FI122639B - Fotokatalyyttisesti aktiivinen koostumus ja menetelmä sen valmistamiseksi - Google Patents

Fotokatalyyttisesti aktiivinen koostumus ja menetelmä sen valmistamiseksi Download PDF

Info

Publication number
FI122639B
FI122639B FI20070395A FI20070395A FI122639B FI 122639 B FI122639 B FI 122639B FI 20070395 A FI20070395 A FI 20070395A FI 20070395 A FI20070395 A FI 20070395A FI 122639 B FI122639 B FI 122639B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
photocatalytically active
particles
composition
composition according
concrete
Prior art date
Application number
FI20070395A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20070395A (fi
FI20070395A0 (fi
Inventor
Bo-Erik Eriksson
Tommy Boeoek
Erik Viggh
Original Assignee
Cementa Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cementa Ab filed Critical Cementa Ab
Priority to FI20070395A priority Critical patent/FI122639B/fi
Publication of FI20070395A0 publication Critical patent/FI20070395A0/fi
Priority to PCT/FI2008/050286 priority patent/WO2008142205A1/en
Priority to US12/599,539 priority patent/US20100137130A1/en
Priority to EP08761682.7A priority patent/EP2155625B1/en
Priority to CA2687507A priority patent/CA2687507C/en
Publication of FI20070395A publication Critical patent/FI20070395A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI122639B publication Critical patent/FI122639B/fi

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • B01J35/39—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/04—Mixing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/10—Coating or impregnating
    • C04B20/1055—Coating or impregnating with inorganic materials
    • C04B20/1066—Oxides, Hydroxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B22/00—Use of inorganic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. accelerators, shrinkage compensating agents
    • C04B22/06—Oxides, Hydroxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D1/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, based on inorganic substances
    • C09D1/06—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, based on inorganic substances cement
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/16—Antifouling paints; Underwater paints
    • C09D5/1687—Use of special additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40—Additives
    • C09D7/60—Additives non-macromolecular
    • C09D7/61—Additives non-macromolecular inorganic
    • C09D7/62—Additives non-macromolecular inorganic modified by treatment with other compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40—Additives
    • C09D7/66—Additives characterised by particle size
    • C09D7/67—Particle size smaller than 100 nm
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/10—Compositions or ingredients thereof characterised by the absence or the very low content of a specific material
    • C04B2111/1025—Alkali-free or very low alkali-content materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/2038—Resistance against physical degradation
    • C04B2111/2061—Materials containing photocatalysts, e.g. TiO2, for avoiding staining by air pollutants or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00—Use of pretreated ingredients
    • C08K9/12—Adsorbed ingredients, e.g. ingredients on carriers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Abstract

Fotokatalyyttisesti aktiivinen koostumus valmistetaan käyttäen suurienergistä sekoitusta.Tässä koostumuksessa kantajamateriaalin hiukkaset on pinnoitettu fotokatalyyttisesti aktiivisilla hiukkasilla. Pinnoitus on toteutettu valinnaisesti hydraulisen väliaineen läsnä ollessa. Koostumusta käytetään materiaalien tai rakenteiden valmistuksessa puhtaan pinnan aikaansaamiseksi, perustuen tällaisen rakenteen itsepuhdistumisominaisuuteen.&sr;(Kuvio.1B)&sr;

