ES2345498T3 - Baldosa de pavimentacion que comprende un aglutinante hidraulico y particulas de fotocatalizador. - Google Patents
Baldosa de pavimentacion que comprende un aglutinante hidraulico y particulas de fotocatalizador. Download PDFInfo
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Abstract
Baldosa de pavimentación fabricada a partir de premezclas secas que contienen un aglutinante hidráulico, incluyendo dicho aglutinante, en volumen, partículas de fotocatalizador de dióxido de titanio capaces de oxidar en presencia de luz, aire y humedad ambiental, sustancias contaminantes presentes en el entorno.
Description
Baldosa de pavimentación que comprende un
aglutinante hidráulico y partículas de fotocatalizador.
La presente invención se refiere a un
aglutinante hidráulico, una premezcla seca y una composición de
cemento que tienen propiedad mejorada para mantener, después de la
instalación, durante periodos de tiempo más largos el brillo y la
cantidad de color.
Uno de los usos más importantes del cemento (ya
sea gris o blanco) es en la fabricación de los denominados
"hormigones arquitectónicos", es decir, coladas en trabajo con
superficies no tratadas (planas o perfiladas) o tratadas (por
ejemplo, por chorro de arena). En particular, el cemento blanco se
usa como un elemento decorativo en la prefabricación ligera y en la
producción de baldosas de pavimentación. La composición de hormigón
arquitectónico, en particular el blanco, debe cumplir el requisito
de obtener además buenas resistencias mecánicas y durabilidad con
el tiempo y también superficies que tengan buena apariencia y, por
tanto, sean uniformes en color y textura.
Con el fin de obtener hormigones arquitectónicos
que tengan color homogéneo y composición constante es esencial la
selección del material inerte pero, mientras dicho material inerte
forma hasta el 80% de la masa de hormigón, la superficie de
hormigón tiene una composición diferente de las capas subyacentes y,
por tanto, de su masa total: el material inerte grueso no aparece
en la superficie y la superficie en sí consiste sólo en pasta de
cemento y arena.
En consecuencia, una superficie de hormigón
fabricada con cemento blanco y arena ligera resulta buena, aun
cuando el agregado grueso sea más oscuro.
La uniformidad de color de la arena es menos
importante que en el caso de hormigón arquitectónico de cemento
gris: la constancia de color del cemento blanco puede cubrir,
obviamente con ciertos límites, las variaciones de color de la
arena.
El documento EP-0.590.477 se
refiere a una capa de óxido metálico que muestra una función de
actividad fotocatalítica formada en la superficie de un material
arquitectónico inorgánico, como un material de muro externo,
material de cubierta, material de muro interno, material de suelo y
material de techo, que incluyen vidrio, baldosa, hormigón, piedra,
metal y similares, de manera que proporcionan la propiedad de
desodorizar un espacio que entra en contacto con el material
arquitectónico, y propiedades antimoho y antisuciedad y absorbancia
de rayos ultravioleta de la superficie del material arquitectónico,
así como el mantenimiento a largo plazo de estas propiedades.
El documento EP-0.633.064 se
relaciona con un compuesto catalizador que comprende un sustrato que
tiene partículas de un fotocatalizador como óxido de titanio,
adherido al mismo por medio de un adhesivo menos degradante como un
polímero fluorado que comprende un copolímero de un éster de vinilo
y/o éter vinílico y una fluoroolefina, o un cemento o polímero con
base de silicio.
El problema principal de fabricaciones de
hormigón arquitectónico, tanto en cemento gris como en cemento
blanco, concierne al mantenimiento constante con el tiempo de la
apariencia original; es importante dilatar lo más posible el
proceso natural de envejecimiento debido, esencialmente, a la
influencia de agentes atmosféricos.
La protección de estas fabricaciones se efectúa
principalmente con productos repelentes del agua que se aplican en
las superficies mediante pulverización o cepillado, como, por
ejemplo, soluciones de silicona, que son estables en un entorno
alcalino, y posiblemente ante la luz y el mal tiempo.
Sin embargo, tal vez debido al aumento
progresivo de los contaminantes presentes en un entorno
metropolitano típico, la protección superficial de estos productos
resiste en las ciudades durante un tiempo cada vez más limitado con
la subsiguiente degradación estética de la fabricación.
En la mayoría de los casos, la rápida
degradación estética de estos materiales impide que se usen estos
hormigones arquitectónicos.
Por tanto, se percibe la necesidad de resolver
el problema de la preservación de la apariencia original de la
superficie de los hormigones arquitectónicos, en particular de
baldosas de pavimentación, para periodos de tiempo más largos.
El Solicitante ha encontrado sorprendentemente
que este problema puede resolverse con eficacia usando una baldosa
de pavimentación según la reivindicación 1.
Como fotocatalizador capaz de oxidar en
presencia de luz, aire y humedad ambiental (oxígeno y agua) las
sustancias contaminantes que entran en contacto con la superficie
del aglutinante hidráulico (o los morteros y hormigones relativos)
en un estado endurecido, se usa dióxido de titanio, principalmente
en la forma de anatasa, o un precursor del mismo, dopado
opcionalmente con otros átomos diferentes de Ti.
