Der Einsatz von Wärmedämmverbundsystemen (WDVS) stellt einewesentliche Maßnahme zur Verringerung der Transmissionswär-meverluste bei Bestandsgebäuden dar. Die damit einhergehendethermische Entkopplung der Fassadenoberfläche vom Mauerbild-ner führt bekannterweise zu einer veränderten Feuchtebilanz ander Fassade und somit zu günstigeren Bedingungen für ein Wachs-tum von Mikroorganismen. Fassadenbeschichtungen werden ausdiesem Grund häufig mit bioziden Wirkstoffen zum Schutz gegenAlgen- und Pilzaufwuchs ausgerüstet. Um die Wirksamkeit und dieDauerhaftigkeit dieser Wirkstoffausrüstung abschätzen zu können,wurden in einem Vorhaben 33 unterschiedliche Beschichtungenauf WDVS-basierten Prüfkörpern über 5 Jahre an zwei Standor-ten im Freiland bewittert. Es bestätigte sich eine generelle Wirk-samkeit der verschiedenen Biozidausrüstungen. Die Aufwuchsent-wicklung auf sämtlichen ausgerüsteten Beschichtungssystemenwar deutlich vermindert und die Artenzahl signifikant verringert.Die einzelnen Komponenten der verschiedenen Biozidausrüstun-gen unterschieden sich darüber hinaus, auch in Abhängigkeit vomBeschichtungstyp, hinsichtlich ihrer Dauerhaftigkeit in den Be-schichtungen und beeinflussten auf diese Weise die bei der Primär-besiedlung der Oberflächen beteiligten Spezies. Der Wirkstoffge-halt der Beschichtungen allein ließ keinen Rückschluss auf die Auf-wuchsanfälligkeit eines Systems zu. Systeme mit ausgerüstetenFarbanstrichen zeigten darüber hinaus tendenziell etwas bessereErgebnisse als ausgerüstete Systeme ohne zusätzlichen Farban-strich.
Effectiveness and durability of biocidal ingredients in façadecoatings. The use of external thermal insulation systems (ETICs)is a powerful instrument in the energetic improvement of resi-dential buildings. With that measure, the façade surface is ther-mally decoupled from the wall construction and consequentlythe humidity balance on the façade changes. This fact leads tobetter conditions for the growth of microorganisms. Thereforebiocidal ingredients are often added to façade coatings. Toevaluate the effectiveness and the durability of biocidalequipped façade coatings a comprehensive research projectwas conducted at the Holz kir chen branch of the Fraunhofer-In-stitute for Building Physics. 33 different types of façade coatingswere applied to test specimen and exposed to real weatheringconditions for five years. The general efficiency of the biocidalequipping of façade coatings could be proven. The developmentof biological growth on biocidal equipped façade coatings wassignificantly reduced, showing much less species than withoutbiocide. Depending on the type of the coating, different biocidesshow a varying durability within the coatings. This has an influ-ence on the species involved in the primary colonization. Thebiocide content in the coating itself allows no prediction of the
susceptibility to biological growth. Façade coatings with biocidalpaints showed better results than biocidal renders without addi-tional paint coating.
1 Einleitung
Die moderne technische Gestaltung der Gebäudehülle be-findet sich vielfach im Zwiespalt zwischen Energieeinspa-rung und Dauerhaftigkeit gegenüber biologischer Besied-lung. Grundsätzlich ist die Entwicklung von Aufwuchs anOberflächen, die der Witterung ausgesetzt sind, ein völlignatürlicher Prozess; bei entsprechenden Rahmenbedingun-gen (ausreichende Feuchte und Temperatur, Vorhandenseinvon Nährstoffen) können alle Oberflächen besiedelt wer-den (Bild 1). Ein besonderes Feld bildet die nachträglicheoder bauseits vorgesehene energieeffiziente Dämmung vonGebäudehüllen.
Wirksamkeit und Dauerhaftigkeit von Bioziden in Bautenbeschichtungen
Klaus BreuerWolfgang HofbauerNicole KruegerFlorian MayerChristian SchererRegina SchwerdKlaus Sedlbauer
DOI: 10.1002/bapi.201200021
Bild 1. Monolithisch ausgeführtes sakrales Bauwerk mitstarkem Algenbewuchs (Trentepohlia iolithus) an der Wetter-seiteFig. 1. Chapel (monolithically built) with severe algae growth(trentepohlia iolithus) on its weather side
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Die nachträgliche Dämmung der Gebäudehülle mittelsWDVS ist insbesondere im Bestand eine praktikable Mög-lichkeit, die aktuellen Anforderungen der Energieeinspar-verordnung [1], [2] zu erfüllen. Von 1997 bis 2008 stiegen mitden zunehmenden Anforderungen an die energetische Leis-tungsfähigkeit der Gebäude die durchschnittlichen Dämm-stoffdicken von 77,4 mm auf 108 mm (IV/2008). Mit einemAnteil von 79,9 % ist blockgeschäumtes expandiertes Poly -styrol (EPS) der meistverwendete Dämmstoff [1]. EPS wirdhäufig in Kombination mit organisch gebundenen Dünn-schichtputzen eingebaut. Mit der dadurch immer effekti-veren thermischen Entkopplung der Gebäudeoberflächevom Mauerbildner und der Abnahme der thermischenMasse der Deckbeschichtung treten bei Vorliegen ungüns-tiger Standortbedingungen und mikroklimatischer Ver-hältnisse Fälle von mikrobiellem Aufwuchs an den Fassa-den auf. Sobald ein Aufwuchs mit bloßem Auge erkenn-bar wird, ist das Erscheinungsbild eines Gebäudes in derRegel beeinträchtigt, was häufig zur Unzufriedenheit derNutzer bzw. Eigentümer führt. Das Auftreten eines mitbloßem Auge erkennbaren Aufwuchses kann vom juristi-schen Standpunkt aus einen ästhetischen Mangel darstel-len, der je nach Zeitdauer bis zum Auftreten des Mangelszu Gewährleistungsansprüchen führen kann. Die Recht-sprechung hierzu ist allerdings bislang uneinheitlich [3],[4]. Nutzer und Verarbeiter erwarten allgemein vonWDVS ein „aufwuchsfreies Erscheinungsbild“, das überdie Dauer der reinen Gewährleistungsfrist hinausgeht.Auch unter Nachhaltigkeitsaspekten erscheint es nichtzielführend, Fassaden in kürzeren Abständen zu überar-beiten, um optische Mängel bedingt durch mikrobiellenAufwuchs zu beseitigen.
1.1 Einflussfaktoren
Die Dauerhaftigkeit und die Aufwuchsanfälligkeit von Fas-sadenbeschichtungen sind von einer ganzen Reihe vonFaktoren abhängig:– Gestaltung und Beschaffenheit des Gebäudes,– geographische Lage und Ausrichtung des Gebäudes,– klimatische und mikroklimatische Verhältnisse am Stand-
ort,– Infektionsdruck durch die umliegende Vegetation,– Art, Beschaffenheit und Ausführung der Fassadenbe-
Dachform, -überstand und -neigung haben einen starkenEinfluss auf die Schlagregenbelastung der Gebäudehülle.Weit auskragende Dachüberstände können große Anteileder Fassade vor direktem Schlagregen schützen, wohingegenFlachdachkonstruktionen ohne Überstand keinen Schutzbieten.
