29.1 Nuovi Prodotti - Nano Estel: prime risultanze sperimentali

17/01/12

Nel recentissimo convegno della Società Chimica Italiana, tenutosi a Lecce, sono stati presentati i risultati degli studi condotti da un gruppo di ricercatori del Dipartimento di Chimica dell’Università di Pavia guidati dal Professor Maurizio Licchelli. Sono stati studiati e poi messi a confronto tre sistemi nanoparticellari ed il classico consolidante silicato d’etile, applicati su di una pietra eminentemente carbonatica, la Pietra di Lecce.

Queste quattro tipologie di consolidanti possono essere suddivise in due gruppi: da una parte gli idrossidi alcalini Ca(OH)2 e Sr(OH)2, che formano i rispettivi carbonati, dall’altra il silicato d’etile e la nanosilice (Nano Estel), basati sulla chimica del silicio.
Ricordiamo che per quanto riguarda la nanosilice, a seguito dell’evaporazione dell’acqua, e per il silicato d’etile, a seguito del più complesso processo di idrolisi e polimerizzazione, si viene sempre a formare un aggregato amorfo di gel di silice (SiO2).

I provini, trattati per assorbimento capillare e a pennello, e lasciati reagire per il tempo necessario, sono stati esaminati tramite misure di assorbimento d’acqua per capillarità, di permeabilità al vapor d’acqua, e analisi al SEM-EDX.
Sui provini di pietra trattati e non trattati si è anche proceduto ad un invecchiamento accelerato con soluzione salina secondo la norma UNE-EN(12370), per 15 cicli di cristallizzazione, al termine del quale sono stati pesati i provini per determinare la loro perdita in peso dovuto al degrado delle superfici per la violenta azione del sale.

Mentre per l’applicazione tramite assorbimento capillare il silicato d’etile riesce a permeare l’intero provino e impartisce una eccezionale resistenza al provino sottoposto a invecchiamento accelerato con soluzioni saline, nel caso più vicino alla realtà di cantiere, ovvero l’applicazione a pennello, i risultati permettono di affermare che la protezione impartita dai tre sistemi con nanoparticelle risulta discreta, come possiamo vedere dalla tabella sottostante:

Trattamento                         Perdita in peso %
Non trattato                                   18,94
Nanoparticelle SiO2                       8,28
Nanoparticelle Ca(OH)2                 5,18
Nanoparticelle Sr(OH)2                  4,18
Silicato di etile                                3,54

Ancora una volta il silicato d’etile si dimostra il consolidante più efficiente, con una perdita % in peso di circa un quinto rispetto al provino non trattato, mentre i sistemi nanoparticellari oscillano tra un quarto e la metà della perdita in peso rispetto a quella subita dall’originale.

D’altro canto le nanoparticelle lasciano la pietra più permeabile al vapor d’acqua, rispetto al silicato d’etile, come è chiaro dalla tabella sottostante, riportante la variazione di permeabilità al vapore rispetto alla pietra non trattata.

Trattamento                     Diminuzione permeabilità %
Nanoparticelle SiO2                        14.5
Nanoparticelle Ca(OH)2                  24.8
Nanoparticelle Sr(OH)2                   18.3
Silicato di etile                                 43.1


Le misure SEM-EDX hanno dimostrato ancora una volta che il silicato d’etile permea in profondità i provini, mentre la percentuale di silice depositata dalle nanoparticelle è rilevante solo in superficie, ovvero entro un millimetro di profondità. Questo risultato concorda con il noto limite delle nanoparticelle, già riscontrato per quelle di idrossido di calcio.

Conclusioni

Il silicato d’etile si conferma l’unico sistema realmente capace di penetrare in profondità, e di impartire un buon livello di consolidamento anche su un substrato lapideo a matrice carbonatica come la Pietra di Lecce. Le nanoparticelle possono essere considerate una valida alternativa, ma il loro effetto è limitato al primo millimetro del materiale lapideo.
Tali risultati dovranno essere messi a confronto con futuri studi su pietre a matrice silicatica, come le arenarie, di cui vi terremo informati nei prossimi numeri del Bollettino CTS..


Bibliografia
Licchelli M., Weththimuni M., Zanchi C.; "Nanoparticles For the consolidation of Lecce Stone”, Atti del XXIV Congresso Nazionale della Società Chimica Italiana, Lecce, 11-16 settembre 2011.
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