Las fig. 1 a 4 ofrecen las imágenes de las
superficies en relación con las composiciones de morteros de cemento
D, E, F, G ofrecidas en el Ejemplo 2.
En particular las fig. 1A-1B
ofrecen las imágenes de las superficies relativas a la composición
D, las fig. 2A-2B a la composición E, las fig.
3A-3B a la composición F, las fig.
4A-4B a la composición G;
la fig. 5 representa el % de reflectancia (R%)
para la muestra B comprendida en el Ejemplo 5 medida en diferentes
momentos en función de la longitud de onda (en nm);
la fig. 6 representa el Q% residual en función
del tiempo de muestras (A) \bullet, (B) \ding{115}, (C)
\blacksquare, descritas en el Ejemplo 5 sometidas a una longitud
de onda superior a 290 nm (450 nm);
la fig. 7 representa histogramas del Q% residual
del cemento blanco tratado con P-25® al 5% y cemento
blanco no tratado (tal cual).
En la presente descripción, por
"aglutinante" o "aglutinante hidráulico" se entiende un
material de cemento hidráulico, en forma de polvo en el estado
sólido, seco, que, una vez mezclado con agua, proporciona mezclas
plásticas capaces de fijarse y endurecerse. En la definición extensa
de "aglutinante hidráulico", según la presente invención, se
incluyen los cementos (blancos, grises o pigmentados) según se
define según la norma UNI ENV 197.1 y los denominados cementos para
presas para captación de residuos, aglomerados de cemento y cales
hidráulicas, según se define en la Ley nº 595 de 26 de mayo de 1965.
La presente invención no sólo se refiere al aglutinante hidráulico
en el que el fotocatalizador se añade a uno de sus componentes como
clinker o yeso, en cualquier fase de la preparación relativa, sino
también a una premezcla seca, en concreto, un material que
comprende cualquier aglutinante hidráulico al que, antes de la
instalación del mismo, se añaden las partículas de
fotocatalizador.
Por "premezcla seca" se entiende una mezcla
homogénea de aglutinante y agregado y opcionalmente al menos un
aditivo adecuado para mezclarse con agua y para la preparación de
morteros y hormigones.
Por "composición de cemento" o "mezcla de
cemento" se entiende cualquier composición en la que se mezcla un
aglutinante con agua, y opcionalmente con agregados que tienen
diferente granulometría. Las composiciones de cemento incluyen
entonces las "pastas" de cemento, es decir, mezclas de
aglutinante y agua que están libres de agregados, y las mezclas, es
decir, mezclas de agua, cemento y agregados.
Los "agregados" o "materiales inertes"
pueden ser agregados gruesos, como piedras machacadas o grava de
cantos rodados, o agregados finos, como arena, y se clasifican en
la norma UNI 8520.
Son ejemplos de mezclas los morteros (mezclas de
aglutinante, agua y agregado fino) y los hormigones (mezclas de
agua, aglutinante, agregado fino y agregado grueso).
El "clinker" usado para la preparación del
aglutinante según la presente invención es cualquier clinker de
cemento Portland según se define según la norma UNI ENV 197.1, es
decir, un material hidráulico que consiste en al menos dos tercios
en masa de silicatos de calcio (3CaO SiO_{2}) y (2CaO SiO_{2}),
siendo la parte restante Al_{2}O_{3}, Fe_{2}O_{3} y otros
óxidos.
La baldosa de pavimentación según la presente
invención puede contener entonces cemento blanco, gris o pigmentado,
preferentemente cemento blanco.
La propiedad particular que distingue
esencialmente al cemento blanco de los cementos es simplemente que
es perfectamente blanco.
La coloración gris de los cementos Portland
corrientes procede de la presencia de hierro y otros compuestos
metálicos.
El cemento blanco se obtiene de materias primas
que, en estado puro, son perfectamente blancas y la pigmentación
"blanca" es la demostración de la pureza de su composición.
Las premezclas secas contienen preferentemente
cemento blanco y se caracterizan porque mantienen después de
su instalación durante periodos de tiempo largos el brillo y la
cantidad de color.
La presente invención se refiere además al uso
de una premezcla según la reivindicación 14.
En la presente descripción la palabra en volumen
significa que el fotocatalizador se añade a la masa del aglutinante,
y a continuación se distribuye en toda la masa, que es uniforme en
las capas interiores y más profundas, y no sólo en la superficie
del presente aglutinante, y en consecuencia también de la mezcla o
la premezcla obtenida del mismo.
En lo que concierne a la premezcla seca, la
definición "en volumen" significa que las partículas de
fotocatalizador se mezclan homogéneamente con los diversos
componentes de dicha premezcla. En otras palabras, la premezcla
seca puede comprender el aglutinante que contiene ya el
fotocatalizador y por separado un aglutinante hidráulico
convencional y partículas de fotocatalizador.
El fotocatalizador según la presente invención
es dióxido de titanio o uno de sus precursores, y más
preferentemente "el dióxido de titanio principalmente en forma de
anatasa".