Mikrobieller Aufwuchs benötigt ausreichend langePerioden mit wachstumsfördernden Feuchtebedingungenan der Fassadenoberfläche. Daher werden bevorzugt dieGebäudeoberflächen besiedelt, die nicht oder nur sehr kurzvon der Sonne beschienen werden oder die keine bzw.nur geringe Luftanströmung erfahren und daher langsamerabtrocknen [6], [7], [8]. Oberflächen im Verschattungsbe-reich umliegender Gebäude oder Bepflanzung erfüllendiese Bedingungen ebenfalls [9].
Durch die thermische Entkopplung von Mauerbildnerund Fassadenoberfläche in Verbindung mit einer reduzier-ten thermischen Masse einer Deckbeschichtung bei Dünn-schichtputzen sinkt die Temperatur an der Oberflächeschneller ab, und unterschreitet damit häufiger und längerden Taupunkt. Entsprechendes gilt für die Trocknungsvor-gänge, auch nach Schlagregenereignissen.
1.2 Mikrobieller Aufwuchs auf gedämmten Fassaden
Je nach Feuchtigkeitsangebot können Fassaden über kurzoder lang durch verschiedenste Organismen besiedelt wer-den. Im gemäßigten Klima handelt es sich vorwiegend umsporenbildende Lebensformen wie Pilze, Algen, Flechtenund Moose [5], [6], [7], [8]. Bisher sind mehr als 180 unter-schiedliche Arten von Mikroorganismen als Bestandteiledes Primäraufwuchses auf Bauteilen determiniert worden,die vor allem von Pilzen und Algen dominiert werden. ImPrimäraufwuchs sind zwei grundlegend unterschiedlicheGruppen von „Algen“ vertreten: die Blaualgen (Cyanopro-karyota), die zu den bakteriellen Formen gehören, und dieeigentlichen (eukaryotischen) Algen, zu denen auch dieGrünalgen (Chlorophyta, s.l.) zählen. Während austrock-nungsresistente Cyanoprokaryota für ihre Lebensvorgängemeist flüssiges Wasser benötigen, können manche euka-ryotische Algen bereits bei hoher relativer Luftfeuchte po-sitiv bilanzierende Nettophotosynthese betreiben. Tatsäch-lich überwiegen an Fassaden in Mitteleuropa Algenarten,die auch dampfförmiges Wasser nutzen können, was diebesondere Bedeutung häufiger Tauwasserproblematikeneinhergehend mit hoher Luftfeuchte widerspiegelt [6], [10],[11], [12]. Cyanoprokaryota sind in Mitteleuropa haupt-sächlich auf Ablaufstellen, Spritzwasserzonen und beson-ders stark dem Schlagregen ausgesetzten Oberflächen vonBauteilen beschränkt [8]. An Fassaden vorkommende eu-karyotische Algen werden von einer speziellen Gruppeder Grünalgen dominiert (Trebouxiophyceae), die beson-ders viele, an das Leben auf regelmäßig austrocknendenOberflächen angepasste Arten aufweist [8], [14]. So kannStichococcus bacillaris ab ca. 90 % relativer Luftfeuchtegedeihen, während Apatococcus lobatus schon ab 68 %relativer Luftfeuchtigkeit physiologisch aktiv sein kann[15], [16], [17], [18]. Neben den bakteriellen Blaualgen undangepassten Grünalgen können weitere (eukaryotische)Algenformen vorkommen, wie z. B. Gelbgrünalgen (Xan-thophyceae) oder vereinzelt auch Kieselalgen (Bacillario-phyceae) [8], [19]. In Tabelle 1 sind die am häufigsten aufmodernen Fassaden anzutreffenden Algen der Primärbe-siedlung zusammengefasst [8].
Vielfach werden bauteilrelevante Pilze unter dem Be-griff „Schimmelpilz“ angesprochen. Wissenschaftlich hatdieser Begriff keine Bedeutung, da damit allgemein allePilze, die keine offensichtlichen Fruchtkörper erzeugen undwatteartige, staubige oder krustige Beläge bilden, ohneRücksicht auf ihre taxonomische Zugehörigkeit bezeich-net werden. Bei den ebenfalls wissenschaftlich unscharfdefinierten „Schwärzepilzen“ handelt es sich um Pilze, dieals Schutz gegen die Sonneneinstrahlung dunkle Pigmenteausbilden. Auf hell pigmentierten Fassaden kann sich diesoptisch besonders beeinträchtigend auswirken. Unter denPionierformen an Fassaden finden sich bei den PilzenSpezialisten, die sehr trockentolerant sind, wie z. B. Euro-
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tium sp. Arten dieser Schlauchpilzgattung (Ascomycetes)benötigen für ihr Wachstum mehr als 73 % relative Luft-feuchtigkeit [20]. Dagegen wachsen Arten der GattungenAlternaria und Cladosporium erst bei deutlich höherenWerten der relativen Luftfeuchte bis hin zur Wasserdampf-sättigung [20], [21], [22], [23]. In Tabelle 2 sind die Pilze zu-sammengefasst, die an modernen Fassaden zu den häu-figsten Primärbesiedlern zählen.
1.3 Maßnahmen zur Verhinderung oder Verzögerung der Aufwuchsbildung
Der mikrobielle Aufwuchs auf Fassaden kann mit kon-struktiven, bauphysikalischen und chemischen Maßnah-men beeinflusst werden. Dachüberstände und dem aktuel-len Stand der Technik entsprechend ausgeführte Abtropf-kanten, die eine Fassade vor Regenwasser schützen sowiesorgfältig gearbeitete Anschlüsse, die ein Ablaufen desWassers über die Beschichtung verhindern, sind als wich-tigste konstruktive Maßnahmen zu nennen. Zu den bau-physikalischen Ansätzen zählen z. B. die Erhöhung derthermischen Masse der Fassadenbeschichtung durch denEinsatz von Dickschichtputzen, die Erhöhung der kurzwel-ligen Absorption und die Verringerung der langwelligen
Emission durch geeignete Farbwahl. Die für das mikrobielleWachstum maßgebliche Feuchte an oder in unmittelbarerNähe der Fassadenoberfläche kann zusätzlich durch dieWahl des Putzes (z. B. saugend oder hydrophob) beeinflusstwerden. Für eine Verhinderung der Aufwuchsbildung anFassadenflächen ist eine rasche Trocknung wünschenswert,um längerfristiges Auftreten von relativen Luftfeuchten ander Oberfläche von über 70 % möglichst auszuschließen [8].Konstruktive und bauphysikalische Maßnahmen allein kön-nen unter bestimmten Randbedingungen (hohe Schlagre-genbelastung, geringe Sonneneinstrahlung, starker Infekti-onsdruck) nicht hinreichend wirksam sein, um Aufwuchsdauerhaft zu verhindern. Nach aktuellem Stand der Tech-nik stellt die Ausrüstung der Fassadenbeschichtungen mitBioziden einen wesentlichen Handlungsansatz dar. Auf-grund der verschiedenen Zielorganismen werden in derPraxis biozide Wirkstoffe unterschiedlicher chemischerStruktur und Wirkungsweise eingesetzt. Bestimmte, im All-gemeinen hoch wirksame Biozide weisen darüber hinausso genannte „Wirkungslücken“ gegenüber bestimmten Spe-zies auf, weshalb in Fassadenbeschichtungen ebenfallsKombinationen aus mehreren Wirkstoffen angewandt wer-den. Im günstigsten Fall wird durch diese Kombinationenauch eine Verringerung der einzusetzenden Konzentratio-nen der Einzelwirkstoffe erreicht. Gängige Einsatzmengenvon Biozidformulierungen in Putzen und Farben bewegensich zwischen 0,5 und 1 Masse-% [39].