Description

Fotokatalyyttisesti aktiivinen koostumus ja menetelmä sen valmistamiseksi
Ala 5
Esillä olevan keksinnön kohteena on fotokatalyyttisesti aktiivinen koostumus ja menetelmä sen valmistamiseksi. Keksintö kohdistuu erityisesti fotokatalyyttisesti aktiivisten koostumusten käyttöihin laasti- ja betonivalmisteissa.
10 Taustaa
Fotokatalyyttisesti aktiivisia hiukkasia käytetään kaupunki- ja teollisuusympäristös-sä sekä ilmassa että vedessä muodostuneiden haitallisten tai pahanhajuisten epäpuhtauksien hajottamiseen. Nämä hiukkaset voivat yleisesti ottaen olla käyttö-15 kelpoisia jätetuotteiden puhdistuksessa ja steriloinnissa, sellaisissa sovelluksissa kuten itsestään puhdistuvilla pinnoilla ja bakteereja torjuvissa pinnoitteissa. Betoni on käytetyin rakennusmateriaali maailmassa, joten rakennetun ympäristön laatu riippuu huomattavalla tavalla betonirakenteiden pintojen laadusta ja niiden esteettisestä ulkonäöstä. Tyypillinen virhetyyppi on värin muutos, joka johtuu esimerkiksi 20 liasta, ruosteesta, homeesta tai levästä. Betonirakenteiden sisään tai niiden pinnalle sisällytetyt, fotokatalyyttisesti aktiiviset hiukkaset muodostavat tällä hetkellä mielenkiintoisen tutkimusalan.
Toistaiseksi lupaavin fotokatalyyttisesti aktiivinen materiaali perustuu nanokitei-25 seen titaanidioksidiin. Se on puolijohde ja se voidaan aktivoida valolla. Valolla sä-teilytettäessä elektroni siirtyy johtavuusvyölle ja syntyy aukko. Nämä elektronit ja aukot osallistuvat pelkistys- ja hapetusreaktioihin ympäristönsä kanssa, samalla mahdollista orgaanista materiaalia hajottaen. Lisäksi jopa typpi- ja rikkioksideja voidaan hapettaa vastaavasti nitraateiksi tai sulfaateiksi. Nämä reaktiot tekevät 5 30 mahdolliseksi sen, että fotokatalyyttisesti aktiivista titaania sisältävät pinnat pysy- ^ vät puhtaina ja oksidien pitoisuus tällaisten pintojen kanssa kosketuksessa ole- 9 vassa ilmassa pienenee. Alalla on myös tutkittu muita materiaaleja, joilla on sa- mankaltaisia piirteitä.
CC
35 Fotokatalyyttisesti aktiivisen titaanioksidin lisäystä betoniin on tutkittu viime aikoina S lisääntyvällä mielenkiinnolla. Se on todettu tehokkaaksi ajatellen orgaanisten ma- ^ teriaalien hajotusta ja sen on todettu samanaikaisesti tehostavan muita toivottuja o ominaisuuksia kuten pakkasenkestävyyttä tai kykyä vastustaa kloridin diffuusiota.
Tunnustetuista eduista huolimatta selvää ei ole vielä se, kuinka tätä tekniikkaa 40 tulisi käyttää teollisessa mittakaavassa sementti- tai betoniteollisuudessa. Fluomat-tavia haittoja liittyy sisällytettävän titaanidioksidin hyvin hienoon kide- tai hiukkas- 2 kokoon. Eräs niistä on se tekninen ongelma, kuinka saada aikaan riittävän homogeeninen dispersio betonimatriisiin, toinen on se, kuinka voidaan taata käytettävien esiseosten hyvät juoksevuusominaisuudet. Työturvallisuuteen liittyvistä syistä tärkeätä on edelleen kyetä vähentämään häiritsevää ja vaarallista pölyämistaipu-5 musta tätä hienoa jauhetta tai sen koostumuksia käsiteltäessä. Käytettyjen prosessien tulisi luonnollisestikin myös olla taloudellisesti toteuttamiskelpoisia.
Patenttijulkaisussa WO 9805601 kuvataan hydraulinen sideaine, sementtikoostu-mus, kuiva seos ja arkkitehtoninen betoni, jotka sisältävät fotokatalyyttihiukkasia, 10 jotka kykenevät materiaalimassaan lisättyinä hapettamaan saastuttavia aineita valon, ilman ja ympäristön kosteuden läsnä ollessa. Edullinen fotokatalyytti on titaanidioksidi. Nämä tuotteet valmistetaan yksinkertaisesti lisäämällä fotokatalyyttiä toivottuun valmisteeseen ja sekoittamalla tämän jälkeen minkä tahansa alalla tunnetun tekniikan mukaisesti käyttämällä sekä automaattista sekoitusta että käsin. 15 Koska Ti02:ta lisätään varsinaiseen betonivalmisteeseen, lisätty vesi mukaan lukien, niin kohtalaisen dispersion saamiseksi tarvittavan sekoitusajan on oltava pitkä. Lisäksi hienon Ti02-jauheen käsittelyyn liittyy väistämättä pölyämisongelmia.
Julkaisussa EP 0633064 B1 kuvataan fotokatalyyttikomposiitti, johon kuuluvan 20 substraatin pinnalle on tartutettu fotokatalyyttihiukkasia kuten titaanioksidia spesifisen, vähemmän hajottavan liiman avulla, sekä menetelmä tämän komposiitin valmistamiseksi. Tämä vähemmän hajottava liima on piiyhdiste tai sementtiä. Käyttökelpoisia substraatteja ovat mm. keraamit, lasit, muovit, elastomeerit, puu, paperi ja metallituotteet. Tässä patenttijulkaisussa saadaan lisäksi aikaan pinnoitekoos-25 tumus, joka sisältää fotokatalyyttihiukkasten ja liiman dispersion liuottimessa.
Samalla tavalla vanhassa patenttijulkaisussa GB 849175 kuvataan valkoinen pin-noitekoostumus edeltäkäsin valetun betonikappaleen pinnoittamiseksi. Tämä pin-noitekoostumus koostuu valkoisesta sementistä, esim. portlandsementistä ja val-5 30 koisista lisäaineista, joita valkoisia lisäaineita ovat mm. hienojakoinen titaanidiok- ^ sidi. Titaanidioksidilla on anataasirakenne ja sen hiukkaskoko on alueella 0,0003-
(M
9 0,001 mm. Itsepuhdistumisilmiö sadevesihuuhtelun vaikutuksesta on todettu ja julkaisussa tarkastellaan likahiukkasia peittävän, hydratoituneen titaanidioksidin g tuottamaa ilmiötä tai mekanismia.
^ 35 S Yksityiskohtia ei ole käytettävissä siitä, kuinka hienojakoista, fotokatalyyttisesti ak- ^ tiivistä jauhetta sisältävän kuivan esiseoksen käsittelyyn liittyvät ongelman ratkaisee taan, vaikka ilmeistä onkin se, että tällaisen hienon jauheen käsittely on aina on gelmallista johtuen sen mekaanisista ominaisuuksista, erityisesti teollisessa mitta-40 kaavassa ja sellaisissa oloissa kuten betoni- tai laastiteollisuudessa. Mitään erityistä huomiota ei ole kiinnitetty vaikutukseen, joka saavutetaan dispergoimalla 3 hienoja, fotokatalyyttisesti aktiivisia hiukkasia tasaisesti lopputuotteen valmistuksessa käyttävään kuivaan seokseen tai esiseokseen.
Jotta voitaisiin tuottaa betonia, jota käytetään rakenteissa ja edeltäkäsin valetuissa 5 kappaleissa, joilla on itsepuhdistuvia ominaisuuksia, niin fotokatalyyttihiukkasia tai niiden esiseoksia on käsiteltävä paikan päällä betonitehtaassa. Hyvin pienestä hiukkaskoosta johtuen, hiukkaskoon ollessa keskimäärin 1-3 pm, fotokatalyyttimateriaalin juoksevuusominaisuudet ovat hyvin huonot ja näin ollen käsittely jo olemassa olevilla laitteilla on vaikeata. Tämä tarkoittaa suuria huolto- ja käyttökus-10 tannuksia. Pienen hiukkaskoon takia pölyn muodostuminen käsittelyn aikana on myös ongelmallista terveydelle ja ympäristölle.
Kun kuiva esiseos tai betonivalmiste tehdään tunnetun tekniikan mukaisesti käsin tai tavanomaisia sekoituslaitteita käyttäen, niin aktiivisten fotokatalyytti hiukkasten 15 pitoisuus lopullisen betonituotteen pinnalla on pieni ja näin ollen paremmat foto-katalyyttiset ominaisuudet olisivat toivottavia.
Esillä olevan keksinnön tavoitteena on saada aikaan fotokatalyyttisesti aktiivinen koostumus, joka soveltuu erityisesti käytettäväksi betoni- tai laastiseoksissa.
