PRODUCTO AUTO-LIMPIANTE Y CONSOLIDANTE PARA ROCAS Y OTROS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN.

La presente invención se refiere a un material composite constituido por partículas de titanio integradas en un gel de sílice,

que posee actividad fotocatalítica. Este nuevo material origina un efecto auto-limpiante sobre sustratos pétreos y otros materiales de construcción de naturaleza porosa.

En concreto, se trata de un producto capaz de: (1) dotar a la superficie tratada de capacidad auto-limpiante por simple exposición a la luz solar, (2) mejorar su resistencia mecánica superficial (3) formar un recubrimiento cohesionado capaz de adherirse al sustrato pétreo tratado.

PRODUCTO AUTO-LlMPIANTE y CONSOLlDANTE PARA ROCAS Y OTROS MATERIALES DE CONSTRUCCiÓN

SECTOR DE LA TÉCNICA.

En la actualidad, la mayor parte de edificios en los núcleos urbanos exhiben un alto grado de suciedad originado por contaminación ambiental, residuos orgánicos de aves, pintadas, grafitis, etc. La limpieza de estos edificios y más concretamente, de sus zonas altas y de difícil acceso es complicada y requiere la contratación de personal y maquinaria especializada para este fin. Por tanto, la protección de los materiales de construcción mediante aplicación de productos con capacidad auto-limpiante supone un gran avance para la conservación y mantenimiento de los edificios y resto de los elementos arquitectónicos.

El producto, objeto de esta patente, es capaz de dotar a las rocas y otros materiales de construcción de propiedades auto-limpiantes por su simple exposición a la luz solar. Además, es capaz de incrementar la resistencia mecánica del sustrato pétreo tratado. Finalmente, mencionar que genera un recubrimiento hidrófobo sobre la roca que impide la penetración del agua líquida, principal vehículo de los agentes de deterioro.

ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR A LA FECHA DE PRESENTACiÓN.

En 1972, Honda y Fujishima descubrieron el efecto como fotocatalizador del dióxido de titanio (Fujishima, A y Honda, K Nature, 238, 37, 1972) . Cuando el fotocatalizador es irradiado con fotones, su absorción promueve un salto de un electrón de la banda de valencia a la de conducción, generando pares electrónhueco de acuerdo con la siguiente ecuación:

(ecuación 1)

En contacto con agua, se generan radicales libres:

(ecuación 2)

(ecuación 3)

Los radicales libres formados son capaces de oxidar la materia orgánica, originando agua y dióxido de carbono como residuos de la reacción.

Como consecuencia de su eficacia como fotocatalizador y su reducido coste, el dióxido de titanio ha sido utilizado con múltiples aplicaciones, que incluyen la purificación del aire y del agua, como bactericida y como agente autolimpiante.

La aplicación de dióxido de titanio sobre los materiales de construcción se inicia a comienzos de los años 90. La versatilidad del titanio en cuanto a su actividad fotocatalítica combinada con su posible aplicación como material estructural en los edificios ha generado su rápida aplicación sobre sustratos de diversa naturaleza, incluyendo vidrios, morteros de cemento, azulejos y materiales de PVC. (Chen J y Poon, CS Build. & Environ. 44, 1899, 2009) .

El dióxido de titanio se puede obtener a partir de alcóxidos de titanio mediante un simple proceso sol-gel que finaliza con la sinterización del recubrimiento de titanio sobre el sustrato por un proceso de calcinación. Esta última etapa de calentamiento a elevadas temperaturas (superior a 450°C) promueve el crecimiento de cristales de rutilo y anatasa que poseen actividad fotocatalítica. Además, favorece la adhesión del gel al sustrato (Houmard M et al Surf. Sci. 602, 3364, 2008) .

No obstante, el fotocalizador de Ti02 más popular es, sin lugar a dudas, el producto comercial Aeroxide Ti02P25, comercializado por Evonik (Corma A et al. Phys. Chem. Chem. Phys. 10, 769, 2008) . El producto P25 está constituido por partículas coloidales de dióxido de titanio con un diámetro de poro en torno a 21 nm y una superficie específica de 50 m¡g. Después de la aplicación de P25 sobre un sustrato se suele someter a calcinación para lograr la sinterización de las partículas y en consecuencia, la formación de enlaces covalentes que originan un recubrimiento estable desde el punto de vista térmico y mecánico.

En lo que concierne a la aplicación de dióxido de titanio sobre piedra, existen pocos trabajos en la literatura en los que no se han alcanzado resultados excesivamente satisfactorios. En concreto, Polious I et al. (J. Environ. Sci. Health, 34, 1455, 1999) han utilizado partículas P25 disueltas en agua para evitar procesos de sulfatación en mármoles y lograr un efecto antibacteriano sobre estos materiales pétreos. El gran inconveniente de este procedimiento fue la formación de un recubrimiento completamente fracturado. Por otra parte, Rachel A et al. (Catalysis Como 3, 165, 2002) han aplicado P25 sobre lavas volcánicas de elevada porosidad como tratamiento de purificación de aguas. Como informaron estos autores, la escasa adherencia del titanio a las rocas produjo una significativa reducción de su efectividad con el tiempo. Finalmente, Romero-Sánchez MD et al (Book of Absfracfs 5th Eur. Conference on Solar Chem. & Phofo.: Environ. Apply. (SPEA 5) Palermo, Italy, 2008) , presentaron, recientemente, resultados preliminares sobre la eficacia auto-limpiante de las partículas de titanio coloidal sobre dos tipos de roca. No obstante, en este trabajo no se ofrecieron datos sobre forma de aplicación del producto, su adherencia a la roca y efectos negativos del tratamiento, como formación de fracturas, cambio de color de la roca ...