Grundsätzlich müssen Biozide eine gewisse Wasserlös-lichkeit besitzen, um von den Zielorganismen aufgenom-men und somit wirken zu können. Diese Wasserlöslichkeithat wiederum zur Folge, dass durch Schlagregen – beson-ders bei frisch applizierten Beschichtung – die Wirkstoffeausgewaschen und in die Umwelt eingetragen werden kön-nen [22]. Aktuelle Produktentwicklungen verfolgen daherunter anderem das Ziel, die Auswaschung der Wirkstoffeaus den Beschichtungen zu reduzieren um so eine verlän-gerte Wirksamkeit in der Beschichtung zu erreichen, denWirkstoffeintrag in die Umwelt zu minimieren und da-durch die erforderlichen Einsatzmengen somit zu verrin-gern [24].
1.4 Zielsetzung der experimentellen Arbeiten
Der „Befall“ von Fassaden mit Pilzen und Algen ist grund-sätzlich ein bekanntes Phänomen, dem mit der Ausrüstungder Fassadenbeschichtungen mit bioziden Wirkstoffen be-gegnet wird. Bisher existierten nur sehr wenige zugängli-che Daten aus Langzeitstudien über die Dauerhaftigkeitund Wirksamkeit von Bioziden in Fassadenbeschichtun-gen. Ziel der hier vorgestellten Untersuchungen war es,Erkenntnisse über die Wechselwirkungen zwischen Artder Beschichtung, Wirkstoffen und Aufwuchsentwicklungunter Freilandbedingungen in einem mehrjährigen Expo-sitionsansatz zu gewinnen.
2 Experimentelle Vorgehensweise
In einem interdisziplinären Vorhaben wurde in den Jah-ren 2005 bis 2010 ein experimenteller Ansatz bearbeitet,der folgendes Konzept verfolgte: Prüfkörper nach demWDVS-Prinzip wurden mit unterschiedlichen Beschich-tungssystemen versehen, die wiederum mit verschiedenen
Tabelle 1. Die häufigsten Algen (Primärbesiedler) auf Bau-teiloberflächenTable 1. The most common algae (primary coloniser) oncomponent surfaces
Spezies Bemerkung
Stichococcus minutus
meist in coccaler (einzelliger)Erscheinungsform, von trichaler(fadenförmiger) Organisationabgeleitet
Diplosphaera sp.(vermutlich bisher unbe-kannte Art)
sarcinoide (paketförmige) Organisation
Chlorella ellipsoidea agg.(C. trebouxioides, C. angusto-ellipsoidea)
coccale Organisation
Klebsormidium flaccidum
trichale Organisation, vorwiegendbei Aufwuchsentwicklung > 2 Jahren
Tabelle 2. Pilze, die mit hoher Häufigkeit und Keimzahl beiUntersuchungen der Primärbesiedlung von Bauteilober flächenisoliert wurden [8]Table 2. Fungi frequently found on building surfaces withhigh germ number (primary colonization) [8]
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Biozid-Kombinationen ausgerüstet waren, und im Freilandunter realen Klimabedingungen exponiert. Das von denPrüfkörpern ablaufende Regenwasser und die Beschichtun-gen selbst wurden wiederkehrend auf ihren Gehalt an bio-ziden Wirkstoffen untersucht. In regelmäßigen Abständenerfolgten eine Dokumentation und Bewertung von Auf-wuchsentwicklung und -intensität, komplettiert durch einetaxonomische Identifizierung der gefundenen Organismen.
2.1 Prüfkörper und Freibewitterung
Für die Untersuchungen wurden Prüfkörper der Abmessun-gen 35 cm × 30 cm nach dem WDVS-Prinzip hergestellt. Aufeine Faserzement-Platte wurden mit Klebemörtel 50 mmPolystyrol-Hartschaum aufgebracht und mit Gewebearmie-rung versehen. Nach hinten abgeschrägte Oberkanten derPrüfkörper wurden ausgeführt, um Wasseransammlungenauf der Oberkante gefolgt von einem Wasserablauf über diePrüfkörpervorderseite zu verhindern, während Tropfkanten-profile (Putzleisten) an den unteren Kanten Tropfenanhaf-tungen und somit einer gewissen „Staunässebildung“ vor-beugten (Bild 2).
Die Prüfkörper wurden von März 2005 bis Septem-ber 2010 im Freiland exponiert. Bild 3 zeigt die auf freiemund ebenem Gelände nach Westen ausgerichteten Prüf-körper am Standort Holzkirchen des Fraunhofer-Institutsfür Bauphysik (IBP). Holzkirchen, auf einer Höhe von ca.680 m südlich von München im Voralpenland gelegen, wirdnach DIN 4108 Teil 3 in die höchste Schlagregenbean-spruchungsgruppe eingeordnet.
2.2 Beschichtungsmaterialien und Wirkstoffe
Die Deckschichten wurden mit vier verschiedenen Wirk-stoffkombinationen ausgerüstet, bestehend aus jeweils dreiWirkstoffen (Tabelle 3). Diese Wirkstoffkombinationen wur-den Modellrezepturen zugegeben (insgesamt 33 Beschich-tungsvarianten), die sich in der Art des Bindemittels un-terschieden. Auf ausgewählte biozidfreie Putze wurdenAnstriche mit und ohne Wirkstoffausrüstung aufgebracht(Tabelle 4), s. a. [13]. Prüfkörper mit biozidfreien Vergleichs-beschichtungen dienten im Versuch als Kontrollvarianten.
Ziel der biologischen Untersuchungen war es, ausgewählte,unterschiedlich biozid ausgerüstete Fassadenbeschichtun-gen (Deckputze und Anstriche) hinsichtlich ihrer mikro-biologischen Anfälligkeit vergleichend zu untersuchen.
Deskriptive visuelle Charakterisierung der OberflächenbesiedlungDer optische Zustand der exponierten Prüfkörper hinsicht-lich der Aufwuchsentwicklung wurde mit Hilfe einer semi-quantitativen Bewertungsskala bewertet (Bild 4) [5].
Bild 2. Schematische Darstellung eines Prüfkörpers für dieExpositionFig. 2. Schematic illustration of a test specimen for theweathering experiment
Bild 3. Nach Westen ausgerichtete Prüfkörper auf dem Ge-lände des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik in HolzkirchenFig. 3. Specimens facing westwards at the test site of theFraunhofer Institute for Building Physics, Holzkirchen/Ger-many
Tabelle 3. Untersuchte Wirkstoffkombinationen und Einsatzkonzentrationen in Putzen und Anstrichen (Masse-% im Putz bzw. im Anstrich vor der Verarbeitung)Table 3. Examined combinations and concentrations of active substances in plasters and coatings (mass-% in plaster or paint before application)
WirkstoffkombinationWirkstoff 1(M-% im Putz bzw. Anstrich)
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Tabelle 4. Variantenplan; die biozidfreien Kontrollvarianten sind grau hinterlegtTable 4. Variant plan, the biocide-free control specimens are highlighted in gray
Bild 4. Bewertungsskala zur Erfassung der Aufwuchsentwicklung [5]Fig. 4. Scale for the compilation of growth development [5]
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Die unteren Stufen 0 bis 3 dieser Bewertungsskala ver-folgen eine detaillierte Einteilung der Erstbesiedlung, wohin-gegen die höheren Kategorien (Stufe 4 bis 10) vor allem denDeckungsgrad der Aufwuchsstärke prozentual wiederge-ben. Die Stufen 4 und 5 umfassen einen Übergangsbereich,ab dem Betrachter die Oberfläche als optisch beeinträchtigteinstufen können (in Bild 3 als hellgrün gefärbter Über-gangsbereich dargestellt). Ein Aufwuchsbild ab der Stufe 4(„kritische“ Bewertungsgrenze) wird in der Praxisanwen-dung somit bereits als Reklamationsfall eingestuft werden(in Bild 3 zusätzlich in Form einer gestrichelten roten Li-nie hervorgehoben).
