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News from Diagnostic World: Prodotti innovativi multifunzionali per la conservazione dei materiali lapidei

La conservazione dei materiali lapidei esposti all’ambiente esterno, e quindi continuamente sottoposti ai processi sinergici di deterioramento, è uno dei campi in cui maggiormente si sperimenta al fine di ottenere prodotti che generino contemporaneamente gli effetti desiderati per una buona conservazione del materiale: consolidamento, idrofobicità, attività autopulente e biocida. 
Gli autori di questo lavoro hanno realizzato dei prodotti la cui natura chimica è modificabile a seconda dei fini del trattamento, rendendoli multifunzionali. Il processo base per ottenerli è di seguito riassunto; per un maggiore approfondimento si rimanda alla lettura dei sottocapitoli 12.2.1 – 12.2.4. 
Figura 1 - Stadi di formazione e accrescimento della Silcice. Immagine tratta dall'articolo, pagina 262 (Springer. All rights reserved).
   • L'oligomero SiO2 (precursore della Silice) e la dispersione acquosa del tensioattivo n-ottilammina producono microemulsioni stabili sotto omogeneizzazione ultrasonica. Le micelle inverse di n-ottilammina, contenenti acqua incapsulata, sono disperse nell'oligomero (figura 1a). 
   • All'interno delle micelle si formano particelle di Silice (fig. 1b), fino a che l'acqua inclusa nel sistema è completamente consumata o non è sufficiente a mantenere le micelle. Successivamente, le particelle di Silice si accrescono tramite la condensazione degli oligomeri di SiO2 (fig. 1c). 
   • Infine, le particelle di Silice si aggregano dando luogo a uno Xerogel composto da nanoparticelle uniformi di SiO2 (fig. 1d). 

La prestazione consolidante del prodotto è stata valutata su un biocalcare, comunemente usato negli edifici monumentali nel sud della Spagna ed impiegato nella costruzione della Cattedrale di Siviglia
Dopo l’applicazione del prodotto, le prove di resistenza alla compressione hanno rivelato un aumento del 20-45% della resistenza delle pietre trattate e fino al 500% della resistenza alla perforazione per tutta la profondità indagata (30 mm). 

Come anticipato, gli autori non si sono fermati alle sole caratteristiche consolidanti. Per proteggere i materiali dai danni provocati dall'acqua, durante la sintesi del gel è stato aggiunto Polidimetilsilossano (PDMS), il quale ha consentito la realizzazione di un prodotto consolidante e superidrofobico. Anche in questo caso si è osservata la sua efficacia sul biocalcare: la valutazione delle proprietà bagnanti ha mostrato valori di angolo di contatto statici superiori a 150°. Questo risultato è dovuto sia alla riduzione dell'energia superficiale (a causa della presenza di PDMS) che alla ruvidità indotta dalle nanoparticelle di SiO2, le quali creano sacche d'aria tra l'acqua e la superficie solida. 

Inoltre, introducendo nanoparticelle di Biossido di Titanio (TiO2) nel prodotto, è stato possibile ottenere dei consolidanti fotocatalitici con proprietà autopulenti, la cui attività è stata valutata col test di degradazione del blu di metilene. 
Dopo essere stati sottoposti ad 800 ore di illuminazione UV, i trattamenti con solo nanoparticelle di TiO2 e i trattamenti contenenti n-ottilammina hanno mostrato degradazioni simili del blu di metilene.  
Invece, per inibire la crescita biologica è stato necessario aggiungere alla matrice di SiO2 delle nanoparticelle di Ossido di Rame (CuO) o Argento (Ag). Rispetto ai biocidi organici (es. sali di ammonio quaternario) le nanoparticelle di CuO e Ag sono più stabili alla luce solare e all'ossidazione.  

In conclusione, questi risultati dimostrano una maggiore efficienza di queste sostanze rispetto ai prodotti attualmente in commercio, confermando l’utilità di un trattamento multifunzionale per la conservazione dei materiali lapidei che non sia solo consolidante. Gli svantaggi solitamente associati ai prodotti commerciali, quali cracking, efficacia a breve durata, scarsa profondità di penetrazione, bassa aderenza, bassa affinità chimica col lapideo e alto contenuto di composti organici volatili (VOCs), con questi nuovi materiali sono stati eliminati o ridotti al minimo. 

Emanuele 


Bibliografia
https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-72260-3_12

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