Nuove tecniche di lavaggio e protezione dei materiali lapidei: studio delle superfici e caratterizzazione delle proprietà protettive

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Federigo Mele
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1 T e r z o e d i z i o n e D N A I t a l i a, I n c o n t r a r e l a f i l i e r a d e l l a c u l t u r a To r i n o, a p r i l e Le superfici nobili dell'architettura: Pulitura e trattamento Nuove tecniche di lavaggio e protezione dei materiali lapidei: studio delle superfici e caratterizzazione delle proprietà protettive Università degli Studi di Pavia Dipartimento di Chimica CISRiC Prof. Maurizio Licchelli Prof. Marco Malagodi Dott. Tommaso Rovetta

lavaggio e protezione dei materiali lapidei: studio delle superfici e caratterizzazione delle proprietà protettive

2 Finalità del progetto Materiali lapidei Sistema di lavaggio delle superfici lapidee NTA Nuove Tecnologie Applicate Prodotto protettivo fotocatalitico PF4 Ecobuild Approccio diagnostico multi-analitico in linea con le principali tecniche di caratterizzazione dei materiali Laboratorio Arvedi, Università degli Studi di Pavia 1. Valutazione della bontà del sistema di pulitura 2. Valutazione del prodotto protettivo attraverso l analisi delle caratteristiche chimico fisiche della roccia trattata 2/30

caratterizzazione dei materiali Laboratorio Arvedi, Università degli Studi di Pavia 1.

3 Il sistema di pulitura Sistema brevettato elettropompa ad alta pressione e bassa portata con rotazione circolare risparmio idrico dell 85% circa, passando da un consumo di 20 L/min a 2-4 L/min - riduzione dell impatto ambientale - riduzione costi di smaltimento delle acque - riduzione dei costi energetici di circa il 50% (da 22 kw a 11 kw) 3/30

consumo di 20 L/min a 2-4 L/min - riduzione dell impatto ambientale - riduzione costi

4 I provini biocalcarenite arenaria travertino gneiss Coppo di terracotta 4/30

5 Spray Acrilico, nero Pennarello Indelebile, nero Applicazione su superfici ruvide non trattate Scelte volontariamente le condizioni di sperimentazione più difficili 5/30

6 Prima 6/30

7 dopo 7/30

8 Prima dopo 8/30

9 Parte sperimentale Prelievo di campioni dalle superfici pre e post trattamento di lavaggio Preparazione di sezioni lucide trasversali Analisi della stratigrafia in microscopia ottica e stereoscopica Analisi della morfologia superficiale della sezione in microscopia elettronica SEM-EDS 9/30

Analisi della stratigrafia in microscopia ottica e stereoscopica Analisi

10 Spettrofotometria 10/30

11 Microscopia ottica Rimozione del pennarello da biocalcarenite MOP stereo Pre-pulitura Post-pulitura 11/30

12 Microscopia ottica Rimozione di spray da travertino MOP stereo Pre-pulitura Post-pulitura 12/30

13 Microscopia ottica Rimozione di patina biologica verde da coppo di terracotta MOP stereo Pre-pulitura Post-pulitura 13/30

14 Microscopia elettronica SEM-EDS Travertino spray 300x BSE Gneiss Spray 1000x BSE Pre-pulitura Post-pulitura 14/30

15 Microscopia elettronica SEM-EDS Pre-pulitura Post-pulitura Coppo di terracotta patina biologica 1000x BSE 15/30

16 Lavaggio della pietra - conclusioni L efficienza del lavaggio è strettamente correlata alle caratteristiche litologiche della roccia (composizione mineralogica, durezza dei minerali, granulometria, rugosità superficiale, porosità aperta, ecc..) SPRAY: i risultati migliori sono stati ottenuti con le rocce carbonatiche, tenere e di granulometria fine (biocalcarenite, travertino). Eccellente il lavaggio del coppo di terracotta PENNARELLO: il risultato dell effetto di rimozione del pennarello indelebile, che tende a penetrare all interno dei materiali per assorbimento, è sufficiente. Ottimo il risultato ottenuto su biocalcarenite Il lavaggio non sembra determinare abrasioni delle superfici poiché a livello microscopico, nelle nostre condizioni sperimentali, non si distinguono evidenti discontinuità morfologiche 16/30

