Relazione Tecnica SurfaShield T Informazioni generali Il trattamento SurfaShield crea una nanostuttura prettamente inorganica che si lega alla superficie dei materiali esistenti. Non crea pellicola e non è una vernice. Si tratta di un mix unico di ossidi inorganici di cui il componente principale è il biossido di titanio. Il suo spessore è stato misurato in 150-200 nm. La formulazione liquida che si deposita sulle piastrelle di ceramica non trattate contiene nanoparticelle stabilizzate, appositamente progettate, che seguono una distribuzione di circa 25 nm. Dopo la deposizione sulle piastrelle, esse conservano le loro caratteristiche in ceramica con zero contenuto di carbonio organico. Il rivestimento è trasparente, chimicamente inerte e aderisce perfettamente sulle superfici in ceramica grazie ad un ancoraggio chimico sulla superficie esistente. Il nostro processo assicura che il prodotto finale non può essere distinto da un prodotto non trattato. In alcuni casi di piastrelle di ceramica smaltate, si ha una riduzione della satinatura, quasi un effetto specchio, dovuto alla perfetta disposizione delle nano particelle sulla superficie che riflette la luce incidente. Non ci sono effetti sulle proprietà meccaniche o termiche della superficie sottostante. Applicazione SurfaShield è una combinazione di funzionalità di materiali e applicabilità industriale. Abbiamo consapevolmente scelto un metodo di deposizione idrochimico per coniugare semplicità, qualità di lunga durata e alte prestazioni, mantenendo la compatibilità con gli attuali processi industriali. Il metodo prevede uno spruzzatore di alta qualità (HVLP o atomizzatore). La superficie deve essere asciutta e pulita dalla polvere. L'applicazione del materiale può essere realizzata sia su piastrelle pronte per l'uso che dopo l'uscita dal forno durante la produzione.
Figura 1. Immagine al Microscopio Elettronico di una piastrella trattata con SurfaShield T. Nel secondo caso applicare quando le piastrelle sono raffreddate, a temperatura superficiale di 50-60 C (le piastrelle in uscita dal forno principale sono già state raffreddate fino a 60-80 C). Temperature superiori delle superfici delle piastrelle potrebbero causare una rapida evaporazione dell acqua contenuta in SurfaShield T. Nessun altro trattamento è necessario. Si raccomanda vivamente che la procedura di spruzzo avvenga in una cappa ventilata, come parte dei processi GMP e minimo scarto massimo riutilizzo della formulazione del trattamento. Prima del confezionamento delle piastrelle (entro 10 minuti dell applicazione),il processo di adesione è completo. Resa stimata: 30 m²/ L. Non necessita la diluizione. Piastrelle con finitura lucida devono essere trattate con attenzione al fine di eliminare i difetti visibili. Figura 2. Fotografia di piastrelle non trattate e trattate con SurfaShieldT Meccanismo delle prestazioni di SurfaShield T SurfaShield agisce assorbendo la luce circostante e trasformandola in energia chimica. Come un catalizzatore semiconduttore, le nanoparticelle di SurfaShield sono attivate dalla luce e producono composti ossidanti di breve durata: ossigeno e gruppi ossidrili. L'azione dei materiali fotocatalitici si
basa su particelle nanocristalline di biossido di titanio (TiO 2). Le nano-particelle si comportano come semiconduttori assorbendo fotoni. Ciò si traduce in separazione di elettroni e lacune positive e, infine, di radicali ossidanti di breve durata e di ossidrili. Il meccanismo è descritto nel seguente progetto: Figura 3. Meccanismo di fotocatalisi delle nanoparticelle di TiO 2 sotto illuminazione UV SurfaShield rende la superficie delle piastrelle autopulente e auto-sterilizzante. Il rivestimento decompone le sostanze organiche proteggendo le piastrelle dalle macchie e dalla colorazione degli inquinanti atmosferici. Il trattamento di SurfaShield è ideale sulle piastrelle per uso esterno, perché sono direttamente esposte alla luce del sole e restano pulite per un lungo periodo, un vantaggio importante tenendo conto