Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 3D- Druck-Material. Im Verfahren wird zunächst aus mindestens einem Photoka talysator und mindestens einem Schichtsilicat ein Photokatalysator-Schichtsili- cat-Komposit hergestellt. Aus dem Photokatalysator-Schichtsilicat-Komposit und mindestens einem thermoplastischen Polymer wird dann ein Photokata- lysator-Schichtsilicat-Polymer-Komposit hergestellt. Der Photokatalysator- Schichtsilicat-Polymer-Komposit wird schließlich einem Formgebungsverfah ren unterzogen, wodurch ein 3D-Druck-Material erhalten wird. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung ein 3D-Druck-Material umfassend eine thermoplas tische Matrix sowie einen in die Matrix eingebettetes Kompositmaterial, wel ches mindestens einen Photokatalysator und mindestens ein Schichtsilicat enthält. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstel lung von Bauteilen aus dem 3D-Druck-Material sowie ein damit hergestelltes Bauteil. Thermoplastische Polymere können, sofern z.B. als Granulat-artiges Halbzeug vorliegend, mit z.B. metallischen, polymeren, keramischen und/oder Kohlen stoff-haltigen Füllstoffen zu Kompositen kompoundiert werden. Die Morpho logie und die Menge der Füllstoffe sind entscheidend für die Verarbeitbarkeit und die resultierenden Eigenschaften der Komposite.

Die Verarbeitung dieser Komposite kann auf allen etablierten Anlagen und Maschinen der Kunststoffindustrie erfolgen, sie sind extrusions- und spritz gussfähig. Des Weiteren können sie auch über Walz-, Press- und Kalandrier- prozesse verarbeitet werden. Neben diesen Verfahren können Komposite auch mittels generativen Prozessen zu Bauteilen mit Losgrößen von bis zu 1 hergestellt werden.

Es gibt heute bereits neben reinen polymeren Fused Filament Fabrication (FFF)-Filamenten zahlreiche Polymer-Komposit-FFF-Filamente für den 3D- Druck. Es lassen sich damit eine Vielzahl von Bauteilen mit unterschiedlichen Materialien schnell und kostengünstig hersteilen.

Werden diese Bauteile einer bakteriellen oder viralen Belastung ausgesetzt, so werden die Oberflächen derartiger Bauteile normalerweise bakteriell oder viral konterminiert und stellen einen potentiellen Infektionsnukleus dar.

Eine generelle Möglichkeit, bakterielle oder virale Kontaminationen abzu bauen, ist durch die Photokatalyse gegeben. In jüngeren Arbeiten konnte ge zeigt werden, dass diese Photokatalysatoren auch Bakterien aktiv abbauen (Tallosy et al., Applied Surface Science, 2016, 371, 139-150).

Eine nachträgliche, photokatalytisch-aktive Beschichtung kann eine nachhal tige Kontamination ggfs zeitlich reduzieren und damit die Gefahr einer Infek tionsverbreiterung minimieren. Eine nachträgliche Beschichtung ist aber im mer zeit- und damit kostenintensiv. Darüber hinaus muss eine mögliche Wechselwirkung der Beschichtung mit dem Bauteil berücksichtigt werden.

Es gibt zahlreiche Arbeiten zur Beschichtung von Oberflächen mit (nano-) sil berhaltigen, antibakteriell-wirkenden Beschichtungen. Aktuell werden diese jedoch wegen der möglichen Toxizität nanoskaliger Metalle kritisch diskutiert.

Eine photokatalytische Beschichtung kann Bakterien und Viren ebenfalls ab bauen (Menesi et al, Catalysjs Today 144 (2009) 160-165). Die Beschichtung selbst kann dabei aber nicht immer optimal auf die zu beschichtenden Ober flächen angepasst werden. So kann es z.B. sein, dass durch die Photokatalyse die zu beschichtende Oberfläche selbst beschädigt wird.

Ausgehend hiervon war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Ver fahren zur Herstellung von BD-Druck-Material anzugeben, mit dem ein anti bakterielle und/oder antivirale Eigenschaften aufweisendes 3D-Druck-Mate- rial hergestellt werden kann, aus welchem mittels 3D-Druck Bauteile mit anti bakteriellen und/oder antiviralen Eigenschaften herstellbar sind.

Diese Aufgabe wird bezüglich eines Verfahrens zur Herstellung von BD-Druck- Material mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, bezüglich eines 3D- Druck-Materials mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8, bezüglich eines Verfahrens zur Herstellung von Bauteilen mit den Merkmalen des Patentan spruchs 15 und bezüglich eines Bauteils mit den Merkmalen des Patentan spruchs 16 gelöst. Die jeweilig abhängigen Patentansprüche stellen dabei vor teilhafte Weiterbildungen dar.

