IT201800009655A1 - Materiali edilizi ecologici, migliorati, funzionali, fotocatalitici e processi per prepararli - Google Patents

Description

Titolo: “Materiali edilizi ecologici, migliorati, funzionali, fotocatalitici e processi per prepararli”

Descrizione Campo tecnico dell’invenzione La presente invenzione trova applicazione nel campo dell’edilizia.

Stato dell’arte Inedilizia conil termine cemento, o più propriamente cemento idraulico, si intende una varietà di materiali da costruzione, noti come leganti idraulici, che miscelati con acqua sviluppano proprietà adesive ovvero proprietà idrauliche. Il cemento più acqua viene impiegato come legante in miscela con materiali inerti come sabbia, ghiaia o pietrisco per creare materiali da costruzione. Il cemento Portland, che è il legante più utilizzato nelle costruzioni e nei manufatti cementizi, si produce con la polverizzazione del clinker, ottenuto dalla cottura adaltissime temperature di una miscela di minerali contenenti ossido di calcio (CaO), generalmente ricavato da calcare, ossido di silicio (SiO2), ossido di alluminio (Al2O3), ossido di ferro (Fe2O3) e ossido di magnesio (MgO). L'energia teorica necessaria per produrre il clinker è di circa 1.700 Joule per grammo, ma a causa delle dispersioni il valore è molto più alto e può arrivare fino a 3.000 Joule per grammo. Questo comporta una notevole richiesta di energia per la produzione del cemento, e, quindi, il rilascio in atmosfera di importanti quantità di biossido di carbonio (CO2), gas ad effetto serra.

I problemi legati all’utilizzo di questo materiale sono:

- come qui sopra detto, il quantitativo di biossido di carbonio rilasciato in atmosfera, che è mediamente pari a 1,05 kg di CO2 per 1 kg di clinker di cemento Portland prodotto, oltre altri gas tossici come gli ossidi di azoto (NOx) e di ossidi di zolfo (SOx).

- per ogni tonnellata di cemento si generano circa 150 kg di polveri che causano problemi respiratori nella popolazione che abita le vicinanze degli stabilimenti di produzione.

- il trasporto del cemento Portland dallo stabilimento al cantiere, che produce rumore, polvere, traffico e inquinamento.

I problemi sopra esposti sono risolti dalla presente invenzione, che mette a disposizione prodotti sostitutivi del cemento, funzionali ed anche esteticamente pregiati, in grado di attivarsi con una azione fotochimica, nonché i metodi per ottenerli.

Oggetto dell’invenzione

Uno scopo dell’invenzione è quello di realizzare materiali edilizi sostitutivi del cemento.

Uno scopo dell’invenzione è quello di realizzare materiali edilizi solo con materiali inerti e prodotti chimici che, attraverso una reazione esotermica, siano in grado di sviluppare proprietà adesive.

Uno scopo dell’invenzione è quello di realizzare materiali edilizi migliorati nell’aspetto ovvero rivestiti di materiali più pregiati rispetto a quelli sin d’ora utilizzati.

Uno scopo dell’invenzione è quello di realizzare materiali edilizi utilizzando anche materiali di riciclo ovvero materiali di scarto di altre lavorazioni industriali.

Uno scopo dell’invenzione è quello di realizzare materiali edilizi atti a sopportare lavorazioni meccaniche superficiali di abbellimento.

Uno scopo dell’invenzione è quello di realizzare materiali edilizi con proprietà idrofobiche ovvero repellenti all’acqua e/o con prodotti antigelo.

Un altro scopo è quello di realizzare materiali edilizi fotocatalitici.

Un altro scopo è quello di realizzare materiali edilizi fotocatalitici che abbiano proprietà anti—inquinamento.

Un altro scopo è quello di realizzare materiali edilizi fotocatalitici che mantengano le proprie caratteristiche inalterate nel tempo.

Ancora un altro scopo è quello fornire apparati e metodi per produrre semilavorati per realizzare materiali edilizi fotocatalitici migliorati.

Un altro scopo è quello di realizzare materiali edilizi fotocatalitici mediante processi facilmente industrializzabili.

Un altro scopo è quello di realizzare materiali edilizi fotocatalitici per la produzione di masselli autobloccanti, piastrelle, manufatti di copertura, tegole, blocchi sostitutivi del cemento, cunette e canalette per la raccolta dell’acqua e stradali, guardrail, pannelli a T o a L per costruire muri di recinzione, pannelli fonoassorbenti, pannelli di rivestimentoper il rivestimentodi palificate e/o berlinesi per la realizzazione di sottopassi stradali, muri d’ala, gallerie artificiali, paratie, cornicioni di coronamento per impalcate di ponti, il tutto fotocatalitico. Un altro scopo è di realizzare composizioni di soluzioni e sospensioni colloidali a base di biossido di titanio fotocatalitico che possono essere distribuite a temperatura ambiente da 2°Ca80°Cper la preparazionedi materiali edilizi fotocatalitici attivi nello spettro UV in grado di purificare l’ambiente circostante e di decomporre i composti organici a base di carbonio che si depositano sulla superficie.

Breve descrizione delle figure

Le figure da 1 a 4 mostrano quattro forme realizzative nell’ambito della presente invenzione;

la figura 5 mostra un grafico con i risultati dei test sull’attività fotocatalitica; la figura 6 è una rappresentazione dell’apparato strumentale; la figura 7 mostra il grafico dei risultati del test di abbattimento degli ossidi di azoto, i cui dati sono riportati nella tabella della figura 8.

Descrizione dettagliata dell’invenzione Biossido di titanio

Il biossido di titanio è un materiale semiconduttore a struttura cristallina, avente una banda di valenza separata da una banda di conduzione da una determinata differenza di energia.

Come la maggior parte dei materiali, il biossido di titanio quando colpito da una radiazione elettromagnetica assorbe energia dalla radiazione. Quando l’energia assorbita è maggiore della differenza energetica tra la banda di valenza e la banda di conduzione, un elettrone viene promosso dalla banda di valenza alla banda di conduzione, generando un eccesso di carica elettronica (e-) nella banda di conduzione ed una lacuna di elettroni (h<+>) nella banda di valenza. Il biossido di titanio è allo stato solido a temperatura ambiente in forma cristallina come anatasio, rutilo o brookite. L’anatasio è la forma cristallina maggiormente attiva dal punto di vista fotocatalitico e presenta una differenza energetica tra la banda di valenza e la banda di conduzione di 3,2 eV. Ne consegue che, se tale materiale viene irradiato con fotoni aventi un’energia maggiore di 3,2 eV, cioè con una radiazione elettromagnetica di lunghezza d’onda da 380 nma 420 nm, un elettrone viene promosso dalla banda di valenza alla banda di conduzione. Ciòaccade in particolare quando il biossido di titanio è colpito da radiazione ultravioletta (UV), ad esempio emessa da una lampada a raggi ultravioletti, oppure da radiazione solare. Le lacune elettroniche possono ossidare la maggior parte dei composti organici. Tali lacune elettroniche possono, per esempio, reagire con una molecola di acqua (H2O) generando un radicale ossidrile (•OH) che è altamente reattivo. Gli elettroni in eccesso hanno un potere riducente molto elevato e possono reagire con la molecola dell’ossigeno per formare l’anione superossido (O2<•->).

La reazione di ossidazione della molecola d’acqua è mostrata nello schema (Ī) e la reazione di riduzione dell’ossigeno è mostrata nello schema (ĪĪ):

Il radicale ossidrile (•OH) è particolarmente attivo sia per l’ossidazione di sostanze organiche ad esempio presenti nell’aria, sia per l’inattivazione di microrganismi, che ad esempio possono essere nocivi per l’uomo.