che la pulizia di tali piastrelle non risulta semplice con i mezzi abituali. Dopo l'irraggiamento della luce solare e con il contributo dell umidità dell'aria la superficie diventa superidrofilica e tutti gli inquinanti vengono rimossi. La natura idrofilica del biossido di titanio, insieme alla forza di gravità, consente alle particelle di polvere e di fango di essere spazzate via con un semplice getto d'acqua, rendendo così il prodotto autopulente. SurfaShield funziona anche come depuratore d'aria: come decompone le sostanze organiche nocive così decompone i composti organici volatili (COV), i gas di scarico delle auto e gli ossidi di azoto (NOx). Di conseguenza le superfici diventano più sicure,senza l'uso di prodotti chimici pericolosi, e si conservano come nuove. Come indica il meccanismo di azione di SurfaShield, il materiale non è né consumato né reagisce chimicamente. È saldamente ancorato alla superficie del substrato ceramico. Pertanto, la vita utile del prodotto è limitata solo dalla vita utile del prodotto del substrato. Anche se il meccanismo di azione sottolinea l'esistenza (la durata) infinita e la funzionalità di SurfaShield, NANOPHOS ha già effettuato gli esperimenti di invecchiamento accelerato che sono tipicamente condotti nelle industrie Le piastrelle di ceramica trattate con SurfaShield, di vario tipo e provenienza sono state sottoposte a 20 cicli ripetuti di shock termici. Ogni ciclo, che simula un anno, comprendeva: 4 ore di riscaldamento in acqua bollente, 4 ore di immersione in acqua a temperatura ambiente e 16 ore in condizioni di congelamento (-30 C,-22F). I risultati hanno indicato che le superfici trattate con SurfaShield non hanno mostrato alcuna variazione dell azione anti-microbica entro l'errore sperimentale (+ / -5%) a confronto con l'originale superficie non invecchiata, anche se la maggior parte delle piastrelle di ceramica non è stata in grado di sopportare le dure condizioni del test.
Pollutant concentration Test e interpretazioni tecniche: L'immagine qui sotto mostra l'attività fotocatalitica dello strato di SurfaShield. Il blu di metilene (inquinanti) è decomposto sotto l illuminazione dei raggi UV. Inoltre, l'azione fotocatalitica di SurfaShield è stata quantificata nei laboratori di NANOPHOS con il metodo di spettroscopia. Figura 4. Degrado del blu di metilene in mezza piastrella trattata dopo 1 ora di illuminazione UV. L'attività fotocatalitica è stata valutata seguendo la degradazione del metilarancio (composto organico, inquinante) per effetto dei raggi UV. Gli esperimenti sono stati condotti in celle fotocatalitiche a fondo rotondo con una finestra quasi trasparente ai raggi UV (cut off al di sotto 340 nm). È stata utilizzata una camera di irradiazione costruita in laboratorio dotata di quattro tubi fluorescenti GTE Sylvania 15W F15W/T8 blacklight blu. La fonte luminosa ha la massima emissione a 350 nm ed emette 71.7μW cm -2 che simula la luce del sole. La concentrazione è stata correlata all'assorbimento della soluzione di metilarancio a 464 nm, utilizzando uno spettrofotometro a fascio unico Shimadzu UV 1240. L esperimento di fotocatalisi ha avuto luogo sotto agitazione. È stato calcolato un tasso di degrado costante k = 4,8 10-4 min -1. Nella figura sottostante si può vedere la degradazione del metil arancio nel tempo. 100 98 96 94 92 90 88 86 0 50 100 150 200 250 300 t (min). Figura 5. Decomposizione di sostanze inquinanti (metil arancio) in funzione del tempo