Erfindungsgemäß wird somit ein Verfahren zur Herstellung von (Kunst- stoff-)3D-Druck-Material angegeben, bei welchem a) aus mindestens einem Photokatalysator und mindestens einem Schichtsil icat ein Photokatalysator-Schichtsilicat-Komposit hergestellt wird, b) aus dem Photokatalysator-Schichtsilicat-Komposit und mindestens einem thermoplastischen Polymer ein Photokatalysator-Schichtsilicat-Polymer- Komposit hergestellt wird, und c) der Photokatalysator-Schichtsilicat-Polymer-Komposit einem Formge bungsverfahren unterzogen wird, wodurch ein (Kunststoff-)3D-Druck-Ma- terial erhalten wird.

Unter (Kunststoff-)3D-Druck-Material wird ein Material verstanden, das direkt ohne weitere Verarbeitung als Ausgangsmaterial für den 3D-Druck in einem BD-Drucker verwendet werden kann, so dass mit dem 3D-Drucker mittels 3D- Druck Bauteile aus dem 3D-Druck-Material hergestellt werden können. Das 3D-Druck-Material ist somit (aufgrund seiner Zusammensetzung und seiner Form) für die direkte Verwendung in einem 3D-Drucker geeignet. Das 3D- Druck-Material kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe beste hend aus 3D-Druck-Filamenten (bzw. Filamenten für den 3D-Druck), 3D- Druck-Granulat (bzw. Granulat für den 3D-Druck) und 3D-Druck-Stangen (bzw. stangenförmigem Material für den 3D-Druck). Bei den 3D-Druck-Filamenten kann es sich um FFF-Filamente (Fused-Filament-Fabrication-Filamente) han deln. Das stangenförmige Material für den 3D-Druck kann wie die Filamente für den 3D-Druck (Endlos-Halbzeug) in einem Extrusionsprozess hergestellt werden, wobei das Material hierbei nach der Extrusion in definierte Längen zugeschnitten werden kann, um das stangenförmige Material zu erhalten.

Im erfindungsgemäßen Verfahren werden in einem ersten Schritt Komposite aus (dotierten) Photokatalysatoren (z.B. TiC>2-Photokatalysatoren) und Schichtsilicaten hergestellt, beispielsweise in dem die Photokatalysatoren in Schichtsilikate interkalliert bzw. auf Schichtsilikate angelagert werden. Die so resultierenden (dotierten) Photokatalysator-Schichtsilicat-Komposite werden vorzugsweise als Pulver formuliert und können dann direkt zunächst (z.B. in einen Kompoundierprozess) zu (dotierten) Photokatalysator-Schichtsilikat-Po- lymer-Kompositen formuliert werden. In einem weiteren Prozessschritt wer den diese (dotierten) Photokatalysator-Schichtsilikat-Polymer-Komposite ei nem Formgebungsprozess unterzogen. Beispielsweise werden die (dotierten) Photokatalysator-Schichtsilikat-Polymer-Komposite zu FFF-Filamenten extru diert. Diese beschriebene Verarbeitung des Materials kann auf den etablier ten Anlagen und Maschinen der Kunststoffindustrie erfolgen. Das Material ist extrusions- und spritzgussfähig. Des Weiteren kann es auch über Walz-, Press- und Kalandrierprozesse verarbeitet werden. Hinsichtlich möglicher Anwen dungen des Kompositmaterials ist insbesondere der integrative Verarbei tungsprozess des Mehrkomponentenspritzgusses zur Bauteilfunktionalisie- rung zu nennen.

In Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt zunächst die Herstel lung eines Photokatalysator-Schichtsilicat-Komposits aus mindestens einem Photokatalysator und mindestens einem Schichtsilicat. Die Herstellung des Photokatalysator-Schichtsilicat-Komposits kann vorzugsweise dadurch erfol gen, dass der Photokatalysator in das Schichtsilicat interkalliert bzw. auf das Schichtsilicat angelagert wird. Hierfür kann beispielsweise eine wässrige Sus pension hergestellt werden, die den Photokatalysator und das Schichtsilicat im gewünschten Gewichtsverhältnis, z.B. zwischen 1:1 und 10:1, enthält, wo bei dann nach Entfernen des Wassers der Photokatalysator-Schichtsilicat- Komposit in Form eines Pulvers erhalten werden kann. Als Photokatalysator kann z.B. T1O2 oder ZnO verwendet werden. Der Photokatalysator kann do tiert sein, beispielsweise mit Ag oder Cu, oder während Schritt a) dotiert wer den, beispielsweise mit Ag oder Cu. Alternativ kann der Photokatalysator auch undotiert vorliegen. Beim Schichtsilicat kann es sich z.B. um Hectorit, Bentonit oder Montmorillonit handeln. Vorzugsweise liegt der in Schritt a) hergestellte Photokatalysator-Schichtsilicat-Komposit als Pulver vor.

In Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus dem in Schritt a) hergestellten Photokatalysator-Schichtsilicat-Komposit und mindestens einem thermoplastischen Polymer ein Photokatalysator-Schichtsilicat-Polymer-Kom- posit hergestellt. Vorzugsweise erfolgt dies durch eine Compoundierung des Photokatalysator-Schichtsilicat-Komposits mit dem mindestens einen thermo plastischen Polymer. Hierbei werden der Photokatalysator-Schichtsilicat-Kom- posit und das thermoplastische Polymer vorzugweise in einem Gewichtsver hältnis zwischen 1:10 und 2:1 eingesetzt. Bei dem mindestens einen thermo plastischen Polymer handelt es sich vorzugsweise um mindestens ein thermo plastisches Elastomer.

In Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der in Schritt b) herge stellte Photokatalysator-Schichtsilicat-Polymer-Komposit schließlich einem Formgebungsverfahren unterzogen wird, wodurch ein BD-Druck-Material er halten wird. Beispielsweise kann der Photokatalysator-Schichtsilicat-Polymer- Komposit in Schritt c) einem Extrusionsverfahren unterzogen werden, sodass ein 3D-Druck-Material in Form von Komposit-Filamenten erhalten wird, das in entsprechenden 3D-Druckern eingesetzt werden kann. Gemäß einem alterna tiven Beispiel kann der Photokatalysator-Schichtsilicat-Polymer-Komposit in Schritt c) einem Granulierverfahren unterzogen werden, sodass ein BD-Druck- Material in Form eines Komposit-Granulats erhalten wird, das in entsprechen den 3D-Druckern eingesetzt werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann BD-Druck-Material hergestellt werden, das eine thermoplastische Matrix sowie einen in die Matrix eingebet tetes Kompositmaterial, welches mindestens einen Photokatalysator und min destens ein Schichtsilicat enthält, umfasst.

Durch den im erfindungsgemäß hergestellten 3D-Druck-Material enthaltenen Photokatalysator weist das 3D-Druck-Material und damit auch ein aus dem 3D-Druck-Material mittels 3D-Druck hergestelltes Bauteil oder Halbzeug eine selbstdekontaminierende Wirkung auf. Aufgrund dieser selbstdekontaminie- renden Wirkung können durch Einstrahlung von Sonnenlicht Bakterien und Vi ren abgebaut werden, sodass eine nachhaltige Kontamination zeitlich redu ziert und damit die Gefahr einer Infektionsverbreiterung minimiert werden kann.

Die Kombination des - vorzugweise dotierten - Photokatalysators mit Schicht silicaten führt zu einem synergistischen Effekt, wodurch eine deutlich höhere Effizienz der Photokatalyse erreicht werden kann. So können durch die Kom bination des Photokatalysators mit dem Schichtsilicats die abzubauenden Sub stanzen bzw. Bakterien und Viren effektiver mit dem Photokatalysator in Kon takt gebracht und können dadurch deutlich schneller photokatalytisch zer setzt werden. Durch die Verwendung des Photokatalysator-Schichtsilicat- Komposits weist das erfindungsgemäß hergestellte 3D-Druck-Material und da mit auch ein aus dem 3D-Druck-Material mittels 3D-Druck hergestelltes Bau teil oder Halbzeug eine sehr effektive selbstdekontaminierende Wirkung auf.

Aufgrund der Integration des Photokatalysator-Schichtsilicat-Komposits (als Füllstoff) in das thermoplastische Polymer umfasst das im erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte 3D-Druck-Material einen Photokatalysator-Schichtsili- cat-Polymer-Komposit, wodurch das 3D-Druck-Material von sich aus eine sehr effektive selbstdekontaminierende Wirkung aufweist. In der Folge weist auch ein aus dem 3D-Druck-Material mittels 3D-Druck hergestelltes Bauteil oder Halbzeug von sich aus eine sehr effektive selbstdekontaminierende Wirkung auf. Das Bauteil muss somit nicht mehr (nachträglich) mit einer zusätzlichen photokatalytischen bzw. antibakteriell und/oder antiviral wirkenden Beschich tung versehen werden, um eine dekontaminierende Wirkung zu erreichen und einen Schutz vor Bakterien und Viren zu erreichen. Stattdessen weist das Bauteil auch ohne eine solche Beschichtung einen sehr effektiven Schutz vor Bakterien und Viren auf. Durch das Einsparen einer zusätzlichen Beschichtung des Bauteils kann dieses deutlich schneller und kostengünstiger hergestellt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann somit ein antibakterielle und/o der antivirale Eigenschaften aufweisendes BD-Druck-Material hergestellt wer den, aus welchem mittels 3D-Druck Bauteile mit antibakteriellen und/oder an tiviralen Eigenschaften herstellbar sind.

Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der mindestens eine Photokatalysator ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus T1O2, ZnO, SnC>2, WO3,

Fe ₂ C> ₃ , Fe _3Ü4 , MnO, NiO und Mischungen hiervon, und/oder mit mindestens einem Metall dotiert ist oder während Schritt a) mit min destens einem Metall dotiert wird, wobei das mindestens eine Metall vor zugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ag, Cu, Au, Pd, Pt, Rh, Cd und Mischungen hiervon.

