Dispersionsfärger används mest i hushåll för målning av väggar och tak. Ett tvärvetenskapligt forskarlag från University of Bayreuth har nu analyserat den kemiska sammansättningen av två typiska dispersionsfärger och upptäckt ett stort antal fasta partiklar i dem som bara är några mikro- eller nanometer stora. Studier av biologiska testsystem visade att dessa partiklar kan skada levande organismer.

Med hjälp av ett nytt membran som utvecklats vid University of Bayreuth kan dessa partiklar filtreras ur vattnet innan de kommer ut i miljön.

Ingredienser i dispersionsfärger

Forskarna valde ut två kommersiellt tillgängliga dispersionsfärger som ofta används i hushåll. Dessa skiljer sig främst i sina droppegenskaper, eftersom den ena utvecklades för väggmålning och den andra för takmålning. De två färgerna har torrsubstanshalter på 49 respektive 21 viktprocent, medan deras respektive organiska halt är 57 respektive sju viktprocent. Karakteristiska fasta komponenter i mikro- eller nanometerområdet är partiklar av kiseldioxid, titandioxid och kalciumkarbonat, samt partiklar av olika sorters plast, särskilt polyakrylat.

"Många av dessa små partiklar kommer in i miljön, till exempel genom nötning av färgskikten eller vittring. Vår studie visar nu att när penslar, rullar, skrapor och hinkar som används för att måla väggar och tak rengörs genom att färgrester tvättas ur, partiklar från dispersionsfärgerna kan hamna i avloppsvatten och därmed även i miljön. Miljöpåverkan behöver utredas noggrant, vilket är desto mer akut med tanke på den globala spridningen av dispersionsfärger och deras olika materialsammansättningar. Det är därför vi har inte begränsat oss till den kemiska analysen av färgkomponenter, utan har också undersökt deras effekter på levande organismer och celler, säger Prof. Dr. Andreas Greiner, biträdande talesman för Collaborative Research Center Microplastics.

Effekter på levande organismer

För sina förfrågningar valde Bayreuth-forskarna ut två testsystem som är väletablerade inom forskning:vattenloppor av arten Daphnia magna och en rad musceller. Vattenlopporna testades enligt OECD:s riktlinjer för testning av kemikalier. I detta test beaktas organismernas rörlighet. Man fann att vattenloppornas rörlighet minskade signifikant när vattnet innehöll en hög andel lösta och olösta oorganiska nanoplast- och mikroplastpartiklar. I musceller observerades en minskning av cellaktivitet, vilket i allmänhet orsakades av partiklar i nanometerområdet. Metabolismen i muscellerna stördes avsevärt av nanopartiklar av titandioxid och plast i synnerhet.

"Vår forskning visar att ingredienserna i dispersionsfärger kan orsaka reaktioner av varierande grad i organismer och celler. Därför går det inte att utesluta att ingredienserna kan vara skadliga för miljön. Ytterligare forskning inom detta område är akut nödvändig, särskilt eftersom vi vet fortfarande alldeles för lite om huruvida interaktioner mellan nanopartiklar gjorda av plast och oorganiska nanopartiklar kan utlösa ytterligare skador", förklarar Prof. Dr. Christian Laforsch, talesman för Collaborative Research Center Microplastics.

"Det är likaså fortfarande en i stort sett olöst fråga hur ingredienserna i dispersionsfärger interagerar med andra ämnen i olika miljödelar – till exempel i luften, i marken eller i floder. Det är dock redan klart att dispersionsfärger inte bör användas vårdslöst kasseras i miljön", säger prof. Dr. Ruth Freitag, som är ordförande för processbioteknologi vid University of Bayreuth.

Studien om ingredienserna i dispersionsfärger och deras möjliga effekter på levande organismer har publicerats i tidskriften Ecotoxicology and Environmental Safety . Den är baserad på nära tvärvetenskapligt nätverk i Collaborative Research Center 1357, Microplastics, vid University of Bayreuth.

Ett nytt membran med höga filtreringseffekter

Parallellt med studierna av dispersionsfärger och deras möjliga effekter har forskare under ledning av prof. Dr. Andreas Greiner fokuserat på ytterligare ett projekt:De har utvecklat en ny process för att avlägsna potentiellt skadliga partiklar från dispersionsväggfärger från avloppsvatten genom filtrering. Detta innebär användning av ett membran tillverkat av funktionaliserade fibrer som produceras genom elektrospinningsprocessen. Membranet håller kvar mikro- och nanometerstora partiklar på olika sätt. Membranets porer är så fina att mikropartiklar inte tillåts passera, medan interaktioner mellan membranfibrerna och nanopartiklarna gör att de fastnar på membranytan trots att de skulle passa in i porerna. I båda fallen är filtreringseffekten inte förknippad med snabb och storskalig igensättning av porerna. Därför kan vatten – till exempel – lätt passera genom membranet och rinna av.

I tidskriften Macromolecular Materials and Engineering , Bayreuth-forskarna beskriver den framgångsrika appliceringen av membranet. De testade också de två dispersionsfärgerna som hade visat sig vara potentiellt skadliga för levande organismer i studien. Det visade sig att membranet kan behålla typiska färgkomponenter – i synnerhet nanopartiklar av titandioxid och polyakrylat, och mikropartiklar av kalciumkarbonat.

"I vardagen släpps alla dessa färgkomponenter ut tillsammans i avloppsvattnet. Här blandas de och i vissa fall ändrar de till och med sina strukturer och egenskaper på grund av deras interaktioner. Därför testade vi specifikt filtreringsprestandan hos vårt elektrospunna membran på sådana blandningar. De höga filtreringseffekterna vi har uppnått visar att denna process har stor potential när det gäller att rena vatten från partiklar i mikro- och nanometerområdet, som de som finns i vanliga färger runt om i världen, säger Greiner. + Utforska vidare

Förmodligen liknande mikroplastpartiklar visar olika nivåer av toxicitet