Qualitative und quantitative mikrobiologische CharakterisierungNeben der visuellen Dokumentation der Aufwuchsentwick-lung fand eine regelmäßige Erfassung der Zusammenset-zung und Entwicklung der mikrobiologischen Sukzessiondurch Laboruntersuchungen statt. Dazu wurden Probenvon den Beschichtungen entnommen und unter aseptischenBedingungen im Labor entsprechend [8] aufgearbeitet. DieLaboruntersuchungen dienten dazu, sowohl die jeweiligenKeimzahlen der Oberflächen (Anzahl der keimbildendenEinheiten [KBE] pro Fläche) als auch die taxonomischeZusammensetzung (Arten) des Aufwuchses mit Schwer-punkt auf Algen und Pilzen zu ermitteln.
2.3.2 Chemisch-analytische Untersuchungen
Die chemischen Untersuchungen umfassten die Bestim-mung der Wirkstoffgehalte in den Beschichtungen selbstund in dem von den Prüfkörpern ablaufenden (Schlag-)Regenwasser.
Bestimmung der Wirkstoffgehalte der BeschichtungenDie Beprobung der exponierten Prüfkörper erfolgte nach 3,6, 9, 12, 18, 24, 30, 36, 48 und 66 Monaten. Dazu wurdenpulverisierte Beschichtungsproben (gesamte Schichtdicke)von jeweils drei definierten Stellen von 4 cm2 Größe (je-weils mittig; ca. 7 cm unterhalb des oberen Prüfkörperrands,von der Prüfkörpermitte und ca. 5 cm oberhalb des unterenPrüfkörperrands) durch Abfräsen bis auf den Armierungs-mörtel gewonnen. Bei ausgerüsteten Anstrichen wurde auchder darunterliegende Deckputz mit abgetragen. Die Wirk-stoffe wurden, wie in [25] beschrieben, aus dem gewonne-nen Fräsgut extrahiert und die Extrakte nach Filtration di-rekt auf ihren Wirkstoffgehalt hin untersucht. Die Extrak-tion und Derivatisierung von Zink-Pyrithion sind in [25]beschrieben.
Bestimmung der Wirkstoffgehalte im AblaufwasserDie Probenahme des bei Regen ablaufenden Wassers er-folgte zu Beginn der Exposition nach jedem Schlagregen-ereignis, ab Juni 2005 je nach Witterung zunächst etwaalle zwei Wochen und ab September 2005 ca. einmal proMonat. Die Beprobung wurde im Frühjahr 2009 beendet.Bei Frost und Schneefall fand fallweise keine Beprobungstatt. Das Volumen der Probenbehälter betrug 1 l. DiesesVolumen war in der Regel ausreichend für das von derPrüfkörperoberfläche ablaufende Regenwasser und wurdenur bei extrem starken und ausdauernden Regenfällen über-schritten. Die wässrigen Proben wurden, soweit möglich,
unmittelbar nach der Asservierung untersucht bzw. we-nige Tage im Kühlschrank bei 4 °C aufbewahrt. Die Anrei-cherung der Wirkstoffe geschah mittels Festphasenextrak-tion (SPE, solid phase extraction). Die Bestimmung derWirkstoffkonzentrationen erfolgte für Beschichtungen undAblaufwässer mittels LC-Tandem-MS (Liquid Chromato-graphy-Tandem-Mass-Spectrometry) (s. a. [25]). Der Zink-Pyrithion-Gehalt der Ablaufwässer wurde aufgrund der inmatrix-belasteten Wässern und unter Sonneneinstrahlunggeringen Halbwertszeiten des Wirkstoffs nicht bestimmt[26], [27], [28].
3 Ergebnisse3.1 Ergebnisse der biologischen Analysen3.1.1 Visuelle Charakterisierung der Oberflächen
In den Bildern 5 bis 8 sind die Ergebnisse der visuellen de-skriptiven Bewertungen der Oberflächen für Silikonharz-,Styrolacrylat- und Kalk-Zement-Putz sowie den Styrolacry-latputz mit Anstrich dargestellt. Analog zu Kapitel 2.3.1(Biologische Untersuchungen), wird die „kritische“ Bewer-tungsgrenze (zwischen Stufe 3 und Stufe 4) in den Grafi-ken durch eine unterbrochene rote Linie hervorgehoben.
Prüfkörper mit Silikonharzputz erwiesen sich als ver-gleichsweise widerstandsfähig gegen mikrobiologischenAufwuchs (Bild 5). Selbst nach einer Beobachtungszeitvon 4 Jahren war die Aufwuchsintensität an den Prüfkör-pern aller biozid ausgerüsteten Varianten dieser Putzre-zeptur als unbedeutend und gemäß der Bewertungsskalaunterhalb der Stufe 3 zu bewerten. Auf den Prüfkörpernmit biozidfreiem Silikonharzputz (SH-B0) wurde die Be-wertungsstufe 3 erst nach 2 Jahren Exposition erreicht.
Anders als bei den Varianten mit Silikonharzputz,überschreitet das Aufwuchsbild an den Prüfkörpern mitPutzen auf Styrolacrylat-Basis sowohl auf den mit Biozidausgerüsteten als auch auf den nicht ausgerüsteten Varian-ten sehr viel früher die Stufe 3 der Aufwuchsentwicklung(Bild 6).
Die Bewertungsstufe 3 wird auf den Prüfkörpern desPutzsystems auf Styrolacrylat-Basis mit den Biozidmi-schungen bestehend aus jeweils Terbutryn, OIT und den
Bild 5. Aufwuchsentwicklung auf SilikonharzputzFig. 5. Development of biological growth on silicone resinbased plaster
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Wirkstoffen Carbendazim, DCOIT und Zink-Pyrithion in-nerhalb von 4 Jahren überschritten. Bei der Ausrüstungmit Terbutryn, OIT und IPBC dagegen bleibt die Oberflä-che über einen Zeitraum von mehr als 4 Jahren unauffäl-lig, d. h., die Stufe 3 der Aufwuchsentwicklung wird nichtüberschritten.
Die Prüfkörper mit Kalk-Zement-Putz (Bild 7) konn-ten nicht abschließend bewertet werden, da eine Erfassungder Biozidwirkung durch verschiedene Effekte, wie vor al-lem Kreidung und stärkere Abwitterung z. B. durch star-ken Schlagregen oder Hagel, überlagert wurde.