Durch die Verwendung von T1O2, ZnO, SnC> ₂ , WO3, Fe _2Ü3 , Fe _3Ü4 , MnO, NiO o- der Mischungen hiervon als Photokatalysator kann eine hohe antibakterielle und antivirale Wirkung erreicht werden. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem mindestens einen Photokatalysator um T1O2 und/oder ZnO, ganz be sonders bevorzugt um T1O2, da durch diese eine besonders hohe antibakteri elle und antivirale Wirkung erreicht werden kann.

Durch die Dotierung des Photokatalysators mit mindestens einem Metall kann der Wellenlängenbereich, in welchem die Photokatalyse erfolgen kann, beein flusst bzw. eingestellt werden. So kann beispielsweise durch Dotierung des Photokatalysators mit Ag erreicht werden, dass die Photokatalyse im sichtba ren Bereich des Lichts (z.B. Wellenlänge > 430 nm) erfolgt. Besonders bevor zugt ist das mindestens eine Metall, mit welchem der Photokatalysator dotiert ist bzw. wird, Ag und/oder Cu. Ganz besonders bevorzugt ist das mindestens eine Metall, mit welchem der Photokatalysator dotiert ist bzw. wird, Cu. Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfah rens ist das mindestens eine Schichtsilicat ausgewählt aus der Gruppe beste hend aus Hectorit, Bentonit, Montmorillonit, Muskovit, lllit, Kaolinit, Halloysit,

5 Paligorskit, Vermikulit und Mischungen hiervon. Durch Verwendung dieser Schichtsilicate kann die Effizienz der Photokatalyse stark erhöht. Ganz beson ders bevorzugt handelt es sich bei dem mindestens einen Schichtsilicat um ein Schichtsilicat ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hectorit, Bentonit, Montmorillonit und Mischungen hiervon. Mit diesen kann eine besonders

10 starke Erhöhung der Effizienz der Photokatalyse erreicht werden.

In einer ganz besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Ver fahrens ist der mindestens eine Photokatalysator T1O2 und/oder ZnO, insbeson

15 dere T1O2, ist oder wird der mindestens eine Photokatalysator mit Cu und/oder Ag, insbesondere mit Cu, dotiert, und ist das mindestens eine Schichtsilicat ausgewählt aus der Gruppe beste hend aus Hectorit, Bentonit, Montmorillonit und Mischungen hiervon.

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Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des Photokatalysator- Schichtsilicat-Komposits in Schritt a) das Gewichtsverhältnis von dem mindestens einen Photokatalysator zu

25 dem mindestens einen Schichtsilicat im Bereich von 1:1 bis 10:1 liegt, und/oder der mindestens eine Photokatalysator in das mindestens eine Schichtsili cat interkalliert wird und/oder auf das mindestens eine Schichtsilicat ange lagert wird.

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Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zeich net sich dadurch aus, dass bei der Herstellung des Photokatalysator-Schichtsil- icat-Polymer-Komposits in Schritt b) das Gewichtsverhältnis von dem Photokatalysator-Schichtsilicat-Komposit zu dem mindestens einen thermoplastischen Polymer im Bereich von 1:10 bis 2:1 liegt, und/oder eine Compoundierung des Photokatalysator-Schichtsilicat-Komposits mit dem mindestens einen thermoplastischen Polymer erfolgt.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass in Schritt a) 10 bis 75 Gew.-%, bevorzugt 20 bis 60 Gew.-%, des mindes tens einen thermoplastischen Polymers, bezogen auf das Gesamtgewicht des herzustellenden BD-Druck-Materials, und/oder in Schritt a) 10 bis 60 Gew.-%, bevorzugt 20 bis 50 Gew.-%, des mindes tens einen Photokatalysators, bezogen auf das Gesamtgewicht des herzu stellenden BD-Druck-Materials, und/oder in Schritt b) 5 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 30 Gew.-%, besonders be vorzugt 10 bis 20 Gew.-%, des mindestens einen Schichtsilicats, bezogen auf das Gesamtgewicht des herzustellenden 3D-Druck-Materials, enthält.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfah rens ist das mindestens eine thermoplastische Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyamid 6 (PA 6), Polyamid 66 (PA 66), Polyamid 12 (PA 12), Polyamid 4.6 (PA 4.6), Acrylnitril- Butadien-Styrolen (ABS), Polycarbo- naten (PC), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyphenylensulfid (PPS), Po lyvinylchlorid (PVC), Acrylnitril-Styrol-Acrylaten, Polyurethanen, Epoxyharzen und Mischungen hiervon.

Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Formgebungsverfahren in Schritt c) ausge wählt ist aus der Gruppe bestehend aus Extrusionsverfahren, Granulierverfah ren, Extrusionsverfahren, Schneidverfahren und Kombinationen hiervon. 3D- Druck-Filamente können mit einem Extrusionsverfahren und 3D-Druck-Granu- late mit einem Granulierverfahren hergestellt werden. 3D-Druckstangen kön nen hergestellt werden, indem zunächst ein Extrusionsverfahren durchgeführt wird und anschließend das hierbei erhaltene Material in einem Schneidverfah ren zugeschnitten wird.

Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von 3D- Druck-Material ein Verfahren zur Herstellung von 3D-Druck-Material gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein 3D-Druck-Material, umfassend eine thermoplastische Matrix sowie einen in die Matrix eingebettetes Kompo- sitmaterial, welches mindestens einen Photokatalysator und mindestens ein Schichtsilicat enthält.

Unter 3D-Druck-Material wird ein Material verstanden, das direkt ohne wei tere Verarbeitung als Ausgangsmaterial für den 3D-Druck in einem 3D-Drucker verwendet werden kann, so dass mit dem 3D-Drucker mittels 3D-Druck Bau teile aus dem 3D-Druck-Material hergestellt werden können. Das 3D-Druck- Material ist somit (aufgrund seiner Zusammensetzung und seiner Form) für die direkte Verwendung in einem 3D-Drucker geeignet. Das 3D-Druck-Mate- rial kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus 3D- Druck-Filamenten (bzw. Filamenten für den 3D-Druck), 3D-Druck-Granulat (bzw. Granulat für den 3D-Druck) und 3D-Druck-Stangen (bzw. stangenförmi gem Material für den 3D-Druck). Bei den 3D-Druck-Filamenten kann es sich um FFF-Filamente (Fused-Filament-Fabrication-Filamente) handeln. Das stan genförmige Material für den 3D-Druck kann wie die Filamente für den 3D- Druck (Endlos-Halbzeug) in einem Extrusionsprozess hergestellt werden, wo bei das Material hierbei nach der Extrusion in definierte Längen zugeschnitten werden kann, um das stangenförmige Material zu erhalten.

Unter einer thermoplastischen Matrix wird eine Matrix verstanden, die min destens ein thermoplastisches Polymer enthält oder daraus besteht.

Aufgrund des Photokatalysator-Schichtsilicat-Komposits der (als Füllstoff) in das thermoplastische Polymer eingebettet ist, umfasst das erfindungsgemäße Druck-Material einen Photokatalysator-Schichtsilicat-Polymer-Komposit, wodurch das 3D-Druck-Material von sich aus eine sehr effektive selbstdekon- taminierende Wirkung aufweist. In der Folge weist auch ein aus dem 3D- Druck-Material mittels BD-Druck hergestelltes Bauteil oder Halbzeug von sich aus eine sehr effektive selbstdekontaminierende Wirkung auf. Das Bauteil muss somit nicht mehr mit einer zusätzlichen photokatalytischen bzw. anti bakteriell und/oder antiviral wirkenden Beschichtung versehen werden, um eine dekontaminierende Wirkung zu erreichen und einen Schutz vor Bakterien und Viren zu erreichen. Stattdessen weist das Bauteil auch ohne eine solche Beschichtung einen sehr effektiven Schutz vor Bakterien und Viren auf. Durch das Einsparen einer zusätzlichen Beschichtung des Bauteils kann dieses deut lich schneller und kostengünstiger hergestellt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen 3D-Druck-Materi- als zeichnet sich dadurch aus, dass der mindestens eine Photokatalysator ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus T1O2, ZnO, SnC>2, WO3,

Fe2C>3, Fe3Ü4, MnO, NiO und Mischungen hiervon, und/oder mit mindestens einem Metall dotiert ist, wobei das mindestens eine Me tall vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ag, Cu, Au, Pd, Pt, Rh, Cd und Mischungen hiervon.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen 3D-Druck- Materials ist dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Schichtsilicat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Hectorit, Bentonit, Mont- morillonit, Muskovit, lllit, Kaolinit, Halloysit, Paligorskit, Vermikulit und Mi schungen hiervon, und/oder in Form von orientierten und/oder gekrümmten Lamellen vorliegt.

Unter orientierten Lamellen können plane, parallele Lamellen verstanden werden. Prozessabhängig können sich diese Lamellen aber auch krümmen.

In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemä ßen 3D-Druck-Materials ist der mindestens eine Photokatalysator T1O2 und/oder ZnO, insbeson dere Ti02, ist der mindestens eine Photokatalysator mit Cu und/oder Ag, insbeson dere mit Cu, dotiert, und ist das mindestens eine Schichtsilicat ausgewählt aus der Gruppe beste hend aus Hectorit, Bentonit, Montmorillonit und Mischungen hiervon.

