Nove generacije keramičkih pločica već znatno nadilaze tradicionalno poimanje keramičkih pločica, koje su se prvobitno rabile kao zaštita od agresivnog djelovanja okoliša te služile udovoljavanju estetskih potreba. No, danas se od pločica očekuje više. Tako kod nove generacije pločica razvitak teče u smjeru ugradnje fotovoltaičnih stanica, raznih senzora koji razaznaju pomicanje, promjenu temperature …, pa sve do uporabe funkcionalnih nanoprevlaka na glazurama, koje osiguravaju samočisteći učinak.
SAMOČISTEĆI UČINAK
2001. godine je poduzeće Pilkington Glass predstavilo tržištu prve samočisteće prozore. Samočisteći učinak ćemo shematski prikazati na poluvodiču TiO2, koji je ujedno i komercijalno najčešće korišten samočisteći agens, jer uspješno kombinira fotokatalizu i superhidrofilnost. Do pojavljivanja fotokatalize kod TiO2 dolazi radi djelovanja ultraljubičaste svjetlosti (pri valnoj dužini ispod 388 nanometara), koja pobuđuje elektrone u TiO2 na prijelaz u više energetsko stanje i u provodni pojas, uslijed čega se pojavljuju oslobođeni elektroni i slobodne elektronske rupe. Sve to reagira sa kisikom i vodom, a rezultat su superoksidni ioni i hidroksidni radikali. Ovi potonji su visokoreaktivni i oksidiraju odnosno uništavaju organske molekule, tako da dobivamo ugljikov dioksid i vodu. Budući da se na tom putu uništavaju i mikroorganizmi, sve prevlake ove vrste često se nazivaju još i antibakterijskima odnosno protumikrobnima.
U stvari, još su istraživači japanske tvrtke Toto Inc. 1995. godine utvrdili da – ukoliko film TiO2 sadrži i određenu količinu SiO2 – dolazi do pojave superhidrofilnosti. To znači da se pri djelovanju UV-svjetlosti kut vode na površini pomiče na 0 stupnjeva, odnosno – površina se prevlači tankim slojem vode. Budući da je na površini tanak sloj vode, prljavština se teže prima za nju odnosno znatno se lakše uklanja. Ova se pojava koristi i kod prozorskih stakala ili ogledala, kod kojih ne dolazi do rošenja (slike 1 i 2). Tako se – kombinacijom fotokatalize i superhidrofilnosti, koja je nazočna kod TiO2, a pod utjecajem djelovanja UV-svjetlosti te u nazočnosti kisika i vlage – postiže samočisteći učinak. Pritom je radi učinkovitosti važno reći da TiO2 ima veliku specifičnu površinu, koja se postiže i smanjenjem čestica. Za samočisteće aplikacije tako se u pravilu koriste – nanočestice.
Samočisteći učinak se danas koristi kod mnoštva komercijalno dostupnih proizvoda kao što su već spomenuto staklo (prozorsko) i – prije svega – fasadne boje. Na tržištu je već moguće dobiti i samočisteći cement (omet), samočisteće crijepove, sustave za čišćenje otpadnih voda i zraka, samočisteći tekstil i, naravno, samočisteće keramičke pločice.
TEHNOLOGIJA I RAZVITAK
Proizvodnja samočistećih keramičkih pločica odvija se prema uobičajenom postupku, samo što se nakon pečenja na površinu nanosi tanak, manje od 100 nanometara debeli sloj, koji u pravilu sadrži TiO2 kao fotokatalitski agens. Fotokatalitski sloj može se nanositi različitim tehnologijama (recimo spray- tehnologijom, sedimentacijskom tehnologijom, spin coating tehnologijom), a s obzirom na zahtijevanu trajnost nanosa, potrebno ga je i fiksirati (postupno pečenje do 500 odnosno 700 stupnjeva Celziusa). Taj je sloj proziran i bezbojan tako da ne utječe na estetski izgled površine glazure. Kako se TiO2 u načelu proizvodi prema zahtjevnim sol-gel postupcima, takav nanos poskupljuje postupak proizvodnje i stoga je potrebno usvojiti i tehnologiju prijenosa u proizvodnju.
U posljednje vrijeme razvitak teče u tri smjera, i to u smjeru jeftinijih postupaka dobivanja samočistećih agensa, čime bi se omogućilo da postanu sastavnim dijelom glazure te da se neposredno nanose prilikom drugog pečenja; uporaba bi sigurno bila veća, a usto ne bi bila potrebna faza fiksiranja, koja se obično odvija na povišenoj temperaturi. Drugi segment je razvijanje već dosegnutih samočistećih agensa, čime bi aktivacijsku energiju pomakli u vidni spektar i tako proširili uporabu samočistećih pločica (i preostalih materijala) i na unutarnje prostore. Treći segment je razvitak samočistećih agensa koji ostaju postojani i kod visokotemperaturnih postupaka (iznad 800 stupnjeva Celziusa; do ove je temperature, naime postojan i TiO2), čime bi se mogla preskočiti jedna faza proizvodnje – fiksiranje, budući da bi se takav agens mogao dodavati osnovnoj masi i peći i do 1200 stupnjeva Celziusa, što je temperatura pečenja porculanskih odnosno gres pločica.
Usporedno sa razvitkom samočistećih materijala odvija se i razvijanje standardiziranih metoda, kojima se pod jednakim uvjetima testiraju proizvodi različitih proizvođača. Fotokatalitsku aktivnost možemo mjeriti na više načina – od promjene izgleda pod djelovanjem UV-svjetlosti, promjene koncentracije nečistoća, antibakterijskog učinka, promjene boje organskog pigmenta pa do promjene kontaktnog kuta tekućina na materijalima… Ovakvim ujednačenim, standardiziranim metodama mjerenja učinkovitosti potvrđuje se kako proizvođaču, tako i kupcu, da su proizvodi – deklarirani kao samočisteći – i u stvarnosti učinkoviti.
ZAKLJUČAK
Uporaba samočistećih (građevinskih) materijala zanimljiva je sa više stanovišta. Činjenica – da oni uništavaju razne nametnike, produžuju trajnost i estetski izgled proizvoda te smanjuju potrebu učestalog čišćenja, dovodi nas i do sniženja troškova održavanja. Osim toga, sve je važniji i ekološki dobitak od takvih materijala, jer bi oni uz odgovarajuću pripravu te širenje njihove uporabe zbog razgradnje otrovnih plinova (primjerice – dušikovih oksida) mogli i značajno poboljšati kakvoću zraka koji udišemo.
mag. Vilma Ducman, dipl. ing. kem. tehnologije
Zavod za gradbeništvo Slovenije
Izvori:
- Moreno: Ceramic tiles: above and beyond traditional applications, Bol. Soc. Esp. Ceram. V., 45 (2), 2006., str. 59–64
- P. Parkin, R. G. Palgrave: Self-cleanig coatings, J. Mater. Chem., 15, 2005., str. 1689–1695