Im Allgemeinen zeigen Systeme mit biozid ausgerüs-teten Farbanstrichen eine mindestens gleiche Hemmungder Aufwuchsentwicklung wie biozid ausgerüstete Sys-teme ohne Farbanstrich (vgl. Bilder 6 und 8). Beim Styrol-acrylatputz mit Anstrich (Dispersionsfarbe) erzielen dieOberflächen der mit identischen Wirkstoffkombinationenausgerüsteten Varianten nach 4 Jahren eine vergleichbareoder tendenziell sogar bessere visuelle Bewertung gegen-über dem System ohne Anstrich.
Die Aufwuchsentwicklung auf biozid ausgerüstetenBeschichtungssystemen ist deutlich verzögert. Auf allen bio-zid ausgerüsteten Silikonharzputz-Varianten kann sogarnach 4 Jahren Exposition der Aufwuchs immer noch alsstagnierend und unbedeutend bezeichnet werden (Bild 5).Diese Varianten waren 4 Jahre optisch unauffällig und zeig-ten in dieser Zeit nur Pilzwachstum, vor allem von Pilzen,die zu den Dematiaceaen (den sogenannten Schwärzepil-zen) gehören.
3.1.2 Mikrobiologische Charakterisierung
Die Ergebnisse der mikrobiologischen Charakterisierungder Beschichtungsoberflächen zeigen unterschiedliche Ent-wicklungen auf den verschiedenen Beschichtungssystemenmit charakteristischen Gruppen von Organismen. Die bio-zidfreien Varianten sind im Vergleich mit den ausgerüste-ten Varianten erwartungsgemäß früher von Aufwuchs be-troffen und weisen eine sehr viel höhere Diversität der Ar-ten auf. Biozidfreie Varianten zeigen meist eine wesentlichstärkere Pilzentwicklung (größere Anzahl und zahlreichereArten von Pilzen, die sich bereits früher ansiedeln), domi-niert von der Pilzgattung Cladosporium (verschiedene Ar-ten) und Epicoccum purpurascens. Außerdem tritt häufigAlternaria alternata auf, allerdings nicht dominant. Nebenden häufigen und dominanten Arten ist eine breite Palettean unterschiedlichen Pionierarten zu finden. Nach relativkurzer Zeit (innerhalb der ersten 1,5 bis 2 Jahre) zeigendie biozidfreien Varianten darüber hinaus auch eine sehrhohe Diversität an Algenarten.
Die biozid ausgerüsteten Beschichtungen zeigen imVergleich mit den biozidfreien Varianten nur sehr geringenAufwuchs und eine sehr begrenzte Artdiversität. Auf ausge-rüsteten Oberflächen, deren Wirkstoffgemisch Carbendazimenthält, überwiegen die Gattungen Alternaria und Ulocla-dium bei insgesamt sehr geringem Oberflächenaufwuchs.Dieses Phänomen lässt sich durch die erhöhte Toleranzdieser Pilzgattungen gegenüber Carbendazim erklären[30] [31] [32]. Eine entsprechend häufig auf diesen Ober-flächen vorkommende Art ist Phoma glomerata. Daher istauch von dieser Pilzart eine gewisse Toleranz gegenüberCarbendazim zu erwarten. Im Gegensatz zu den biozid-freien Kontrollvarianten entwickeln sich auf den ausge-rüsteten Beschichtungen während der Untersuchungszeitkaum Algen. Bei den von bioziden Oberflächen isoliertenAlgen handelt es sich mit wenigen Ausnahmen um eineDiplosphaera sp. (Grünalge mit sarcinoider Zellorganisa-tion).
Bild 6. Aufwuchsentwicklung auf Styrolacrylatputz (Linienfarben analog Bild 5)Fig. 6. Development of biological growth on styrene acrylatebased plaster (colors analog fig. 5)
Bild 7. Aufwuchsentwicklung auf Kalk-Zement-Putz; Entwicklung überlagert durch Kreidung und AbwitterungFig. 7. Development of biological growth on lime cementplaster, overlayed by chalking and weathering
Bild 8. Aufwuchsentwicklung auf Styrolacrylatputz mitAnstrich (Dispersionsfarbe) (Linienfarben analog Bild 5)Fig. 8. Development of biological growth on styrene acrylatebased plaster with additional emulsion paint (styreneacrylate based) (colors analog fig. 5)
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3.2 Chemisch-analytische Untersuchungen3.2.1 Wirkstoffgehalte in den Beschichtungen
Die Wiederfindungsraten (zum Zeitpunkt t ermittelte Wirk-stoffgehalte als prozentuale Anteile der Ausgangsgehaltezum Zeitpunkt t = 0) der Wirkstoffe Terbutryn, Zink-Pyrit-hion, IPBC, OIT und DCOIT in den Beschichtungen wei-sen in den unterschiedlichen Fassadenbeschichtungen einegroße Spannbreite auf (Bild 9). Dabei zeigt sich, dass dieRetention der bioziden Wirkstoffe im Styrolacrylatputz undim Terpolymerputz am stärksten ist, gefolgt vom Silikatputz.Beim Silikonharzputz sind die Wirkstoffwiederfindungendeutlich geringer, die niedrigsten Wirkstoffwiederfindun-gen zeigte bereits nach einem Jahr der mineralische Putz.Bei den untersuchten Farben ergeben sich für die Disper-sionsfarbe auf Styrolacrylatputz die höchsten Wirkstoff-wiederfindungen im Zeitverlauf. Die gleiche Farbe auf mi-neralischem Untergrund zeigt dagegen deutlich geringereWiederfindungen. Dies gilt auch für die Silikonharzfarbeund die Dispersionssilikatfarbe auf mineralischem Grund,wobei letztere Variante generell die niedrigsten Wirkstoff-wiederfindungen aufweist [25]. Die Wirkstoffe Zink-Pyrit-
hion und OIT waren im Silikatputz nach 36 Monaten, imTerpolymerputz nach 24 Monaten und in allen anderen Be-schichtungen bereits nach 12 Monaten Bewitterung nichtmehr nachweisbar. Der Wirkstoff Carbendazim erweist sichdagegen als sehr dauerhaft in den untersuchten Fassaden-beschichtungen. Die Wiederfindungen dieses Wirkstoffsliegen auch nach fünfeinhalb Jahren Exposition im Frei-land bei den Putzen noch zwischen 77 % im Terpolymer-putz und 24 % im mineralischen Putz, bei den Anstrichenzwischen 90 % in der Dispersionsfarbe auf Styrolacrylat-putz und 37 % in der Dispersionssilikatfarbe auf minerali-schem Putz.
3.2.2 Wirkstoffgehalte im Ablaufwasser
Die Wirkstoffgehalte im Ablaufwasser zeigen ähnlich großeSpannbreiten wie die Matrixanalysen in Abhängigkeit vonder Beschichtung (Bild 10). Der Wirkstoff DCOIT ist gene-rell nur in äußerst geringen Mengen im Ablaufwasser nach-weisbar (s. auch Tabelle 5). Bei Terbutryn, OIT und IPBC istder Austrag innerhalb der ersten drei Bewitterungsmonateam stärksten. Danach ändert sich die insgesamt ausgewa-schene Wirkstoffmenge kaum mehr. Der Wirkstoff Carben-dazim dagegen wird in den ersten sechs Monaten in deut-lichen Mengen ausgetragen. Carbendazim kann über dengesamten Untersuchungszeitraum in kleinen Konzentra-tionen im ablaufenden Regenwasser nachgewiesen wer-den [29].
