ITTO20090829A1 - Additivo fotocatalitico per leganti - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Additivo fotocatalitico per leganti"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un additivo fotocatalitico per leganti aerei ed idraulici destinati ad esempio alla produzione di malte, calcestruzzi e miscele cementizie in genere.

E’ noto nella tecnica additivare tali leganti con sostanze in grado di catalizzare, in presenza di luce, la reazione dei vari inquinanti presenti nell’atmosfera con aria ed acqua. Tali sostanze, ed in particolare il biossido di titanio, sono quindi definite come “fotocatalitiche†e la loro presenza comporta il duplice vantaggio di ridurre l'inquinamento atmosferico e di evitare l'annerimento delle superfici in vista delle rispettive miscele cementizie poste in opera, che à ̈ dovuto alla reazione degli inquinanti con i componenti base di queste ultime.

Tipicamente, le sostanze fotocatalitiche sono addizionate all’intera massa del legante cosicché la frazione di queste inglobata nella parte interna à ̈ sostanzialmente inattiva ed à ̈ quindi di fatto sprecata. In alternativa, à ̈ stato anche proposto di rivestire un manufatto cementizio già in opera con uno strato sottile di miscela cementizia additivata. Quest’ultima soluzione permette ovviamente un migliore sfruttamento delle proprietà fotocatalitiche dell’additivo, ma risulta di complessa esecuzione.

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di ovviare agli inconvenienti sopra evidenziati della tecnica nota.

Secondo l’invenzione tale scopo viene raggiunto grazie ad un additivo fotocatalitico comprendente una pluralità di particelle inorganiche ricoperte almeno parzialmente da un rivestimento ibrido inorganico-organico, detto additivo essendo ottenibile mediante un procedimento che comprende le fasi di:

- dispersione delle particelle inorganiche in un solvente alcolico o etereo,

- addizione alla dispersione di almeno un composto organico del silicio avente formula:

R

|

R<1>- O – Si – O - R<1>(I)

|

O - R<1>

in cui R e ciascun R<1>rappresentano indipendentemente un alchile C1-C8, un alchenile C2-C8o un residuo aromatico eventualmente sostituito con uno o più alchili C1-C8, oppure

R

|

Cl – Si -Cl (II)

|

Cl

in cui R ha il medesimo significato riportato per la formula (I),

- addizione alla dispersione di acqua ed acido minerale così da determinare un pH compreso nell’intervallo fra 0,5 e 3 e lo stabilirsi di almeno un legame chimico fra un residuo di detto composto organico e la superficie di dette particelle in modo tale per cui si forma detto rivestimento ibrido inorganico-organico,

- agitazione della dispersione, e

- separazione dalla dispersione di una fase solida formata da dette particelle almeno parzialmente rivestite.

Senza voler essere legati ad una specifica teoria, si può ipotizzare che il composto organico del silicio subisca reazioni di idrolisi e condensazione in modo tale per cui almeno uno dei tre legami Si-OR<1>o Si-Cl originariamente presenti nella sua molecola viene sostituito da un legame che si forma – mediante un ponte costituito da un atomo di ossigeno - fra l’atomo di Si ed il substrato formato dalla superficie della particella, con la formazione di un rivestimento ibrido inorganico-organico che ricopre parzialmente o totalmente le singole particelle. Ad esempio, nel caso vi sia una sostituzione di tutti e tre i legami originariamente presenti si forma, per ciascuna molecola di composto organico del silicio, una struttura di questo genere:

R

|

[Sub] - O – Si – O – [Sub]

|

O – [Sub]

dove Sub sta per substrato.

L’additivo così ottenuto à ̈ miscelabile con qualsivoglia legante convenzionale, vantaggiosamente in una quantità compresa fra 1 e 10 % in peso rispetto al totale.

Una volta che la miscela di legante ed additivo fotocatalitico à ̈ addizionata di acqua, ad esempio per la produzione di una malta o di un calcestruzzo, le particelle rivestite tendono a migrare verso la superficie della massa in cui si trovano ad essere incorporate, grazie alle proprietà di flottazione conferite dal rivestimento ibrido. In tal modo, lo strato superficiale della malta o calcestruzzo si arricchisce di additivo, la maggior parte del quale può così esplicare le sue proprietà fotocatalitiche. Tale variazione del profilo di concentrazione dell’additivo ha luogo in modo automatico senza richiedere alcun intervento esterno, cosicché à ̈ ottenibile in modo semplice ed economico.

Ad esempio, il composto organico del silicio può essere scelto dal gruppo consistente di metiltrietossisilano, feniltrietossisilano, isobutiltrietossisilano, viniltrietossisilano metiltrimetossisilano, feniltrimetossisilano, isobutiltrimetossisilano, viniltrimetossisilano, metiltricloro silano, feniltriclorosilano, isobutiltriclorosilano, e viniltriclorosilano.

Preferenzialmente, le particelle inorganiche hanno una granulometria tale per cui d100<20 µm e sono formate da:

- un composto di formula XrYt, dove X rappresenta un elemento chimico appartenente al gruppo degli elementi di transizione o ad uno dei gruppi 13/IIIA, 14/IVA, 15/VA della tabella periodica, Y rappresenta un elemento chimico appartenente al gruppo 16/VIA della tabella periodica, r e t rappresentano numeri interi indipendentemente compresi tra 1 e 4, ad esempio TiO2, ZnS, ZnO, o SiO2,

- una fase minerale naturale o sintetica, o - loro miscele.