Bei dem mindestens einen thermoplastischen Polymer handelt es sich vor zugsweise um mindestens ein thermoplastisches Elastomer.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen BD-Druck-Materials ist das mindestens eine thermoplastische Polymer ausge wählt aus der Gruppe bestehend aus Polyamid 6 (PA 6), Polyamid 66 (PA 66), Polyamid 12 (PA 12), Polyamid 4.6 (PA 4.6), Acrylnitril- Butadien-Styrolen (ABS), Polycarbonaten (PC), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polypheny- lensulfid (PPS), Polyvinylchlorid (PVC), Acrylnitril-Styrol-Acrylaten, Polyuretha nen, Epoxyharzen und Mischungen hiervon.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen BD-Druck- Materials zeichnet sich dadurch aus, dass das 3D-Druck-Material

10 bis 75 Gew.-%, bevorzugt 20 bis 60 Gew.-%, des mindestens einen ther moplastischen Polymers, bezogen auf das Gesamtgewicht des BD-Druck- Materials, und/oder

10 bis 60 Gew.-%, bevorzugt 20 bis 50 Gew.-%, des mindestens einen Pho tokatalysators, bezogen auf das Gesamtgewicht des 3D-Druck-Materials, und/oder

5 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 20 Gew.-%, des mindestens einen Schichtsilicats, bezogen auf das Gesamt gewicht des 3D-Druck-Materials, enthält.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen 3D-Druck-Materials liegt das 3D-Druck-Material als Granulat (bzw. als 3D- Druck-Granulat bzw. Granulat für den 3D-Druck), als Filament (bzw. als 3D- Druck-Filament bzw. Filament für den 3D-Druck) oder in Stangenform (bzw. als 3D-Druck-Stange bzw. stangenförmiges Material für den 3D-Druck) vor. Bei dem 3D-Druck-Filament kann es sich um ein FFF-Filament (Fused-Filament- Fabrication-Filamente) handeln. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen BD-Druck- Materials ist dadurch gekennzeichnet, dass das 3D-Druck-Material mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von 3D-Druck-Material her stellbar oder hergestellt ist.

Im Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung des er findungsgemäßen 3D-Druck-Materials in Spritzgussverfahren, in Extrusions verfahren, in Walzverfahren, in Kalandrierverfahren, und/oder in 3D-Druck- Verfahren, bevorzugt 3D-Druck-Schichtbauverfahren.

Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen, bei welchem 3D-Druck-Material gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird und aus dem 3D-Druck-Material mittels 3D-Druck, vorzugsweise mittels additivem Schmelzschichtverfahren, mindestens ein Bauteil hergestellt wird.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Bauteilen wird somit a) aus mindestens einem Photokatalysator und mindestens einem Schichtsil icat ein Photokatalysator-Schichtsilicat-Komposit hergestellt, b) aus dem Photokatalysator-Schichtsilicat-Komposit und mindestens einem thermoplastischen Polymer ein Photokatalysator-Schichtsilicat-Polymer- Komposit hergestellt, c) der Photokatalysator-Schichtsilicat-Polymer-Komposit einem Formge bungsverfahren unterzogen, wodurch ein 3D-Druck-Material erhalten wird, und d) aus dem 3D-Druck-Material mittels 3D-Druck, vorzugsweise mittels additi vem Schmelzschichtverfahren, mindestens ein Bauteil hergestellt.

Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstel lung von Bauteilen, bei welchem ein erfindungsgemäßes 3D-Druck-Material oder ein 3D-Druck-Material, welches gemäß dem erfindungsgemäßen Verfah ren zur Herstellung von 3D-Druck-Material hergestellt wurde, bereitgestellt wird und aus dem 3D-Druck-Material mittels 3D-Druck, vorzugsweise mittels additivem Schmelzschichtverfahren, mindestens ein Bauteil hergestellt wird. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Bauteil, umfassend eine thermo plastische Matrix sowie ein in die Matrix eingebettetes Kompositmaterial, welches mindestens einen Photokatalysator und mindestens ein Schichtsilicat enthält, wobei das Bauteil gemäß dem (bzw. einem) erfindungsgemäßen Ver fahren zur Herstellung von Bauteilen herstellbar oder hergestellt ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Bauteil kann es sich um ein FFF-Bauteil (Fused- Filament-Fabrication-Bauteil) handeln.

Zudem betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung des erfin dungsgemäßen Bauteils im Bereich der Medizintechnik, des Life Science, der Energie- und Umwelttechnik, der Automobil- und Luftfahrtindustrie.

Der erfindungsgemäß verwendete Materialansatz kann durch elementspezifi sche Materialanalysen (EDX) nachgewiesen werden. Die beschriebenen Kom posite können zudem durch Transmissionselektronenspektroskopie (TEM) in Verbindung mit EDX exakt bestimmt werden. Weitere Analysemethoden sind durch Röntgendiffraktometrie (XRD) gegeben.

