Oberflächenmodifikation an Quarzblöcken beseitigt Toxizität
Kristallines Siliziumdioxid ist ein wichtiges Rohmaterial zur Herstellung von vielen für uns alltäglichen Waren. Es befindet sich in vielen produzierenden Industriezweigen wie zum Beispiel der Keramikbranche im weitgefächerten Einsatz, obwohl längeres Einatmen von alveolengängigem kristallinen Siliziumdioxid (Respirable Crystalline Silica, RSC) die Lungenkrankheit Silikose verursachen kann. Obgleich die Toxizität von Siliziumdioxid durch eine Beschichtung der RCS-Partikel mit bestimmten Substanzen nahezu aufgehoben werden kann, gibt es bislang keine Anzeichen dafür, dass die Industrie diese Siliziumdioxidbehandlung bereitwillig aufgreifen würde. Diese Situation zu verändern, war das Ziel des Projekts SILICOAT (Industrial implementation of processes to render RCS safer in manufacturing processes). Den Forschern gelang die erfolgreiche Entwicklung einer kostengünstigen, maßgeschneiderten Quarzbeschichtungstechnologie auf Grundlage von auf der Oberfläche der Quarzpartikel vorhandenen stabilen reaktiven chemischen Gruppen. Die eingesetzten Verfahren blockieren die RCS-Partikeltoxizität mit beachtlichem Erfolg gleich an der Quelle, ohne den Fertigungsprozessen der Keramikindustrie in die Quere zu kommen. Obgleich die Forschung zu Substanzen, welche die Toxizität von Siliziumdioxid aufheben können, bis 1960 zurückverfolgt werden kann, wird keine dieser Substanzen im industriellen Maßstab eingesetzt. Die SILICOAT-Forscher ermittelten zunächst eine Reihe von kostengünstigen Beschichtungsmitteln, welche die Reaktionsfähigkeit von Siliziumdioxid in biologischen Medien blockieren. Das Team behandelte Quarz mit Propyltrimethoxysilan, einem kommerziellen Aminosilan und Nano-Aluminiumoxid. Die Resultate der In-vitro-Toxizität ergaben eine totale Unterdrückung der Zytotoxizität sowie eine Abnahme der Genotoxizität von mehr als 80 %. Man stellte fest, dass Organosilanbeschichtungen unter physiologischen Bedingungen stabil sind. Insbesondere wurde die Schutzwirkung der Aminosilanbeschichtung in vivo an Tieren bestätigt, die 90 Tage dem Verabreichen von behandeltem Quarz getötet wurden. Die im Pilotmaßstab konzipierte Behandlung wurde im industriellen Maßstab in den Anlagen der vier beteiligten kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) demonstriert. Die Forscher wiesen nach, dass die Quarzbeschichtungsbehandlung in die Keramikfertigungsverfahren sämtlicher KMU aufgenommen werden könnte, da sie ähnlich, wie es im Pilotmaßstab realisiert werden konnte, eine beeindruckende Reduzierung der Toxizität zu bieten haben. Insgesamt konzipierte SILICOAT eine technisch und wirtschaftlich realisierbare Behandlung, die den in den traditionellen Keramikindustriezweigen eingesetzten Quarz eigensicher machen. Anders als andere Verfahren packt die SILICOAT-Behandlung das RCS-Belastungsrisiko an der Quelle an: der Substanz selbst. Diese Entwicklung könnte zur Prävention von quarzbedingten Gesundheitsproblemen im EU-Keramiksektor beitragen.
Schlüsselbegriffe
Oberflächenmodifikation, Quarz, Toxizität, alveolengängiges kristallines Siliziumdioxid, Quarzfeinstaub, Beschichtung, SILICOAT
