ES2811649B2 - A product for the protection of concrete and other construction materials - Google Patents

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Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

UN PRODUCTO PARA LA PROTECCIÓN DE HORMIGÓN Y OTROS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓNA PRODUCT FOR THE PROTECTION OF CONCRETE AND OTHER CONSTRUCTION MATERIALS

SECTOR DE LA TÉCNICA.TECHNICAL SECTOR.

La presente invención se refiere a un producto específicamente diseñado para protección de materiales de construcción, que dota al material de una combinación de propiedades hidrofugantes en su estructura porosa con un fenómeno de hidrofilia inducida, por efecto de la radiación solar o UV-A que genera, en contacto con agua, propiedades superoleofóbicas que facilita la eliminación de cualquier mancha depositada en su superficie.The present invention refers to a product specifically designed for the protection of construction materials, which endows the material with a combination of water repellent properties in its porous structure with an induced hydrophilicity phenomenon, due to the effect of solar radiation or UV-A that it generates. , in contact with water, superoleophobic properties that facilitate the removal of any stain deposited on its surface.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN.BACKGROUND OF THE INVENTION.

El agua es el principal vehículo de los agentes de degradación que afectan a los materiales de construcción, en procesos tales como cristalización de sales, ciclos hielodeshielo, colonización de microorganismos, etc. (Romano P et al., Constr. Build. Mater., 47, 827, 2013; Jacques D et al., Cem. Concr. Res., 40, 1306, 2010; Pan X et al., Constr. Build. Mater., 132, 578, 2017). Por ello, la aplicación de productos hidrofugantes que reducen la absorción de agua es una solución ampliamente empleada para aumentar la vida útil de los materiales de construcción. La mayoría de estos productos contienen alquilsiloxanos que penetran en la estructura porosa de los materiales, debido a su baja viscosidad, y polimerizan in situ por medio de una ruta sol-gel. La reducción de energía superficial debido a la presencia de grupos orgánicos dota a los materiales tratados de propiedades hidrofugantes, reduciendo la absorción de agua (Pan X., Constr. Build. Mater, 132, 578, 2017; Pan X et al., Constr. Build. Mater, 133, 81, 2017). Water is the main vehicle for degradation agents that affect construction materials, in processes such as salt crystallization, freeze-thaw cycles, colonization of microorganisms, etc. ( Romano P et al., Constr. Build. Mater., 47, 827, 2013; Jacques D et al., Cem. Concr. Res., 40, 1306, 2010; Pan X et al., Constr. Build. Mater ., 132, 578, 2017). For this reason, the application of waterproofing products that reduce water absorption is a widely used solution to increase the useful life of construction materials. Most of these products contain alkylsiloxanes that penetrate the porous structure of materials, due to their low viscosity, and polymerize in situ through a sol-gel route. The reduction of surface energy due to the presence of organic groups endows the treated materials with water-repellent properties, reducing water absorption ( Pan X., Constr. Build. Mater, 132, 578, 2017; Pan X et al., Constr Build. Mater, 133, 81, 2017).

Por otro lado, en los últimos años se han desarrollado productos superhidrofugantes que se caracterizan por poseer una elevada hidrofobicidad (ángulos de contacto estáticos superiores a 150° y una elevada repelencia (histéresis entre ángulo de avance y retroceso inferior a 10°). (Moradi S et al., Colloid Polym. Sci., 291, 317, 2013; Lafuma A et al., Nat. Mater, 2, 457, 2003; Koch K et al., Soft Matter, 5, 1386, 2009). Esta elevada repelencia dota a estas superficies de propiedades auto-limpiantes. En concreto, el agua es capaz de capturar cualquier especie de naturaleza hidrofílica de su superficie (Fürstner R., Langmuir, 21, 956, 2005; Manoudis PN et al., Surf. Coatings Technol., 203, 1322, 2009; Facio DS et al., Nanotechnology, 28, 2017). On the other hand, in recent years superhydro-repellent products have been developed that are characterized by having high hydrophobicity (static contact angles greater than 150 ° and high repellency (hysteresis between advance and retreat angle less than 10 °). ( Moradi S et al., Colloid Polym. Sci., 291, 317, 2013; Lafuma A et al., Nat. Mater, 2, 457, 2003; Koch K et al., Soft Matter, 5, 1386, 2009). high repellency gives these surfaces self-cleaning properties. Specifically, water It is capable of capturing any species of hydrophilic nature from its surface ( Fürstner R., Langmuir, 21, 956, 2005; Manoudis PN et al., Surf. Coatings Technol., 203, 1322, 2009; Facio DS et al., Nanotechnology , 28, 2017).

La superhidrofobicidad es obtenida por la combinación de una baja energía superficial y la creación de rugosidad que promueve un estado Cassie-Baxter. En este estado, las gotas de agua permanecen sobre los picos de rugosidad, formándose una interfase sólido-aire (Cassie ABD., Trans. Faraday Soc., 40, 546, 1944; Gao L et al., Langmuir, 25, 14105, 2009; Fürstner R et al., Langmuir, 21, 956, 2005). De acuerdo con esta estrategia, nuestro grupo de investigación ha desarrollado productos superhidrofugantes con aplicación en materiales en construcción (Facio DS et al., ACS Appl. Mater. Interfaces, 5, 7517, 2013; Carrascosa LAM et al., Nanotechnology, 27, 2016) y a una patente (N° ES2423356). Estos productos son obtenidos mediante una sencilla ruta sol-gel, en la cual un oligómero de sílice es mezclado con un oligómero orgánico (polidimetilsiloxano, PDMS), que reduce la energía superficial, y nanopartículas (NPs) de sílice, que crean una superficie Cassie-Baxter. Además, se añade un surfactante no iónico, el cual aumenta el tamaño de poro del xerogel obtenido, evitando su fractura.Superhydrophobicity is obtained by the combination of low surface energy and the creation of roughness that promotes a Cassie-Baxter state. In this state, the water droplets remain on the roughness peaks, forming a solid-air interface ( Cassie ABD., Trans. Faraday Soc., 40, 546, 1944; Gao L et al., Langmuir, 25, 14105, 2009; Fürstner R et al., Langmuir, 21, 956, 2005). In accordance with this strategy, our research group has developed superhydrophobic products with application in construction materials ( Facio DS et al., ACS Appl. Mater. Interfaces, 5, 7517, 2013; Carrascosa LAM et al., Nanotechnology, 27, 2016) and a patent (N ° ES2423356). These products are obtained through a simple sol-gel route, in which a silica oligomer is mixed with an organic oligomer (polydimethylsiloxane, PDMS), which reduces surface energy, and silica nanoparticles (NPs), which create a Cassie surface. -Baxter. In addition, a non-ionic surfactant is added, which increases the pore size of the xerogel obtained, preventing its fracture.