Anhand der nachfolgenden Figuren und Beispiele soll die vorliegende Erfin dung näher erläutert werden, ohne diese auf die hier gezeigten spezifischen Ausführungsformen und Parameter zu beschränken.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungs form des in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Pho- tokatalysator-Schichtsilicat-Komposits. Der Komposit umfasst einen Photoka talysator 1 (z.B. T1O2 oder ZnO), welcher mit einem Metall 2 (z.B. Cu oder Ag) dotiert ist, sowie ein Schichtsilicat 3 (z.B. Hectorit, Bentonit oder Montmorillo- nit). Das Schichtsilicat 3 kann in Form von orientierten und/oder gekrümmten Lamellen vorliegen.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungs form des im erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Photokatalysator- Schichtsilicat-Polymer-Komposits. Der Komposit umfasst einen Photokatalysa tor 1 (z.B. T1O2 oder ZnO), welcher mit einem Metall 2 (z.B. Cu oder Ag) dotiert ist, ein Schichtsilicat 3 (z.B. Hectorit, Bentonit oder Montmorillonit), sowie eine thermoplastische Polymermatrix 4. Der mit dem Metall 2 dotierte Pho tokatalysator 1 und das Schichtsilicat S bzw. der Photokatalysator-Schichtsili- cat-Komposit sind in die thermoplastische Polymermatrix 4 eingebettet. Das Schichtsilicat S kann in Form von orientierten und/oder gekrümmten Lamellen vorliegen.

Ausführungsbeispiel 1: Wirkung gegen Bakterien

In einem ersten Schritt wird ein Photokatalysator-Schichtsilicat-Komposit wie folgt hergestellt: 80 ml H2O werden mit 20 ml Propanol vermischt. Hierin wird 1 g einer ca. 40% nanoskaligen Cu-Nanopartikeldispersion gegeben und er neut vermischt. In diese Mischung werden 5 g Bentonit gegeben und der An satz dann 18 h mit einem Magnetrührer dispergiert. Im Anschluss werden 20 g T1O2 zugegeben und die erhaltene Mischung für eine Stunde dispergiert. Der Ansatz wird 12 h bei 60 °C getrocknet. Der Ansatz wird anschließend 30 min in einer Pulver-Kugelmühle gemahlen und anschließend 1 h bei 200 °C kalziniert.

In einem zweiten Schritt werden 30 g des so hergestellten Photokatalysator- Schichtsilicat-Komposits und 30 g Pebax ^® (thermoplastisches Elastomer (TPE- A)) in einem gleichsinnig drehenden, 5-Zonen-Doppelschneckencompounder bei einer Temperatur von T = 225 °C zu einem Granulat kompoundiert.

In einem dritten Schritt werden aus dem Granulat über einen Einschnecken- Extruder FFF-Filamente bei einer Temperatur von 205 °C mit einem Durch messer von 1,75 mm extrudiert.

In einem vierten Schritt werden mittels FFF-Druck Testkörper von 2,5 cm x 2,5 cm gedruckt.

In einem fünften Schritt werden antibakterielle Untersuchungen durchge führt. Hierzu werden drei Testproben mit 10 ⁶ CFU/mL des Bakteriums „Escherichia coli" beaufschlagt. Als erste Testprobe „PEBAX-Katalysator, gedruckt" wird eine Petrischale verwendet, in welcher einer der im vierten Schritt hergestellten Testkörper platziert ist. Als zweite Testprobe „PEBAX- Katalysator, gepresst" wird eine Petrischale verwendet, in welcher ein Testkörper platziert ist, der durch Heißverpressen der im dritten Schritt hergestellten Filamente hergestellt wurde. Bei der dritten Testprobe „Kontrollprobe" handelt es sich um eine Petrischale ohne Testkörper, die als Kontrolle verwendet wird.

Die drei mit 10 ⁶ CFU/mL des Bakteriums „Escherichia coli" beaufschlagten Testproben werden mit einer Lichtquelle, welche das Spektrum des Sonnenlichts aufweist, bestrahlt. Vor der Bestrahlung (0 h) sowie 1 h bzw. 2 h nach der Bestrahlung wird die Bakterien-Konzentration gemessen. Die Messung erfolgt über eine optische Bestimmung, wobei die Bakterien mit einem „Sorcerer Colony Counter" ausgezählt werden.

Die Ergebnisse der Messungen sind in Fig. 3 als Diagramm dargestellt. Es ist klar zu erkennen, dass bei den Proben „PEBAX-Katalysator, gedruckt" und „PEBAX-Katalysator, gepresst" die Bakterienkonzentration bei voranschreiten der Bestrahlung mit der Lichtquelle abnimmt. Schon nach einer Stunde hat die Bakterienkonzentration bei beiden Proben so stark abgenommen, dass keine „Escherichia coli"- Bakterien mehr nachweisbar sind. Auch nach zwei Stunden sind bei beiden Proben keine „Escherichia coli"- Bakterien nachweisbar. Bei der Kontrollprobe bleibt die Bakterien-Konzentration hingegen über die glei che Zeit nahezu unverändert hoch.

Die vorgenommenen Messungen weisen somit einen eindeutigen Abbau von Bakterien auf der Probe „PEBAX-Katalysator, gedruckt" und der Probe „PEBAX-Katalysator, gepresst" bei Einstrahlung von Licht nach.