Bild 9. Wiederfindungen der Wirkstoffe in Abhängigkeit vonder Art der untersuchten Beschichtung. Spannbreiten derWirkstoffwiederfindungen über die Wirkstoffe Terbutryn, Zink-Pyrithion, IPBC, OIT und DCOIT nach 12, 24, 36, 48 und65 Monaten Exposition in Holzkirchen (oben: Putz, unten:Anstrich)Fig. 9. Recovery of biocidal ingredients reliant on the type ofexamined coating. Spans of recoveries covering Terbutryn,Zinc-Pyrithione, IBPC, OIT and DCOIT after 12, 24, 36, 48and 65 months of weathering in Holzkirchen/ Germany (top –plaster, bottom – paint)
Bild 10. Entwicklung der kumulierten Wirkstoff-Austrägedurch Schlagregen über die Zeit [29], Spannbreiten über dieeingesetzten BeschichtungstypenFig. 10. Development of cumulated biocide releaese bywind driven rain [29], spans covering the examined types ofcoatings
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Die niedrigsten kumulierten Austragsmengen werdenfür DCOIT gefunden (Tabelle 5). Der innerhalb von vierJahren maximal ermittelte kumulierte Austrag entsprichtbeim Terpolymerputz nur 0,2 % der eingesetzten Wirkstoff-menge. Beim IPBC liegt der Austrag nach vier Jahren zwi-schen 2 % beim Terpolymerputz und 13 % bei der Silikon-harzfarbe auf mineralischem Putz. Bei Carbendazim werdenAusträge zwischen 3 % (Styrolacrylatputz, Terpolymerputz,Silikonharzputz) und maximal 9 % (mineralischer Putz)ermittelt. Der niedrigste Austrag von Terbutryn ergibt sichmit 2 % beim Styrolacrylatputz. Aus der Silikonharzfarbeauf mineralischem Putz werden maximal 9 % ausgewa-schen. Der niedrigste OIT-Austrag wird mit 1 % im Ablauf-wasser des mineralischen Putzes festgestellt, das Maximumfindet sich mit 12 % bei der Dispersionsfarbe auf Styrol-acrylatputz.
3.2.3 Bilanzierung: Gegenüberstellung von Wirkstoffgehaltenin Beschichtung und Ablaufwasser
Stellt man die Wirkstoffwiederfindungen in den Beschich-tungen, die durch Wasser ausgetragenen Wirkstoffmengenund die anfangs eingesetzten Wirkstoffmengen gegenüber,so ergeben sich teils beträchtliche Bilanzlücken (Bild 11).Dargestellt sind die Werte nach vier Jahren Exposition. BeiCarbendazim findet sich die größte Spannbreite der ge-
messenen Werte. In einigen Beschichtungen, wie im Styrol-acrylatputz oder im Silikatputz, nimmt der Wirkstoffgehaltin der Beschichtung nicht ab, gleichzeitig werden nur ge-ringe Wirkstoffmengen im Ablaufwasser gefunden. Dadurchergibt sich eine vollständige Stoff-Bilanzierung. Im minera-lischen Kalk-Zement-Putz dagegen nimmt nach vier Jahrendie Carbendazim-Wiederfindung bis auf 6 % ab. Dennochwerden auch hier keine signifikanten Mengen im Ablauf-wasser gemessen, was zu einer Bilanzlücke von ca. 85 %führt. Für Terbutryn ergeben sich Bilanzlücken zwischen46 % und 95 %, für IPBC zwischen 75 % und 93 %. DieIsothiazolinone OIT und DCOIT weisen Bilanzlücken von83 % bis 99 % bzw. 100 % auf. Die abgeleiteten Bilanzie-rungsansätze belegen klar, dass am Ende des Expositions-zeitraums von vier Jahren in vielen Fällen nur ein relativkleiner Anteil der Wirkstoffabnahme in den Beschichtun-gen über den Austrag durch ablaufenden Schlagregen er-klärt werden kann.
4 Diskussion4.1 Biologische Phänomene auf der Fassadenoberfläche
In den Anfangsphasen der Oberflächenbesiedlung sindentsprechend den verschiedenen Wirkstoffgemischen inden unterschiedlichen Beschichtungssystemen verschiedeneökologische Gruppen von Organismen anzutreffen, wie dietaxonomischen und ökologischen Analysen der gefundenenMikroorganismenarten zeigen. Im Fall der Konzentrations-abnahme eines Wirkstoffes werden Lücken im Wirkungs-spektrum der anderen Biozidkomponenten durch das Auf-treten typischer Arten sichtbar. So sind zum Beispiel Alter-naria spp. und Ulocladium spp. bereits für ihre erhöhteToleranz gegenüber dem Fungizid Carbendazim bekannt[30], [31], [32]. Daher wurden Prüfkörper mit dem Wirk-stoffgemisch bestehend aus Terbutryn, OIT und Carbenda-zim früher von Arten dieser Pilzgattungen kolonisiert alsVarianten mit einem anderen Fungizid.
In Mitteleuropa dominieren hauptsächlich eukaryoti-sche Algen biogene Verfärbungen auf Fassaden [8], [14].Auch die in den hier vorgestellten Untersuchungen gefun-denen Algen (biozidfreie Kontrollvarianten und ausgerüs-tete Beschichtungen) zählen vorwiegend zu den (eukaryo-tischen) Grünalgen. Bei den Algen der Primärbesiedlungder biozid ausgerüsteten Oberflächen handelt es sich inerster Linie um Stämme von Diplosphaera sp. Diese Be-vorzugung einer bestimmten Algenform ist sehr ungewöhn-lich, da auf nicht biozid ausgerüsteten Oberflächen in derRegel zahlreiche unterschiedliche Algenarten gefunden wer-den. Nachdem das einzige in den Untersuchungen verwen-dete Algizid der Wirkstoff Terbutryn ist, ist es naheliegend,dass die hier isolierten aerophytischen Algenstämme eineerhöhte Toleranz gegenüber dieser Komponente zeigen.Dies konnte auch durch erste weiterführende Laborunter-suchungen bestätigt werden.
Terbutryn als klassischer Wirkstoff gegen Algen wirktdurch Hemmung der Elektronenübertragung im Photosys-tem II gegen alle photosynthetisch aktiven Organismen[33], [34], [35]. Bereits früher dokumentierte Toleranzen vonAlgen gegen Biozide sind bisher nur von Laborexperimen-ten mit künstlich induzierten Resistenzen (Bestrahlung)oder aus Gewässern bekannt [31], [36], [37], [38], [39]. Diehier vorgestellten Ergebnisse lassen erkennen, dass eine er-
Bild 11. Spannbreite der Bilanzlücken nach vier JahrenExposition, unabhängig von der Art der Beschichtung [29]Fig. 11. Range of balance gaps after four years of weathering,independent from the type of coating [29]
Wirkstoff Minimum [%] Maximum [%]
Terbutryn 2 9
IPBC 2 13
OIT 1 12
DCOIT 0,01 0,2
Carbendazim 3 9
Tabelle 5. Anteil der ursprünglich eingesetzten Wirkstoff-menge, die nach 48 Monaten aus den Beschichtungen durchablaufendes Regenwasser ausgetragen wurde (Minima undMaxima) Table 5. Fraction of originally used biocide leached out ofthe coatings by run-off water after 48 months (minima andmaxima)
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höhte Toleranz gegen Algizide auch von aerophytischen Al-gen gebildet werden kann, die Gebäudeoberflächen besie-deln. Da der breite Einsatz von Bioziden einem hohen Evo-lutionsdruck gleichkommt, ist davon auszugehen, dass sichdiese Algenart in Zukunft weiter in Europa ausbreiten wird.