20
Esillä olevan keksinnön muuna tavoitteena on saada aikaan koostumus, jolla on hyvät fotokatalyyttiset ominaisuudet, vähäinen pölyävyysominaisuus ja hyvä juok-sevuus. 1 40
Vielä eräs muu tavoite on saada aikaan laasti- ja betonivalmiste tai -rakenteita, jotka kykenevät parantuneeseen itsepuhdistumiseen.
Keksinnön kuvaus
C\J
5 30 Yllättäen todettiin, että käyttämällä laitteistoa, joka kykenee tuottamaan suuria ^ leikkausnopeuksia fotokatalyyttisesti aktiivisen koostumuksen valmistuksessa, 9 saadaan hyvin juokseva hiukkasmainen jauhe, jolla on hyvät fotokatalyyttisen ominaisuudet, tällä tavalla edellä esitetyt tavoitteet saavuttaen.
CC
35 Esillä olevassa keksinnössä saadaan aikaan patenttivaatimuksen 1 mukainen S koostumus, joka on fotokatalyyttisesti aktiivinen, o h-· o Esillä olevassa keksinnössä saadaan lisäksi aikaan patenttivaatimuksen 11 mukai nen menetelmä mainitun koostumuksen valmistamiseksi.
4
Esillä olevan keksinnön mukaista fotokatalyyttisesti aktiivista koostumusta käytetään sellaisissa sovelluksissa kuten laastivalmisteissa kuten vastaavasti patenttivaatimuksessa 15on esitetty.
5 Kuvio 1 esittää fotokatalyyttisesti aktiivisten hiukkasten pinnan morfologiaa, sekä pyyhkäisyelektronimikroskopialla (SEM) mitattuna kuviossa 1A että kaavamaisesti esittäen kuviossa 1B.
Kuvio 2 havainnollistaa energian lisäyksen vaikutusta Ti02:n pitoisuuteen pinnalla.
10
Kuvio 3 esittää käsitellyn betonipinnan fotokatalyyttisen aktiivisuuden vaikutusta ΝΟχ-pelkistykseen.
Kuvio 4 havainnollistaa käsitellyn betonin pinnalla Ti02:n suurentuneen pitoisuu-15 den vaikutusta sen fotokatalyyttiseen aktiivisuuteen.
Kuviossa 5 verrataan hydratoitumislämpöä betonikoostumuksen eri valmistusmenetelmistä johtuen.
20 Kuvio 6 havainnollistaa eri ainesosien juoksevuusominaisuuksia.
Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus
Esillä olevan keksinnön ensimmäisen piirteen mukaan aikaan saadaan fotokata-25 lyyttisesti aktiivinen koostumus. Tämä koostumus sisältää kantajamateriaalin hiukkasia ja fotokatalyyttisesti aktiivisia hiukkasia ja hydraulista väliainetta. Nämä fotokatalyyttisesti aktiiviset hiukkaset on kiinnitetty tai sidottu mainitun kantajamateriaalin hiukkasten pinnalle tavalla, joka kestää mekaanista hankausta, nii-den peittäessä tämän pinnan tietyssä laajuudessa. Koostumus sisältää kuivassa 5 30 muodossa siis kantajamateriaalin hiukkasia, jotka ovat pinnoittuneet fotokatalyytti- ^ sesti aktiivisilla hiukkasilla. Pinnan peiton laajuus riippuu fotokatalyyttisesti aktii- 9 visista hiukkasista, esimerkiksi titaanioksidijauheen laadusta sekä käytetyn pin- noitusmenetelmän parametreistä, esimerkiksi sekoituksessa käytetystä energias-£ ta. Pinnan peiton laajuus on vähintään 20 %, esimerkiksi 50-90 %, edullisemmin 35 vähintään 60 %, jotta voitaisiin taata riittävän hyvä fotokatalyyttinen suorituskyky, S edullisesti 60-80 %. Pinnoittavat hiukkaset eivät muodosta välttämättä yhtenäistä ^ pinnoittavaa kerrosta, vaan fotokatalyyttisesti aktiivisten hiukkasten erillisten hiuk- o kasten jakauman levittyneenä homogeenisesti kantajamateriaalin hiukkasten pin noille, jolloin muodostuu ohessa "pinnoittuneiksi" kuvattuja kantajamateriaalin 40 hiukkasia.
5
Ohessa käytetty ilmaus "kantajamateriaalin hiukkanen" tarkoittaa EN 206-1-standardin mukaisia lisäyksiä. Käyttökelpoisia ovat materiaalit, jotka sisältävät yhdisteitä CaO, MgO, Si02 ja/tai niiden seoksia, metallurgisia kuona-aineita, prEN 15167 -standardin mukaista rakeistettua masuuniuunin kuonaa tai muuta inerttiä materi-5 aalia, joka soveltuu käytettäväksi betonin tai laastin raaka-aineeksi tai esiasteeksi. Kantajamateriaalin hiukkaset ovat edullisesti metallurgista kuonaa, edullisemmin prEN 15167 -standardin mukaista rakeistettua masuuniuunin kuonaa tai jauhettua rakeistettua masuuniuunin kuonaa.
10 Tässä koostumuksessa käytetyt, fotokatalyyttisesti aktiiviset hiukkaset kykenevät hapettamaan saastuttavaa materiaalia kuten orgaanisia aineita, jotka ovat peräisin teollisuuden jätepäästöistä, haihtuvia orgaanisia yhdisteitä VOC, bentseeniyhdis-teitä, fluorideja tai ajoneuvojen pakokaasuista peräisin olevia NOx-päästöjä valon, ilman ja kosteuden läsnä ollessa. Tyypillisiä fotokatalyyttisesti aktiivisia materiaal-15 eja, jotka ovat yhteensopivia betonin tai laastin muiden ainesosien ja esillä olevan keksinnön mukaisen valmistusmenetelmän kanssa, ovat esimerkiksi volframaatit, MeW04, titanaatit, strontiumtitanaatit, SrTi03 ja titaanioksidi. Mahdollisia materiaaleja ovat myös sellaiset komposiitit kuten W0x/Ti02, Ti02/Si02 ja I_n203/Ti02, jolloin Ln = Eu, Pr ja/tai Yb. Edullinen materiaali on titaanidioksidi, Ti02, hiukkas-20 maisessa muodossa. Näillä fotokatalyyttisesti aktiivisilla titaanidioksidin hiukkasilla voi olla anataasimuotoinen, rutiilimuotoinen tai sekamuotoinen kiderakenne. Käytettävä titaanidioksidi voi lisäksi sisältää pieniä määriä sellaisia epäpuhtauksia tai seosaineita kuten Fe, V, Cr, Mn, Co, Ni, Ag tai Sn, jotka vaikuttavat sen fotokata-lyyttiseen aktiivisuuteen.
25
Fotokatalyyttisesti aktiivisten hiukkasten määrä mitattuna keksinnön mukaisen, fotokatalyyttisesti aktiivisen koostumuksen bulkkimääränä on 10-75 paino-%. Tämä määrä on edullisesti 20-70 paino-%, kaikkein edullisimmin 40-60 paino-%. Tavoitteena on saavuttaa esimerkiksi betonin pinnalla pinnan lopullinen Ti02-o 30 peitto, jolla kyetään saamaan aikaan saastuttavan materiaalin riittävä hapettumi- , nen. Tavoitellut määrät ovat noin 120 g Ti02:ta/m .
cm a o
Eräässä edullisessa suoritusmuodossa fotokatalyyttisesti aktiivinen koostumus χ sisältää mainittuja titaanidioksidihiukkasia, joilla on 99,9-prosenttisesti anataasi- 35 muotoinen kiderakenne, ja joiden kidekoko on vähemmän kuin 100 nm, edullisesti S alle 40 nm.
CO
o o Eräs kidekokoon liittyvä tärkeä parametri on ominaispinta-ala, BET, jonka tulisi olla mahdollisimman suuri luontaisen fotokatalyyttisen ominaisuuden parantamiseksi, 40 kuten on tarkasteltu julkaisussa Ravaska, E., väitöskirja, 2005, sivuilla 28-29. Ohessa käytettyjen titaanidioksidihiukkasten BET on enemmän kuin 15 m2/g, esi- 6 merkiksi 15-400 m2/g, edullisesti enemmän kuin 50 m2/g, kuten 50-300 m2/g, edullisemmin 100-300 m2/g. Hiukkaskoko, d5o, on edullisesti 5 μιτι tai vähemmän, edullisemmin alle 3 μιτι, kaikkein edullisimmin 1-3 μιη.
5 Sopivien, tällä hetkellä kaupallisesti saatavien titaanidioksidijauheiden kidekoot ovat 5-70 nm ja niiden pinta-alat ovat 15-400 m2/g, edullisesti 5-25 nm ja 50-300 m2/g, vastaavasti. Kaupallisten titaanidioksidijauheiden esimerkkejä ovat Kemira Finnti P300 (kidekoko 6 nm, pinta-ala noin 300 m2/g, Kemira Pigments Oy) ja De-gussa P25 (kidekoko 25 nm, pinta-ala noin 50 m2/g, Degussa GmbH).
10