In particolare, i composti organici vengono ossidati ad anidride carbonica (CO2) ed acqua (H2O), i composti dell’azoto vengono ossidati a ioni nitrato (NO3-), i composti di zolfo a ioni solfato (SO4<2->). Il biossido di titanio è inoltre in grado di decomporre molti gas o sostanze nocive, come tioli o mercaptani, aldeide formica, ammoniaca, aventi un odore sgradevole. La decomposizione di tali gas o sostanze elimina i cattivi odori ad essi associati.

Il diverso comportamento del biossido di titanio rutilo rispetto al biossido di titanio anatasio è dovuto:

- alla differente quantità di energia necessaria per l’eccitazione di un elettrone dalla banda di valenza alla banda di conduzione di queste due forme: 388 nmper l’anatasio e 413 nmper il rutilo, e

- dal diverso potere riducente/ossidante, rispettivamente dell’elettrone eccitato e della lacuna elettronica generata, che è elevato per l’anatasio e basso per il rutilo.

Le zeoliti

Le zeoliti sono alluminosilicati cristallini con struttura tridimensionale che formano pori uniformi di dimensione molecolare. Le zeoliti assorbono molecole che si inseriscono all'internodei microfori edescludonomolecole troppo grandi, cioè agiscono come setacci su una scala molecolare. Grazie alle loro caratteristiche uniche, includono proprietà di scambio ionico e di adsorbimento. Lo scambio ionico è un processo chimico-fisico consistente nello scambio del catione contenuto all'interno della struttura cristallina con ioni presenti in soluzione che possiedono dimensioni e proprietà elettrostatiche compatibili con la struttura entro la quale vanno ad inserirsi. Zeoliti naturali contenenti cationi Na+ o K+ sono in grado di scambiare rispettivamente specie ioniche quali Ca<2+ >e Mg<2+>. Hanno una struttura alveolare, quindi per adsorbimento possono intrappolare acqua, anidride carbonica, gas, metalli pesanti, radioattivi, tossine ed altro. Le zeoliti sono in grado altres� di equilibrare il pH di una soluzione.

I geopolimeri

Per poter meglio comprendere e realizzare il primo aspetto dell’invenzione dobbiamo introdurre i geopolimeri. I geopolimeri sono stati ampiamente studiati in relazione alla loro notevole versatilità in differenti campi applicativi, legata alla non infiammabilità degli inerti presenti ed alle notevoli proprietà meccaniche a volte superiori a quelle dei cementi tradizionali. Nel 1973 J. Davidovits ha dato la prima definizione di geopolimeri definendogli stessi come“Polimeri inorganici formati da alluminosilicati naturali”, e videro la loro prima applicazione come prodotti per l’edilizia resistenti al fuoco. Davidovits utilizzò varie fonti di materiali silicei contenenti alluminosilicati che vennero aggiunte a soluzioni alcaline concentrate per la dissoluzione e la successiva polimerizzazione. Molti processi per la realizzazione di un geopolimero si basano quindi dall’unione di alluminosilicati e soluzioni alcaline ovvero di miscele di idrossido di sodio (NaOH) e/o idrossido di potassio (KOH) e silicato di sodio (Na2SiO3) e/o silicato di potassio (K2SiO3). I geopolimeri hanno una grande resistenza alla compressione ed all’abrasione, è possibile programmare l’indurimento per l’adattamento alle produzioni industriali, hanno una resistenza alla fiamma di oltre 900°C, e non producono gas tossici. Risultano inoltre resistenti agli acidi e basici, hanno unminimo ritiro dimensionale rispetto al cemento ed una bassa conducibilità termica. Ulteriori pregi sono: l’adesione ai vari tipi di cemento, anche vetro, materiali riciclati, ceramica, oltre la possibilità di contenere acciaio, metalli, pietre, polveri di scarto o pregiate o altri materiali edili. Infine, ma non per concludere, i geopolimeri si sono dimostrati di facile stampaggio nel processo industriale. Tutte queste caratteristiche possono essere concentrate in un solo manufatto, ma ogni semilavorato descritto nella presente invenzione ne evidenzia diverse.

Secondo la presente invenzione è descritto un processo per la preparazione di un manufatto edile che comprende le fasi di: I) miscelare sabbia, idrossidodi sodioedeventualmente degli additivi,

II) aggiungere caolino calcinato alla miscela ottenuta dalla fase I),

III) aggiungere sodio silicato e/o una miscela di sodio silicato e potassioidrossidoalla miscela ottenuta dalla fase II) ottenendo detto manufatto o un semilavorato di detto manufatto,

in cui viene aggiunto biossido di titanio, ed eventualmente degli additivi.

In un aspetto della presente invenzione, nella fase I) può essere aggiunto brecciolino.

Preferibilmente, il brecciolino ha un calibro di circa 0,1-12 mme più preferibilmente di 6-8 mm.

Per gli scopi della presente invenzione, il biossido di titanio è biossido di titanio fotocatalitico.

In un aspetto particolare del processo, nella fase I) viene aggiunta zeolite come additivo.

In accordo con una forma realizzativa alternativa, nella fase I) la sabbia è sostituita con un materiale in polvere scelto nel gruppo che comprende: polveri di marmo, di quarzo, di granito, di porfido, di travertino, di basalto, di pietre miste, di graniglie, di vetro, di ceramica, di cotto, di terracotta, polveri di metalli.

In un aspetto preferito, detto materiale in polvere ha una granulometria compresa fra circa 0,01 e 6 mme preferibilmente fra circa 0,1 e 3 mm.

Secondo un aspetto dell’invenzione, il biossido di titanio fotocatalitico è aggiunto nella fase I).

In particolare, il biossido di titanio fotocatalitico è aggiunto mediante applicazione al manufatto o al semilavorato del manufatto ottenuto.

Preferibilmente, l’applicazione al manufatto è effettuata mediante spray coating.

Per gli scopi della presente invenzione, il biossido di titanio fotocatalitico è aggiunto nella forma di soluzione colloidale amorfa.

Secondo un aspetto della presente invenzione, la soluzione, la soluzione colloidale amorfa può comprendere uno o più dei composti scelti fra: idrossiapatite, silicecolloidale amorfa, polietere modificato, surfattanti.

Il manufatto edile ottenuto secondo il processo descritto nella presente domanda di brevetto rappresenta un ulteriore oggetto dell’invenzione.

In accordo con una forma realizzativa, è descritto il processo per preparare un manufatto edile composito, che comprende le fasi di:

- preparare un primo semilavorato in accordo con la presente invenzione,

- predisporre tale semilavorato in uno stampo prima che si asciughi,

- vibro-comprimere tale primo semilavorato per un tempo sufficiente,

- preparare unsecondo semilavorato inaccordo conla presente invenzione,

- sovrapporre al primo semilavorato tale secondo prima che si asciughi e

- vibro-comprimere il primo e il secondo semilavorato, ottenendo così un manufatto edile composito.

Secondo un aspetto preferito, tale processo può comprendere la fase ulteriore:

IV) di applicare sopra al manufatto edile composito un primo mezzo a strato.

In una forma realizzativa dell’invenzione, tale primo mezzo a strato è rappresentato da una preparazione avente una proprietà idrofobica o antigelo o catarifrangente/luminescente.