No obstante, la solución previamente descrita no presenta efectividad auto-limpiante en el caso de manchas/contaminantes de naturaleza oleosa. En los materiales de construcción, la obtención de materiales de construcción con capacidad repelentes a sustancias oleosas es un reto clave por dos razones:However, the previously described solution does not show self-cleaning effectiveness in the case of oily stains / contaminants. In building materials, obtaining building materials with oil repellency is a key challenge for two reasons:

(i) la mayor parte de la suciedad en fachadas es debida a compuestos de esta naturaleza, entre los que se incluyen los contaminantes originados por la polución atmosférica y los grafitis.(i) most of the dirt on facades is due to compounds of this nature, which include pollutants caused by atmospheric pollution and graffiti.

(ii) la durabilidad de las superficie superhidrofugantes es afectada por la contaminación debida a sustancias oleosas, lo que promueve la pérdida de su acción auto-limpiante (Li L et al., Chem. Rec, 118, 2017). (ii) the durability of superhydrophobic surfaces is affected by contamination due to oily substances, which promotes the loss of their self-cleaning action ( Li L et al., Chem. Rec, 118, 2017).

En la actualidad, la obtención de materiales de construcción con propiedades oleofóbicas se consigue, únicamente, mediante el uso de compuestos fluorados (Facio DS et al., Nanotechnology, 28, 2017; Mosquera MJ et al., Pure Appl. Chem., 90, 551, 2018; Aslanidou D et al. Mater. Des.,108, 736, 2016; Aslanidou D. et al. Materials, 11, 585, 2018), con todas las limitaciones medioambientales implicadas en su aplicación. At present, obtaining construction materials with oleophobic properties is only achieved through the use of fluorinated compounds ( Facio DS et al., Nanotechnology, 28, 2017; Mosquera MJ et al., Pure Appl. Chem., 90 , 551, 2018; Aslanidou D et al. Mater. Des., 108, 736, 2016; Aslanidou D. et al. Materials, 11, 585, 2018), with all the environmental limitations involved in its application.

En cuanto a la superoleofobidad, se requiere la formación de una estructura rugosa compleja (con forma de hongo o T), como descrito en la literatura (Darmanin T et al., Mater. Today, 18, 273, 2015; Xue Z et al., J. Polym. Sci. Part B Polym. Phys., 50, 1209, 2012; Yong J et al., Chem. Soc. Rev., 46, 4168, 2017). La obtención de estas estructuras complejas implica tediosos procesos difícilmente aplicables en los materiales de construcción.Regarding superoleophobity, the formation of a complex rough structure (shaped like a mushroom or T) is required, as described in the literature ( Darmanin T et al., Mater. Today, 18, 273, 2015; Xue Z et al. ., J. Polym. Sci. Part B Polym. Phys., 50, 1209, 2012; Yong J et al., Chem. Soc. Rev., 46, 4168, 2017). Obtaining these complex structures involves tedious processes that are difficult to apply to construction materials.

Recientemente, se ha desarrollado una estrategia para producir superficies autolimpiantes, basada en la capacidad de las escamas de los peces para mantenerse limpias, incluso en medios acuosos contaminados. La presencia de grupos polares de naturaleza hidrofílica en las escamas, combinado con su estructura en forma de micropapilas crea un estado Cassie-Baxter, en el cual la interfase sólido-aire es sustituida por una interfase sólido-agua que evita el contacto de los contaminantes oleosos con dichas escamas (Liu M et al., Adv. Mater., 21, 665, 2009; Yong J et al., J. Mater. Chem. A, 5, 25249, 2017). Basado en este comportamiento se han diseñado diferentes materiales con aplicación como filtros de separación agua-aceite (Wang Y et al., J. Mater. Chem. A, 5, 3759, 2017). No obstante, la aplicación de esta estrategia en el caso de materiales de construcción, convertiría al material en hidrofílico, permitiendo la entrada de agua en su estructura, principal vehículo de los agentes de degradación en edificios.Recently, a strategy has been developed to produce self-cleaning surfaces, based on the ability of fish scales to stay clean, even in contaminated aqueous media. The presence of polar groups of a hydrophilic nature in the scales, combined with their structure in the form of micropapillae creates a Cassie-Baxter state, in which the solid-air interface is replaced by a solid-water interface that avoids the contact of contaminants. oily with said flakes ( Liu M et al., Adv. Mater., 21, 665, 2009; Yong J et al., J. Mater. Chem. A, 5, 25249, 2017). Based on this behavior, different materials have been designed with application as water-oil separation filters ( Wang Y et al., J. Mater. Chem. A, 5, 3759, 2017). However, the application of this strategy in the case of construction materials, would make the material hydrophilic, allowing the entry of water into its structure, the main vehicle for degradation agents in buildings.