Eccellente il lavaggio del coppo di terracotta PENNARELLO: il risultato dell effetto di rimozione del pennarello indelebile, che tende a penetrare all interno dei materiali per assorbimento, è

17 Il prodotto protettivo PF4 Prodotto idrorepellente foto catalitico formulato per la protezione di materiali minerali da costruzione Dispersione acquosa bianco-lattescente di nanoparticelle di diossido di Titanio fotocatalitico in alchilalcossisilani organomodificati idrorepellenti Self-cleaning nei confronti delle sostanze organiche con cui viene a contatto. L azione fotocatalitica si sviluppa solo in presenza di luce solare e consente la riduzione degli inquinanti atmosferici abbassando la percentuale di NO x e SO x 17/30

organomodificati idrorepellenti Self-cleaning nei confronti delle sostanze organiche con cui viene a contatto.

18 Validazione delle caratteristiche chimico-fisiche del prodotto protettivo applicato su provini di arenaria (pietra serena) attraverso test di laboratorio secondo normativa a. Misure di colore superficiale b. Determinazione angolo di contatto c. Misure di assorbimento capillare e. Analisi in microscopia ottica in luce riflessa e UV f. Analisi in microscopia elettronica SEM-EDS g. Analisi di attività foto catalitica Attività fotocatalitica ancora da verificare tramite test di fotocatalisi 18/30

Misure di assorbimento capillare e. Analisi in microscopia ottica in luce riflessa e UV f.

19 Spettrofotometria Misure di colore superficiale CIE L*a*b* Pre (t0) e post trattamento (t1) con protettivo PF4 19/30

20 Spettrofotometria Variazione dei parametri a*, b* ed L* (t1 - t0) e ΔE* 20/30

21 Determinazione angolo di contatto statico Valutazione dell impermeabilità all acqua dei provini trattati Provino II Angolo di contatto statico d (mm) h (mm) α ( ) Media 119 Deviazione standard 4 (α=2arctg(2h/d)) valore medio di angolo di contatto di 115 ±7 21/30

22 Test di assorbimento capillare Provini pre (t0) e post trattamento (t1) con protettivo: quantità d acqua assorbita Q i per unità di superficie (mg/cm 2 ) dal provino, al tempo t i ( s) 22/30

23 Trattamento superficiale Il protettivo non penetra 23/30

24 Analisi delle superfici Roccia non trattata Post trattamento 24/30

25 Analisi delle superfici Roccia non trattata Roccia post-trattamento Microanalisi EDS 25/30

26 Analisi delle superfici Al K Mg K S K Si K Ti K mappe in falsi colori degli elementi presenti in maggiore concentrazione in corrispondenza della superficie dei provini trattati 26/30

27 Analisi delle sezioni UV SEM-EDS Roccia non trattata Post trattamento Fluorescenza non evidente, penetrazione scarsa Non si osservano consistenti depositi superficiali 27/30

28 Analisi delle sezioni Al K Fe K K K Mg K Si K Mappe in falsi colori degli elementi presenti in maggiore concentrazione in corrispondenza della sezione dei provini trattati 28/30

29 Analisi delle sezioni TiK 29/30

30 Analisi delle sezioni Traversa composizionale normale alla superficie 30/30

31 Prodotto protettivo PF4 - conclusioni variazione cromatica minima tra il provino tal quale e il trattato, che si esplicita maggiormente nella componente caratteristica della luminosità (L*). Tuttavia, Il valore del parametro ΔE*, lievemente superiore al limite convenzionalmente accettato per la percezione visiva, è da considerarsi accettabile L idrorepellenza delle superfici trattate è confermata dai risultati ottenuti nelle misure dell angolo di contatto statico, attestando un valore medio di 115 ±7, e dai test d assorbimento per capillarità, che indicano una lenta imbibizione del provino trattato fino a 168 ore di assorbimento. Le indagini in microscopia ottica ed elettronica hanno permesso di osservare un ottimo grado di distibuzione del prodotto a livello superficiale Le mappe in EDS caratteristiche degli elementi presenti in maggior concentrazione e la traversa composizionale lungo la sezione hanno infine messo in evidenza l incapacità delle nanoparticelle di TiO 2 di penetrare all interno del provino, restando incluse nel coating prodotto dal legante organico I TEST DI FOTOCATALISI SONO IN CORSO 31/30

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