Ti02-jauheen fotokatalyyttinen aktiivisuus määritellään tyypillisesti sen asetonin-muodostusnopeuden avulla. Mitä suurempi tämä nopeus on, sitä tehokkaampi on hapettava kyky. Keksinnön mukaisessa koostumuksessa käytettyjen fotokatalyytti-sesti aktiivisten hiukkasten asetoninmuodostusnopeus on enemmän kuin 1000 15 ppm asetonia tunnissa. Tämä vaikuttaa sovelluksiin, joissa pinnan lopullinen fotokatalyyttinen aktiivisuus riippuu siihen sisällytetyn fotokatalyyttisesti aktiivisen aineen voimakkuudesta ja määrästä.
Keksinnön mukainen fotokatalyyttisesti aktiivinen koostumus sisältää lisäksi hyd-20 raulista väliainetta. Tämä ilmaus "hydraulinen väliaine" tarkoittaa sellaisen materiaalin kuivaa hukkasmaista jauhetta, jota materiaalia voidaan käyttää betoni- ja laastivalmisteissa ja jolla on ominaisuutena muodostaa seos tai tahna veden kanssa ja joka voi myöhemmin sitoutua ja kovettua. Esimerkiksi hydrauliset sementit ovat materiaaleja, jotka sitoutuvat ja kovettuvat sen jälkeen, kun ne on yh-25 distetty veteen, sekoitetun veden kanssa tapahtuvien kemiallisten reaktioiden tuloksena ja jotka kovettumisen jälkeen säilyttävät lujuutensa ja pysyvyytensä jopa veden alla. Hydraatit, jotka muodostuvat veden kanssa tapahtuvassa välittömässä reaktiossa, ovat olennaisesti veteen liukenemattomia, esimerkkinä portlandse-mentti, joka koostuu olennaisesti kalkki kivestä, tietyistä savimineraaleista ja kipsis-5 30 tä. Kalkkilaastit ovat hydraulisesti aktiivisia, mutta niiden lujuus kasvaa hyvin hi- ^ taasti C02-adsorption johdosta. Hydraulisten sementtien sitoutuminen ja kovettu- 9 minen johtuu vettä sisältävien yhdisteiden muodostumisesta, joita yhdisteitä muo- oi dostuu sementtikomponenttien ja veden välisten reaktioiden tuloksena. Esillä ole- x van keksinnön mukaisessa koostumuksessa käytetään edullisesti vain vähän alka- 35 lia sisältäviä portlandsementtejä kuten valkoista sementtiä tai harmaata sementtiä, S kaikkein edullisimmin valkoista sementtiä, koska alkalimetalli-ioneilla on häiritse-
OO
^ vää vaikutusta.
o o C\l
Keksinnön mukainen, fotokatalyyttisesti aktiivinen koostumus sisältää olennaisesti 40 kantajahiukkasia, jotka ovat pinnoittuneet mainituilla fotokatalyyttisesti aktiivisilla hiukkasilla, kuten kuviosta 1 nähdään eräässä erityisessä esimerkissä. Näiden 7 pinnoitettujen hiukkasten pinnan morfologian tunnuspiirteenä ovat pienet fotokata-lyyttisesti aktiiviset hiukkaset, jotka ovat kiinnittyneet kantajahiukkasten pintaan satunnaisesti, mutta jotka ovat levittäytyneet tasaisesti koko pintojen yli. Kuvio 1B esittää yleisesti ja kaavamaisesti pinnoittunutta inerttiä kantajahiukkasta ja kuvio 5 1A on SEM-kuva suuremman kantaja-agglomeraatin todellisesta poikkileikkauksesta yhdessä pienempien kappaleiden ja rakeiden kanssa eräänä esimerkkinä.
Tämän keksinnön mukainen, fotokatalyyttisesti aktiivinen koostumus on jauhemainen hiukkastuote. Erilaisten hiukkas- ja kidekokojen useat yhdistelmät ovat mah-10 dollisia. Arvon d8o määrittämä hiukkaskokojakauma, jolloin 80 painoprosentilla hiukkasista on halkaisija (d80), joka on edullisesti pienempi kuin 200 pm, edullisemmin vähemmän kuin 150 pm ja kaikkein edullisimmin alle 100 pm niin, että se on kaikkein sopivimmin seoksessa olevien muiden ainesosien mukainen. Sementin hiukkaskoko on tyypillisesti alle 90 pm, edullisesti 15-20 pm. Fotokatalyyttisesti 15 aktiivisen koostumuksen koko määräytyy pääasiassa olennaisesti kantajamateri-aalin koon tai hienousasteen perusteella. Rakeistetun masuuniuunin kuonan omi-naispinta-ala on 100-1000 m2/kg, edullisesti 275-700 m2/kg, määritettynä julkaisussa EN 196-6 esitetyn, ilman läpäisevyyteen perustuvan menetelmän mukaisesti, edullisesti noin 500 m2/kg.
20
Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaan, fotokatalyyttisesti aktiivisen hiukkasen ja kantajamateriaalin hiukkasen keskimääräisten hiukkaskokojen välinen suhde on 0,05-0,2.
25 Erään muun edullisen suoritusmuodon mukaan fotokatalyyttisesti aktiivisen koostumuksen hiukkaskokojakauma on määritelty niin, että d2o on alle 1 pm ja d50 on alle 32 pm ja d80 on alle 100 pm, jolloin hiukkasten halkaisijoihin liittyvät käsitteet on määritelty samalla tavalla kuin d80.
C\J
o 30 Koostumus voi sisältää lisäksi värjääviä aineita, väriaineita tai pigmenttejä, joita ^ voidaan käyttää tyypillisesti laasti- tai betonivalmisteissa. Lisäksi koostumus voi 9 sisältää jauhatuksen apuaineita, notkistimia, ilmaa pidättäviä aineita tai mitä ta- hansa muita laasti- tai betonivalmisteissa tyypillisiä ainesosia, jotka eivät heikennä x keksinnön mukaiseen fotokatalyyttisesti aktiiviseen koostumukseen sisällytetyn 35 fotokatalyyttisesti aktiivisen hiukkasen fotokatalyyttistä aktiivisuutta.
LO
05
CO
^ Keksinnön mukainen, fotokatalyyttisesti aktiivinen koostumus on kuivassa muo- o dossa ja sen varastoitavuus on vähintään kaksi kuukautta, edullisesti vähintään
CM
kuukausi. Johtuen siitä, että fotokatalyyttisesti aktiiviset hiukkaset tarttuvat kantaja-40 hiukkasten pintoihin, niin kookkaampien kantajahiukkasten hiukkaskokojakauma määrää pääasiassa hiukkasten käsiteltävyys- ja juoksevuusominaisuudet. Hienon 8 irtonaisen Ti02-jauheen käsittely tuottaa pölyä ja tukkeutumisongelmia hienomman Ti02-jauheen heikompien juoksevuusominaisuuksien takia. Vaikutus, johon päästään pinnoittamalla kantajahiukkaset, vähentää dramaattisesti hienon Ti02-jauheen määrää, pölyämistä ja parantaa materiaalin hiukkasvirtausta. Esimerkkei-5 nä on esitetty mekaaniset ominaisuudet, jotka ovat olennaisesti samankaltaisia kuin betonin muilla ainesosilla. Hiukkasten parempi juoksevuus vähentää materiaalin tarttumisesta johtuvia tukoksia. Näiden edullisten mekaanisten ominaisuuksien johdosta voidaan käyttää betonin valmistuksessa tavanomaisia laitteita. Lisäksi kantajan tapauksessa edullisimman pinta-alan, joka on noin 500 m2/kg, käyttö hel-10 pottaa Ti02-hiukkasten hajaantumista betoni- tai laastiseokseen.
Todettiin, että fotokatalyyttisesti aktiivisella koostumuksella saadaan aikaan parantunut fotokatalyyttinen aktiivisuus verrattuna saatavilla oleviin, tunnetun tekniikan mukaisiin koostumuksiin, käytettäessä niitä laasti- tai betoni- tai valubetonisovel-15 luksissa.
Tätä koostumusta voidaan käyttää lisäaineena erilaisissa sovelluksissa, joissa tarvitaan fotokatalyyttista aktiivisuutta, hyviä mekaanisia ominaisuuksia ja erityisesti tämän ominaisuuden kykyä parantaa itsepuhdistumisen tehokkuutta. Mahdollisia 20 käyttösovelluksia on löydettävissä ilmanpuhdistusjärjestelmissä, lasitavaroissa, vedenpuhdistukseen liittyvissä sovelluksissa tai laitteissa, ajoneuvojen pinnoitteissa, peileissä, tapeteissa, pyyhkeissä, verhoissa ja erilaisissa rakennus- tai koris-temateriaaleissa, keraamit ja maalit mukaan lukien. 1