En esta invención, se ha empleado una estrategia que permite dotar a la superficie del material de construcción de propiedades superhidrofílicas mientras su estructura interior posee propiedades hidrofugantes, y por tanto, se evita la absorción de agua. Para ello, se emplea dióxido de titanio, capaz de inducir superhidrofilia en contacto con la radiación solar mientras el material no expuesto mantiene el comportamiento hidrófobo, impidiendo la penetración de agua en su estructura.In this invention, a strategy has been used that makes it possible to provide the surface of the building material with superhydrophilic properties while its internal structure possesses water-repellent properties, and therefore, the absorption of water is avoided. For this, titanium dioxide is used, capable of inducing superhydrophilicity in contact with solar radiation while the unexposed material maintains its hydrophobic behavior, preventing the penetration of water into its structure.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN.EXPLANATION OF THE INVENTION.

El producto objeto de la invención es un sol que posee reducida viscosidad, y por tanto puede ser aplicado por métodos simples (pulverización, brocha...), in situ, sobre cualquier edificio o cualquier otro elemento arquitectónico y, además, penetra en la estructura porosa del material de construcción. The product object of the invention is a sun that has low viscosity, and therefore can be applied by simple methods (spraying, brush ...), in situ, on any building or any other architectural element and, in addition, penetrates the porous structure of the building material.

El sol está compuesto por:The sun is composed of:

(i) Un oligómero de sílice, que polimeriza de forma espontánea en la estructura porosa del material de construcción, mediante un clásico proceso sol-gel, aumentando la interacción con el mismo y la durabilidad del tratamiento.(i) A silica oligomer, which polymerizes spontaneously in the porous structure of the construction material, through a classic sol-gel process, increasing the interaction with it and the durability of the treatment.

(ii) Un tensioactivo no-iónico (con una concentración entre el 0,05 y 0,4% vol/vol) y agua. El tensioactivo no iónico es una amina primaria, preferiblemente n-octilamina. Este tensioactivo juega dos papeles fundamentales: (1) actúa como catalizador básico de la reacción sol-gel, y (2) genera un gel mesoporoso libre de fracturas, mediante un mecanismo de micelas inversas (Facio DS et al., Microporous Mesoporous Mater., 247, 166, 2017). (ii) A non-ionic surfactant (with a concentration between 0.05 and 0.4% vol / vol) and water. The nonionic surfactant is a primary amine, preferably n-octylamine. This surfactant plays two fundamental roles: (1) it acts as a basic catalyst for the sol-gel reaction, and (2) it generates a fracture-free mesoporous gel, through an inverse micelle mechanism ( Facio DS et al., Microporous Mesoporous Mater. , 247, 166, 2017).

(iii) Agua, para promover la hidrólisis del oligómero de sílice, generando grupos silanol que, gracias a su elevada reactividad, originan la polimerización de los oligómeros mediante reacciónes de condensación, dando origen al xerogel.(iii) Water, to promote the hydrolysis of the silica oligomer, generating silanol groups that, thanks to their high reactivity, cause the polymerization of the oligomers through condensation reactions, giving rise to the xerogel.

(iv) Un compuesto con grupos funcionales con baja energía superficial, capaz de penetrar en la estructura porosa del material de construcción y formar co-polímeros con el oligómero de sílice, dotando al material de propiedades hidrofugantes. En este grupo se incluyen alquilalcoxisilanos, alquilsilanos, alquilsiloxanos y perfluoroalquilsiloxanos, preferentemente siendo este un polidimetilsilosano (PDMS), con una concentración del 10 %v/v.(iv) A compound with functional groups with low surface energy, capable of penetrating the porous structure of the construction material and forming copolymers with the silica oligomer, providing the material with water repellent properties. This group includes alkylalkoxysilanes, alkylsilanes, alkylsiloxanes and perfluoroalkylsiloxanes, preferably this being a polydimethylsiloxane (PDMS), with a concentration of 10% v / v.

(v) Nanopartículas de dióxido de titanio, necesarias para inducir la superhidrofilia en superficie y propiedades fotocatalíticas. La proporción de este componente está comprendida entre el 2 y el 10 %p/v, preferentemente con una concentración del 5%p/v.(v) Titanium dioxide nanoparticles, necessary to induce surface superhydrophilicity and photocatalytic properties. The proportion of this component is between 2 and 10% w / v, preferably with a concentration of 5% w / v.

Las nanopartículas del dióxido de titanio tienen un doble objetivo:Titanium dioxide nanoparticles have a dual purpose:

(1) Crear una nano-rugosidad característica de un estado Cassie-Baxter. La sinergia creada entre los componentes (iii) y (iv) dota al material de propiedades superhidrofugantes en caso de no producirse contacto del recubrimiento con la luz solar (Facio DS., ACS Appl. Mater. Interfaces, 5, 7517, 2013; Facio DS et al., Nanotechnology, 28, 265601, 2017; Carrascosa LAM., Nanotechnology, 27, 2016) y patentes previas (N° ES2423356).(1) Create a nano-roughness characteristic of a Cassie-Baxter state. The synergy created between components (iii) and (iv) endows the material with superhydrophobic properties in the event that the coating does not come into contact with sunlight ( Facio DS., ACS Appl. Mater. Interfaces, 5, 7517, 2013; Facio DS et al., Nanotechnology, 28, 265601, 2017; Carrascosa LAM., Nanotechnology, 27, 2016) and previous patents (N ° ES2423356).

