Već nekoliko godina postoje prevučene površine, koje odbijaju nečistoću. One se primijenjuju npr. kod opeke, fasadnih boja ili kupaonskih pločica. Kod stakala su se etablirale prevučene tuš-kabine, kod kojih se voda skliže u obliku kapljica, a odnedavno su na tržištu i samočisteća stakla, s kojima se mogu opremiti prozori, zimski vrtovi i fasade.
Ta nova vrsta proizvoda, koja omogućava mali trošak čišćenja, proizvodi se ciljanom modifikacijom površina. Upotrebljavaju se hodrofobna, hidrofilna, fotokatalitična svojstva, te također i lotos-efekt.
Različite površine
Hidrofilni ili hodrofobni proizvodi ili površine, koji se temelje na lotos-efektu, jedno imaju zajedničko: Funkcija se temelji na ponašanju orošavanja tekućina na oplemenjenoj površini:
• Kod hidrofobnih (odbijaju vodu) površina voda se odbija; stvaraju se kuglaste kapljice, koje se mogu otkotrljati i pri tome sa sobom pokupiti i čestice prašine. Hidrofobne površine se mogu proizvoditi nanošenjem tankog organskog sloja (npr. fluorirani silani) ili proizvodnjom definirane mikro-hrapavosti.
• Kod hidrofilnih (privlače vodu) površina događa se suprotno, voda se širi u ravnomjerni film, koji otječe s površine i ne ostavlja nikakve spomena vrijedne ostatke usljed sušenja.
Pod površinom s lotos-efektom podrazumijevamo (hodrofobnu) prevlaku koja odbija vodu, koja ima mikro-strukturu, koja sliči površini lista lotosa. Pod mokroskopom gledano, jako se ravnomjerno nižu brda i dolovi. Ta površina sprječava širenje vode, stvaraju se kuglaste kapljice.
Umjetnost je prenijeti tu strukturu površine lista lotosa na tehničke površine, npr. staklo. Jedna od mogućnosti je staviti fine čestice u organsku suspenziju ili gel, nanijeti je na površinu i onda ostaviti organsku matricu da se stegne za vrijeme otvrdnjavanja. Čestice strše iz matrice, koja ih povezuje, i na taj način tvore potrebnu hrapavost.
Hrapave su površine sklone prihvaćanju nečistoća. Organski talozi, npr. čak i otisci prstiju, mogu biti problematični za takvu vrstu slojeva, budući da se mijenja ponašanje orošavanja.
Kod tuš-kabina od stakla se već više godina uspješno primijenjuju hidrofobne površine, koje se ne baziraju na lotos-efektu, dakle nisu prevučene mikro-hrapavim slojem. U ovom se slučaju na staklo nanosi organska tekućina, npr. prskanjem ili se natrlja krpom, koja vodi do orošavanja u svrhu odbijanja vode. Te prevlake smanjuju taloženje vodenog kamenca, budući da se voda kliže u kapljicama. Na taj se način mogu lakše odstraniti mrlje prljavštine.
Otpornost hidrofobnih slojeva je u unutarnjem području odlična, kod vanjskih primjena, npr. kod prozora ili fasada, organski se sastavni dijelovi usljed vremenskih utjecaja razgrađuju i sloj nakon kraćeg vremena gubi svoju funkciju. Potrebno je osvježavanje prevlake, što je jednako novom nanošenju.
Fotokatalitične površine odvraćaju organske naslage (taloge), npr. taloženja čađe ili otiske prstiju, pomoću svjetla i tako se neprestano čiste. Uz to je efekt fotokatalize povezan s hidrofilnim svojstvima, tako da se stvara vodeni film, koji usljed sile teže otječe bez da nastaju rubovi usljed sušenja. Sloj djeluje kao katalizator za reakciju razgradnje i pri tome se ne troši. Slika 1 predstavlja shematski prikaz ponašanja orošavanja hidrofobnih, hidrofilnih i fotokatalitičnih površina.
Samočisteće staklo – određivanje pojma
Navedene oplemenjene površine smanjuju trošak čišćenja. Fotokatalitične površine označavaju se kao „samočisteće“. Ali što se podrazumijeva pod tim pojmom?
Pojam „samočišćenje“ potječe iz hidrografije. U „Ekološkom leksikonu“ se nalazi definicija: „Pod samočišćenjem se smatra prirodna razgradnja organskih opterećenja. (...) Ako organske štetne tvari dospiju u vodu, tamo se pomoću biljnih i životinjskih organizama, kao i kisika, razgrađuju i čine neštetnima. Taj se proces naziva samočišćenjem...“
Preneseno na samočisteće površine to onda znači, da uvjeti okoliša imaju utjecaja na čistoću površine. Pri tome se razlikuje, da li se samočisteće staklo ugrađuje u visokim Alpama – gdje je zrak čišći i sadrži manje prašine – ili u blizini aerodroma. Proces samočišćenja kod stakala dovodi do manjeg onečišćenja prozorskih stakala. To znači dulje periode između čišćenja, a time i manje troškove (čišćenja); tako se u obrtništvu mogu smanjiti troškovi za čišćenje.