In una forma realizzativa alternativa, tale primo mezzo a strato è rappresentato, invece, da una preparazione comprendente biossido di titanio, sul quale è successivamente applicato un secondo mezzo a strato rappresentato da una preparazione avente una proprietà idrofobica o antigelo o catarifrangente/luminescente.

Secondo un aspetto preferito dell’invenzione, quando il biossido di titanio è incluso nella miscela che forma uno dei semilavorati non è anche incluso in un mezzo a strato.

In un aspetto ulteriore dell’invenzione, detto primo e/o detto secondo mezzo a strato possono comprendere ulteriormente altri materiali in polvere, liquidi, sotto forma di microsfere, graniglia di vetro, in forma laminare o in qualsiasi altra forma atta a miscelarsi.

Preferibilmente, il primo e/o il secondo mezzo a strato sono applicati mediante spray coating o per miscelazione.

Anche il manufatto composito così ottenuto rappresenta un oggetto della presente invenzione.

Secondo un aspetto preferito dell’invenzione, il manufatto ottenuto secondo i processi sopra descritti, può essere sottoposto ad ulteriori trattamenti.

In particolare, tali trattamenti possono essere scelti nel gruppo che comprende: la levigatura, la bocciardatura, la spazzolatura, la sabbiatura, la burattatura o altri trattamenti in grado di conferire un maggior valore aggiunto al manufatto finito.

Per gli scopi della presente invenzione, il manufatto edile o il manufatto edile composito sopra descritti sono rappresentati da una mattonella, da una piastrella, da una mattonella autobloccante.

Per poter realizzare il nostro primo semilavorato il primo ingrediente utilizzato nelle produzioni di masselli autobloccanti è la sabbia. Sabbie silicatiche selezionate e prive di argilla, sono usate in questa prima fase. Questo inerte nei diversi periodi dell’anno ha un contenuto di umidità variabile, non costante, dipendente dalle varie granulometrie dell’inerte e dallo stato di conservazione. Utilizzando una termobilancia abbiamo analizzato la percentuale di umidità in essa contenuta. È importante focalizzare l’attenzione sull’umidità in considerazione del fatto che per eliminare la stessa abbiamo necessità di sviluppare energia, attraverso una reazione esotermica utilizzando allo scopo idrossido di sodio (NaOH) e/o zeolite attivata (Na2Al2Si3O10•2H2O).

È stato quindi aggiunto brecciolino avente calibro da 0,1 a 12 mm, preferibilmente da 6 a 8 mm nell’impasto appena preparato composto da sabbia silicatica, zeolite e/o idrossido di sodio. Detti brecciolini rappresentano preferibilmente il 30%del peso dell’impasto con una tolleranza del ±10%.

In un primo esperimento comparativo, abbiamo aggiunto a 30,0 g di H2O demineralizzata 5,0g di NaOH. La temperatura iniziale dell’acqua, misurata con un termometro digitale con sonda in titanio, risulta essere 25,1°C.

Nel primo esperimento risulta una reazione esotermica che eleva la temperatura dell’H2O da 25,1°C a 57,6°C con una produzione di energia di 32,5 cal che corrispondono a 135,98 J.

La nostra prima pre-reazione esotermica per ottenere il geopolimero dell’invenzione comprende elevare la temperatura della sabbia silicatica fornendo da un minimo di 4 J ad un massimo di 12 J di energia per ogni grammo di H2O presente nelle sabbie silicatiche stesse. L’energia necessaria varia in virtù delle granulometrie e del grado di umidità. Per ottenere quindi questo primo risultato si aggiungerà alla sabbia silicatica che rappresenta in questa formula il 56,45% con una tolleranza del ±10%, una quantità minima che varia dall’1,0% ad una quantità massima del 8,0% in peso di idrossido di sodio (NaOH) preferibilmente il 2-3%.

In un secondo esperimento condotto, abbiamo aggiunto a 30,0 g di H2O demineralizzata, 5,0 g di zeolite attivata (Na2Al2Si3O10•2H2O).

La temperatura iniziale dell’acqua, misurata conuntermometro digitale con sonda in titanio, è di 25,2°C Nel secondo esperimento risulta una reazione esotermica che eleva la temperatura dell’H2Oda 25,2°C a 35,9°C con una produzione di energia di 10,7 cal che corrispondono a 44,80 J. Il ∆% di differenza delle due reazioni esotermiche misurata nel primo e secondo esperimento risulta pari al 67,05%. La quantità di zeolite da aggiungere alla fase uno varia da un minimo del 1,0% ad un massimo del 8,0% preferibilmente il 2,92%.

A questo punto i tre elementi sabbia silicatica, zeolite e/o idrossido di sodio iniziano una prima reazione di geopolimerizzazione. Si forma una resina poliminerale semicristallina, che funge da collante per le materie prime a base alluminosilicati che non hanno reagito o per le eventuali cariche che rendono funzionale il materiale, o per le ulteriori materie prime che verranno aggiunte successivamente, si legano al brecciolino, ottimizzando specifiche proprietà fisiche o meccaniche infunzione delle applicazioni alle quali questo primo semilavorato è destinato.

In una seconda fase per la realizzazione del primo semilavorato si aggiunge caolino calcinato.

Questo ha preferibilmente la seguente composizione:

Silice (SiO2) al 42,60%; Ossido di Alluminio (AL2O3) al 28,20%; Ossido di calcio (CaO) al 21,20%; Ossido di magnesio (MgO) al 1,94%; Biossido di titanio (TiO2) al 1,48%; Ossido Ferrico (Fe2O3) al 1,42%; Triossido di zolfo (SO3) al 1,01%; Ossido di potassio (K2O) al 0,52%; Ossido ipomanganoso (MnO) al 0,42%; Cloro (Cl) al 0,21%; altri non identificati 1%. La quantità di caolino calcinato da aggiungere alla fase uno varia da un minimo del 2,0% ad un massimo del 16,0% preferibilmente il 7,31%.

Nella terza fase per la realizzazione del primo semilavorato e allo scopo di attivare la seconda reazione geopolimerica, si aggiunge sodio silicato (Na2SiO3) e/o una formula composta da sodio silicato (Na2SiO3) più potassio idrossido (KOH).

La composizione chimica del sodio silicato (Na2SiO3) dove il sodio rappresenta da un minimo del 25%ad un massimo del 45% preferibilmente il 36%e dove il silicato rappresenta da un minimo del 15% ad un massimo del 35% preferibilmente il 24%. La composizione chimica del sodio silicato più potassio (KNa2SiO4) in aggiunta a quanto detto per il sodio silicato (Na2SiO3), il potassio idrossido rappresenta da un minimo del 1% ad un massimo del 10% preferibilmente il 5%. Fornire silicati extra solubili che agiscono come legante o plastificante, determinano così strutture più dense, migliorano lo sviluppo di legami Si-O-Al oltre alla lavorabilità della miscela.

L’impasto chimico-poliminerale formatasi dalla geopolimerizzazione sin qui esposto crea il primo semilavorato.

Per poter realizzare il secondo semilavorato si utilizzano materiali inerti di diverse granulometrie. È noto che i masselli autobloccanti costruiti oggi abbiano la parte superficiale costruita in modo diverso rispetto la parte sottostante che andrà consolidata al terreno. Per ottenere questo secondo semilavorato si aggiunge, a tutti gli ingredienti elencati e secondo lo schema esposto qui sopra in relazione alla preparazione del “Primo semilavorato”, sabbia silicatica fino al 87% circa, con una tolleranza del ±10%.