4.2 Dauerhaftigkeit biozider Wirkstoffe in Fassadenbeschichtungen
Die Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen zei-gen, dass die Dauerhaftigkeit von Bioziden in Fassadenbe-schichtungen nicht ausschließlich durch deren Wasserlös-lichkeit bestimmt wird, sondern ebenso von der Abstim-mung der Wirkstoffe auf das jeweilige Bindemittel. BeiSystemen aus biozidfreiem Putz mit ausgerüstetem An-strich beeinflusst der Untergrund (Art des Putzes) auchmaßgeblich die Verweildauer der Wirkstoffe.
Die durch Regen ausgetragenen Wirkstoffmengen er-strecken sich in Abhängigkeit von den verschiedenen Be-schichtungstypen über große Spannbreiten, folgen jedochgrob den jeweiligen qualitativen Stoffeigenschaften wieWasserlöslichkeit bzw. n-Octanol/Wasser-Verteilungsko-effizient (Tabelle 6). Je höher die Wasserlöslichkeit und jeniedriger der n-Octanol/Wasser-Verteilungskoeffizient sind,desto höher ist generell die ausgetragene Wirkstoffmenge(s. auch [40]). Von besonderer Bedeutung für den zeitlichenAblauf des Austrags sind die ersten Monate nach Aufbrin-gung der Beschichtung auf die Fassade (sog. Anfangsaus-waschung).
Stellt man die Wirkstoffwiederfindungen in den Be-schichtungen und die durch Wasser ausgetragenen Wirk-stoffmengen gegenüber, so ergeben sich teils beträchtlicheBilanzlücken. Die Abnahme der Wirkstoffkonzentrationenin den Beschichtungen erklärt sich also nicht ausschließ-lich durch die Auswaschung der Wirkstoffe mit dem ab-laufenden Regenwasser. Forschungsbedarf besteht daherim Hinblick auf weitere Austragspfade und Mechanismen.Von Bedeutung können hier z. B. Sublimation in die Um-gebungsluft sowie lokale – auch dreidimensionale – An-oder Abreicherungsvorgänge durch Migration innerhalbder Beschichtung sein. In diesem Zusammenhang mussauch die bisher nicht untersuchte Bildung von Abbau- undTransformationsprodukten (Metaboliten) genannt wer-den, die möglicherweise selbst (biozide) Wirkung aufwei-sen und somit ebenfalls auf die Aufwuchsbildung Einflussnehmen können. Zudem kann Sorption an Beschichtungs-bestandteilen eine Rolle spielen, durch die Wirkstoffe we-der analytisch erfasst werden noch für Mikroorganismenzur Verfügung stehen. Anhand der vorliegenden Daten ist
bislang eine umfassende Beschreibung und Quantifizie-rung dieser Mechanismen noch nicht möglich [25].
4.3 Kombination der Ergebnisse aus chemischen und biologischen Analysen
In der Gesamtbetrachtung lassen die Ergebnisse ein kom-plexes Zusammenspiel der an der Aufwuchsentwicklung be-teiligten Faktoren erkennen, welches neben der Art des Bin-demittels bzw. des verwendeten Wirkstoffgemisches auchvon den direkt an der Oberfläche herrschenden mikrokli-matischen Bedingungen abhängig ist.
Wie bereits in früheren Studien gezeigt, folgt die Auf-wuchsentwicklung zyklischen, im Wesentlichen durch jah-reszeitliche bzw. klimatische Einflüsse bedingten Fluktua-tionen [6], [8]. Im typischen mitteleuropäischen Klimaver-lauf kommt es während der gemäßigten Jahreszeiten zueiner Zunahme der Aufwuchsentwicklung, wobei vor al-lem der Herbst günstige Witterungsverhältnisse bietet. ImSommer und Winter stagniert die Aufwuchsentwicklungoder es tritt sogar eine Abnahme auf, um in der nächstenklimatisch günstigen Phase das Wachstum fortzusetzen.Bild 12 fasst die typische zyklische Fluktuation der Auf-wuchsentwicklung mit wellenförmigem Anstieg anhandder beobachteten Aufwuchsentwicklung am Beispiel desbiozidfreien Terpolymerputzes zusammen.
In Bild 13 ist exemplarisch die Aufwuchsentwicklungauf Styrolacrylatputz für die Kontrollvariante ohne Wirk-stoffausrüstung und die Variante mit dem Wirkstoffge-misch aus Terbutryn, OIT und IPBC dargestellt. Beide Va-rianten zeigen die oben beschriebene wellenartige Auf-wuchsentwicklung. Der Aufwuchs auf der biozidfreienVariante überschreitet bereits nach 18 Monaten anhaltend
Tabelle 6. Wasserlöslichkeiten und n-Octanol/Wasser-Ver-teilungskoeffizienten (Angabe als log KOW) der WirkstoffeTable 6. Water solubility and n-octanol-water partition co-efficient of the effective substances (displayed as log KOW)
WirkstoffLöslichkeit in Wasser [mg/L]
log KOW [–]
IPBC [41] 168 2,4
OIT [41] 480 2,5
Terbutryn [42] 25 3,5
Carbendazim [41] 8 1,6
DCOIT [41] 14 4,9
Bild 12. Typische wellenartige Auf-wuchsentwicklung am Beispiel einerbiozidfreien Oberfläche (Terpolymerputz)Fig. 12. Typical wave-like biologicalgrowth development shown on theexample of terpolymer based plasterwithout biocide
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die „kritische“ Bewertungstufe 3, während die ausgerüsteteVariante erst nach viereinhalb Jahren optisch beeinträchti-genden Aufwuchs zeigt. Gleichzeitig nehmen die Wirk-stoff-Wiederfindungen ab, wobei die bioziden Wirkstoffeaber bis zum Ende des Beobachtungzeitraums nach 66Monaten noch in der Beschichtung nachweisbar sind. Dievorliegenden Konzentrationen reichen gegenüber z. B. demherrschenden Mikroklima und den aus der Umgebung an-getragenen Mikroorganismen offenbar dann nicht mehraus, um ein Wachstum zu verhindern.
Ein völlig anderer Verlauf zeigt sich beim Kunstharz-putz (Bild 14). Die wellenartige Aufwuchsentwicklung istzwar wiederum erkennbar. Die biozidfreie Variante wirdjedoch nach zweieinhalb Jahren erstmals als „auffällig“hinsichtlich ihres Aufwuchses bewertet, die ausgerüsteteVariante nach viereinhalb Jahren. Die Wiederfindungenaller drei eingesetzten Biozide (Terbutryn, OIT, Zink-Py-
rithion) sind von Beginn an gering. Bereits nach einemJahr können die Wirkstoffe OIT und Zink-Pyrithion nichtmehr in der Beschichtung nachgewiesen werden.
Eine deutliche Verzögerung der Aufwuchsentwick-lung kann durch zwei Ansätze erklärt werden, die sichnicht ausschließen, sondern auch ergänzen können:– Die Beschichtung selbst ist vergleichsweise „resistent“
gegenüber Aufwuchs durch Mikroorganismen. Daherkönnen auch vergleichsweise niedrige Wirkstoffkon-zentrationen ausreichen, Aufwuchs erfolgreich vorzu-beugen.