Esillä olevan keksinnön toisen piirteen mukaisesti aikaan saadaan menetelmä fotokatalyyttisesti aktiivisen koostumuksen valmistamiseksi. Tässä menetelmässä kantajamateriaalihiukkasten pinnat pinnoitetaan fotokatalyyttisesti aktiivisilla hiukkasilla hydraulisen väliaineen läsnä ollessa, suuria leikkausvoimia tuottavaa sekoi-tusta käyttäen. Koostumus muodostetaan käyttäen suuria leikkausvoimia kuten 5 30 sekoitusta tai jauhatusta muutaman minuutin ajan niin, että mainitun kantaja- ^ materiaalin hiukkaset ja fotokatalyyttisesti aktiiviset hiukkaset ja kuiva hydraulinen 9 väliaine saadaan kuivasekoitetuiksi toisiinsa perinpohjaisesti. Tämä tekee mahdol- liseksi titaanidioksidin tasaisen sekoituksen, fotokatalyyttisesti aktiivisten hiukkasin ten tasaisen jakautumisen kantajamateriaalin päälle ja pysyvän hiukkasmaisen 35 pinnoitteen muodostumisen sen pinnalle. Edullisesti käytetään sekoitusmyllyä, S joka kykenee saamaan aikaan tarvittavan suuren leikkausvoiman. Myllyyn syötet- ^ tävä jauhatus- tai sekoitusenergia on vähintään 10 kWh/tonni, edullisesti 10-50 o kWh/tonni, edullisemmin 15-40 kWh/tonni. Jauhatusenergian tulisi olla riittävän suuri, jotta voidaan taata Ti02-hiukkasten kohtalainen tarttuminen kantajan pinnal-40 le, mutta toisaalta energian huomattavalla käytöllä on epätoivotun suurta vaikutusta hiukkasiin.
9
Titaanidioksidin paino-osuus inertistä kantajamateriaalista on edullisesti 0,1-3 hyvien käsiteltävyysominaisuuksien ja hyvän suorituskyvyn takaamiseksi, edullisemmin 0,5-3, kaikkein edullisimmin 1-2. Koostumuksen sekoitukseen tarvittava aika 5 on tyypillisesti vain muutama minuutti, esimerkiksi alle 10 minuuttia, edullisesti alle 5 minuuttia käytetystä energiasta riippuen.
Esimerkiksi patenttijulkaisussa WO 9801225 on kuvattu laitteisto, joka soveltuu kuivien hiukkasmaisten kiintoaineiden kuivajauhatukseen ja samanaikaiseen se-10 koitukseen. Tässä laitteistokokoonpanossa jauhava vaikutus saadaan aikaan nopeasti pyörivällä sekoittimella tai roottorilla, joka kykenee tuottamaan painevoimia ja leikkausvoimia jauhavien kappaleiden ja materiaalien välillä. Tämä tekniikka soveltuu hyvin äärimmäiseen hienojauhatukseen. Sauvan suuri säteittäisnopeus on noin 80 kierr/min ja jauhatusenergian syöttö myllyyn voi olla alueella 1-100 15 kWh/tonni. Eräässä edullisessa suoritusmuodossa komponentteja käsitellään pys-tymyllyssä, joka on täytetty jauhavalla väliaineella, jota pyörivä roottori pitää liikkeessä. Sopiva suurinopeuksinen sekoittava tai jauhava mylly on esimerkiksi Sve-dala Agitated Mill, SAM (Svedala AB). Myllyn periaate on kuvattu patenttijulkaisussa WO 9801225.
20
Keksinnön muiden piirteiden mukaisesti aikaan saadaan fotokatalyyttisesti aktiivisen koostumuksen käytöt fotokatalyyttisesti aktiivisen laasti- tai betonivalmisteiden ja -rakenteiden valmistuksessa. Keksinnön mukaiseen kuivaan, fotokatalyyttisesti aktiiviseen koostumukseen sekoitetaan tavanomaisia betonin komponentteja, ku-25 ten sementtiä ja hiekkaa muutaman minuutin ajan. Myöhemmin seokseen lisätään vettä ja sekoitusta jatketaan, kunnes valmiste on valmis. Fotokatalyyttisesti aktiivisten hiukkasten homogeeniseen jakautumiseen päästään helposti lyhyessä ajassa, koska fotokatalyyttisesti aktiivinen koostumus sekoittuu vaikeuksitta beto-nin tai laastin ainesosiin kokojen täsmäävyydestä johtuen. Mitä tahansa tavan- 0 30 omaista sekoitustapaa tai sekoituslaitetta voidaan käyttää.
CVJ
CM
9 Keksinnön mukaisen kuivan, fotokatalyyttisesti aktiivisen koostumuksen käyttö 01 tekee mahdolliseksi hyvän sekoittumisen betonin tai laastin ainesosien kanssa ja g esimerkiksi Ti02-hiukkasten homogeenisen jakautumisen valmisteisiin, jolloin tu- 35 loksena on hyvä dispersio. Kun tähän seokseen lisätään vettä, niin Ti02-σ> hiukkasten tarttuvuus inertin kantajamateriaalin pinnalle vähenee, jolloin Ti02- hiukkaset kykenevät siirtymään muodostuvaan betoniseostahnaan ja kulkeutuen maan valolle altistuvalle betonipinnalle. Tämä Ti02-hiukkasten läsnäolo tahnassa tekee mahdolliseksi sen, että Ti02 välttyy toimimasta hydratoitumiskeskuksina ja 40 muuttuu deaktivoituneeksi, kuten asianlaita on tavallisesti silloin, kun käytetään hienoa Ti02-jauhetta tai kun käytetään Ti02-jauheen lietettä vedessä. Näin ollen 10 sitoutumisen ja kovettumisen jälkeen betonin pinnalla on käytettävissä aktiivisempia Ti02-hiukkasia verrattuna hienojen Ti02-hiukkasten sekoittamiseen tavanomaisella tavalla betoniseokseen. Esillä olevaa keksintöä ei rajoiteta tähän teoriaan. Hydratoitumislämmön ero varmistettiin kuitenkin kokeellisesti, kuten alla ole-5 vissa esimerkeissä on esitetty.
Ti02:n tai Ti02-hiukkasten pintapitoisuuksien mittaukset betonin pinnalta sitoutumisen ja kovettumisen jälkeen vahvistivat sen, että fotokatalyyttisesti aktiivisten hiukkasten määrä on suurentunut verrattuna tilanteeseen, jossa Ti02-hiukkasia 10 sekoitetaan tavanomaisella tavalla betonivalmisteen muihin ainesosiin. Tämä sama etu todetaan silloin, kun keksinnön mukaista, fotokatalyyttisesti aktiivista koostumusta käytetään laastivalmisteessa.
Vielä erään muun piirteensä mukaisesti esillä olevassa keksinnössä saadaan ai-15 kaan fotokatalyyttisesti aktiivisen koostumuksen käyttö materiaalin valmistuksessa sen pinnan pitämiseksi puhtaana, kun tämä pinta altistuu valolle, tällä pinnalla olevan, mainitun fotokatalyyttisesti aktiivisen koostumuksen avulla aikaan saadun itsepuhdistumisominaisuuden johdosta.
20 Näin ollen esillä olevassa keksinnössä saadaan lisäksi aikaan laasti- ja betonival-misteet ja -rakenteet kuten esivalettu betoni, käyttäen esillä olevan keksinnön mukaista, fotokatalyyttisesti aktiivista koostumusta lisäaineena mainitun laasti-, betoni- tai esivalettujen betonituotteiden valmistusmenetelmässä. Tätä fotokatalyyttisesti aktiivista koostumusta käytetään edullisesti kuivan jauheen kaltaisena 25 lisäaineena, esiseoksena, betoni- tai laastivalmisteissa tai esivaletussa betonissa.
Keksinnön mukaista, fotokatalyyttisesti aktiivista koostumusta käyttäen valmistettujen betonipintojen fotokatalyyttinen aktiivisuus on enemmän kuin 10 ppm/h, edullisesti enemmän kuin 20 ppm/h, asetonin muodostumisnopeutena ilmaisten.
5 30 ^ Täten valmistettujen betonipintojen fotokatalyyttinen vaikutus typen oksidien vähe- 9 nemiseen osoittaa, että NOx-saasteiden pitoisuus voi vähintään puoliintua, edulli- oi sesti vähentyä jopa 70 %.
CC
35 Seuraavilla esimerkeillä on tarkoitus havainnollistaa, ei kuitenkaan rajoittaa keksinet nön laajuutta, o I'-- o o
(M
11
Esimerkit Esimerkki 1 5 Fotokatalyyttisesti aktiivinen koostumus käytettäväksi lisäaineena betoni- ja laasti-valmisteissa valmistetaan laittamalla SAM-sekoituslaitteeseen (Svedala AB) kuiva-seosta, jonka koostumus on 50 paino-% Ti02-hiukkasia (P300, Kemira Pigments Oy), 25 % rakeistettua masuuniuunin kuonaa (Merit 5000, Merox AB) ja 25 % sementtiä (valkosementti Aalborg White® tai harmaa sementti Cementa Anläggnings 10 Cement). Sekoitinta käytetään 20 kWh/tonni olevalla jauhatusenergialla muutaman minuutin ajan.
Esimerkki 2