Secondo un aspetto della presente invenzione che contribuisce alla realizzazione del secondo semilavorato è che la sabbia silicatica può essere sostituita, fermo restando le quantità utilizzate, con materiali più pregiati, che conferiscano aspetti diversi e per ottenere materiali edilizi ovvero in questo caso un massello autobloccante più pregiato. La sabbia silicatica quindi può essere sostituita da polveri di marmo, di quarzo, di granito, di porfido, di travertino, di basalto, di pietre, di graniglie, di vetro, di ceramica, di cotto, di terracotta, ovvero con polveri di metalli, avente calibro da 0,01 a 6,0 mm, preferibilmente da 0,1 a 3 mm. Utilizzando quindi detti impasti chimici-poliminerali otteniamo il nostro secondo semilavorato.

“Mezzi a strato” e “Ulteriori mezzi a strato”

Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione, è possibile aggiungere“mezzi a strato”.

Secondo una forma realizzativa dell’invenzione, detti mezzi a strato e/o detti ulteriori mezzi a strato sono mezzi a strato fotocatalitici.

Più in particolare, detti mezzi a strato fotocatalitici comprendono biossido di titanio in polvere, preferibilmente in forma di anatasio e/o in forma di rutilo, biossido di titanio colloidale amorfo in soluzione acquosa, biossido di titanio colloidale amorfo in soluzione alcolica.

In una forma realizzativa, detti mezzi a strato, e/o detti ulteriori mezzi a strato, possono comprendere altri materiali in polvere, liquidi, sotto forma di microsfere, graniglia di vetro, in forma laminare, o in qualsiasi altra forma atta a miscelarsi con i composti a base di biossido di titanio.

Secondo un aspetto della presente invenzione, possono essere aggiunti additivi alle soluzioni di biossido di titanio e/o comprendere idrossiapatite [Ca5(PO4)3(OH)].

Se presenti avranno una concentrazione compresa tra circa lo 0,1% e circa il 5,0% in peso complessivo della miscela preparata, preferibilmente l’1,0% della miscela preparata in peso.

In una altra forma realizzativa, gli additivi possono comprendere, inoltre, Smectite e/o un suo derivato e/o composti a base di Smectite; se presenti, hanno una concentrazione compresa tra circa lo 0,1% e circa il 5,0% in peso complessivo della miscela preparata, preferibilmente l’1,0% della miscela preparata in peso.

In un’ulteriore forma realizzativa le miscele possono comprendere, inoltre, silice (SiO2), preferibilmente in forma colloidale; se presente, questa è in concentrazione compresa tra circa 0,5%e circa 5,0%in peso complessivo della miscela preparata, preferibilmente l’1,0% della miscela preparata in peso.

Secondo una ancora ulteriore forma realizzativa, le miscele di additivi possono comprendere, inoltre, una o più sostanze ad azione surfattante, preferibilmente in una concentrazione ponderale compresa tra circa 0,001% e circa 1,0% in peso complessivo della miscela preparata, preferibilmente lo 0,01% della miscela preparata in peso.

In un’altra forma realizzativa, il biossido di titanio per realizzare i mezzi a strato, e/o gli ulteriori mezzi a strato, è solitamente in forma di una soluzione colloidale acquosa, eventualmente allo stato amorfo, contenente titanio in forma di anatasio, e/o titanio in forma di rutilo e/o di brookite.

Per la preparazione dei mezzi a strato e degli ulteriori mezzi a strato possono essere utilizzate miscele aventi un titolo in titanio nelle varie forme compreso tra circa 0,5% e circa 20%in peso. Il titanio presente nelle miscele utilizzate per ottenere i mezzi a strato, e/o gli ulteriori mezzi a strato, puòessere tutto in forma di Anatasio al 100%, oppure possono essere preparate miscele contenti titanioinforma di anatasio in una percentuale compresa tra circa il 70% e circa il 90% e titanio sotto forma di rutilo e/o brookite in una percentuale compresa tra circa il 10% e circa il 30%. Il biossido di titanio si può utilizzare in polvere e/o in soluzione colloidale, anche amorfa e può contenere additivi.

Secondo un aspetto dell’invenzione il biossido di titanio fotocatalitico è compreso nel secondo semilavorato, preferibilmente in concentrazione compresa tra circa 1,0% e circa il 15,0% in peso complessivo della miscela preparata, preferibilmente il 7,0%.

Per realizzare una seconda sospensione colloidale amorfa di biossido di titanio fotocatalitico come ingrediente di un semilavorato e/o come mezzo a strato, abbiamo messo in un becher, utilizzando un agitatore magnetico, 30 ml di acido acetico glaciale =>99%,9 (CH3CO2H) della Merck, ed aggiunto acqua distillate e demineralizzata fino a portare la soluzione a 500 ml Ad una velocità di 2.000 RPM abbiamo iniziato ad aggiungere pian piano 200 g di Aeroxide<® >P25. Per impastare la soluzione è stata utilizzata una impastatrice dinamica della Brabender®. fino ad ottenere una soluzione pastosa senza grumi. Conl’aggiunta di ulteriori additivi la miscela è stata ulteriormente impastata. Al fine di rendere idrofilico il substrato su cui la formula verrà applicata, abbiamo ulteriormente aggiunto all’impasto, 50 g di silice colloidale pirogenea dell’Evonik, serie Aerosil<® >(hydrophilic fumed silica), avente un BET (area superficiale specifica misurata in m<2>/g) da 90 a 300. Abbiamo ulteriormente aggiunto all’impasto 50 g di idrossiapatite della

garantirà una funzione particolare al substrato, quella di assorbire durante le ore notturne una determinata quantità di inquinanti, gas, odori, che il biossido di titanio in caso di non presenza di una radiazione luminosa non può praticare. L’abbinamento dei due prodotti crea una funzione ‘Night and Day’. Quando il biossido di titanio è irradiato da una sorgente luminosa decompone i composti organici che si depositano sulla superficie, anche quelli catturati dall’idrossiapatite. Durante la fase notturna l’idrossiapatite li assorbe e li intrappola, poi, il ciclo si ripete. È possibile inoltre sostituire l’Aeroxide<® >P25 con l’Aeroxide<® >P90 sempre della società e/o con il KronoClean 7000 e il KronoClean 7050 della società

Detta formula contenente biossido di titanio può essere presente in una concentrazione compresa tra circa 5% in peso e circa 20% in peso, preferibilmente il 10% in peso e costituisce un ingrediente del semilavorato. Può essere presente in concentrazione compresa tra circa 10 g/m<2 >e circa 100 g/m<2 >preferibilmente il 50 g/m<2 >e costituisce un mezzo a strato. Le sospensioni colloidali anche amorfe di biossido di titanio fotocatalitico fin qui elencate anche contenente additivi, ovvero gli ulteriori mezzi a strato, possono essere utilizzate in associazione o separatamente.

In una forma realizzativa alternativa della presente invenzione, il biossido di titanio fotocatalitico è in forma liquida e può applicato per spray coating solo sul secondo semilavorato come mezzo a strato; a tale scopo, può essere presente in concentrazione compresa tra circa 10 g/m<2 >e circa 120 g/m<2 >preferibilmente il 60 g/m<2>.