La expresión "dióxido de titanio
principalmente en forma de anatasa" significa que las partículas
de fotocatalizador presentes en el aglutinante hidráulico de la
presente invención son partículas de dióxido de titanio (TiO_{2})
que tienen estructura de anatasa en al menos el 5%, preferentemente
en el 25%, más preferentemente al menos el 50%, más preferentemente
todavía en al menos el 70% en peso. En un aspecto preferido de la
invención, se ha usado el TiO_{2} P-25®,
comercializado por Degussa, que es una mezcla 70:30 de anatasa
TiO_{2}: rutilo TiO_{2}.
De hecho, se sabe que el TiO_{2} cristaliza en
las formas tetragonales de anatasa y rutilo. El rutilo es la forma
más estable y más importante industrialmente.
La anatasa puede convertirse en rutilo también a
temperatura ambiente pero con una velocidad extremadamente baja.
A temperaturas superiores, la velocidad de
transformación es más significativa. La transformación de rutilo en
anatasa es, sin embargo, imposible para cristales de TiO_{2};
industrialmente, esta transformación se hace posible gracias a la
acción orientadora de ciertas impurezas aunque las mismas están
presentes en cantidades mínimas.
La expresión "precursor de dióxido de
titanio" significa que el fotocatalizador preferido no sólo está
limitado a "TiO_{2} predominantemente en forma de anatasa"
sino que se extiende también a cualquier producto que, añadido al
clinker calentado en estufa, al aglutinante hidráulico, a la
premezcla o a la mezcla, puede formar el TiO_{2} principalmente
en la forma de anatasa opcionalmente mediante tratamientos térmicos
adecuados.
Por ejemplo, la denominada "pasta de
titanio" puede considerarse un precursor válido para el
fotocatalizador basado en dióxido de titanio de la presente
invención.
La pasta de titanio (TiO_{2}\cdotH_{2}O)
procede del tratamiento del producto TiOSO_{4} con agua y puede
usarse eficazmente como un precursor de anatasa sin un tratamiento
térmico particular. Una pasta de titanio particularmente eficaz es
comercializada por TIOXIDE®.
La actividad fotocatalítica puede obtenerse
también en matrices de TiO_{2} dopadas con átomos adecuados como
Fe(III), Mo(V), Ru(III), Os (III),
Re(V), V(IV) y Rh(III).
En particular, estos átomos pueden sustituir, en
el nivel atómico, el tratamiento de Ti(IV) presente en la
matriz de TiO_{2} en al menos el 0,5%.
El procedimiento para obtener dichos
fotocatalizadores se describe en la bibliografía, por ejemplo, en J.
Phys. Chem. 1994, 98, 1127-34, Angew. Chemie 1994,
1148-9 y en Angew. Chemie Int., Ed. 1994, 33,
1091.
La cantidad de fotocatalizador presente en el
aglutinante hidráulico o en la mezcla de la invención no es un
aspecto especialmente crítico de la invención. Por ejemplo, un
contenido de aproximadamente el 0,1% en peso, preferentemente
aproximadamente el 0,5% en peso de TiO_{2}, de uno de sus
precursores o de otro fotocatalizador en volumen en el aglutinante
hidráulico, en la composición de cemento (por ejemplo, mezcla o en
la premezcla seca), generalmente es suficiente para proporcionar el
efecto deseado. Es correcto y apropiado señalar que la acción
fotocatalítica no debe ser necesariamente rápida ya que la suciedad
de la fabricación con los contaminantes ambientales tiene lugar
lentamente con el tiempo.
Puede concluirse afirmando que en general las
cantidades fotocatalíticas que están comprendidas entre el 0,01 y
el 10% en volumen calculadas con respecto al aglutinante son
cantidades suficientes para producir el efecto deseado.
Por tanto incluso porcentajes extremadamente
bajos de fotocatalizadores pueden producir un efecto muy elevado de
conservación de color con el tiempo.
Por "sustancias contaminantes ambientales"
se entienden las sustancias orgánicas que pueden estar presentes en
el ambiente debido a escapes de coches o a residuos industriales
como benceno, compuestos aromáticos volátiles, pesticidas,
compuestos aromáticos orgánicos, benzofluoruros, etc.
Según un aspecto preferido en particular de la
presente invención, se ha usado fenantroquinona como sustancia
contaminante orgánica. La selección de este compuesto específico se
considera particularmente importante para demostrar la gran ventaja
alcanzable con los productos objeto de la presente invención.
En particular, esta selección se realizó sobre
la base del conocimiento previo de los componentes porcentuales más
o menos significativos de un ambiente típico de grandes
ciudades.
Una clase importante de compuestos presentes
como contaminantes en la troposfera es el de hidrocarburos
aromáticos policíclicos (HAP). Estos compuestos y sus análogos que
contienen los heteroátomos (como S, N, O), proceden de la
combustión incompleta de material orgánico como carbón, aceite,
madera, combustibles, etc. La formación del mecanismo HAP se basa
en la producción de radicales libres por hidrólisis (\sim500 +
800ºC) de hidrocarburos en la zona reductora de la llama,
caracterizada porque tiene un flujo de oxígeno insuficiente, la
estructura de estos compuestos se caracteriza por contener al menos
dos anillos aromáticos condensados en la misma molécula.