Il degrado degli inquinanti dato dalla funzionalità fotocatalitica di SurfaShield è stato confrontato con la riduzione di NOx (ossido di azoto) ad opera dagli alberi. Misure sperimentali hanno indicato che una superficie di 0,0004 m 2 trattata con SurfaShield è in grado di rimuovere 1,34 µg di NOx all ora, in condizioni sperimentali. Una stima ragionevole indica che 0.155 kg di NO 2 vengono rimossi da un albero adulto medio (62-76 diametro all altezza del petto) in un anno. La stima media di ore di luce efficaci (la luce che attiva SurfaShield ) è 7,1 ore al giorno (2591,5 ore all'anno). Sulla base di queste cifre e senza considerare eventuali fattori aggiuntivi, tra cui la creazione e il degrado di NO 2, si stima che 8,68 kg di NO possono essere rimossi da una superficie di cemento di 1000 m 2 trattata con SurfaShield. Perciò, 1000 m 2 di superficie di cemento trattata con SurfaShield hanno contribuito alla riduzione complessiva di NOx analogo a 56 alberi maturi. L'azione antibatterica e antimicotica di SurfaShield è stata certificata da un istituto di ricerca indipendente, secondo gli standard ISO EN 27447. I test effettuati con comuni tipi di batteri e funghi, hanno fornito i seguenti risultati: Microrganismi Concentrazione iniziale Concentrazione finale % degrado Ore di esposizione raggi UV Escherichia coli 0,15 x 10 6 1,6 x 10 3 98,92 4 Listeria monocytogenes 0,15 x 10 6 0,15 x 10 3 99,89 4 Staphylococcus aureus 0,15 x 10 6 0,5 x 10 3 99,68 4 Mixture of Aspergillus and Penicillium spores 0,15 x 10 6 1,9 x 10 4 87,27 4 Figura 6.Scansione al microscopio elettronico di cellule non trattate E. coli e cellule dopo 240 minuti su una pellicola di TiO 2 L'azione antibatterica del SurfaShield si basa sull ossidazione della membrana esterna dei microrganismi e, infine, la struttura del "mosaico fluido" è destabilizzata. Diversamente dei comuni antibiotici, SurfaShield non ha un "azione selettiva". I microrganismi nocivi non possono resistere all'azione di SurfaShield, in quanto sono totalmente decomposti. Così, SufaShield può eliminare il carico dei comuni batteri patogeni senza ricorrere ad antibiotici forti (es. cefalosporine).
Figura 7. Meccanismo antibatterico di un film di TiO 2 descritto al microscopio elettronico di cellule di P. aeruginosa. (a) sezione trasversale di cellula non trattata che mostra uno spessore normale e la forma della parete cellulare (frecce). (b) Cellula dopo 240 minuti di trattamento su un sottile film di TiO 2 che mostra una parete cellulare ondulata anomala (frecce). (c) materiale citoplasmatico che esce dalla cellula con parete cellulare danneggiata (frecce). (d) cellula che mostra due "bolle" di materiale cellulare con parete cellulare (frecce). D'altra parte, è importante notare che SurfaShield è totalmente sicuro per gli esseri umani. Gli ossidi inorganici che compongono SurfaShield sono ampiamente utilizzati in vernici, cosmetici, persino dentifrici! Si tratta di nanotecnologia che plasma le molecole per renderle funzionali a vostro vantaggio! Inoltre, SurfaShield non contiene antibiotici, detergenti o altri ingredienti nocivi che possono indurre reazioni allergiche o effetti collaterali per l'uomo o per gli animali. È ben noto che l efficacia degli strati di biossido di titanio nanostrutturato dipende fortemente della potenza della luce incidente con lunghezza d onda appena al di sotto dello spettro visibile (inferiore a 400nm). Lo stesso si può dire per SurfaShield, anche se tracce di metalli di transizione (metalli del blocco d) (doping) spostano lo spettro di assorbimento alla gamma visibile senza effetti di colorazione evidenti. Le nostre prove sperimentali (come accuratamente descritto nel certificato di analisi antimicrobico) indicano la capacità di SurfaShield di "uccidere" milioni di ceppi batterici, quando la potenza della luce incidente è solo un decimo della luce del giorno. Pertanto, abbiamo verificato che il nano-strato di SurfaShield presenta una straordinaria capacità di disattivare i microorganismi, che supera di gran lunga quella necessaria per disattivare le cariche microbiche della vita di ogni giorno. Uno degli aspetti più importanti dell azione di SurfaShield è che, come l'effetto fotoelettrico, dipende dall'energia dei fotoni incidenti, ma, in prima approssimazione, non dalla loro quantità. Quindi, anche se ci sono solo pochi fotoni ma con energia sufficiente, possono indurre la disattivazione dei batteri. Ciò significa che anche la luce ordinaria della stanza, può essere sufficiente per aiutare a purificare