Per realizzare una sospensione colloidale amorfa di biossido di titanio fotocatalitico da poter applicare mediante spray coating alla nostra invenzione come unmezzoa strato, abbiamo messo in un becher di borosilicato 500,0 g di acqua demineralizzata. Utilizzando un agitatore magnetico con piastra riscaldante abbiamo regolato la temperatura a 100°C. Una ancoretta magnetica è stata inserita nel becher per agitare la soluzione. Quando l’H2O arriva a 45°C, vengono aggiunti 10 g di smectite e fatta agitare per 5minuti. Vengono aggiunti 10 g di titanio fotocatalitico Kronos, denominato KronoClean7000, e fatti agitare per ulteriori 5 minuti. Viene aggiunto, di una soluzione precedentemente preparata 1/10 in H2O, 0,5 g di polietere modificato KF della società Shin-Etsu Chemical CO., Ltd. (JP), e fattoagitare per ulteriori 5minuti. È possibile aggiungere, se richiesto, al fine di rendere idrofilico il substrato su cui la formula verrà applicata, silice colloidale pirogenea dell’Evonik, serie Aerosil<® >(hydrophilic fumed silica), nelle quantità già elencate, avente un BET (area superficiale specifica misurata in m<2>/g) da 90 a 300. A questo punto la soluzione viene fatta passare, con l’aiuto di una pompa peristaltica, dal becher al sonicatore. Il sonicatore Misonix 3000 utilizzato, è in grado di erogare 600Walla sonda ed in grado di rendere omogenee le particelle attraverso gli ultrasuoni. Il sonicatore è dotato di Flocells™, in grado di processare in continuo fino a 20 l/min di soluzione da sonicare. La sonicazione fa esplodere la smectite, creando una soluzione gelatinosa semi liquida, ideale per le applicazioni spray. La soluzione viene ulteriormente omogeneizzata/emulsionata utilizzando un T 65 digital ULTRA-TURRAX® per conferire al prodotto una durata maggiore nel tempo. È possibile sostituire il biossido di titanio KronoClean 7000, con il KronoClean 7050 qualora si voglia incrementare lo spettro della reazione fotochimica da 380 a 480 nm. È noto che il biossido di titanio è attivo in uno spettro luminoso che va da 380 a 420 nm, sostanze azotate e/o azoto (N), possono elevare lo spettro da 380 a 480 nm ovvero al limite dello spettro del visibile. È possibile inoltre sostituire il KronoClean 7000 e il KronoClean7050 con l’Aeroxide<® >P25 e/o l’Aeroxide<® >P90 della società Evonik.

Secondo un’ulteriore forma realizzativa della presente invenzione, è prevista l’aggiunta di materiali e/o prodotti chimici da utilizzare come ulteriori mezzi a strato e/o come ingredienti di semilavorati.

In una forma realizzativa preferita dell’invenzione, quando il biossido di titanio è presente come componente del semilavorato, cioè di un primo o di un secondo semilavorato, nono sono presenti mezzi a strato comprendenti biossido di titanio.

Atale scopo, ulteriori mezzi a strato possono comprendere dei primer ad alto livello di compattazione ovvero in forma liquida che incrementano l’azione idrofobizzante e la resistenza e/o la completa idrorepellenza all’acqua, che permettono quindi maggior adesione tra il semilavorato ed i mezzi a strato fotocatalitici. Il primer idrofobizzante applicato sulla superficie del massello autobloccante, può essere presente in concentrazione compresa tra circa 5 g/m<2 >e circa 100 g/m<2>, preferibilmente 50 g/m<2 >e costituisce un mezzo a strato.

Secondo un’ulteriore forma realizzativa, possono essere previsti ulteriori mezzi a strato applicati ai semilavorati per ottenere ad esempio un effetto antigelo e/o deghiacciante. L’antigelo applicato sulla superficie del massello autobloccante, puòessere presente in concentrazione compresa tra circa 20 g/m<2 >e circa 200 g/m<2>, preferibilmente 120 g/m<2 >e costituisce un mezzo a strato.

Ulteriori mezzi a strato o ingredienti di semilavorati, possono essere applicati ai semilavorati per ottenere ad esempio un effetto catarifrangente e/o luminescente, utile nelle pavimentazioni stradali durante le ore notturne. Detti mezzi a strati applicati sulla superficie del massello autobloccante, sotto forma di vernici per esempio, possono essere presenti in una concentrazione compresa tra circa 10 g/m<2 >e circa 100 g/m<2 >cadauno, preferibilmente 50 g/m<2 >e costituiscono mezzi a strati. Detti materiali fotoluminescenti possono essere in polvere sotto forma di pigmenti, in graniglia di vetro, in forma di sassolini e possono essere applicati ai semilavorati come ingredienti. All’uopo si è utilizzato graniglia di vetro fotoluminescente, presente in una concentrazione compresa tra circa l’80% e il 100% del peso del semilavorato, preferibilmente il 100,0%.

In un ulteriore aspetto dell’invenzione detti semilavorati e/o manufatti e/o mezzi a strato possono subire successivamente la realizzazione ed al termine dell’asciugatura, delle modifiche meccaniche quali: La levigatura, la bocciardatura, la spazzolatura, la sabbiatura, la burattatura ed altre in grado di conferire un maggior valore aggiunto al prodotto finito.

La presente invenzione è meglio illustrata nei seguenti esempi.

ESEMPIO1 (Fig.1)

Utilizzando un omogeneizzatore/emulsionatore in un becher abbiamo aggiunto 490 g di acqua demineralizzata e deionizzata e abbiamo aggiunto pian piano 10 g di biossido di titanio fotocatalitico ed emulsionato la soluzione. Abbiamo realizzato un ingrediente del primo semilavorato.

In una impastatrice abbiamo aggiunto a 787 g di porfido avente granulometria da 0 a 2,0 mm 79 g di soluzione di biossido di titanio preparato in precedenza e miscelato il composto. Abbiamo successivamente aggiunto 29 g di idrossido di sodio al precedente impasto e miscelato il composto. Abbiamo aggiunto 73 g di caolino calcinato al precedente impasto e miscelatoil composto. Abbiamo aggiunto 32 g di sodio silicato contenente potassio idrossido al precedente impasto e miscelato il composto. Abbiamo ottenuto il nostro semilavorato (4). Il semilavorato viene stoccato in un particolare serbatoio per un massimo di 50 minuti. Viene successivamente scaricato in uno stampo di acciaio e viene vibro-compresso su supporti appositamente realizzati e pressato per 20 secondi da una pressa industriale che applica diverse tonnellate di pressione. Può essere creata una piastrella, ad esempio avente dimensioni 300 per 300 mm alta 40 mm.

ESEMPIO 2 (Fig.2)

Utilizzando un agitatore magnetico in un becher abbiamo aggiunto 470 g di acqua demineralizzata e deionizzata e 30 g di acido acetico glaciale e lasciato agitare per alcuni minuti. Abbiamo aggiunto 200 g di biossido di titanio fotocatalitico, 50 g di silice colloidale idrofilica e 50 g di idrossiapatite ed impastata la soluzione fino ad eliminare i grumi. Abbiamo realizzato una componente.

In una impastatrice abbiamo aggiunto a 564 g di sabbia silicatica avente granulometria da 0 a 2 mm a 305 g di brecciolino avente granulometria da 6 a 8 mme miscelato il composto. Abbiamo aggiunto 29 g di idrossido di sodio al precedente impasto e miscelato il composto. Abbiamo aggiunto 73 g di caolino calcinato al precedente impasto e miscelato il composto. Abbiamo aggiunto 29 g di sodio silicato contenente potassio idrossido al precedente impasto e miscelato il composto. Abbiamo ottenuto il nostro primo semilavorato (3).