Como se ha demostrado en varios experimentos
in vitro e in vivo, muchos compuestos pertenecientes
a dicha clase muestran actividad mutagénica y carcinogénica. En
particular, la fenantroquinona perteneciente a la clase HAP se
eligió por las siguientes razones:
- es una sustancia que no suscita problemas de
manipulación;
- es una sustancia que da una coloración
amarilla y su desaparición puede seguirse visualmente;
- es soluble en metanol, un disolvente que se
evapora fácilmente, una vez que se aplica a la superficie que se
tratará.
Tampoco pueden excluirse contaminantes
inorgánicos como los óxidos de nitrógeno NO_{x} que, con el
fotocatalizador según la presente invención, pueden oxidarse a
nitratos.
La acción fotocatalítica de dióxido de titanio
es bien conocida en la técnica, ya que se conoce que las partículas
de TiO_{2} pueden adherirse a sustratos inorgánicos como
cemento.
Por el contrario, lo que no se describe es el
uso de titanio o, más en general, de un fotocatalizador, en
volumen, en el cemento o en la mezcla con el fin de mantener
constante la calidad de la apariencia superficial en términos de
brillo y cantidad de color de la fabricación endurecida. Por
"cantidad de color" se entiende el conjunto de las
características de longitud de onda dominante y pureza, según se
define a continuación. Gracias al aspecto peculiar para mantener
con el tiempo inalterada la coloración, un aspecto preferido de la
invención se refiere en particular al uso de cemento blanco y
cemento preparado como aglutinante hidráulico.
La "coloración blanca" del cemento puede
caracterizarse por tres propiedades:
según el brillo, es decir, el poder para
reflejar la luz incidente (que es la característica típica de los
cuerpos blancos, al contrario que los cuerpos negros), expresado en
relación porcentual entre la luz reflejada por una superficie de
cemento blanco y la reflejada por una superficie igual de óxido de
magnesio, considerado convencionalmente el cuerpo blanco ideal; en
cementos blancos producidos en Italia, el valor del brillo es
superior a 82, y en morteros producidos con estos cementos es un
poco inferior;
según la longitud de onda dominante, es decir,
la tonalidad de la gradación que acompaña y caracteriza a cada
blanco (de hecho, los cuerpos blancos no son iguales entre sí); la
longitud de onda dominante se sitúa entre el amarillo y el
azul;
según la pureza, o intensidad de la gradación;
la pureza se mide por el porcentaje de color, que es inferior al
5%.
El uso de fotocatalizadores según la presente
invención permite, por tanto, mantener constantes en la medida de
lo posible estas tres importantes propiedades.
El cemento blanco puede pigmentarse también con
el fin de obtener un efecto cromático adicional.
Este efecto demuestra ser decididamente mejor
que el alcanzable, en iguales condiciones, con cemento gris. Es
interesante observar que el cemento blanco, debido a su composición
química, no afecta al tono ni a la luminosidad de la
coloración obtenida con el pigmento (alteraciones que, por el contrario, son inevitables con el uso del cemento gris).
coloración obtenida con el pigmento (alteraciones que, por el contrario, son inevitables con el uso del cemento gris).
El pigmento debe mezclarse íntimamente en la
mezcla o, por separado, con el cemento. El porcentaje de adición
debe buscarse caso por caso según el efecto cromático que se desea
obtener. Este porcentaje se refiere al peso del cemento (por
ejemplo, si se usan pigmentos minerales basados en óxido de hierro,
el porcentaje mencionado anteriormente es del 2% aproximadamente
con respecto al peso del cemento).
Los pigmentos son generalmente: tintes de base
inorgánica como, por ejemplo, tintes naturales (ocre amarillo,
rojos basados en óxido de hierro como ocre rojo, rojo inglés, rojo
español; ámbar color tierra; azul ultramarino; etc.) o tintes
minerales (cromato de cinc amarillo; verde de Schweinfurt; azul de
Berlín; azul de Bremen); tintes con base de plomo como amarillo
Nápoles; amarillo de cromo; el grupo de tintes minerales basado en
óxido de hierro (que tiene una gama cromática de pardo a naranja y a
amarillo).
Como se ha descrito anteriormente con el
aglutinante, las mezclas (morteros y hormigones) pueden producirse
fabricadas preferentemente como las "arquitectónicas",
fabricadas preferentemente con premezclas que comprenden cemento
blanco y caracterizadas por mantener durante periodos de tiempo más
largos el brillo y la cantidad de coloración.
Las composiciones de cemento como morteros y
hormigones fabricados con el aglutinante son especialmente morteros
que tienen proporciones en peso de aglutinantes/agregados
comprendidas entre 2/1 y 1/1 y hormigones que tienen proporciones
en peso de aglutinantes/agregados comprendidas entre 1/3 y 1/6.
La cantidad de agua usada en las composiciones
de cemento es la suficiente para completar la reacción de
hidratación del aglutinante y para proporcionar la capacidad de
trabajo óptima en el estado plástico de la mezcla. La proporción
entre agua, aglutinante y posibles agregados de las composiciones de
cemento puede variar dentro de límites amplios, y es una función de
las propiedades y los usos finales de los morteros y hormigones
deseados. En términos generales, la cantidad de agua está
comprendida entre el 20 y el 60% en peso aproximadamente con
respecto al peso del aglutinante.