(2) En presencia de radiación UV o solar, se produce un fenómeno de hidrofilia inducida como consecuencia de la foto-activación del dióxido de titanio (Watanabe T et al., Thin Solid Films, 351, 260, 1999; Rudakova A V. et al., J. Colloid Interface Sci., 466, 452, 2016; J. Photochem. Photobiol. A Chem., 367, 397, 2018; Velayi E et al., Appl. Surf. Sci., 441, 156, 2018), produciendo un efecto superoleofóbico en contacto con agua. Este efecto dota al material de construcción de habilidad auto-limpiante frente a contaminantes de naturaleza oleosa. Por otra parte, el producto que no se encuentra en contacto con la luz solar, situado en el interior de la estructura porosa del material de construcción mantiene sus propiedades hidrofugantes, evitando la penetración de agua.(2) In the presence of UV or solar radiation, an induced hydrophilicity phenomenon occurs as a consequence of the photo-activation of titanium dioxide ( Watanabe T et al., Thin Solid Films, 351, 260, 1999; Rudakova A V. et al., J. Colloid Interface Sci., 466, 452, 2016; J. Photochem. Photobiol. A Chem., 367, 397, 2018; Velayi E et al., Appl. Surf. Sci., 441, 156, 2018), producing a superoleophobic effect in contact with water. This effect gives the building material a self-cleaning ability against pollutants of an oily nature. On the other hand, the product that is not in contact with sunlight, located inside the porous structure of the building material, maintains its waterproofing properties, preventing the penetration of water.

Un segundo aspecto de la presente invención es el procedimiento de obtención del producto anteriormente descrito. Este procedimiento consiste en una sencilla ruta solgel, que incluye las siguientes etapas:A second aspect of the present invention is the procedure for obtaining the product described above. This procedure consists of a simple solgel route, which includes the following steps:

En primer lugar, se realiza la mezcla del oligómero de sílice y el compuesto de baja energía superficial. Posteriormente, se dispersan las nanopartículas del dióxido de titanio. Finalmente, se adiciona agua y el tensioactivo, y se procede a la homogenización.First, the mixture of the silica oligomer and the low surface energy compound is carried out. Subsequently, the titanium dioxide nanoparticles are dispersed. Finally, water and the surfactant are added, and homogenization is carried out.

Con el procedimiento descrito, se obtiene un sol con estabilidad superior a 12 meses, lo que permite su almacenamiento con fines comerciales.With the described procedure, a sol with stability superior to 12 months is obtained, which allows its storage for commercial purposes.

El producto puede ser aplicado sobre cualquier material de construcción de naturaleza porosa. Dada la baja viscosidad del producto (alrededor de 6 mPas), es posible usar métodos de aplicación típicamente empleados en el campo de los materiales de construcción (pulverización, cepillo, brocha, etc.).The product can be applied on any construction material of a porous nature. Given the low viscosity of the product (around 6 mPas), it is possible to use application methods typically used in the field of building materials (spraying, brushing, brushing, etc.).

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS.BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES.

FIGURA 1.- Fotografías de la sección transversal de una probeta de mortero de cemento blanco, mostrando la penetración del producto objeto de la invención. FIGURE 1.- Photographs of the cross section of a white cement mortar specimen, showing the penetration of the product object of the invention.

FIGURA 2.- Topografía de las muestras de mortero de cemento blanco. Imágenes de SEM (primera fila), imágenes 3D de AFM (segunda fila), y perfiles 2D de rugosidad. (a) Sin tratar y (b) tratadas. FIGURE 2.- Topography of the white cement mortar samples. SEM images (first row), AFM 3D images (second row), and 2D roughness profiles. (a) Untreated and (b) treated.

FIGURA 3.- Gotas de cloroformo depositadas sobre muestras de mortero de cemento blanco sumergidas en agua. (a) Superficie superhidrófoba, y (b) superficie superhidrofílica. Se incluyen los valores de los ángulos de contacto de gotas de cloroformo depositadas sobre los morteros evaluados. FIGURE 3.- Drops of chloroform deposited on samples of white cement mortar submerged in water. (a) Superhydrophobic surface, and (b) superhydrophilic surface. The values of the contact angles of drops of chloroform deposited on the evaluated mortars are included.

FIGURA 4.- Capturas de pantalla de gotas de cloroformo rodando sobre muestras de mortero de cemento blanco bajo agua. (a-d) Superficie superhidrófoba, (e-h) superficie superhidrofílica. FIGURE 4.- Screenshots of chloroform droplets rolling on samples of white cement mortar under water. (ad) Superhydrophobic surface, (eh) superhydrophilic surface.

FIGURA 5.- Capturas de pantalla del efecto auto-limpiante de las muestras de mortero de cemento blanco. (a-d) Superficie superhidrófoba manchada con polvo de teja, (e-h) superficie superhidrófoba manchada con polvo de teja contaminado con ácido oleico, (i-l) superficie superhidrofílica manchada con polvo de teja contaminado con ácido oleico. FIGURE 5.- Screenshots of the self-cleaning effect of the white cement mortar samples. (ad) Superhydrophobic surface stained with tile powder, (eh) superhydrophobic surface stained with tile powder contaminated with oleic acid, (il) superhydrophilic surface stained with tile powder contaminated with oleic acid.

FIGURA 6.- Fotografías de la sección transversal de una muestra de mortero de cemento. FIGURE 6.- Photographs of the cross section of a cement mortar sample.

FIGURA 7.- Imágenes de SEM de la superficie de los morteros de cemento. (a) Sin tratar y (b) tratada. FIGURE 7.- SEM images of the surface of cement mortars. (a) Untreated and (b) treated.

FIGURA 8.- Capturas de pantalla de gotas de cloroformo rodando sobre muestras de mortero de cemento bajo agua. (a-c) Superficie superhidrófoba, (d-f) superficie superhidrofílica. FIGURE 8.- Screenshots of chloroform droplets rolling on cement mortar samples under water. (ac) Superhydrophobic surface, (df) superhydrophilic surface.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN.PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION.

A continuación, y con objeto de ilustrar con más detalle el producto objeto de la invención, se describen los resultados obtenidos en nuestro laboratorio de investigación. Next, and in order to illustrate in more detail the product object of the invention, the results obtained in our research laboratory are described.

