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Neuartiger Schutz vor saurem Regen und Biofilmen für Kulturgüter aus Naturstein

Der Naturstein an den alten Kirchen braucht Schutz gegen moderne Umwelteinflüsse und gegen den Lauf der Zeit. Hier das Hauptportal des Doms in Regensburg im September 2015.

Die salzartige Flüssigkeit POM-IL hat im Labor erstaunliche Ergebnisse gebracht / Forschungen aus Ulm unter Mitwirkung des Dombaumeisters

Die Korrosion von Natursteinen bedroht unser kulturelles Erbe. Für den Verfall des Materials gibt es vor allem zwei Ursachen: Zum einen zerstört der durch industrielle Umweltverschmutzung ausgelöste saure Regen die Fassaden; zum anderen bilden Mikroben einen dünnen Biofilm, der die Steine unansehnlich und porös werden lässt.

Diese schädlichen Umwelteinflüsse machen den Einsatz wasserabweisender und antibakterieller Mittel nötig.

Nun haben Forschende des Ulmer Instituts für Anorganische Chemie I mit Kollegen aus dem spanischen Zaragoza und aus dem französischen Reims eine multifunktionale Oberflächenbeschichtung entwickelt, die häufig verbaute Natursteine sowohl vor saurem Regen als auch vor Mikroben schützt.

Die Forschenden setzen dabei auf eine ionische („salzartige“) Flüssigkeit, die sich unter anderem bereits im Korrosionsschutz von Metallen bewährt hat. Ihr großer Vorteil: „Bei dieser Polyoxometallat-ionischen Flüssigkeit, kurz POM-IL, lassen sich Kation und Anion unabhängig voneinander verändern. So können wir die Eigenschaften der Beschichtung den jeweiligen Umweltbedingungen anpassen“, erklärt Professor Carsten Streb.

Im Zuge der nun veröffentlichen Studie haben die Forschenden gleich zwei Varianten des Oberflächenschutzes, POM-IL1 und POM-IL2, hergestellt und an drei Arten von Karbonatgesteinen mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung und Porosität (Belgischer Blaustein, Dom-Stein, Romery-Stein) erprobt.

Im Laborversuch wurden verschiedene Steinsorten (von oben nach unten: Belgischer Blaustein, Romery-Stein, Dom-Stein) mit POM-IL behandelt und anschließend mit Essigsäure bedampft. Der Stein in Spalte 3 wurde nicht behandelt. Abbildung: Institut für Anorganische Chemie I

Im Labor, wo die Versuchssteine mit Essigsäure bedampft wurden, war der positive Effekt des Überzugs bereits mit bloßem Auge sichtbar: „Die mit POM-IL behandelten Steine haben ihre Form behalten, während die Oberflächen der naturbelassenen Steine teils stark verwittert und beschädigt waren – dieser Materialverlust bestätigte sich auf der Waage“, so Erstautorin Archismita Misra.

Insgesamt zeigte POM-IL1 eine noch bessere Schutzwirkung, was belegt, dass sich die Eigenschaften der Flüssigkeiten anpassen lassen.

Die Wirksamkeit gegenüber Biofilmen zeigte sich ebenfalls: Mit verschiedenen Methoden (u.a. Zellwachstumsstudien, Elektronen-, Fluoreszenz- und Konfokalmikroskopie) wurde nachgewiesen, dass Mikroben nur in reduzierter Anzahl vorkamen und dass die verbliebenen Bakterien sozusagen Stress-Symptome zeigten.

Im Ergebnis hat die Forschergruppe einen multifunktionalen, transparenten Schutzfilm für häufig verbaute Natursteine entwickelt. Die Flüssigkeit ist leicht aufzutragen und wirkt gegen Säure sowie Bakterien. Um allerdings die Langzeitwirkung von POM-IL beurteilen zu können, müssen noch weitere Studien unter realen Bedingungen durchgeführt werden. Dabei geht auch um die Wirksamkeit gegen Pilze.

Für die aktuelle Studie hatte sich die Gruppe Beratung von „ganz oben“ geholt: Der Leiter der Dombauhütte des Ulmer Münsters stand ihnen beratend zur Hilfe. Die Forscher aus Ulm, Zaragoza und Reims wurden mit Mitteln der Universität Um und von spanischen Geldgebern unterstützt.

Download der Studie

Quelle: Universität Ulm

(07.11.2018)