En los últimos años, Nuestro grupo de investigación ha diseñado una estrategia para evitar fracturas en los geles de silicio que ha sido objeto de una patente (N° P200501887/2) y de una reciente publicación (Mosquera MJ, de los Santos Valdez-Castro, L, Montes, A, Langmuir, 24, 2772, 2008) . Esta síntesis se basa en la adición de un surfactante que actúa como plantilla de los poros del material, creando un nanomaterial con tamaño de poro uniforme. Esta ruta permite obtener geles monolíticos debido a dos razones:

(1) el surfactante aumenta el radio de poro del gel, reduciendo la presión

capilar responsable de la fractura del material.

(2) La reducción de la tensión superficial originada por el surfactante también reduce el valor de la presión capilar.

Posteriormente, nuestro equipo investigador ha modificado este proceso de síntesis con objeto de obtener otros productos con nuevas aplicaciones. En concreto, hemos diseñado un producto consolidante/hidrofugante por adición de un polidimetilsiloxano (PDMS) al precursor polimérico de silicio (TEOS) en presencia de n-octilamina. Este producto ha sido también objeto de una patente de invención (N° P200702976) . Además, hemos desarrollado un producto específicamente diseñado para rocas carbonatadas, capaz de incrementar la resistencia mecánica de la roca, hidrofugar y aumentar su resistencia al manchado (N° solicitud de patente P2011 00339) .

De acuerdo con los antecedentes expuestos, el objetivo de nuestro trabajo, que ha originado la presente patente de invención, se centró en el desarrollo de un nanomaterial compuesto silicio-titanio con actividad foto cata lítica , capaz de adherirse al sustrato pétreo y formar un recubrimiento libre de fracturas, ejerciendo además, un efecto auto-limpiante y consolidante sobre la roca tratada.

Partiendo de nuestros conocimientos previos, la síntesis se realizó en presencia de n-octilamina para evitar la formación de fracturas en el recubrimiento.

La adhesión al sustrato se consiguió mediante la integración de partículas coloidales de dióxido de titanio en una red de sílice. De acuerdo con la literatura y nuestro propio conocimiento, para lograr la adherencia y estabilidad del recubrimiento de partículas de titanio resulta imprescindible realizar un proceso de sinterización por calcinación. En nuestro caso, el calentamiento a altas temperaturas debe ser evitado porque muchas rocas son inestables a dichas temperaturas y además no puede realizarse cuando el producto tiene que ser aplicado in situ en los propios edificios.

EXPLICACiÓN DE LA INVENCiÓN.

La presente invención se refiere a un material composite constituido por partículas de titanio integradas en un gel de sílice, que posee actividad fotocatalítica. Este nuevo material origina un efecto auto-limpiante, consolidante sobre sustratos pétreos y otros materiales de construcción de naturaleza porosa.

En concreto, se trata de un producto capaz de: (1) dotar a la superficie tratada de capacidad auto-limpiante por simple exposición a la luz solar. (2) mejorar la resistencia mecánica superficial de la roca tratada y (3) formar un recubrimiento cohesionado capaz de adherirse al sustrato pétreo tratado.

El producto que se puede aplicar sobre el sustrato pétreo por pulverización, brocha, rodillo, inmersión, ascenso capilar u otro método es capaz de polimerizar espontáneamente en su superficie y sus poros, formando un gel compuesto silicio-titanio con capacidad auto-limpiante.

El sol de partida contiene un 0ligómero de silicio, partículas coloidales de titanio y una amina primaria en una proporción, respecto al precursor del silicio, superior a su... [Seguir leyendo]

1. Producto auto-limpiante, consolidante e hidrofugante para el tratamiento de rocas u otros materiales de construcción de naturaleza porosa que comprende:

• Un oligómero de silicio o un alcoxisilano hidrolizado .

• Partículas de dióxido de titanio coloidal.

• Un tensioactivo no iónico en una concentración superior a su concentración micelar crítica.

2. Producto según reivindicación 1 donde el tensioactivo no iónico es 10 una amina primaria, preferentemente n-octilamina.

3. Producto según reivindicaciones 1 y 2, donde la concentración de noctilamina en el sol de partida debe ser 0.22 M o superior.

4. Producto según reivindicación 1, donde la concentración de partículas coloidales de dióxido de titanio en el sol, para un diámetro de

partícula comprendido entr.

2. 25 nm, debe ser igualo inferior al 2% p/v.

5. Procedimiento para la obtención del producto según reivindicaciones 1 a 4 que consiste en mezclar un oligómero de silicio o un alcoxisilano hidrolizado, con n-octilamina y partículas coloidales de dióxido de titanio, sometiéndo la mezcla a agitación de ultrasonidos.

6. Uso del producto según reivindicaciones 1 a 5 para protección de cualquier material de construcción de naturaleza porosa.

7. Uso del producto según reivindicaciones 1 a 5 para la protección de rocas.

8. Uso del producto según reivindicaciones 1 a 5 para incrementar la resistencia mecánica de rocas y otros materiales de construcción de naturaleza porosa y formar un recubrimiento cohesionado que se adhiere al sustrato pétreo.

9. Uso del producto según reivindicaciones 1 a 5 para proporcionar un efecto auto-limpiante en presencia de luz a rocas y otros materiales de construcción de naturaleza porosa.

10. Uso del producto según reivindicaciones 1 a 5 para crea una superficie hidrófoba sobre rocas y otros materiales de construcción de naturaleza porosa, que impide la penetración de agua líquida en su estructura.

11. Uso del producto según reivindicaciones 1 a 5 para la consolidación, auto-limpieza e hidrofugación de rocas y otros materiales de construcción de naturaleza porosa.