigte sich auf der Waage鈥�, so Ersautorin Archismita Misra. Insgesamt zeigte POM-IL1 eine noch bessere Schutzwirkung, was belegt, dass sich die Eigenschaften der Fl眉ssigkeiten anpassen lassen.
In einem zweiten Versuch haben die Wissenschaftler die Unversehrtheit der POM-IL-Schicht auf den Natursteinproben untersucht.
Dazu wurden die Proben drei Stunden lang mit simuliertem sauren Niederschlag beregnet. Beim anschlie脽enden Wiegen best盲tigte sich die Schutzwirkung der Beschichtung, die auch unter diesen erschwerten Bedingungen mechanisch und chemisch intakt geblieben war.
Schutzfilm wirkt auch gegen Bakterien
Ob POM-IL-Beschichtungen auch gegen Mikroben und somit sch盲dliche Biofilme wirken, haben die Forscher dar眉ber hinaus im Labor und anhand der Gesteinsproben untersucht. Mit verschiedenen Methoden (u.a. Zellwachstumsstudien, Elektronen-, Fluoreszenz- und Konfokalmikroskopie) 眉berpr眉ften sie Wachstum sowie Aktivit盲t unter anderem von E.-Coli-Bakterien auf behandelten und unbehandelten Steinen. 鈥濪urch Z盲hlen der Bakterienkolonien konnten wir die Wirksamkeit der neuen Beschichtung gegen Biofilme nachweisen: POM-IL reduzierte die Anzahl der Mikroben erheblich und die verbliebenen Bakterien zeigten ,Stress-Symptome鈥樷��, res眉miert Professor Carsten Streb.
Im Ergebnis hat die Forschergruppe einen multifunktionalen, transparenten Schutzfilm f眉r h盲ufig verbaute Natursteine entwickelt. Die Fl眉ssigkeit ist leicht aufzutragen und wirkt gegen S盲ure sowie Bakterien. Dabei ist der Film auch unter extremen Umwelteinfl眉ssen stabil und l盲sst sich durch Ver盲nderungen am Kation verschiedenen Rahmenbedingungen anpassen: Um die Langzeitwirkung von POM-IL beurteilen zu k枚nnen, m眉ssen allerdings noch weitere Studien unter realen Bedingungen durchgef眉hrt werden. Dabei sollte das Augenmerk auf der Wirksamkeit der Fl眉ssigkeit gegen Pilze liegen.
Die Forscher aus Ulm, Zaragoza und Reims wurden weiterhin mit Mitteln der 51本色 und von spanischen Geldgebern unterst眉tzt.
Misra, A. , Franco Castillo, I. , M眉ller, D. P., Gonz谩lez, C. , Eyssautier鈥怌huine, S. , Ziegler, A. , de la Fuente, J. M., Mitchell, S. G. and Streb, C. (2018), Polyoxometalate鈥怚onic Liquids (POM鈥怚Ls) as Anticorrosion and Antibacterial Coatings for Natural Stones. Angew. Chem. Int. Ed.
Text und <link universitaet hochschulkommunikation presse-und-oeffentlichkeitsarbeit pressestelle mitarbeiter internal link in current>Medienkontakt: Annika Bingmann