En concreto, en el Ejemplo 1 se describe la síntesis de un producto preparado de acuerdo con el método descrito, y su aplicación sobre morteros de cemento blanco comerciales, suministrados por la empresa Hermesa Stone S.L. Posteriormente, se describe la evaluación de la eficacia del producto sobre los morteros tratados. En el segundo ejemplo, el producto preparado en el Ejemplo 1 se aplica sobre morteros de cemento preparados de acuerdo a la norma UNE-EN 12390-2, y posteriormente envejecidos mediante ciclos de hielo-deshielo.Specifically, Example 1 describes the synthesis of a product prepared according to the described method, and its application on commercial white cement mortars, supplied by the company Hermesa Stone S.L. Subsequently, the evaluation of the effectiveness of the product on the treated mortars is described. In the second example, the product prepared in Example 1 is applied to cement mortars prepared in accordance with the UNE-EN 12390-2 standard, and subsequently aged using freeze-thaw cycles.

EJEMPLO 1EXAMPLE 1

El producto objeto de la invención fue preparado de acuerdo a la siguiente ruta de síntesis: Un oligómero de sílice (Wacker TES40, de Wacker Chemie) fue mezclado con un polidimetilsiloxano con grupos OH terminales (PDMS, suministrado por ABCR). Posteriormente, se dispersaron nanopartículas (NPs) de TiO2 (Aroxide P25, de Evonik) en el sol, empleando una sonda de ultrasonidos (2 minutos, 1 W m L-1). Finalmente, se adicionó agua y el tensioactivo (n-octilamina, de Sigma Aldrich), y se homogeneizó la mezcla con la sonda de ultrasonidos (8 minutos, 2 W m L-1). Las proporciones TES40, PDMS, n-octilamina y agua fueron 89.67, 10.00, 0.08 and 0.25 %v/v, respectivamente. En cuanto a las NPs de TiO2 , se añadieron en una proporción del 5 % en peso, respecto del volumen total del sol.The product object of the invention was prepared according to the following synthesis route: A silica oligomer (Wacker TES40, from Wacker Chemie) was mixed with a polydimethylsiloxane with terminal OH groups (PDMS, supplied by ABCR). Subsequently, TiO 2 nanoparticles (NPs) (Aroxide P25, from Evonik) were dispersed in the sun, using an ultrasound probe (2 minutes, 1 W m L-1). Finally, water and the surfactant (n-octylamine, from Sigma Aldrich) were added, and the mixture was homogenized with the ultrasound probe (8 minutes, 2 W m L-1). The TES40, PDMS, n-octylamine and water proportions were 89.67, 10.00, 0.08 and 0.25% v / v, respectively. As for the TiO 2 NPs, they were added in a proportion of 5% by weight, with respect to the total volume of the sol.

Con el fin de comprobar si el producto sintetizado presenta una viscosidad adecuada para su aplicación sobre materiales de construcción, se realizó su medida empleando un viscosímetro rotacional de Brookfield (modelo DV-II+). La temperatura del experimento se mantuvo constante a 25 °C, usando para ello un baño termostático recirculado. El producto presentó una viscosidad de 6.3 mPs, un valor similar al que poseen los productos de impregnación típicamente usados en materiales de construcción. (Carrascosa LAM., Nanotechnology, 27, 2016; Pinho L et al., Appl. Catal. B Environ., 178, 144, 2015). Por tanto, se asegura su adecuada penetración en este tipo de sustratos.In order to check if the synthesized product has a suitable viscosity for its application on construction materials, its measurement was carried out using a Brookfield rotational viscometer (model DV-II +). The temperature of the experiment was kept constant at 25 ° C, using a recirculated thermostatic bath. The product presented a viscosity of 6.3 mPs, a value similar to that of impregnation products typically used in construction materials. ( Carrascosa LAM., Nanotechnology, 27, 2016; Pinho L et al., Appl. Catal. B Environ., 178, 144, 2015). Therefore, its adequate penetration in this type of substrates is ensured.

Además, se evaluó la espontaneidad de la transición sol-gel del producto. Para ello, se depositaron 3 mL de sol en placas Petri de plástico. El producto gelificó en 24 horas debido al papel jugado por la n-octilamina como catalizador básico (Facio DS., Microporous Mesoporous Mater., 247, 166, 2017; Mosquera MJ et al., Langmuir, 24, 2772, 2008). Es importante destacar que la gelificación del producto sucede de forma espontánea pero no inmediata. De esta forma se asegura la penetración del producto dentro de la estructura porosa del material de construcción. El producto también mostró estabilidad en bote cerrado superior a 12 meses.Furthermore, the spontaneity of the sol-gel transition of the product was evaluated. For this, 3 mL of sol were deposited in plastic Petri dishes. The product gelled within 24 hours due to the role played by n-octylamine as a basic catalyst ( Facio DS., Microporous Mesoporous Mater., 247, 166, 2017; Mosquera MJ et al., Langmuir, 24, 2772, 2008). It is important to note that the gelling of the product occurs spontaneously but not immediately. In this way, the penetration of the product into the porous structure of the construction material is ensured. The product also showed stability in a closed bottle of more than 12 months.

El producto preparado se aplicó, en forma de sol, mediante pulverización (2 bar, 10 segundos), sobre probetas de 3.5 x 3.5 x 3.5 cm3 de mortero de cemento blanco suministradas por la empresa Hermesa Stone S.L. (porosidad abierta de aproximadamente 12 %). Las muestras de mortero de cemento fueron fabricadas empleando un cemento Portland blanco tipo I y arena calcárea ($ 1-6 mm). Las relaciones agua:cemento (p/p) y cemento:arena (p/p) fueron 1:2 y 1:5, respectivamente. Los morteros fueron curados bajo agua a 21 ± 2 °C, durante 28 días.The prepared product was applied, in the form of the sun, by spraying (2 bar, 10 seconds), on specimens of 3.5 x 3.5 x 3.5 cm3 of white cement mortar supplied by the company Hermesa Stone S.L. (open porosity about 12%). The cement mortar samples were manufactured using type I white Portland cement and calcareous sand ($ 1-6 mm). The water: cement (w / w) and cement: sand (w / w) ratios were 1: 2 and 1: 5, respectively. The mortars were cured under water at 21 ± 2 ° C, for 28 days.

