Studium fotokatalytické a antimikrobiální účinnosti nátěrových hmot

Ing. Veronika Jašková, Ph.D.

Doctoral thesis

A study of photocatalytic and antimicrobial efficacy of paints

Abstract:

Tato práce se zabývá studiem antimikrobiálních, fotokatalytických a lakařsko-technologických vlastností akrylátových nátěrových hmot pro úpravu minerálních povrchů, což vede k interdisciplinárnímu propojení chemie nátěrových hmot a mikrobiologie za účelem zlepšení antimikrobiální ochrany prostředí. Aditiva testovaná v těchto nátěrových hmotách byla rozdělena podle svých vlastností na fotokatalytické oxidy a biocidy. Také byly testovány různé kombinace těchto látek ve formulacích, kde byl zjišťován vliv koncentračních řad při různém OKP nátěrových hmot a vliv vybraných plniv. Cílem bylo získat co nejúčinnější formulace nátěrové hmoty při co nejnižším množství aditiv. Hodnota fotokatalytického účinku nátěrových hmot byla testována pomocí metody degradace indikátorů methylenové modře a také oranže II při působení ultrafialového (UV) záření i viditelného (VIS) záření. Ze získaných výsledků je patrné, že nejvyššího fotokatalytického účinku dosahoval oxid titaničitý anatasové formy s velikostí částic 10 nm. Ostatní testované nátěrové hmoty nedosahovaly takovéto fotokatalytické účinnosti. Antimikrobiální účinnost této nátěrové hmoty ovšem nebyla nejlepší ze všech testovaných nátěrových hmot, ani v rámci první skupiny nátěrových hmot (A). Antimikrobiální účinnost nátěrových hmot byla testována na mikroorganismech Escherichia coli CCM 3954, Staphylococcus aureus CCM 4223, Pseudomonas aeruginosa CCM 3955, Aspergillus niger CCM 8189 a Penicillium chrysogenum CCM 8034. Na základě pozitivních výsledků hodnocení kombinace oxidu titaničitého s nanostrukturním oxidem zinečnatým bylo další testování zaměřeno spíše na využití nano oxidu zinečnatého jako antimikrobiálního aditiva do nátěrových hmot. Následovalo také testování antimikrobiálních a lakařsko-technologických vlastností nátěrových hmot obsahujících kombinaci nanostrukturního ZnO s vybranými biocidy. Byla nalezena optimální formulace, ve které byly testovány další biocidy, za cílem snížení množství účinných látek díky jejich vhodné kombinaci. Jako nejvhodnější se jevila nátěrová hmota obsahující pyrithion zinku. Tato nátěrová hmota vykazovala i po 12 měsících skladování skvělé aplikační vlastnosti a především nátěry z ní připravené si zachovaly skvělé fotokatalytické a antimikrobiální účinky. Lze konstatovat, že účinky nátěrů po ročním skladování nátěrové hmoty byly téměř stejné jako u nátěrů z nátěrové hmoty bezprostředně po její přípravě.

Abstract:

This work deals with antimicrobial, photocatalytic and paint-technological properties of acrylic coatings used for treatment of mineral surfaces, which leads to interdisciplinary fusion of chemistry of paints and microbiology with contribution to improvement of antimicrobial protection of environment. Additives tested in these paints were divided according to their properties into photocatalytic oxides and biocides. Various combinations of these materials were tested in formulations, where both influence of concentration ranges at different PVC of paints and influence of selected fillers were detected. The aim was to get the most efficient formulations of paint at the lowest amount of additives. Value of photocatalytic efficacy was tested by a method of degradation of methylene blue indicator and also degradation of orange II indicator exposed to ultraviolet (UV) radiation and visible (VIS) radiation. The results show that the highest photocatalytic efficacy reached anatase titanium dioxide with the size of particles 10 nm. Other tested paints did not reach such photocatalytic efficacy. On the other hand, antimicrobial efficacy of this paint was not the best within all tested paints, even within the first set of paints (A). Antimicrobial efficacy of paints was tested on the following microorganisms: Escherichia coli CCM 3954, Staphylococcus aureus CCM 4223, Pseudomonas aeruginosa CCM 3955, Aspergillus niger CCM 8189 and Penicillium chrysogenum CCM 8034. On the basis of the positive results of evaluation of combination of titanium dioxide with nano zinc oxide, was further testing focused mainly on a use of nano zinc oxide as an antimicrobial additive for paints. Also, testing of antimicrobial and paint-technological properties of paints containing combination of nanostructural ZnO with selected biocides followed. Optimal formulation was found, in which other biocides were later tested with the aim to reduce the amount of efficient materials thanks to their suitable combination. As the most suitable proved to be the paint containing zinc pyrithione. This paint proved great application properties even after 12 months of shelf-life stability and mainly, the coatings prepared from this paint kept their photocatalytic and antimicrobial efficacy. It is possible to state that efficacy of the coatings after one year of shelf-life stability of the paint was almost the same as at coatings from paint applied instantly after its preparation.

Keywords

akrylátové nátěrové hmoty, fotokatalytické oxidy, biocidy, fotokatalytický efekt, antimikrobiální účinnost, skladovatelnost

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 7. 2013

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Date of defence: 13. 9. 2013

University of Pardubice

Faculty of Chemical Technology

Doctoral programme / field:
Chemistry and Technology of Materials / Surface Engineering