Toinen fotokatalyyttisesti aktiivinen koostumus valmistetaan laittamalla SAM-15 sekoituslaitteeseen (Svedala AB) kuivaseosta, jonka koostumus on 25 paino-% Ti02-hiukkasia (P300, Kemira Pigments Oy) ja 75 % rakeistettua masuuniuunin kuonaa (Merit 5000, Merox AB). Sekoitinta käytetään 20 kWh/tonni olevalla jauhatusenergialla muutaman minuutin ajan. Pinnoitetun kuonan ulkonäkö on samankaltainen kuin esimerkin 1 mukaisen koostumuksen tapauksessa, mutta tulokset be-20 tonivalmisteissa eivät ole yhtä hyvät.
Esimerkki 3
Betonivalmisteen valmistamiseksi tavalliseen betonimyllyyn täytetään esimerkissä 25 1 valmistettua, fotokatalyyttisesti aktiivista koostumusta, portlandsementtiä ja ta vanomaisia runkoaineita. Valmisteessa on portlandsementtiä 336 kg/m3 runkoaineita 1817 kg/m3 vettä 173 kg/m3 5 30 tehonotkistinta 4,43 kg/m3 C\J o , huokoisuutta aikaansaavaa ainetta 0,086 kg/m o i
Kuivia ainesosia sekoitetaan yhteen puoli minuuttia, sitten lisätään vettä, joka si-£ sältää huokoisuutta aikaansaavaa ainetta 0,52 olevassa veden ja sementin väli- 35 sessä tilavuussuhteessa. Seosta sekoitetaan puolitoista minuuttia, sitten lisätään S tehonotkistin. Lopullinen sekoitus on noin yksi minuuttia, minkä jälkeen betonival- ^ miste on valmista käytettäväksi.
o o
(M
Vertailuesimerkki 4 40 12
Vertailuvalmisteet valmistetaan niiden vertaamiseksi pinnoitettuihin kantajahiuk-kasiin ja niistä tehtyyn betoniin.
Vertailubetonivalmiste 4A: 5 Kuivaa sementtiä ja runkoaineita sekoitetaan tavanomaisessa sekoittimessa, 1:2 olevassa painosuhteessa, kulloinkin noin puoli minuuttia. Tähän seokseen lisätään noin 40 % veden kokonaismäärästä ja sekoitetaan vielä yhden minuutin ajan. Ti02-”maito” valmistetaan sekoittamalla toisiinsa loput vedestä, tehonotkistin ja Ti02-jauhe erillisessä astiassa. Ti02-”maito” laitetaan sekoittimeen, minkä jälkeen 10 sekoitetaan 2 minuuttia.
Vertailubetonivalmiste 4B:
Kuivaa Ti02-jauhetta sekoitetaan sementin ja runkoaineiden kanssa tavanomaisessa sekoittimessa puoli minuuttia. Sitten lisätään vettä, joka sisältää 0,05 paino-15 % huokoisuutta lisäävää ainetta, 0,6 olevassa veden ja sementin välisessä tila vuussuhteessa. Seosta sekoitetaan puolitoista minuuttia, minkä jälkeen lisätään 1 paino-% notkistinta. Lopullinen sekoitus on noin yksi minuutti, minkä jälkeen betoni on valmista käytettäväksi.
20 Esimerkki 5
Syötetyn sekoitusenergian vaikutusta tutkitaan sekoittamalla esimerkissä 1 valmistettua koostumusta 10 kWh/tonni (näyte 5A), 20 kWh/tonni (näyte 5B), 40 kWh/tonni (näyte 5C) olevalla energialla ja vertailun vuoksi (näyte 5D) tavallisella 25 betonimyllyllä. Tämän jälkeen koostumuksia käytetään betonipintojen valmistamiseksi esimerkin 3 mukaisesti.
Kuvio 2 esittää energiasyötön vaikutusta Ti02:n pintapitoisuuteen, yksikössä %.
C\J
5 30 Esimerkki 6
(M
(M
9 Asetonin muodostumisnopeus mitataan esimerkin 3 mukaisesti valmistettujen be- toninäytteiden tapauksessa samalla tavalla kuin on kuvattu julkaisussa x Fl 20040186.
^ 35 S Nämä näytteet sisältävät 0 % ja 6 % Ti02:ta betonimassasta. Asetonin muodostu- ^ misnopeutta verrattiin asetonin muodostumisnopeuteen Pilkington Active -lasin o tapauksessa yhden tunnin kokeessa. Tuloksista nähdään, että aktiivisuus on huo mattavasti suurempi kuin lasinäytteessä ja että se säilyy pitkähkön ajanjakson ajan 40 suurena, yli 20 ppm/h olevassa arvossa.
13
Asetonin muodostuminen, ppm/h 0 % Ti02, 0. vrk |"Ö^3 6 % Ti02, 0. vrk "23 6 % Ti02, 2. vrk 79 6 % Ti02, 28. vrk ~52 6 % Ti02, 37. vrk “55 6 % Ti02, 62. vrk "39
Pilkington Active -lasi 1,8
Esimerkki 7
Esimerkkien 1 ja 3 mukaisesti valmistettua betoninäytettä, jossa Ti02-pitoisuus oli 5 12 paino-%, tutkittiin typen oksideihin NO/NOx kohdistuvan vaikutuksen selvittä miseksi. Kuviossa 3 esitetyt tulokset osoittavat, että päästään NO-pitoisuuden 50-prosenttiseen pienenemiseen (yksikössä ppm) 300 pW/cm2 olevalla valaistuksella.
10 Esimerkki 8
Betoninäyte A valmistetaan levittämällä esimerkkien 1 ja 3 mukaisesti valmistettua laastia betonipinnalle. Vertailun vuoksi vertailubetoninäyte 8B valmistetaan samankaltaisella tavalla vertailuesimerkin 4, vertailunäyte 4B, mukaisesti käyttäen 15 tavanomaista sekoitusta laastia valmistettaessa.
Ti02:n irtopitoisuus kummassakin näytteessä on 6 paino-%. 8A:n ja 8B:n tapauksessa Ti02:n pintapitoisuuden mittauksesta saadaan 4,6 atomi-% ja 3,7 atomi-%, vastaavasti, SEM-EDS:llä määritettynä.
20 c\j Fotokatalyyttinen vaste yksikössä ppm/h (asetonin muodostumisnopeus) yksikös- o sä atomi-% olevan pintapitoisuuden funktiona mitataan näiden kahden näytteen
Ki tapauksessa (kuvio 4).
o i ^ 25 Esimerkki 9
X
en
CL
Hydratoitumislämpö betonivalmisteessa mitataan käyttäen neljää erilaista valmis-£5 tusmenetelmää. Menetelmässä 9A betoni valmistetaan vertailuesimerkin 4A mu- ^ kaisesti, jossa käytetään Ti02-Iietettä (lopullinen irtopitoisuus 6 paino-%). Menetel- ° 30 mässä 9B Ti02:ta lisätään vertailuesimerkin 4B mukaisena jauheena (6 paino-%).
Menetelmässä 9C Ti02:ta ei lisätä (tavallinen betonin valmistus). Menetelmässä 9D betoni valmistettiin esimerkkien 1 ja 3 mukaisesti (6 paino-% Ti02).
14
Kuviossa 5 esitetyistä tuloksista nähdään selvästi, että Ti02:ta lietteenä lisättäessä titaanidioksidi osallistuu voimakkaasti sementtireaktioihin ja hydratoitumista tapahtuu, jolloin titaanidioksidi toimii hydratoitumiskeskuksena ja immobilisoituu ja inak-tivoituu tällä tavalla massaan, mikä pienentää mahdollisesti käytettävissä olevan 5 Ti02:n pintapitoisuutta. Kun Ti02-pinnoitettu kantaja dispergoituu hyvin tahnaksi kuten tilanne on tapauksessa 9D, niin tahna kykenee kuljettamaan aktiivisia Ti02-muotoja betonin pinnalle ja vain pieni määrä pidättyy massaan keskuksiksi ja inak-tivoituu.
10 Esimerkki 10
Kuviossa 1A SEM-poikkileikkauskuva, joka on mitattu esimerkin 1 mukaisesti valmistetusta näytteestä, esittää Ti02-hiukkasia tarttuneena kantajana toimivien kuo-nahiukkasten pinnalle. Vertailun vuoksi laadittiin kuvio 1B, jonka avulla voidaan 15 ymmärtää paremmin rakenteellinen konfiguraatio, joka saatiin käyttäen suurienergisen kuivasekoituksen vaikutusta fotokatalyyttisesti aktiivisen koostumuksen valmistamiseksi.
Esimerkki 11 20
Sementin mahdollisten ainesosien juoksevuus mitattiin niin, että voitiin tutkia vaikutusta, joka saadaan pinnoittamalla kuona Ti02:lla. Tulokset on esitetty kuviossa 6. 1 Näyte 11 A: Kuiva Ti02-jauhe Näyte 11B: Ti02-jauheen ja kuonan seos ennen sekoittamista suuria leikkaus-voimia käyttäen Näyte 11C: Esimerkin 1 mukaisesti pinnoitettu kuona Näyte 11D: Sementti sellaisenaan 5 30 Näyte 11 E: Kuona sellaisenaan
(M
i
(M
9 Cementa Research Method 94/17 -menetelmän mukaisesti mitatut juoksevuudet osoittivat, että pinnoitettujen kantajahiukkasten tunnuspiirteet ovat yhtä hyvät se-x mentin ominaisuuksiin verrattuna, eikä minkäänlaisia hienosta Ti02-jauheesta joh- 35 tuvia merkkejä tarttumisesta nähdä.
tn σ> co o h-· o o
(M

