Dispersieverven worden vooral in huishoudens gebruikt voor het schilderen van wanden en plafonds. Een interdisciplinair onderzoeksteam van de Universiteit van Bayreuth heeft nu de chemische samenstelling van twee typische dispersieverven geanalyseerd en een groot aantal vaste deeltjes erin ontdekt die slechts enkele micro- of nanometer groot zijn. Studies met biologische testsystemen hebben aangetoond dat deze deeltjes levende organismen kunnen schaden.

Met behulp van een nieuw membraan ontwikkeld aan de Universiteit van Bayreuth, kunnen deze deeltjes uit het water worden gefilterd voordat ze in het milieu terechtkomen.

Ingrediënten van dispersieverven

De wetenschappers selecteerden twee in de handel verkrijgbare dispersieverven die veel in huishoudens worden gebruikt. Deze verschillen vooral in hun druipende eigenschappen, omdat de ene is ontwikkeld voor het schilderen van muren en de andere voor het schilderen van plafonds. De twee verven hebben een vastestofgehalte van respectievelijk 49 en 21 gew.%, terwijl hun respectievelijke organische gehalte 57 en zeven gew.% is. Kenmerkende vaste componenten in het micro- of nanometerbereik zijn deeltjes siliciumdioxide, titaniumdioxide en calciumcarbonaat, evenals deeltjes van verschillende soorten plastic, vooral polyacrylaat.

"Veel van deze kleine deeltjes komen in het milieu terecht, bijvoorbeeld door slijtage van de verflagen of verwering. Ons onderzoek toont nu aan dat wanneer borstels, rollen, schrapers en emmers die worden gebruikt bij het schilderen van muren en plafonds worden gereinigd door verfresten uit te wassen, de deeltjes van de dispersieverven kunnen in het afvalwater en dus ook in het milieu terechtkomen. De impact op het milieu moet grondig worden onderzocht, wat des te urgenter is gezien de wereldwijde verspreiding van dispersieverven en hun uiteenlopende materiaalsamenstellingen. we hebben ons niet beperkt tot de chemische analyse van verfcomponenten, maar hebben ook hun effecten op levende organismen en cellen onderzocht", zegt prof. dr. Andreas Greiner, plaatsvervangend woordvoerder van het Collaborative Research Centre Microplastics.

Effecten op levende organismen

Voor hun onderzoek selecteerden de Bayreuth-wetenschappers twee testsystemen die goed ingeburgerd zijn in onderzoek:watervlooien van de soort Daphnia magna en een rij muizencellen. De watervlooien zijn getest volgens de OESO-richtlijnen voor het testen van chemicaliën. In deze test wordt gekeken naar de mobiliteit van de organismen. Het bleek dat de mobiliteit van de watervlooien significant verminderde wanneer het water een hoog gehalte aan opgeloste en onopgeloste anorganische nanoplastic en microplastic deeltjes bevatte. In muizencellen werd een afname van de celactiviteit waargenomen, die meestal werd veroorzaakt door deeltjes in het nanometerbereik. Metabolisme in de muizencellen werd significant verstoord door met name nanodeeltjes van titaniumdioxide en plastics.

"Ons onderzoek toont aan dat de ingrediënten van dispersieverven in verschillende mate reacties kunnen veroorzaken in organismen en cellen. Daarom kan de mogelijkheid dat de ingrediënten schadelijk zijn voor het milieu niet worden uitgesloten. Verder onderzoek op dit gebied is dringend nodig, vooral omdat we weten nog veel te weinig of interacties tussen nanodeeltjes van plastic en anorganische nanodeeltjes voor extra schade kunnen zorgen", legt prof. dr. Christian Laforsch, woordvoerder van het Collaborative Research Centre Microplastics, uit.

"Het is eveneens een grotendeels onopgeloste vraag hoe de ingrediënten van dispersieverven interageren met andere stoffen in verschillende milieucompartimenten, bijvoorbeeld in de lucht, in de bodem of in rivieren. Het is echter al duidelijk dat dispersieverven niet mogen worden onzorgvuldig in het milieu worden weggegooid", zegt prof. dr. Ruth Freitag, voorzitter van procesbiotechnologie aan de universiteit van Bayreuth.

Het onderzoek naar de ingrediënten van dispersieverven en hun mogelijke effecten op levende organismen is gepubliceerd in het tijdschrift Ecotoxicology and Environmental Safety . Het is gebaseerd op nauwe interdisciplinaire netwerken in Collaborative Research Center 1357, Microplastics, aan de Universiteit van Bayreuth.

Een nieuw membraan met hoge filtereffecten

Parallel aan de studies van dispersieverven en hun mogelijke effecten, hebben onderzoekers onder leiding van Prof. Dr. Andreas Greiner zich gericht op een ander project:ze hebben een nieuw proces ontwikkeld om potentieel schadelijke deeltjes uit dispersiemuurverven te verwijderen uit afvalwater door filtratie. Dit omvat het gebruik van een membraan gemaakt van gefunctionaliseerde vezels geproduceerd door het elektrospinproces. Het membraan houdt op verschillende manieren micro- en nanometerdeeltjes vast. De poriën van het membraan zijn zo fijn dat microdeeltjes er niet doorheen mogen, terwijl interacties tussen de membraanvezels en nanodeeltjes ervoor zorgen dat ze aan het membraanoppervlak blijven kleven, ook al zouden ze in de poriën passen. In beide gevallen gaat het filterende effect niet gepaard met een snelle en grootschalige verstopping van de poriën. Daarom kan bijvoorbeeld water gemakkelijk door het membraan gaan en weglopen.

In het tijdschrift Macromolecular Materials and Engineering , beschrijven de Bayreuth-wetenschappers de succesvolle toepassing van het membraan. Ze testten ook de twee dispersieverven die in het onderzoek potentieel schadelijk waren gebleken voor levende organismen. Het bleek dat het membraan typische kleurcomponenten kan behouden, met name nanodeeltjes van titaniumdioxide en polyacrylaat, en microdeeltjes van calciumcarbonaat.

"In het dagelijks leven worden al deze kleurcomponenten samen in het afvalwater geloosd. Hier mengen ze zich en veranderen in sommige gevallen zelfs hun structuren en eigenschappen door hun interacties. Daarom hebben we de filtratieprestaties van ons electrospun-membraan specifiek op dergelijke mengsels getest. De hoge filtereffecten die we hebben bereikt, laten zien dat dit proces een groot potentieel heeft als het gaat om het zuiveren van water uit deeltjes in het micro- en nanometerbereik, zoals die voorkomen in veelgebruikte verf over de hele wereld", zegt Greiner. + Verder verkennen

Vermoedelijk vergelijkbare microplastic deeltjes vertonen verschillende niveaus van toxiciteit