El consumo fue calculado (cantidad de producto absorbido) pesando las probetas antes e inmediatamente después de ser tratadas, obteniéndose un valor aproximado de 150 g m -2. Este valor bajo valor de absorción puede ser debido a la baja porosidad del sustrato. Tras la aplicación, las muestras se dejaron secar hasta alcanzar peso constante. Todos los ensayos y resultados descritos a continuación se realizaron 6 meses tras la aplicación del producto.Consumption was calculated (amount of product absorbed) by weighing the specimens before and immediately after being treated, obtaining an approximate value of 150 g m -2. This low absorption value may be due to the low porosity of the substrate. After application, the samples were allowed to dry to constant weight. All the tests and results described below were carried out 6 months after applying the product.

En primer lugar, se evaluó la penetración del producto. Para ello, las muestras se cortaron con el fin de obtener secciones transversales de las mismas, y se depositaron, sobre dichas secciones, gotas de una disolución de azul de metileno en etanol. La zona en la que ha penetrado en producto reduce significativamente su porosidad, y por tanto, el colorante se acumula en la superficie, generando un color más intenso en dicha zona. Adicionalmente, la mayor afinidad del gel de sílice por dicho colorante puede favorecer este fenómeno. En la Figura 1, se puede observar claramente esta diferencia cromática que pone de manifiesto que el producto ha penetrado aproximadamente 4 mm. La baja porosidad de este tipo de morteros produce una baja absorción de producto que directamente incide en estos valores de penetración.First, the penetration of the product was evaluated. For this, the samples were cut in order to obtain cross sections of the same, and drops of a solution of methylene blue in ethanol were deposited on said sections. The area in which the product has penetrated significantly reduces its porosity, and therefore, the colorant accumulates on the surface, generating a more intense color in said area. Additionally, the higher affinity of silica gel for said dye can favor this phenomenon. In Figure 1, this chromatic difference can be clearly observed, which shows that the product has penetrated approximately 4 mm. The low porosity of this type of mortar produces low product absorption that directly affects these penetration values.

A continuación, se evaluaron los posibles efectos negativos derivados de la aplicación de productos que podrían limitar su aplicación: cambio del color del sustrato y reducción de permeabilidad al vapor de agua. En lo que concierne al cambio de color, se utilizó un espectrofotómetro de reflexión para sólidos modelo ColorFlex de Hunterlab, con las siguientes condiciones: iluminante D65, observador 10° y estándar CIEL*a*b*, se determinó la diferencia de color total (AE*). El valor obtenido fue inferior a 1, siendo imperceptible para el ojo humano (el valor umbral de percepción se encuentra entre 3 y 5) y por lo tanto, adecuado para su uso en el campo de la construcción e incluso, en las situaciones más exigentes, como en los edificios y elementos del Patrimonio Cultural (Pinto APF et al., J. Cult. Herit., 9, 38, 2008; Rodrigues JD et al., J. Cult. Herit, 8, 32, 2007). Next, the possible negative effects derived from the application of products that could limit their application were evaluated: change of the color of the substrate and reduction of permeability to water vapor. Regarding the color change, a Hunterlab ColorFlex reflection spectrophotometer for solids was used, with the following conditions: illuminant D65, 10 ° observer and CIEL * a * b * standard, the total color difference (AE *) was determined. The value obtained was less than 1, being imperceptible to the human eye (the threshold value for perception is between 3 and 5) and therefore suitable for use in the construction field and even in the most demanding situations. , as in the buildings and elements of the Cultural Heritage ( Pinto APF et al., J. Cult. Herit., 9, 38, 2008; Rodrigues JD et al., J. Cult. Herit, 8, 32, 2007).

Por otro lado, la reducción de difusividad al vapor fue evaluada mediante un aparato desarrollado en nuestro grupo de investigación (Mosquera MJ et al., Cem. Concr. Res., 32, 1883, 2002), obteniéndose una reducción de aproximadamente el 45 %. De acuerdo a la literatura (Rodrigues JD., J. Cult. Herit., 8, 32, 2007), valores de reducción de difusividad inferiores al 50 % se consideran aceptable para la aplicación en materiales de construcción.On the other hand, the reduction in vapor diffusivity was evaluated using an apparatus developed in our research group ( Mosquera MJ et al., Cem. Concr. Res., 32, 1883, 2002), obtaining a reduction of approximately 45% . According to the literature ( Rodrigues JD., J. Cult. Herit., 8, 32, 2007), diffusivity reduction values lower than 50% are considered acceptable for the application in construction materials.

La topografía superficial de las muestras de hormigón sin tratar y tratadas juega un papel fundamental en las propiedades de humectación. En concreto, la obtención de un estado Cassie-Baxter, mediante el desarrollo de una nano-rugosidad inducida, es un requerimiento imprescindible para obtener un comportamiento superhidrofugante (Gao L., Langmuir, 25, 14105, 2009; Kosak Soz C et al., Polym. (United Kingdom), 62, 118, 2015; Nosonovsky M et al., Microsyst. Technol., 11, 535, 2005). La rugosidad superficial creada por el producto aplicado sobre las probetas objeto de estudio fue evaluada mediante Microscopía Electrónica de Barrido (SEM, modelo NovaNanoSEM 450, de FEI) y Microscopía de Fuerza Atómica (AFM, modelo Dulcinea de Nanotec).The surface topography of the untreated and treated concrete samples plays a critical role in the wetting properties. Specifically, obtaining a Cassie-Baxter state, through the development of an induced nano-roughness, is an essential requirement to obtain superhydrophobic behavior ( Gao L., Langmuir, 25, 14105, 2009; Kosak Soz C et al. , Polym. ( United Kingdom), 62, 118, 2015; Nosonovsky M et al., Microsyst. Technol., 11, 535, 2005). The surface roughness created by the product applied to the specimens under study was evaluated by Scanning Electron Microscopy (SEM, model NovaNanoSEM 450, from FEI) and Atomic Force Microscopy (AFM, Dulcinea model from Nanotec).