Dieses Ergebnis wird auch durch Fig. 4 verdeutlicht, welches fotographische Aufnahmen der Testproben vor der Bestrahlung (0 h) sowie 1 h bzw. 2 h nach der Bestrahlung zeigt. Es ist zu erkennen, dass bereits nach 1 Stunde ein deut licher Abbau der Bakterien auf den Testoberflächen der Probe „PEBAX- Katalysator, gedruckt" und der Probe „PEBAX-Katalysator, gepresst" stattge funden hat. Zweites Ausführungsbeispiel: Wirkung gegen Viren

In einem ersten Schritt wird ein Photokatalysator-Schichtsilicat-Komposit wie folgt hergestellt: 80 ml H2O werden mit 20 ml Propanol vermischt. Hierin wird 1 g einer ca. 40% nanoskaligen Cu-Nanopartikeldispersion gegeben und er neut vermischt. In diese Mischung werden 5 g Bentonit gegeben und der An satz dann 18 h mit einem Magnetrührer dispergiert. Im Anschluss werden 20 g T1O2 zugegeben und die erhaltene Mischung für eine Stunde dispergiert. Der Ansatz wird 12 h bei 60 °C getrocknet. Der Ansatz wird anschließend 30 min in einer Pulver-Kugelmühle gemahlen und anschließend 1 h bei 200 °C kalziniert.

In einem zweiten Schritt werden 30 g des so hergestellten Photokatalysator- Schichtsilicat-Komposits und 30 g Pebax ^® (thermoplastisches Elastomer (TPE- A)) in einem gleichsinnig drehenden, 5-Zonen-Doppelschneckencompounder bei einer Temperatur von T = 225 °C zu einem Granulat kompoundiert.

In einem dritten Schritt werden aus dem Granulat über einen Einschnecken- Extruder FFF-Filamente bei einer Temperatur von 205 °C mit einem Durch messer von 1,75 mm extrudiert.

In einem vierten Schritt werden mittels FFF-Druck Testkörper von 5 cm x 5 cm gedruckt.

In einem fünften Schritt werden antivirale Untersuchungen durchgeführt. Hierzu werden vier Testproben hergestellt, indem vier der im vierten Schritt hergestellten Testkörper der Geometrie 5 cm x 5 cm mit 10 ⁸ Viren/mL des Herpes-Virus „pseudirobies virus (PVR)" beaufschlagt werden.

Zwei der beaufschlagten Testproben werden mit einer Lichtquelle, welche das Spektrum des Sonnenlichts aufweist bestrahlt, zwei weitere abgedunkelt.

Alle vier Proben werden bis zum sog. Trocknungspunkt (Desiccation Point (DP)) getrocknet.

Eine der beiden mit der Lichtquelle bestrahlten Proben sowie eine der beiden abgedunkelten Proben werden direkt nach der Tocknung mit einer Zellkultur belegt. Die beiden anderen Proben werden erst 30 min nach derTrocknung mit einer Zellkulutur belegt. Für das Belegen mit der Zellkultur werden jeweils eine Nährlösung von 1,000 mI „Dulbecco's Modified Eagle's Medium" (DMEM) sowie „PK-15" Zellkulturen auf die Proben gegeben.

Nach jeweils 72 Stunden wird die Konzentration infizierter Zellen optisch be stimmt, um den TCID50 (Median Tissue Culture Infectious Dose)-Wert zu er mitteln. Die Messung erfolgt über eine optische Bestimmung, wobei die Zellen mit einem „Sorcerer Colony Counter" ausgezählt werden.

Die Ergebnisse der Messungen sind in Fig. 5 als Diagramm dargestellt. Es ist klar zu erkennen, dass die Viruskonzentration nach Bestrahlung mit der Licht quelle abnimmt. So weisen beide bestrahlten Proben eine deutlich geringere Viruskonzentration auf als die beiden abgedunkelten Proben. Bei der mit der Lichtquelle bestrahlten Probe, die erst BO min später (bzw. 30 min nach der Trocknung) mit der Zellkultur belegt wurde, sind gar keine Viren bzw. geschädigten Zellen mehr nachweisbar. Bei den abgedunkelten Proben bleibt die Viren-Konzentration hingegen über die gleiche Zeit nahezu unverändert. Somit ist klar belegt, dass der Viren-Abbau durch die Bestrahlung mit der Lichtquelle verursacht wird und nicht durch die bloße Trocknung und Warte zeit.

Zusätzlich sind in Fig. 6 Ausschnitte von bei Messung erhaltenen und bei der Auszählung verwendeten mikroskopischen Aufnahmen dargestellt. Im linken Teil (A) ist ein Ausschnitt einer mikroskopischen Aufnahme der Probe darge stellt, die mit Licht bestrahlt und 30 min nach derTrocknung mit derZellkultur belegt wurde. Diese Probe ist Viren-frei und weist lebende Zellen auf. Im rech ten Teil (B) ist ein Ausschnitt einer mikroskopischen Aufnahme der Probe dargestellt, die abgedunkelt und 30 min nach der Trocknung mit der Zellkultur belegt wurde. Diese Probe weist infizierte und vom Virus getötete Zellen (runde Spots) auf.

Die vorgenommenen Messungen weisen somit einen eindeutigen Abbau von Viren bei Einstrahlung von Licht nach.