In forme favorite di attuazione dell'invenzione, il composto organico del silicio à ̈ additivato alla dispersione delle particelle inorganiche in una quantità compresa fra 2 e 20 % in peso rispetto al peso di tali particelle, mentre l’acqua à ̈ additivata in una quantità compresa fra 5 e 40 % in peso rispetto al peso del composto organico del silicio.

Vantaggiosamente, la fase di agitazione della dispersione à ̈ condotta per via meccanica e/o con ultrasuoni, per un periodo di tempo preferibilmente compreso fra 2 e 4 ore e ad una temperatura preferibilmente compresa fra 20 e 60 °C, mentre la fase solida à ̈ separata mediante sedimentazione o filtrazione ed à ̈ successivamente essiccata per un periodo di tempo preferibilmente compreso fra 2 e 4 ore e ad una temperatura preferibilmente compresa fra 20 e 60 °C.

Viene ora fornito, a titolo meramente illustrativo e non limitativo, un esempio di realizzazione dell’additivo dell’invenzione.

ESEMPIO

3 g di TiO2-anatasio di granulometria nanometrica sono dispersi in 40 ml di etanolo al 95%. Alla dispersione mantenuta sotto agitazione magnetica si addizionano 300 mg di iso-butil trietossi silano, 2 ml di acqua e 1,5 ml di HCl al 37% ottenendo un pH di circa 2. L’agitazione à ̈ poi proseguita per 2 ore alla temperatura di 45 °C in modo tale per cui sulle particelle di TiO2-anatasio si forma un rivestimento ibrido inorganico-organico a base silicea.

Le particelle rivestite sono separate dalla fase liquida mediante sedimentazione ed essiccate in stufa a 60 °C per 2 giorni ottenendo un additivo fotocatalitico, la cui Af (Attività fotocatalitica) misurata secondo la norma UNI 11247 à ̈ pari a 50.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, i particolari di realizzazione e le forme di attuazione potranno ampiamente variare rispetto a quanto descritto a puro titolo esemplificativo, senza per questo uscire dall’ambito dell'invenzione come definito nelle rivendicazioni annesse.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Additivo fotocatalitico comprendente una pluralità di particelle inorganiche ricoperte almeno parzialmente da un rivestimento ibrido inorganicoorganico, detto additivo essendo ottenibile mediante un procedimento che comprende le fasi di: - dispersione delle particelle inorganiche in un solvente alcolico o etereo, - addizione alla dispersione di almeno un composto organico del silicio avente formula: R | R<1>- O – Si – O - R<1>(I) | O - R<1> in cui R e ciascun R<1>rappresentano indipendentemente un alchile C1-C8, un alchenile C2-C8o un residuo aromatico eventualmente sostituito con uno o più alchili C1-C8, oppure R | Cl – Si -Cl (II) | Cl in cui R ha il medesimo significato riportato per la formula (I), - addizione alla dispersione di acqua ed acido minerale così da determinare un pH compreso nell’intervallo fra 0,5 e 3 e lo stabilirsi di al meno un legame chimico fra un residuo di detto composto organico e la superficie di dette particelle in modo tale per cui si forma detto rivestimento ibrido inorganico-organico, - agitazione della dispersione, e - separazione dalla dispersione di una fase solida formata da dette particelle almeno parzialmente rivestite.
2. 2. Additivo secondo la rivendicazione 1, in cui detto almeno un composto organico del silicio à ̈ additivato a detta dispersione delle particelle inorganiche in una quantità compresa fra 2 e 20 % in peso rispetto al peso di dette particelle.
3. 3. Additivo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta acqua à ̈ additivata in una quantità compresa fra 5 e 40 % in peso rispetto al peso di detto almeno un composto organico del silicio.
4. 4. Additivo secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, in cui detto composto organico del silicio à ̈ scelto dal gruppo consistente di metiltrietossisilano, feniltrietossisilano, isobutiltrietossisilano, viniltrietossisilano metiltrimetossisilano, feniltrimetossisilano, isobutiltrimetossisilano, viniltrimetossisilano, metiltriclorosilano, feniltriclorosilano, isobutiltriclorosilano, e viniltriclorosilano.
5. 5. Additivo secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, in cui detta fase di agitazione della dispersione à ̈ condotta per via meccanica e/o con ultrasuoni, per un periodo di tempo preferibilmente compreso fra 2 e 4 ore e ad una temperatura preferibilmente compresa fra 20 e 60 °C.
6. 6. Additivo secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, in cui detta fase solida à ̈ separata mediante sedimentazione o filtrazione ed à ̈ successivamente essiccata per un periodo di tempo preferibilmente compreso fra 2 e 4 ore e ad una temperatura preferibilmente compresa fra 20 e 60°C.
7. 7. Additivo secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, in cui dette particelle inorganiche sono formate da: - un composto di formula XrYt, dove X rappresenta un elemento chimico appartenente al gruppo degli elementi di transizione o ad uno dei gruppi 13/IIIA, 14/IVA, 15/VA della tabella periodica, Y rappresenta un elemento chimico appartenente al gruppo 16/VIA della tabella periodica, r e t rappresentano numeri interi indipendentemente compresi tra 1 e 4, - una fase minerale naturale o sintetica, o - loro miscele.
8. 8. Additivo secondo la rivendicazione 7, in cui detto composto à ̈ scelto dal gruppo consistente di TiO2, ZnS, ZnO e SiO2.
9. 9. Additivo secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, in cui dette particelle hanno una granulometria tale per cui d100<20 µm.
10. 10. Miscela comprendente un legante ed un additivo secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni.
11. 11. Miscela secondo la rivendicazione 10, in cui detto additivo à ̈ presente nella miscela in una quantità compresa fra 1 e 10 % in peso rispetto al totale.