Claims (16)

1. Fotokatalyyttisesti aktiivinen koostumus, tunnettu siitä, että se on kuiva ja jauhemainen ja sisältää fotokatalyyttisesti aktiivisilla hiukkasilla pinnoitettuja kanta- 5 jamateriaalin hiukkasia, hydraulisen väliaineen läsnä ollessa, ja että mainitun kan-tajamateriaalin hiukkasten pintojen peitto on vähintään 20 %.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen koostumus, jossa mainitut fotokatalyyttisesti aktiiviset hiukkaset ovat kiinnittyneenä mainittujen kantajamateriaalin hiukkasten 10 pinnoille, kun kyseinen koostumus on kuiva.
3. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen koostumus, jossa mainittujen fotokatalyyttisesti aktiivisten hiukkasten ja mainittujen kantajamateriaalin hiukkasten keskimääräisten hiukkaskokojen välinen suhde on 0,05-0,2.
4. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-3 mukainen koostumus, jossa mainitut fotokatalyyttisesti aktiiviset hiukkaset sisältävät titaanidioksidia.
5. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-4 mukainen koostumus, jossa mainitun 20 fotokatalyyttisesti aktiivisen hiukkasen kidekoko ja ominaispinta-ala ovat vastaavasti 5-70 nm ja 15-400 m2/g.
6. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-5 mukainen koostumus, jossa mainitun fotokatalyyttisesti aktiivisen hiukkasen bulkkipitoisuus on 10-75 paino-%. 25
7. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-6 mukainen koostumus, jossa mainitut kantajamateriaalin hiukkaset sisältävät rakeistettua masuuniuunin kuonaa.
8. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-7 mukainen koostumus, jossa mainittu o 30 hydraulinen väliaine on niukka-alkalista portlandsementtiä. CM CM
9. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-8 mukainen koostumus, jossa 80 pai- noprosentilla mainitun koostumuksen hiukkasista on alle 200 pm oleva hiukkasko-x ko. 35
10. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-9 mukainen koostumus, joka mainittu ^ koostumus sisältää lisäksi värjääviä aineita, jauhatuksen apuaineita, notkistimia o ja/tai huokoisuutta lisääviä aineita. CM 1
11. Menetelmä fotokatalyyttisesti aktiivisen koostumuksen valmistamiseksi, tun nettu siitä, että mainittu koostumus sisältää hydraulisen väliaineen läsnä ollessa fotokatalyyttisesti aktiivisilla hiukkasilla pinnoitettuja kantajamateriaalin hiukkasia, jossa menetelmässä mainittuja fotokatalyyttisesti aktiivisia hiukkasia, mainittuja kantajamateriaalin hiukkasia ja mainittua hydraulista väliainetta laitetaan sekoitus-laitteeseen ja sekoituslaitteeseen laitettuja komponentteja sekoitetaan kuivana 5 suurella leikkausnopeudella tai suurta energiamäärää käyttäen, minkä jälkeen tuloksena oleva, fotokatalyyttisesti aktiivinen koostumus otetaan talteen.
12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, jossa sekoituksessa käytetty suuri energiamäärä on vähintään 10 kWh/tonni. 10
13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, jossa sekoituksessa käytetty suuri energiamäärä on 10-50 kWh/tonni.
14. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, jossa sekoituksessa käytetty 15 suuri energiamäärä on 15-40 kWh/tonni.
15. Laastivalmiste, tunnettu siitä, että se sisältää lisäaineena minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-10 mukaista, fotokatalyyttisesti aktiivista koostumusta.
16. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-10 mukaisen koostumuksen käyttö sel laisen materiaalin valmistuksessa, joka aikaansaa puhtaan rakennepinnan perustuen mainitun materiaalin itsepuhdistumisominaisuuteen. C\J δ (M (M O sj- (M X en CL m σ> co o h-· o o (M
FI20070395A 2007-05-21 2007-05-21 Fotokatalyyttisesti aktiivinen koostumus ja menetelmä sen valmistamiseksi FI122639B (fi)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20070395A FI122639B (fi) 2007-05-21 2007-05-21 Fotokatalyyttisesti aktiivinen koostumus ja menetelmä sen valmistamiseksi
PCT/FI2008/050286 WO2008142205A1 (en) 2007-05-21 2008-05-20 A photocatalytically active composition and a method for preparation thereof
US12/599,539 US20100137130A1 (en) 2007-05-21 2008-05-20 Photocatalytically active composition and a method for preparation thereof
EP08761682.7A EP2155625B1 (en) 2007-05-21 2008-05-20 A photocatalytically active composition and a method for preparation thereof
CA2687507A CA2687507C (en) 2007-05-21 2008-05-20 A photocatalytically active composition and a method for preparation thereof