Contemporaneamente in una altra impastatrice abbiamo aggiunto a 859 g di sabbia silicatica avente granulometria da 0 a 2 mm a 10 g del biossido di titanio fotocatalitico precedentemente preparato, 29 g di idrossido di sodio e contemporaneamente miscelato il composto. Abbiamo aggiunto 73 g di caolino calcinato al precedente impasto e miscelato il composto. Abbiamo aggiunto 29 g di sodio silicato al precedente impasto e miscelato il composto. Abbiamo ottenuto il nostro secondo semilavorato (202).

I due semilavorati vengono stoccati in particolari serbatoi per un massimo di 50 minuti. Detti semilavorati vengono scaricati in uno stampo di acciaio secondo la sequenza: 1° semilavorato, 2° semilavorato. Quindi, scaricato il primo semilavorato viene vibro-compresso su supporti appositamente realizzati e pressato per 10 secondi da una pressa industriale che applica diverse tonnellate di pressione. Subito dopo, il secondo semilavorato viene scaricato nello stesso stampo di acciaio e viene vibro-compresso per ulteriori 15 secondi sempre utilizzando la stessa pressa industriale. Il primo semilavorato ha un rapporto in peso del 92% circa rispetto al secondo semilavorato che rappresenta un rapporto in peso del 8-9% circa nella realizzazione di un massello autobloccante, che, ad esempio, può essere alto 60 mm, di cui 55 mmsono rappresentati dal primo semilavorato e 5 mm dal secondo semilavorato.

ESEMPIO3 (Fig.3)

Utilizzando un agitatore magnetico in un becher abbiamo aggiunto 350 g di etanolo puro al 99,9% a 200 g di una soluzione colloidale amorfa a base di biossido di titanio dopato con azoto prodotto da sintesi dal tetracloruro di titanio (TiCL4) in alcool isopropilico e concentrato al 10,0%.

A 100 g di biossido di titanio abbiamo aggiunto 400 g di H2O ed emulsionato il composto per un tempo totale di 60 minuti. Al termine abbiamo aggiunto una soluzione surfattante a base di polietere modificato nella quantità di 0,01 g ed agitato ancora per 10 minuti. Questo particolare tipo di titanio fotocatalitico è ideale per superfici vitree ed attivo nello spettro fino a 480 nm.

In una impastatrice abbiamo aggiunto a 534 g di sabbia silicatica avente granulometria da 0 a 2 mm a 305 g di brecciolino avente granulometria da 6 a 8 mme miscelato il composto. Abbiamo aggiunto 30 g di zeolite e miscelato il composto. Abbiamo aggiunto 29 g di idrossido di sodio al precedente impasto e miscelato il composto. Abbiamo aggiunto 73 g di caolino calcinato al precedente impasto e miscelato il composto. Abbiamo aggiunto 29 g di sodio silicato contenente potassio idrossido al precedente impasto e miscelato il composto.

Abbiamo ottenuto un primo semilavorato (5).

Contemporaneamente in un’altra impastatrice abbiamo aggiunto a 840 g di graniglia di vetro fotoluminescente avente granulometria da 0 a 3,0 mma 94 g di caolino calcinato al precedente impasto e miscelato il composto. Abbiamo aggiunto 37 g di sodio silicato contenente potassio idrossido al precedente impasto e miscelato il composto.

Abbiamo ottenuto un secondo semilavorato (203).

I due semilavorati vengono stoccati in particolari serbatoi per un massimo di 50 minuti. Detti semilavorati vengono scaricati in uno stampo di acciaio secondo la sequenza: 1° semilavorato, 2° semilavorato. Quindi, scaricato il primo semilavorato viene vibro-compresso su supporti appositamente realizzati e pressato per 10 secondi da una pressa industriale che applica diverse tonnellate di pressione. Subito dopo, il secondo semilavorato viene scaricato nello stesso stampo di acciaio e viene vibro-compresso per ulteriori 15 secondi sempre utilizzando la stessa pressa industriale. Il primo semilavorato ha un rapporto in peso del 92% circa rispetto al secondo semilavorato che rappresenta un rapporto in peso del 8-9% circa nella realizzazione di un massello autobloccante alto 60 mm, di cui 55 mm sono rappresentati dal primo semilavorato e 5 mm sono rappresentati dal secondo semilavorato. Formato il massello autobloccante viene aggiunto, lungo una linea appositamente studiata, utilizzando un sistema airless HVLP, il mezzo a strato (303) ovvero 30 g/m<2>di biossido di titanio fotocatalitico colloidale amorfo precedentemente preparato e fatto asciugare a temperatura ambiente.

ESEMPIO4 (Fig.4) In un becher abbiamo aggiunto 500 g di acqua demineralizzata e deionizzata. Utilizzando un agitatore magnetico con piastra riscaldante abbiamo regolato la temperatura a 100°C. Quando l’acqua arriva a 45°C, vengono aggiunti 10 g di smectite e si agita per 5 minuti. Vengono aggiunti 10 g di titanio fotocatalitico, e si agita per ulteriori 5 minuti. Viene aggiunto 0,05 g di polietere modificato e fatto agitare per ulteriori 5 minuti. La soluzione viene sonicata ed emulsionata. In una impastatrice abbiamo aggiunto a 564 g di sabbia silicatica avente granulometria da 0 a 2 mma 305 g di brecciolino avente granulometria da 6 a 8 mme miscelato il composto. Abbiamo aggiunto 29 g di idrossido di sodio al precedente impasto e miscelato il composto. Abbiamo aggiunto 73 g di caolino calcinato al precedente impasto e miscelato il composto. Abbiamo aggiunto 29 g di sodio silicato al precedente impasto e miscelato il composto.

Abbiamo ottenuto un primo semilavorato (2).

Contemporaneamente in un’altra impastatrice abbiamo aggiunto a 840 g di polvere di marmo avente granulometria da 0 a 3,0 mm a 29 g di idrossido di sodio e 29 g di zeolite e contemporaneamente miscelato il composto regolandole umidità, quanto basta per rendere l’impasto lavorabile. Abbiamo aggiunto 73 g di caolino calcinato al precedente impasto e miscelatoil composto. Abbiamo aggiunto 29 g di sodio silicato contenente potassio idrossido al precedente impasto e miscelato il composto.

Abbiamo ottenuto un secondo semilavorato (201).

I due semilavorati vengono stoccati in particolari serbatoi per un massimo di 50 minuti. Detti semilavorati vengono scaricati in uno stampo di acciaio secondo la sequenza: 1° semilavorato, 2° semilavorato. Quindi, scaricato il primo semilavorato (2) viene vibro-compresso su supporti appositamente realizzati e pressato per 10 secondi da una pressa industriale che applica diverse tonnellate di pressione. Subito dopo, il secondo semilavorato (201) viene scaricato nello stesso stampo di acciaio e viene vibrocompresso per ulteriori 15 secondi sempre utilizzando la stessa pressa industriale. Il primo semilavorato ha un rapporto in peso del 92% circa rispetto al secondo semilavorato che rappresenta un rapporto in peso del 8-9% circa nella realizzazione di un massello autobloccante alto 60 mm, di cui 55 mmsono rappresentati dal primo semilavorato e 5 mm dal secondo semilavorato. Formato il massello autobloccante viene aggiunto, lungo una linea appositamente studiata, utilizzando un sistema airless HVLP, il primo mezzo a strato (301) ovvero 50 g/m<2 >di un primer idrofobizzante e fatto asciugare con l’ausilio di ventilazione ad aria calda. Successivamente viene aggiunto il secondomezzo a strato (302) ovvero 60 g/m<2 >di biossido di titanio fotocatalitico precedentemente preparato e fatto asciugare.