El procedimiento para preparar la mezcla puede
ser cualquiera convencional. La temperatura de formación de mezcla
entre el aglutinante y agua, y los agregados, oscila generalmente
entre +5ºC y 30ºC, y es preferentemente de al menos 20ºC.
La adición del fotocatalizador al aglutinante
hidráulico no es una fase crítica; el fotocatalizador puede
añadirse simplemente al polvo del aglutinante hidráulico y mezclarse
según cualquier técnica conocida en la técnica, usando una
mezcladora automática y manualmente.
Al ser posible la adición simple del
fotocatalizador al aglutinante en forma de polvo, se prefieren las
premezclas según la presente invención. Los autores de la invención
ofrecen a continuación los siguientes Ejemplos de la invención
mostrados con fines ilustrativos pero no limitativos. Es necesario
señalar que puede efectuarse una ilustración exhaustiva de la
invención sólo mediante procedimientos muy largos (del orden de
varios años) dado que la evaluación correcta del mantenimiento de
las características de los aglutinantes endurecidos, en particular
de hormigones arquitectónicos, necesita procedimientos naturales de
"envejecimiento" en el microclima real.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 1 que ilustra algunos
aspectos de la
invención
Se han realizado algunos soportes que tienen un
tamaño de 25 x 8 x 2,5 cm con mortero de cemento normal basado en
cemento blanco Italbianco Italcementi 52.5®.
Después de la fabricación, se han curado las
muestras de prueba durante 1 día en los moldes en el ambiente a
20ºC y HR > 90%; después de expulsión se han almacenado durante 7
días adicionales a 20ºC y HR \approx 60% (HR = Humedad
Relativa).
Estas muestras de prueba se han usado a
continuación como soportes para las aplicaciones de un mortero de
cemento añadido con dióxido de titanio. El mortero de base tenía la
siguiente formulación:
En particular, se han realizado seis
composiciones usando las siguientes dosis de dióxido de titanio,
referidas como peso del cemento:
- 0 - tal cual (dióxido de titanio 0%)
- 1 - 10%
- 2 - 5%
- 3 - 1%
- 4 - 0,5%
- 5 - 0,1%
\vskip1.000000\baselineskip
Se ha usado dióxido de titanio, comercializado
con la marca comercial P-25 de Degussa.
Cada composición se ha agitado vigorosamente
durante 5 minutos por medio de una mezcladora de alta velocidad,
hasta obtener una consistencia del fluido (espatulable).
Posteriormente, las composiciones se han
aplicado con una espátula metálica en los soportes descritos
anteriormente; al final de la aplicación, el grosor medio del
mortero pasó a ser de 2 mm aproximadamente.
Las muestras de prueba, así realizadas, se han
curado a continuación durante 7 días a 20ºC y HR \approx 60%. A
continuación se ha aplicado solución alcohólica al 0,5% de varios
condensados basados en compuestos aromáticos policondensados con un
cepillo en la mitad de la superficie de cada muestra de prueba
(aproximadamente 100 cm^{2}). Se han aplicado 6 g
(correspondientes a 0,03 g de producto en seco) de esta solución,
que tiene una coloración amarilla, a cada 100 cm^{2}, y en
consecuencia se han aplicado 0,3 mg/cm^{2} en cada muestra.
Cada muestra de prueba demostró al final del
tratamiento dos zonas con coloraciones bien distintas:
- amarilla, la parte tratada
- blanca, la parte sin tratar.
\vskip1.000000\baselineskip
A continuación, se han enviado las muestras de
prueba así tratadas a análisis de imagen con un analizador
computarizado LEICA Quantiment 500+ para detectar tonalidades de
blanco.
Posteriormente, se han expuesto, a una distancia
de 50 cm aproximadamente, a una lámpara OSRAM
Ultra-Vitalux de 300 vatios que tiene una mezcla de
radiaciones similar a la radiación solar natural de las altas
montañas (Ultra-
violeta + visible).
violeta + visible).
En intervalos de tiempo de 8, 16, 24 y 60 horas
de exposición, se han repetido los análisis de imágenes para
detectar tonalidades de blanco. Los resultados obtenidos se han
comunicado en la Tabla 1.
\vskip1.000000\baselineskip
Según se obtiene como resultado, las muestras de
prueba que contienen el 10% de dióxido de titanio, después de 60
horas de exposición, muestran el mismo tono de blanco que las
superficies sin tratar; debe señalarse que ya después de 8 a 16
horas de exposición las tonalidades de blanco resultan ser muy
cercanas a las superficies no tra-
tadas.
tadas.
Los elementos de prueba que contienen las dosis
más pequeñas de dióxido de titanio muestran una tendencia análoga,
pero obviamente a niveles inferiores, sin embargo proporcionales al
contenido en dióxido de titanio.
Puede observarse que se obtiene una cierta
acción de blanqueamiento a través del efecto de luz también en la
muestra de prueba sin TiO_{2}. En cualquier caso, son suficientes
cantidades bajas de TiO_{2} para obtener un efecto de
blanqueamiento mucho mayor.