l'aria o per mantenere le pareti pulite nell'ambiente interno, perché le quantità di sostanze inquinanti sono in genere piccole. Così, in una stanza ragionevolmente ben illuminata, con un intensità luminosa totale di 10μW cm -2, l'intensità della luce UV con energia appropriata sarebbe approssimativamente 1μW cm -2. Come mostrato in seguito, assumendo un efficienza quantica del 25%, questa intensità sarebbe sufficiente per decomporre uno strato di idrocarburi di circa 1 micron di spessore ogni ora. Si potrebbe obiettare che SurfaShield non sia particolarmente utile per abbattere grandi quantità di sostanze inquinanti, ma è in grado di distruggerle, prima che si accumulano, grazie alla sua azione continua. Per esempio, la normale luce della stanza è sufficiente per prevenire le macchie date dai residui del fumo di sigaretta, se la superficie trattata con il catalizzatore era inizialmente pulita. Concludiamo che SurfaShield ha un grande potenziale come materiale silenzioso, discreto, autopulente. Inoltre, gli odori che sono sgradevoli per gli esseri umani sono dovuti a composti che sono presenti solo nell ordine di 10 parti per milione in volume (ppmv), e, a queste concentrazioni, la luce UV disponibile dall ordinaria illuminazione fluorescente è sufficiente per decomporre tali composti quando sono presenti fotocatalizzatori di TiO 2. A conclusione degli argomenti trattati, si supponga che l intensità della luce UV di una stanza è 100 volte inferiore ai valori normali: 0,01μW cm -2. Si potrebbe inoltre facilmente supporre che l'efficacia dello strato di SurfaShield sia lineare rispetto all'intensità della luce (questo non è vero, anzi funziona meglio o, tecnicamente parlando, il fotocatalizzatore mostra un elevata resa quantica). Dalle sperimentazioni condotte, emerge che 4000 ceppi batterici di Listeria monocytogenes potrebbero essere disattivati dal "serial killer dei batteri" nel giro di un'ora su una piccola piastrella di dimensioni 5x5 cm 2. A titolo comparativo, un impianto per la produzione alimentare viene chiuso per decontaminazione, quando vengono rilevate 100 cellule batteriche per 100g di prodotto alimentare. Questo esempio giustifica il potere di sterilizzazione di SurfaShield. Un'altra proprietà importante del rivestimento di SurfaShield è la superidrofilicità. L idrofilia è la capacità di una superficie di attirare le molecole d'acqua, si misura con l'angolo di contatto tra una goccia d'acqua e il substrato trattato. Minore è l'angolo maggiore risulta l'idrofilia, come si osserva nelle foto seguenti: Piastrella non trattata Piatrella superidrofilica trattata con SurfaShield Figura 8. Angolo di contatto tra goccia d'acqua e una piastrella L'angolo di contatto tra una goccia d'acqua e la superficie della piastrella trattata con SurfaShield è stato calcolato di 5. La goccia d'acqua non può rimanere sulle superficie trattata. Così, l'acqua scivolando lava via polvere e sporcizia. Per quanto riguarda il test di abrasione (EN ISO 10545-7:1998), è stato condotto dal laboratorio indipendente e accreditato CERECO, su piastrelle da parete con fondo opaco. I risultati hanno indicato resistenza all'abrasione della classe 3. Tuttavia, per motivi di prudenza affermiamo solo che la
superficie modificata mantiene la stessa resistenza all'abrasione di quella originale, piastrella di ceramica non trattata. Figura 9. Piastrelle di rivestimento dopo il test di abrasione. Grazie alla natura inorganica (ossidi metallici) della piastrella e del rivestimento di SurfaShield, nel punto di contatto è certa la creazione del legame metallo-ossigeno-metallo (MOM). Le nanoparticelle non aderiscono meccanicamente alla superficie, ma si legano chimicamente al substrato ceramico sottostante. A differenza di altre tecniche di deposizione non-umide, le nanoparticelle di SurfaShield possono penetrare e riempire i pori esistenti nella facciata della ceramica occludendoli. Il legame metallo-ossigeno-metallo stabilizza il rivestimento funzionale, riducendo al minimo il rischio di abrasione.