Negli esempi fin ora esposti, i vari semilavorati componenti il primo mezzo a strato (2), (3), (4) e (5) sono sostituibili l’uno con l’altro. Anche i semilavorati (4), (201), (202) e (203) componenti il primo e secondo mezzi a strato sono sostituibili l’uno con l’altro. Gli ulteriori mezzi a strato (301), (302) e (303) sono sostituibili tra di loro l’uno con l’altro. Agli esempi fin ora esposti, possono essere aggiunti ulteriori mezzi a stratomenzionati nella presente invenzione.

RISULTATI DEGLI ESPERIMENTI CONDOTTI

Analisi fotocatalitica

Per analizzare le soluzioni fotocatalitiche a base di biossido di titanio colloidale amorfo 4, 202, 302 e 303, abbiamo utilizzato uno spettroscopio UV-Vis a raggio laser che misura l’attività fotocatalitica attraverso variazioni di assorbanza che risultano dalla decomposizione degli inquinanti (pigmenti organici) ad opera di un fotocatalizzatore. È costituito fondamentalmente da un’unità (sensor unit) che comprende: due lampade, una per l’UV (black light) e una per il visibile, un elemento emettitore ed un elemento ricevitore di luce. Il raggio di luce incidente è caratterizzato dalla lunghezza d’onda relativa all’assorbanza del Blu Di Metilene, 660nm. All’intensità di ciascun segnale luminoso che raggiunge il ricevitore corrisponde proporzionalmente un segnale elettrico per cui, definendo la trasmittanza T come la frazione di luce incidente che viene trasmessa da un materiale, lo strumento rileverà tale grandezza con %T = (Vn-V0)/(V100-V0) x 100 in cui al denominatore compare il segnale elettrico relativo al raggio luminoso incidente (acquisito dal ricevitore mettendo una superficie completamente riflettente) mentre al numeratore c’è il segnale elettrico relativo al raggio luminoso trasmesso dopo un tempo n. Come si nota nella formula, entrambi i segnali elettrici sono decurtati del termine V0 relativo a quella porzione di luce che non raggiunge il ricevitore (ottenuta adagiando il sensore su di un lato in maniera tale che il ricevitore possa acquisire soltanto una frazione infinitesima del raggio trasmesso). Quanto detto finora può essere esteso chiaramente anche all’assorbanza, che risulta definita come il logaritmo decimale del reciproco della trasmittanza: A = log10 (1/T). Di conseguenza l’output dello strumento potrà essere espresso in termini di Trasmittanza (%T), Assorbanza (ABS) e/o Tensione (V). Lo strumento viene calibrato prima di ogni analisi. Lo strumento, inoltre, è munito di due canali indipendenti, CH1 e CH2, che consentono di effettuare contemporaneamente misure suporzioni di un substrato trattato e non trattato con biossido di titanio. Vengono eseguite quattro analisi comparative ognuna sudi un substrato diverso, comparando ogni soluzione fotocatalitica con una porzione non rivestitache chiameremo Tal Quale (As Such) dei mezzi a strato e semilavorati 4, 202, 302 e 303. Dal grafico di Fig.5 si evince che la miglior attività fotocatalitica in termini di velocità di decomposizione dei composti organici depositati sulla superficie, a parità di quantità, è quella del Titanio 303, invece la miglior performance in termini di assorbanza è quella del Titanio 302.

Analisi di decadimento NOx “Determinazione dell’attività di degradazione di ossidi di azoto in aria da parte di materiali inorganici fotocatalitici” UNI EN11247.

Le prove di fotoattività sono eseguite suaria addizionata con NOx (NO NO2) in modo da simulare un plausibile grado di inquinamento atmosferico.

La concentrazione iniziale di gas immesso nel reattore da 3 litri ±20% secondo la Norma 11247 deve essere così distribuita:

NOx= 0,55 ±0,05 ppm; NO= 0,4 ±0,05 ppm; NO2= 0,15 ±0,05 ppm. Per il calcolo della concentrazione in μg/m<3 >si prenda in considerazione la formula (ĪĪĪ):

NOx μg/m<3>= (NOppb NO2 ppb) x (f) (ĪĪĪ) dove (f) vale 1,91 e 1,88 rispettivamente a 20°C e 25°C.

Per l’attivazione del Biossidodi Titanioviene utilizzata una lampada Vitalux con potenza pari a 300 Watt ed emissione luce a 365 nm ad una distanza tale che l’Irradianza U.V.A.

registrata tramite foto radiometro sulla superficie del campione risulti pari a 20 ±1 W/m<2>.

La descrizione dell’apparato sperimentale è illustrata in Fig. 6.

Per il trasferimento del gas sono stati utilizzati tubi di politetrafluoroetilene, materiale con caratteristiche che non alterano la concentrazione degli Ossidi di Azoto. Le valvole sul circuito a-b-c e b-c-d sono in vetro Pyrex, il gas di alimentazione, a flusso costante, regolato in uscita dalla bombola S2 a (1 ±0,1) l/min. L’umidità influenza considerevolmente l’attività fotocatalitica. È necessario, quindi, che il

grado di umidità del flusso gassoso sia fissato al valore ottimale di 50 ±10%. Questo è ottenuto facendo passare gas, ovvero aria zero, (prelevata dalla bombola S2) nella camera C contenente acqua e misurando il grado di umidità con un igrometro di laboratorio. Vengono utilizzati flussimetri digitali B e G controllati da computer per la precisa erogazione dei gas S1 e S2. Con riferimento allo schema dell’apparato strumentale mostrato in Fig. 6, le misure della concentrazione iniziale degli Ossidi di Azotosono determinate con la seguente procedura:

Inizialmente mediante una sonda (U) vengono acquisiti i valori dell’umidità relativa dell’aria S2 che va a miscelarsi nel regolatore di flusso a polmone (F) con il gas NOx (NO+NO2) erogato dalla bombola (S1). A questo punto si può procedere alla misura della concentrazione degli ossidi di azoto, convogliando il flusso all’analizzatore (H) attraverso il percorso a-c-d che esclude il reattore. I dati vengono letti sul computer E. Viene registrato il valore della concentrazione quando esso risulta costante (con scostamento <5%) per almeno 10 minuti. Al fine di evitare sovrappressioni e per eliminare gli NOx residui all’interno di tale apparato sperimentale, viene realizzato uno spurgo (S) da cui si elimina l’aria in eccesso. L’analizzatore è dotato anche esso di spurgo S che avviene attraversola pompa P1. Successivamente viene misurata la concentrazione degli ossidi di azoto in uscita dal reattore fotochimico (R) al buio (CB), procedimento denominato “Bianco Camera”, convogliando il gas all’analizzatore (H) attraverso il percorso a-b-d, escludendo la linea c. La prova viene considerata conclusa quando la concentrazione CB risulta costante (con scostamento <5%) per almeno 10 minuti. Successivamente viene misurata la concentrazione degli ossidi di azoto in uscita dal reattore fotochimico sotto illuminazione (CL), che è determinata convogliando il gas all’analizzatore attraverso il percorso a-b-d, escludendo la linea c. Durante tutto il test viene monitorata la temperatura attraverso un termometro digitale (T). La prova viene considerata conclusa quando la concentrazione CL risulta costante (con scostamento <5%) per almeno 10 minuti. Per tutta la durata del test devono essere mantenuti costanti:

Il flusso di alimentazione ad un valore pari a 5,0±10% l/min.; La temperatura ad un valore pari a 27±2°C;

L’Umidità relativa ad un valore pari a 50 ±10%.