Sin embargo, a partir de la observación visual
de lo que se ha medido instrumentalmente se obtiene como resultado
un blanqueamiento más acusado de las superficies tratadas,
especialmente si se humedecen, en comparación con la superficie no
tratada.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 2 que ilustra algunos
aspectos de la
invención
Se han fabricado 4 composiciones de mortero de
cemento (de formulación idéntica a las del Ejemplo 1) con adición
de TiO_{2} (P-25® Degussa) siguiendo
sustancialmente el procedimiento descrito en el Ejemplo 1. En
particular:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
A diferencia del Ejemplo 1, las composiciones de
cemento se han aplicado al muro enlucido externo de un edificio.
Cada composición se ha aplicado en una
superficie de 600 cm^{2} aproximadamente; el grosor medio ha
resultado ser igual a 1-2 mm.
La mitad de cada superficie (300 cm^{2}),
correspondiente a cada composición comunicada anteriormente, ha
sido tratada con la misma solución alcohólica que comprende los
contaminantes orgánicos del Ejemplo 1 (0,2 mg/cm^{2} de producto
seco); a continuación se han obtenido 2 superficies que tienen
coloraciones bien distintas: amarilla la parte tratada, blanca la
parte no tratada.
En las fig. 1 a 4, se han comunicado las
imágenes relativas a las cuatro composiciones, en particular: fig.
1A-1B: composición D; fig. 2A-2B:
composición E; fig. 3A-3B: composición F; fig.
4A-4B: composición G. Las fig. 1A, 2A, 3A y 4A se
refieren a las imágenes de las superficies relativas a las cuatro
composiciones D, E, F y G respectivamente inmediatamente después
del tratamiento con una solución alcohólica de la mitad de dichas
superficies, estando la parte coloreada en amarillo indicada en cada
una de las figuras con la letra T. Después de 1 semana de
exposición a la luz del sol, las composiciones se han fotografiado
de nuevo y sus imágenes se han comunicado en las fig. 1B, 2B, 3B y
4B, que se refieren a las cuatro composiciones D, E, F y G
respectivamente después de 1 semana de
exposición.
exposición.
Como se desprende de las fig. 1B a 4B, las
superficies tratadas con el contaminante orgánico se refirieron al
blanco original.
\newpage
Ejemplo 3 que ilustra algunos
aspectos de la
invención
Se ha añadido pasta de dióxido de titanio
(precursor de TiO_{2}) a concentraciones del 0,1%, el 1% y el 5%
en peso respectivamente al cemento cuyos análisis químico y
espectrométrico se comunica en la Tabla 2.
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Con cada mezcla se han preparado 3 muestras de
prueba que tienen un tamaño de 40 x 40 x 160 mm en mortero normal
según la norma EN 196.1 (cemento/arena = 1/3, relación p/c =
0,5).
Como comparación se han preparado 3 muestras de
prueba sin adición de pasta de titanio.
Las doce muestras de prueba se han almacenado en
un entorno húmedo durante 24 horas y una vez expulsadas se han
almacenado sumergidas en agua hasta el cumplimiento de 28 días.
A continuación se han efectuado pruebas de
fuerza de compresión cuyos resultados medios se comunican en la
Tabla 3.
Como se desprende, la adición de un precursor de
TiO_{2} no afecta significativamente a la fuerza de compresión
del cemento.
Ejemplo 4 según la
invención
Se han fabricado 4 morteros con cemento
Italbianco Italcementi 52,5® que tienen composiciones (en peso)
comunicadas en la Tabla 4.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Con cada mortero se han fabricado 3 muestras de
prueba que tienen un tamaño de 8 x 8 x 2 cm. Las muestras de prueba
se han curado durante 1 día en moldes en un ambiente a 20ºC y H.R.
> 90%, después de expulsión se han almacenado 7 días más a 20ºC
a H.R. de aproximadamente el 60%. Las doce muestras de prueba se han
sometido a una prueba colorimétrica con un colorímetro Cologard
System 0.5 con el fin de estimar el brillo, la longitud de onda
dominante y la pureza de la superficie de colada (8 x 8 cm). Los
resultados se comunican en la Tabla 5.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
A continuación, las muestras de prueba se han
expuesto a un ambiente externo sujeto a intenso tráfico de coches
durante 6 meses. Después de este periodo, se han repetido las
medidas colorimétricas descritas anteriormente. Los resultados se
comunican en la Tabla 6.
Como se desprende, los valores de brillo,
longitud de onda dominante y pureza de las muestras de prueba con
dióxido de titanio experimentan con el tiempo cambios menores si se
comparan con los valores de las muestras de prueba del cemento tal
cual (sin TiO_{2}).
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Ejemplo 5 que ilustra algunos
aspectos de la
invención
Se preparan 2 muestras de cemento blanco (2 mm
de grosor) en soportes adecuados que tienen una forma discoidal con
un diámetro de 3,2 cm y un grosor de 7 mm (sustancialmente según se
describe en el Ejemplo 1).
2 muestras que contienen TiO_{2} al 5%
respectivamente de tipo P-25®Degussa (muestra A) y
tipo AHR®(Tioxide) (muestra B).
Con fines de comparación se prepara una tercera
muestra (C) sin TiO_{2}.