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20070395 2007-05-21
FI20070395A FI122639B (fi) 2007-05-21 2007-05-21 Fotokatalyyttisesti aktiivinen koostumus ja menetelmä sen valmistamiseksi

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20070395A0 FI20070395A0 (fi) 2007-05-21
FI20070395A FI20070395A (fi) 2008-11-22
FI122639B true FI122639B (fi) 2012-04-30

Family

ID=38069436

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20070395A FI122639B (fi) 2007-05-21 2007-05-21 Fotokatalyyttisesti aktiivinen koostumus ja menetelmä sen valmistamiseksi

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20100137130A1 (fi)
EP (1) EP2155625B1 (fi)
CA (1) CA2687507C (fi)
FI (1) FI122639B (fi)
WO (1) WO2008142205A1 (fi)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10033700B2 (en) * 2001-12-12 2018-07-24 Intellectual Ventures I Llc Dynamic evaluation of access rights
CZ2008209A3 (cs) * 2008-04-03 2009-10-14 Rokospol A.S. Náterová a/nebo stavební hmota k úprave predmetu a staveb s fotokatalytickým a samocisticím úcinkem
CZ2008261A3 (cs) * 2008-04-25 2009-11-04 Rokospol A.S. Komponenta náterové a/nebo stavební hmoty aktivní z hlediska katalýzy fotodegradace polutantu v ovzduší a náterová a/nebo stavební hmota na její bázi
CA2749044A1 (en) * 2008-12-16 2010-06-24 Dyrup A/S Self-cleaning coating composition
EP2360129A1 (en) 2010-02-24 2011-08-24 Greenpave B.V. Aggregate material for road construction
EP2597073A1 (de) * 2011-11-22 2013-05-29 Steag Power Minerals GmbH Titandioxid und Flugasche enthaltende Baustoffmischung sowie ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung
US20140183141A1 (en) 2012-12-31 2014-07-03 Ms. Deepika Saraswathy Kurup Photocatalytic Composition for Water Purification
KR102395989B1 (ko) * 2014-09-17 2022-05-10 삼성전자주식회사 복합전극, 이를 포함하는 전기화학전지 및 전극제조방법
US11052385B2 (en) * 2017-12-06 2021-07-06 Sonata Scientific LLC Photocatalytic surface systems

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6653356B2 (en) * 1999-12-13 2003-11-25 Jonathan Sherman Nanoparticulate titanium dioxide coatings, and processes for the production and use thereof
JP2002201059A (ja) * 2000-12-28 2002-07-16 Shinkichi Osanai 光触媒水硬性組成物
EP1415713A4 (en) * 2001-07-10 2006-02-01 Yoshiyuki Nagae COATING, POWDER AND METHOD FOR PRODUCING COATINGS
US6680279B2 (en) * 2002-01-24 2004-01-20 General Motors Corporation Nanostructured catalyst particle/catalyst carrier particle system
FR2845375B1 (fr) * 2002-10-03 2004-11-26 Francais Ciments Melange granulaire photocatalytique pour mortier et beton et son utilisation
US20060116279A1 (en) * 2003-01-09 2006-06-01 Hisao Kogoi Composite particles and method for production thereof and use thereof
ITMI20030291A1 (it) * 2003-02-18 2004-08-19 Italcementi Spa Massello per pavimentazione fotocatalitica a base cementizia
JP2004277235A (ja) * 2003-03-17 2004-10-07 Japan Atom Power Co Ltd:The 酸化チタンでコーティングしたコンクリート粉及びその製造方法、並びにそのコンクリート粉を含むコンクリート構造物
JP2005125132A (ja) * 2003-10-21 2005-05-19 Toshiba Ceramics Co Ltd 光触媒粒子
DE102005052397B4 (de) * 2004-11-04 2009-04-23 MC-BAUCHEMIE MÜLLER GmbH & Co. KG Trockenmörtelmischung, Zuschlagstoff für eine solche Mischung, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung
US20070065640A1 (en) * 2005-09-16 2007-03-22 Isp Investments Inc. Roofing granules of enhanced solar reflectance
US7833935B2 (en) * 2006-11-08 2010-11-16 Rockwood Italia S.P.A. Iron oxide containing precipitated crystalline titanium dioxide and process for the manufacture thereof

Also Published As

Publication number Publication date
CA2687507C (en) 2016-10-04
EP2155625A1 (en) 2010-02-24
FI20070395A (fi) 2008-11-22
EP2155625B1 (en) 2019-05-08
US20100137130A1 (en) 2010-06-03
CA2687507A1 (en) 2008-11-27
FI20070395A0 (fi) 2007-05-21
WO2008142205A1 (en) 2008-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI122639B (fi) Fotokatalyyttisesti aktiivinen koostumus ja menetelmä sen valmistamiseksi
Janczarek et al. Progress of functionalized TiO2-based nanomaterials in the construction industry: A comprehensive review
JP5973569B2 (ja) 担持され且つ分散されているＴｉＯ２粒子を含む添加剤を調製する方法
Guo et al. Self-cleaning ability of titanium dioxide clear paint coated architectural mortar and its potential in field application
AU2008353901B2 (en) Granulate having photocatalytic activity and methods for manufacturing the same
EP2242806B1 (en) Titanium dioxide based photocatalytic composites and derived products on a metakaolin support
Senff et al. Formulation of mortars with nano-SiO2 and nano-TiO2 for degradation of pollutants in buildings
Singh et al. Remediation of noxious pollutants using nano-titania-based photocatalytic construction materials: a review
Janus et al. The mechanical and photocatalytic properties of modified gypsum materials
Zailan et al. Review on characterization and mechanical performance of self-cleaning concrete
CN1923741A (zh) 纳米复合胶凝材料及其制备方法
Tyukavkina et al. Synthetic titanosilicate additives for special cement composites
Saini et al. Formulation and evaluation of surface-fluorinated microsized-TiO2 based self-cleaning cement: Characterization, self-cleaning, depollution and antimicrobial study
Franzoni et al. TiO2 in the building sector
Zailan et al. Photocatalytic Behaviour of TiO2-Geopolymer Paste under Sunlight
JP2000219564A (ja) セメント組成物
Guo et al. Photocatalytic nano-mortars
EP4108644A1 (en) Method of microgranulation of powder particles of mineral fillers for construction use
Saini et al. A Review on Titanium Dioxide Based Photocatalytic Cement: Self-cleaning Cement
Amor et al. Effect of TiO2 and ZnO powder mixtures on mechanical and photocatalytic performance of high performance concrete
Lucas Indoor environment control with functional mortars
CZ19743U1 (cs) Fotokatalyticky aktivní kompozit kaolin/Ti02 jako složka stavebních materiálů
CN103205144A (zh) 一种单组份自清洁无机涂料及其生产方法
CZ22105U1 (cs) Porézní materiál s obsahem fotokatalyzátoru
JP2006082988A (ja) 酸化チタンスラリー及び酸化チタンが添加されているコンクリートの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PC Transfer of assignment of patent

Owner name: KEMIRA PIGMENTS OY

Free format text: KEMIRA PIGMENTS OY

Owner name: CEMENTA AB

Free format text: CEMENTA AB

PC Transfer of assignment of patent

Owner name: CEMENTA AB

FG Patent granted

Ref document number: 122639

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B