Risultati

L’attività fotocatalitica di abbattimento degli ossidi di azoto, AF

(mh<-1>), per diversi tempi di reazione, è quindi calcolabile da (ĪĪĪĪ):

dove:

CB e CL sono le concentrazioni (NOx, NO2, NO) definite sopra; S = l’area geometrica del campione in esame in m<2>;

F = il flusso del gas espresso in m<3>/h;

I = 1000/I’ dove I’ è l’irradianza misurata sperimentalmente.

Per ogni singolo campione di materiale fotocatalitico, il calcolo di AF riguarderà NOx, NOe NO2.

Abbiamo analizzato i provini di Fig.1 contenente biossido di titanio 302 e di Fig.4 contenente biossido di titanio 303. Il grafico comparativo è illustrato in Fig.7, i risultati AF sono esposti nella tabella di Fig.8.

Determinazione dell'indice sclerometrico secondo UNI EN12504-2:2012. Prove non distruttive.

Per verificare la durezza superficiale dei semilavorati completi dei mezzi a strato, abbiamo utilizzato uno sclerometro digitale con una energia di impatto in un range di misura da 1-25 N/mm2. Lo strumento esclude automaticamente i valori dell’indice di rimbalzo (IR) non conformi alla normativa e determina automaticamente il valore di R (resistenza a compressione in opera). La tolleranza della misura strumentale è di ± 0,1R ed il valore della classe di resistenza è misurata in N/mm2. Il metodo consiste nel provocare l’impatto di una massa convenzionale contro la superficie del materiale sottoposto a prova e nel misurare l’altezza del rimbalzo; la misura è espressa in termini di percentuale dell’altezza di rimbalzo rispetto alla distanza percorsa dalla massa in movimento tra l’istante in cui è rilasciata e quando colpisce la superficie del calcestruzzo. Questa percentuale è detta indice di rimbalzo (IR). Considerando che l’energia cinetica della massa battente è standard, l’altezzadi rimbalzodipende dall’energia dissipata durante l’impatto che a sua volta, dipende dalla resistenza meccanica della superficie del calcestruzzo. La prova sarà comparativa, ovvero tra un massello in calcestruzzo ed un geopolimero realizzato in questo brevetto. All’uopo il geopolimero fotocatalitico utilizzato è composto dal semilavorato 3 e 202.

Sia il geopolimero fotocatalitico sia il massello in calcestruzzo sono formati da 2 semilavorati, il primo semilavorato ha un rapporto in peso del 91,7% rispetto al secondo semilavorato che rappresenta un rapporto in peso del 8,3% in misure sonoalti 60mm, ovvero 55mm sono rappresentati dal primo semilavorato, 5 mmsono del secondo semilavorato. Le dimensioni dei due provini sono di cm 10x20x6h, (la normativa prevede cm. 20x20x15h ma riguarda il calcestruzzo posato in opera) per ogni provino vengono eseguite 12 misurazioni in 4 zone, equidistanti tra loro cm 40, lungo la linea centrale del provino, dove α è l’angolo di inclinazione di -90°. Prima dei test lo strumento viene calibrato con apposita incudine di calibrazione.

Risultati:

Provino di calcestruzzo: Media di 12 valori R= 22,5; Classe di Resistenza N/mm2= 4,1;

Provino di geopolimero fotocatalitico: Media di 12 valori R= 25,0; Classe di Resistenza N/mm2= 7,3.

Claims (17)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un processo per la preparazione di un manufatto edile comprendente le fasi di: I) miscelare sabbia, idrossido di sodio ed eventualmente degli additivi, II) aggiungere caolino calcinato alla miscela ottenuta dalla fase I), III) aggiungere sodio silicato e/o una miscela di sodio silicato e potassio idrossido alla miscela ottenuta dalla fase II) ottenendo detto manufatto o un semilavorato di detto manufatto, caratterizzato dal fatto di aggiungere biossido di Titanio fotocatalitico.
2. 2. Il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui nella fase I) è aggiunta zeolite attivata come additivo.
3. 3. Il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui alla miscela della fase I) è aggiunto brecciolino.
4. 4. Il processo secondo la rivendicazione precedente, nel quale nella fase I) la sabbia è sostituita con un materiale in polvere scelto nel gruppo che comprende: polveri di marmo, di quarzo, di granito, di porfido, di travertino, di basalto, di pietre miste, di graniglie, di vetro, di ceramica, di cotto, di terracotta, polveri di metalli.
5. 5. Il processo secondo la rivendicazione precedente, nel quale detto materiale in polvere ha una granulometria compresa fra circa 0,01 e 6 mm, preferibilmente fra circa 0,1 e 3 mm.
6. 6. Il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il biossido di titanio fotocatalitico è aggiunto nella fase I).
7. 7. Il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 5, in cui il biossido di titanio fotocatalitico è aggiunto mediante applicazione a detto manufatto o a detto semilavorato del manufatto.
8. 8. Il processo secondo la rivendicazione 6, in cui nella fase I) il biossido di titanio fotocatalitico è aggiunto nella forma di soluzione o di soluzione colloidale amorfa.
9. 9. Il processo secondo la rivendicazione precedente, in cui detta soluzione colloidale può comprendere uno o più dei composti scelti fra: idrossiapatite, silicecolloidale amorfa, polietere modificato, surfattanti.
10. 10. Un manufatto edile ottenuto secondo il processo di una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
11. 11. Un processo per la preparazione di un manufatto edile composito comprendente le fasi di: - predisporre inuno stampo unprimo semilavorato ottenuto con il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6 prima che si asciughi, - vibro-comprimere detto primo semilavorato per un tempo sufficiente, - sovrapporre a detto primo semilavorato un secondo semilavorato ottenuto con il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9 prima che si asciughi e - vibro-comprimere detto primo e detto secondo semilavorato, ottenendo un manufatto edile composito.
12. 12. Il processo secondo la rivendicazione precedente, comprendente ulteriormente la fase: IV) di applicare sopra detto manufatto edile composito un primo mezzo a strato rappresentato da una preparazione avente una proprietà idrofobica o antigelo o catarifrangente/luminescente, oppure detto primo mezzo a strato essendo rappresentato da una preparazione comprendente biossido di titanio e su detto primo strato essendo applicato un secondo mezzo a strato rappresentato da una preparazione avente una proprietà idrofobica o antigelo o catarifrangente/luminescente.
13. 13. Il processo secondo la rivendicazione precedente, in cui detto primo e/o detto secondo mezzo a strato comprendono ulteriormente altri materiali in polvere, liquidi, sottoforma di microsfere, graniglia di vetro, in forma laminare o in qualsiasi altra forma atta a miscelarsi.
14. 14. Il processo secondo la rivendicazione 11 o 12 o 13, in cui detto primo e/o detto secondo mezzo a strato è applicato mediante spray coating o per miscelazione.
15. 15. Il manufatto ottenuto secondo il processo di una qualsiasi delle rivendicazioni da 11 a 14.
16. 16. Il manufatto secondo la rivendicazione precedente che può essere sottoposto ad ulteriori trattamenti scelti nel gruppo che comprende: la levigatura, la bocciardatura, la spazzolatura, la sabbiatura, la burattatura ed altri in grado di conferire un maggior valore aggiunto al manufatto finito.
17. 17. Il manufatto edile secondo la rivendicazione 10 o 14 o 15 o 16 rappresentato da una mattonella, da una piastrella, da una lastra, da pannelli, da tegole, da un massello autobloccante, da cunette e canalette per la raccolta dell’acqua, da guardrail, da strutture per gallerie, da paratie, da cordoli.