Fotokatalitični efekt – funkcija i djelovanje
I fotokatalitično staklo ima svoj uzor u prirodi: Kod biljaka klorofil pretvara CO2 sadržan u zraku u biljni (organski) materijal. Fotokatalitični sloj ide obrnutim putem – on razgrađuje organska onečišćenja, koja se nalaze na staklu. Taj se proces odvija bez prekida dokle god ima danjeg svjetla, a sloj traje koliko i samo staklo. Prevlaka se sastoji od titanovog dioksida.
Princip funkcioniranja fotokatalitičnog stakla je prikazan na slici 2. Kišnica stvara ravnomjeran vodeni film, koji otječe pod utjecajem sile teže. Na taj se način ostakljenje brzo suši bez ostataka. Kombinacija oba efekta – razgradnja prljavštine i izbjegavanje tipičnih ostataka usljed sušenja – vodi do smanjenja troškova čišćenja. Slika 3 prikazuje djelovanje samočistećeg stakla „SGG Bioclean“ tvrtke Saint-Gobain.
Fotokatalitičnom je staklu potrebno UV-zračenje (dnevno svjetlo) kao i kiša, da bi se moglo ostvariti potpuno samočisteće djelovanje. U vanjskom području ima u svakoj situaciji ugradnje dovoljno udjela UV-zraka u danjem svjetlu za fotokatalizu. Funkcija je ostvariva kako na južnom, tako i na sjevernom položaju, jer sjena nema negativnog utjecaja. Ukoliko dijelovi krova sprječavaju dolazak kiše, moguće je taloženje prašine, a isto je moguće i u ljetnim mjesecima, kada je smanjena količina padalina. Pomaže sljedeći pljusak ili međučišćenje, koje se odvija jednostavnije od normalnog pranja prozora, budući da na staklu ima manje organskih naslaga. Uglavnom je dovoljno samo ispiranje vodom, sušenje nije potrebno.
Uzajamno djelovanje brtvila i samočistećeg stakla
Hidrofilne se površine ne podnose sa silikonima. Silikoni i slični materijali, kao npr. silani spomenuti kod tuš-kabina, hidrofobiraju površine. Ukoliko silikon dospije na hidrofilnu površinu, voda se više ne može raširiti u film. Kod fotokataličnih stakala za prozore ili fasade kao brtva između stakla i okvira često se upotrebljavaju silikonske mase (slika 4). One sadrže uljaste sastavne dijelove, koji također nakon stvrdnjavanja iskliznu van iz fuge na staklenu površinu. Ako su fotokatalitična stakla na taj način postavljena, rubno područje postaje hidrofobno i na taj je način funkcija ometena. Kod visokoreflektirajućih, srebrnasto sjajnih slojeva na vanjskoj strani silikonski sloj na rubu stakla uzrokuje veće prihvaćanje prljavštine, a time i neravnomjeran izgled stakla.
Kvaliteta silikona, a posebno sadržaj ulja, određuje širinu hidrofobiranog ruba. I visokovrijedne varijante silikona siromašne uljima zasad nisu pogodne za brtvljenje fotokatalitičnog stakla. Rješenje tog problema su mase za brtvljenje bez silikona, npr. na bazi MS-polimera; ti umjetni materijali bez silikona mogu osigurati hidrofilnu funkciju cjelokupne staklene površine sve do zabrtvljene fuge. Alternativno se fotokatalitična stakla mogu montirati sa sistemima suhog ostakljivanja (brtveni profili) u PVC ili aluminijske prozorske i fasadne profile.
Mogućnosti primjene
Samočisteće staklo, koje ima fotokatalitični sloj od titanovog dioksida, može se upotrebljavati u svim vanjskim slučajevima, koji se mogu realizirati s brtvilima bez silikona. To su npr. PVC ili drveni prozori, zimski vrtovi, stakleni krovovi, kao i primjena u fasadama. Fotokatalitično staklo se može kombinirati sa svim uobičajenim funkcijama, to znači da se može izvesti kao prednapregnuti ESG (siguronosno staklo u jednom komadu) ili VSG (u više komada) ili kao IZO-staklo povezano s toplinskom, sunčevom i zvučnom zaštitom.
Idealne su primjene, kod kojih udari kiše dospijevaju direktno na staklo, onda se prašina može redovito ispirati. No i na stranama objekta, koje su zaštićene od vremenskih nepogoda, ili su zaklonjene krovom, staklo ima prednosti. Organske naslage, npr. čađa, kontinuirano se razgrađuju, a prljavština se pretežno sastoji od prašine ili polena. Čišćenje stakala je jednostavno, a sušenje nije potrebno zbog hidrofilnog efekta.
Prozirne fasade