Con el fin de obtener una superficie
reproducible y cantidades constantes de sustancia orgánica en la
muestra se deposita una solución de fenantroquinona en metanol por
medio de un aerógrafo con lo que se da lugar a una concentración de
fenantroquinona superficial igual a 0,1 mg de producto
seco/cm^{2}. Al final de dicho tratamiento, todas las muestras
mostraron una superficie homogénea de color amarillo.
Antes y después del depósito de las sustancias
orgánicas, se han efectuado análisis espectrofotométricos de
reflectancia con un espectrofotómetro de tipo Perkin Elmer lambda 6
al que se proporciona una esfera integrada para eliminar la luz
dispersa responsable de anisotropía e irregularidades de
superficie.
Las muestras se han irradiado por medio de un
simulador de flujo solar, emitiendo radiación con longitud de onda
superior a 290 nm.
El dispositivo usado para irradiación consiste
en cuatro lámparas de 400 vatios colocadas en los vértices de un
cuadrado que tienen en el centro una muestra alrededor que gira
sobre su propio eje. Por medio de dicho dispositivo ha sido posible
irradiar al mismo tiempo más muestras con la misma cantidad de
fotones por unidad de tiempo.
El dispositivo de irradiación SOLAR SIMULATOR
SET-UP12/24 permite efectuar pruebas de
envejecimiento acelerado, en las que aproximadamente 100 horas de
irradiación corresponden a 1 año de luz solar.
Para cada muestra en diferentes momentos se han
obtenido diversos % de reflectancia (R%) en función de la longitud
de onda (nm).
La reflectancia según se señala anteriormente se
obtiene mediante la proporción de luz reflejada en una
superficie/luz incidente en dicha superficie.
El % de reflectancia de la muestra B se comunica
en la fig. 5 en diferentes momentos en función de la longitud de
onda (nm).
En particular con respecto a la fig. 5, la curva
1 representa el espectro antes de depositar la sustancia orgánica,
la curva 2 representa la situación después de depósito de dicha
sustancia, las curvas 3, 4, 5 representan la situación
respectivamente después de 2, 4 y 8 horas de irradiación. Según se
desprende ya después de 8 horas de irradiaciones, la situación es
casi la misma que antes del tratamiento con el contaminante.
Los valores de reflectancia deben normalizarse
para permitir una comparación entre diferentes materiales que
tienen, por tanto, una reflectancia intrínseca diferente.
El coeficiente de normalización Nt se define del
modo siguiente:
en el que Rt_{o} es la
reflectancia de la muestra en el instante = 0, antes de la
aplicación de la sustancia contaminante, R_{t} es la reflectancia
en el instante t después de la adición de la sustancia contaminante
(en este caso, la
fenantroquinona).
El coeficiente de normalización así determinado
permite calcular el Q% residual que hace posible una comparación
entre material diferente que tiene una reflectancia intrínseca
diferente. De hecho, el Q% residual puede calcularse fácilmente
aplicando la siguiente fórmula matemática:
en la que Nt_{o}cont es el
coeficiente de normalización del material después de adición del
contaminante en t =
0.
En la Tabla 7, se comunica Q% residual en
función del tiempo de las muestras (A) mencionadas anteriormente
(que contienen P-25 al 5%), (B) (que contienen AHR®
al 5%) y (C) (la muestra sin TiO_{2}) sometidas a una longitud de
onda superior a 290 nm (450 nm) y un flujo de aire a T = 60ºC.
\vskip1.000000\baselineskip
Según se desprende de la Tabla 7, las muestras
que contienen óxido de titanio dan con el tiempo valores
normalizados cada vez más pequeños de índice de actividad del
fotocatalizador.
Los datos analíticos se confirman también
visualmente. De hecho, la desaparición total de la coloración
amarilla debida a fenantroquinona se observa en muestras que
contienen TiO_{2}.
Aunque los valores normalizados correspondientes
a la muestra C disminuyen con el tiempo, visualmente es posible
observar zonas definidas de amarillo en la superficie de
muestra.
De nuevo según se desprende de la Tabla 7 el
procedimiento funciona con diferentes tipos de óxido de titanio, de
manera dominante en forma de anatasa.
La fig. 6 resume en forma de diagrama, en el que
se comunica el Q% residual en las ordenadas y el tiempo (horas) en
abscisas, los datos de la tabla 7.
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Ejemplo 6 que ilustra algunos
aspectos de la
invención
Usando sustancialmente el mismo procedimiento y
el mismo dispositivo que el del Ejemplo 5, se comunica la actividad
fotocatalítica de dióxido de titanio P-25® en una
muestra de cemento blanco (preparada según se describe en el
Ejemplo 5) sobre la que se depositó negro de carbón.
El negro de carbón se depositó según la técnica
siguiente: se ha dejado un cemento blanco discoidal tratado con
TiO_{2} al 5% P-25® (Degussa) durante 10 minutos a
una altura de 10 mm desde la llama de una vela. Con fines de
comparación se ha llevado a cabo la misma prueba en una muestra sin
TiO_{2}.
Los resultados de dichas pruebas se comunican en
la fig. 7.
Según se desprende de los histogramas de la fig.
8 la actividad de la muestra que contiene TiO_{2} es evidente.