Las micrografías de SEM, Figura 2 (fila superior), muestran una evidente modificación de la superficie tras la aplicación del producto. La superficie sin tratar (Figura 2a) presentó un aspecto irregular con granos minerales claramente visibles, típicos de materiales heterogéneos, tales como el hormigón. Por el contrario, las superficies tratadas (Figura 2b) mostraron una estructura compacta compuesta por NPs densamente empaquetadas, demostrando la formación de un recubrimiento sobre la superficie. Dicho recubrimiento está constituido por la matriz de sílice que cumple dos funciones (Pinho L et al., Appl. Surf. Sci., 275, 389, 2013): (1) actúa como puente entre los granos de mineral y cubre los poros del sustrato, aumentando su compactación, y (2) actúa como una matriz para las nanopartículas de TiO2 , mejorando la adhesión y favoreciendo una distribución homogénea sobre la superficie. Las TiO2NPs son las responsables de la nanorugosidad observada.The SEM micrographs, Figure 2 (top row), show an evident modification of the surface after the application of the product. The untreated surface (Figure 2a) presented an irregular appearance with clearly visible mineral grains, typical of heterogeneous materials, such as concrete. In contrast, the treated surfaces (Figure 2b) showed a compact structure composed of densely packed NPs, demonstrating the formation of a coating on the surface. Said coating is constituted by the silica matrix that fulfills two functions ( Pinho L et al., Appl. Surf. Sci., 275, 389, 2013): (1) it acts as a bridge between the mineral grains and covers the pores of the substrate, increasing its compaction, and (2) acts as a matrix for the TiO 2 nanoparticles, improving adhesion and favoring a homogeneous distribution on the surface. The TiO2NPs are responsible for the observed nano-roughness.

Un estudio textural más detallado de las superficies fue obtenido analizando las imágenes AFM. Los mapas topográficos 3D (Figura 2, segunda fila), junto con los valores de rugosidad RMS (media cuadrática, del inglés Root Mean Square), demostraron que la rugosidad cambia debido a la presencia las nanopartículas de TiO2 integradas en el xerogel de sílice, corroborando la información obtenida en las imágenes de SEM. La muestra sin tratar mostró una topografía irregular, con elevados picos de rugosidad separados por amplios valles, correspondientes a los granos de mineral y bordes de grano, respectivamente. Esta observación también fue manifestada por un elevado valor de rugosidad (165 nm), con una desviación estándar significativa (±40), que confirma la heterogeneidad. Por otro lado, las muestras tratadas con el producto objeto de estudio presentaron una rugosidad jerárquica compuesta de picos de escala submicrométrica y una estructura nanométrica secundaria, dando un valor de rugosidad RMS de 64 ±10 nm.A more detailed textural study of the surfaces was obtained by analyzing the AFM images. The 3D topographic maps (Figure 2, second row), together with the RMS ( Root Mean Square) roughness values, showed that the roughness changes due to the presence of the TiO2 nanoparticles integrated in the silica xerogel, corroborating the information obtained in the SEM images. The untreated sample showed an irregular topography, with high roughness peaks separated by wide valleys, corresponding to the mineral grains and grain edges, respectively. This observation was also manifested by a high roughness value (165 nm), with a significant standard deviation (± 40), which confirms the heterogeneity. On the other hand, the samples treated with the product under study presented a hierarchical roughness composed of peaks of submicron scale and a secondary nanometric structure, giving an RMS roughness value of 64 ± 10 nm.

Las diferencias de tamaño de los picos de rugosidad se observan más claramente en los perfiles 2D de rugosidad, mostrados en la Figura 2 (fila inferior). En el caso del sustrato sin tratar, los granos de mineral generan un perfil irregular con picos separados por distancias de entre 0.5 y 3 pm. Por el contrario, la superficie tratada mostró grandes picos (60-100 nm) separados por distancias similares, correspondientes a los agregados de nanopartículas de TiO2/matriz de sílice observados en SEM. La rugosidad jerárquica, constituida por micro/nanorugosidad de la superficie fue claramente observada por la presencia de picos submicrométricos, separados por distancias de entre 150 y 300 nm, los cuales están compuestos por picos espaciados 40-50 nm, correspondientes a las nanopartículas de TiO2.Differences in the size of the roughness peaks are more clearly observed in the 2D roughness profiles, shown in Figure 2 (bottom row). In the case of the untreated substrate, the mineral grains generate an irregular profile with peaks separated by distances between 0.5 and 3 pm. In contrast, the treated surface showed large peaks (60-100 nm) separated by similar distances, corresponding to the aggregates of TiO2 nanoparticles / silica matrix observed in SEM. The hierarchical roughness, constituted by micro / nano roughness of the surface, was clearly observed by the presence of submicron peaks, separated by distances between 150 and 300 nm, which are composed of peaks spaced 40-50 nm, corresponding to the TiO2 nanoparticles. .

Las propiedades de humectación de las probetas objeto de estudio fueron evaluadas mediante medidas de ángulo estático y dinámico, empleando un aparato de video­ medición OCA15Plus, de DataPhysics Instruments. Las medidas fueron realizadas de acuerdo al procedimiento seguido en una publicación previa (Mosquera MJ., Pure Appl. Chem., 90, 551, 2018). Los resultados obtenidos se observan en la Tabla 1.The wetting properties of the specimens under study were evaluated by static and dynamic angle measurements, using an OCA15Plus video measurement device, from DataPhysics Instruments. The measurements were carried out according to the procedure followed in a previous publication ( Mosquera MJ., Pure Appl. Chem., 90, 551, 2018). The results obtained are observed in Table 1.