– Auch wenn die Wirkstoffe selbst bereits frühzeitig nichtmehr in der Beschichtung nachgewiesen werden kön-nen, ist gerade für den Wirkstoff Zink-Pyrithion die Bil-dung reaktiver Abbauprodukte möglich. Diese Metabo-liten weisen selbst biozide Wirkung auf und führen sodie Schutzfunktion weiter.
Bild 13. Entwicklung des Aufwuch-ses in Intervallen von je sechs Mona-ten auf Styrolacrylatputz ohne undmit dem Wirkstoffgemisch Terbutryn,OIT und IPBC. Die „kritische“ Bewer-tungsstufe 3 ist durch die durchbro-chene rote Linie gekennzeichnet. Zu-sätzlich sind die Wirkstoff-Wiederfin-dungen dargestellt (nach 42, 54 und60 Monaten erfolgte keine chemischeAnalyse)Fig. 13. Biological growth develop-ment in intervals of six months onstyrene acrylate based plaster withoutand with biocide (terbutryn, OIT,IPBC). The “critical” level 3 is markedby the dotted red line. Additionally,the biocide recoveries are shown (therewas no chemical analysis after 42, 54and 60 months).
Bild 14. Entwicklung des Aufwuchsesin Intervallen von je sechs Monatenauf Kunstharzputz ohne und mitWirkstoffgemisch Terbutryn, OIT,Zink-Pyrithion. Die „kritische“ Bewer-tungsstufe 3 ist durch die durchbro-chene rote Linie gekennzeichnet. Zu-sätzlich sind die Wirkstoff-Wiederfin-dungen dargestellt (nach 42, 54 und60 Monaten erfolgte keine chemischeAnalyse)Fig. 14. Biological growth develop-ment in intervals of six months onsynthetic resin plaster without andwith iocide (terbutryn, OIT, zinc pyrit-hione; the “critical” level 3 is markedby the dotted red line. Additionally,the agent biocide recoveries are shown(there was no chemical analysis after42, 54 and 60 months).
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Wesentlich ist die Erkenntnis, dass der Wirkstoffgehaltder Beschichtung allein keinen Rückschluss auf die Auf-wuchsanfälligkeit zulässt. So wurden Systeme trotz niedri-gem Wirkstoffgehalt erst deutlich später von Mikroorga-nismen bewachsen als andere, die noch hohe Wirkstoff-konzentrationen in der Beschichtung enthielten. Systememit Farbanstrich zeigen tendenziell etwas bessere Ergeb-nisse als Systeme ohne Farbanstrich.
5 Fazit und Ausblick
Biozide, wie sie in Beschichtungen eingesetzt werden, müs-sen grundsätzlich in gelöster wässriger Form von Mikro-organismen aufgenommen werden, um ihre Wirkung zuentfalten. Der Grad der Wasserlöslichkeit beeinflusst auchganz wesentlich das Austragsverhalten bei Niederschlag.Dies wiederum hat Auswirkungen auf die Dauerhaftigkeitder Wirkstoffe in der Beschichtung. An der unmittelbarenOberfläche einer Beschichtung müssen grundsätzlich wirk-same Konzentrationen an Bioziden vorliegen, damit dieSchutzfunktion gewährleistet ist.
Die Dokumentation der Aufwuchsentwicklung zeigte,dass diese erwartungsgemäß auf den ausgerüsteten Vari-anten, verglichen mit den biozidfreien Referenzen, teilweisesogar deutlich verzögert einsetzt. Wird nur ein Anstrichund nicht die darunter liegende Putzschicht mit Biozidausgerüstet, so lässt sich bei gleichzeitig wirksamem Auf-wuchsschutz der Gesamteinsatz der notwendigen Biozideherabsetzen [13]. Der bestmögliche Schutz für organischgebundene Fassadenbeschichtungen wird durch eine sorg-fältig aufeinander abgestimmte Kombination von Beschich-tung und Wirkstoffen erreicht, da nicht jeder Wirkstoff fürjeden Beschichtungstyp geeignet scheint [29].
Biozide Wirkstoffe bilden ein wichtiges Hilfsmittel undsind nach derzeitigem Kenntnisstand unverzichtbar mit ih-rem Beitrag zur Dauerhaftigkeit von Fassaden, insbeson-dere bei kritischen klimatischen, mikrobiologischen undarchitektonischen Randbedingungen. Die genauen Para-meter, die den Einsatz eines bioziden Wirkstoffs abhängigvom jeweiligen Mikroklima erforderlich machen, sind imEinzelnen noch nicht geklärt. Ein verantwortungsvoller Ein-satz von Bioziden bedeutet eine zielgerichtete Anwendungunter ökologisch tolerablen Einsatzkonzentrationen. Be-stehende Regelwerke wie die „Biozid-Produkte-Richtlinie“machen die Entwicklung neuer Wirkstoffe sehr teuer [43].Toleranzen der Zielorganismen gegen die derzeitig einge-setzten Biozide können möglicherweise den Einsatz vonhöheren Konzentrationen bzw. Veränderungen der Wirk-stoffkombinationen erforderlich machen. Bedingt durchbekannte Wirkstofflücken verschiedener Biozide ist esmittlerweile bereits Praxis, Formulierungen entsprechendanzupassen. Grundsätzlich wird es nicht möglich sein, Ge-bäudeoberflächen allein über Wirkstoffzugaben zu denBeschichtungen langfristig frei von unerwünschtem Wachs-tum zu halten, wenn nicht neue Ansätze forciert werden,wie zum Beispiel die inzwischen bereits durchgeführte Ein-kapselung von Wirkstoffen.
Ziel künftiger Forschung wird sein, die Umweltwirkungvon Bioziden umfassend zu beurteilen. Das bedeutet dieErfassung des gesamten „Pfades“, einschließlich der Klä-rung von Bilanzlücken (Migration, Abbau, Auswaschungusw.). Ausschlaggebend für eine weiterführende Abschät-
zung der Umwelteigenschaften werden darüber hinaus,neben der Wirkungsweise, auch der Wirkort und die Wirk-zeit im jeweils betroffenen Umweltkompartiment sein.
Förderung
Gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft undTechnologie aufgrund eines Beschlusses des DeutschenBundestages über den Projektträger Jülich im Rahmen desProjekts „Energieoptimiertes Bauen: Entwicklung innova-tiver Produkte zur Vermeidung von Algenaufwuchs aufBauteiloberflächen“ unter der Fördernummer 0329663G,sowie von Verbänden und Partnern aus der Industrie.
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[43]Richtlinie 98/8/EG des Europäischen Parlaments und desRates vom 16. Februar 1998 über das Inverkehrbringen vonBiozid-Produkten.
Autoren dieses Beitrages:Dr. rer. nat. Klaus Breuer, Dr. Wolfgang Hofbauer, Dipl.-Biol. Nicole Krueger, Dr. rer. nat. Florian Mayer, Dipl.-Chem. Christian Scherer, Dr.-Ing. Regina Schwerd, Prof. Dr.-Ing. Klaus SedlbauerFraunhofer-Institut für Bauphysik, Standort Holzkirchen, Fraunhoferstraße 10, 83626 Valley
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