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Ejemplo 7 que ilustra algunos
aspectos de la
invención
Los óxidos de nitrógeno, que comprenden NO y
NO_{2} (indicados generalmente con NO_{x}), desempeñan un papel
importante en la química de la atmósfera.
Una alta concentración de estos óxidos con
respecto a la cantidad media de los mismos en un área no contaminada
se debe a la presencia de fuentes móviles (vehículos) y fuentes
estáticas y puede originar lluvias ácidas o compuestos orgánicos
como nitratos de peroxiacetilo (NPA) que son irritantes para los
ojos y fitotóxicos para las plantas.
Siguiendo sustancialmente la técnica descrita en
el Ejemplo 1, se preparó una muestra de cemento blanco que contenía
el 1% en peso de TiO_{2} del tipo AHR®.
La placa de cemento así obtenida se ha colocado
en la base de una caja de vidrio de Plexiglás® de 1 l de capacidad
para evaluar la eficacia de eliminación de NO_{x} del cemento que
contiene el fotocatalizador.
Se ha pasado un flujo de aire que contenía 0,6
ppm de NO_{2}, 0,5 ppm de NO y el 60% de humedad relativa a
través de la caja descrita anteriormente iluminada desde arriba por
tres lámparas de vapor de Hg de 300 vatios (que emitían luz con
longitud de onda mayor que 360 nm) colocadas a una distancia de 15
cm de la muestra.
El flujo de aire de 2 l/min se ha dividido para
garantizar un tiempo de contacto suficiente del aire con el
cemento, y para tener un flujo adecuado para el sistema de detección
que trabaja con detector de quimioluminiscencia Monitor cabs 8440
NITROGENOXIDE ANALYZER®.
Con fines de comparación, se ha efectuado la
misma técnica en una muestra de cemento que no contiene
TiO_{2}.
La disminución de NO_{x} medida en el aire que
sale de la caja que contiene la muestra de cemento con TiO_{2} es
de aproximadamente el 40% ya después de 3 horas de flujo de aire,
mientras que no se observa reducción significativa de NO_{x} en
el aire que sale de la caja que contiene la muestra de cemento sin
TiO_{2}.
Claims (15)
1. Baldosa de pavimentación fabricada a partir
de premezclas secas que contienen un aglutinante hidráulico,
incluyendo dicho aglutinante, en volumen, partículas de
fotocatalizador de dióxido de titanio capaces de oxidar en
presencia de luz, aire y humedad ambiental, sustancias contaminantes
presentes en el entorno.
2. Baldosa de pavimentación según la
reivindicación 1 en la que el dióxido de titanio tiene una
estructura de anatasa de al menos el 25%.
3. Baldosa de pavimentación según la
reivindicación 1 en la que el dióxido de titanio tiene una
estructura de anatasa de al menos el 50%.
4. Baldosa de pavimentación según la
reivindicación 1 en la que el dióxido de titanio tiene una
estructura de anatasa de al menos el 70%.
5. Baldosa de pavimentación según la
reivindicación 1 en la que el dióxido de titanio está en una
proporción de mezcla de 70:30 de TiO_{2} de anatasa:TiO_{2} de
rutilo.
6. Baldosa de pavimentación según la
reivindicación 1 en la que el fotocatalizador es una pasta de
titanio.
7. Baldosa de pavimentación según una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 6, en la que el fotocatalizador de
TiO_{2} es una matriz dopada con uno o más átomos diferentes de
Ti.
8. Baldosa de pavimentación según una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 7, en la que el fotocatalizador de
TiO_{2} es una matriz dopada con uno o más átomos seleccionados
entre Fe(III), Mo(V), Ru(III), Os(III),
Re(V), V(V) y Rh(III).
9. Baldosa de pavimentación según una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 8 caracterizada porque el
fotocatalizador está contenido en cantidades comprendidas entre el
0,01% y el 10% en peso.
10. Baldosa de pavimentación según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 caracterizada porque
el fotocatalizador se añade en una cantidad igual al 0,1% en peso
con respecto al aglutinante.
11. Baldosa de pavimentación según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 caracterizada porque
el dióxido de titanio se añade en una cantidad igual al 0,5% en
peso con respecto al aglutinante.
12. Baldosa de pavimentación según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 caracterizada
porque el aglutinante hidráulico se selecciona entre un cemento
según la norma UNI ENV 197.1, un cemento para presas para captación
de residuos, un aglutinante de cemento y cal hidráulica.
13. Baldosa de pavimentación según la
reivindicación 12 caracterizada porque dicha composición de
cemento incluye un cemento blanco, gris o pigmentado.
14. Uso de una premezcla seca que contiene un
aglutinante hidráulico, incluyendo dicho aglutinante, en volumen,
partículas de fotocatalizador de dióxido de titanio capaces de
oxidar, en presencia de luz, aire y humedad ambiental, sustancias
contaminantes presentes en el entorno, para fabricar baldosas de
pavimentación que mantengan después de la instalación durante
periodos de tiempo más largos el brillo y la cantidad de color.
15. Uso según la reivindicación 14
caracterizado porque el dióxido de titanio tiene una
estructura de anatasa de al menos el 25%.
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