Tabla 1. Medidas de ángulo de contacto de las superficies de hormigón tratadas y sin tratar, antes y después de la irradiación. Table 1. Contact angle measurements of treated and untreated concrete surfaces, before and after irradiation.

Antes de irradiación

Figure imgf000012_0001
Después de irradiación Muestra Ángulo Estático Histéresis Ángulo Estático HistéresisBefore irradiation
Figure imgf000012_0001
After irradiation Sample Static Angle Hysteresis Static Angle Hysteresis

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Figure imgf000012_0002

*El valor de histéresis no pudo ser evaluado ya que la gota se extendió rápidamente.* The hysteresis value could not be evaluated as the drop spread rapidly.

Las muestras sin tratar mostraron un comportamiento hidrofílico (ángulo estático alrededor de 30°, debido a la presencia de grupos polares (Si-OH, CO32", etc.) en el material cementicio. En el caso de las muestras tratadas, se observaron valores de ángulo estático cercanos a 160° y valores de histéresis inferiores a 4°, valores típicos de un comportamiento hidrofugante y repelete al agua (Simpson JT et al., Reports Prog. Phys., 78, 086501, 2015). Este comportamiento superhidrofugante puede ser explicado por la existencia de un estado Cassie-Baxter (Cassie ABD., Trans. Faraday Soc., 40, 546, 1944), que predice que la combinación de una baja energía superficial y una estructura jerárquica constituida por una nano/micro-rugosidad, como descrita previamente en las imágenes de SEM y AFM (Figura 2), puede dar lugar a ángulos de contacto elevados debido a la formación de bolsas de aire entre los valles de rugosidad. Además, el componente orgánico PDMS juega un papel fundamental reduciendo la energía superficial (Koch K., Soft Matter, 5, 1386, 2009; Facio DS., ACS Appl. Mater. Interfaces, 5, 7517, 2013; LiX-M et al., Chem. Soc. Rev, 36, 1350, 2007). The untreated samples showed a hydrophilic behavior (static angle around 30 °, due to the presence of polar groups (Si-OH, CO32 ", etc.) in the cementitious material. In the case of the treated samples, values were observed of static angle close to 160 ° and hysteresis values lower than 4 °, typical values of a hydrophobic and water repellent behavior ( Simpson JT et al., Reports Prog. Phys., 78, 086501, 2015). This superhydrofuge behavior can be explained by the existence of a Cassie-Baxter state ( Cassie ABD., Trans. Faraday Soc., 40, 546, 1944), which predicts that the combination of a low surface energy and a hierarchical structure constituted by a nano / micro- Roughness, as previously described in SEM and AFM images (Figure 2), can lead to high contact angles due to the formation of air pockets between the roughness valleys. In addition, the organic component PDMS plays a fundamental role in reducing l to surface energy ( Koch K., Soft Matter, 5, 1386, 2009; Facio DS., ACS Appl. Mater. Interfaces, 5, 7517, 2013; LiX-M et al., Chem. Soc. Rev, 36, 1350, 2007).

Con objeto de crear una superhidrofilia inducida, las muestras tratadas fueron sometidas a irradiación solar, durante 12 horas, en una cámara climática modelo SolarBox 3000eRH de CO.FRO.ME.GA (500 W m -2, 50 °C y 60 % de humedad relativa). Después de la irradiación, los ángulos de contacto fueron nuevamente medidos.In order to create an induced superhydrophilicity, the treated samples were subjected to solar irradiation, for 12 hours, in a CO.FRO.ME.GA SolarBox 3000eRH climatic chamber (500 W m -2, 50 ° C and 60% of RH). After irradiation, the contact angles were again measured.

Los resultados obtenidos mostraron un cambio efectivo del comportamiento superhidrofóbico a superhidrofílico, observándose una reducción del ángulo estático a valores inferiores a 10° tras 12 horas de irradiación. Como descrito previamente en la literatura (Schneider J et al., Chem. Rev., 114, 9919, 2014), al irradiar el TiO2 con luz UV, se crean vacantes de oxígeno, lo que provoca la conversión de Ti4+ en Ti3+, promoviendo una mayor interacción con el agua debido a mecanismos de adsorción de agua disociada (Hugenschmidt MB et al., Surf. Sci., 302, 329, 1994). Este efecto da lugar a un incremento en el número de grupos hidroxilo sobre la superficie, lo que induce superhidrofilia (Fujishima A et al., J. Photochem. Photobiol. C Photochem. Rev., 1, 1, 2000; Wang R et al., Adv. Mater., 10, 135, 1998). Como se observa en las imágenes de SEM (Figura 2), las nanopartículas de TiO2 están perfectamente expuestas sobre la superficie, y, por tanto, se confirma su papel en este fenómeno.The results obtained showed an effective change from superhydrophobic to superhydrophilic behavior, observing a reduction of the static angle to values lower than 10 ° after 12 hours of irradiation. As previously described in the literature ( Schneider J et al., Chem. Rev., 114, 9919, 2014), when TiO2 is irradiated with UV light, oxygen vacancies are created, which causes the conversion of Ti4 + into Ti3 +, promoting increased interaction with water due to dissociated water adsorption mechanisms ( Hugenschmidt MB et al., Surf. Sci., 302, 329, 1994). This effect leads to an increase in the number of hydroxyl groups on the surface, which induces superhydrophilicity ( Fujishima A et al., J. Photochem. Photobiol. C Photochem. Rev., 1, 1, 2000; Wang R et al., Adv. Mater., 10, 135, 1998). As can be seen in the SEM images (Figure 2), the TiO 2 nanoparticles are perfectly exposed on the surface, and, therefore, their role in this phenomenon is confirmed.

Dado que el principal objetivo de esta invención es explotar las propiedades de superoleofobicidad bajo agua de las superficies superhidrofílicas, esta propiedad ha sido evaluada. Específicamente, se midieron ángulos estáticos de micro-gotas de cloroformo (ver Figura 3) sobre muestras tratadas (y posteriormente irradiadas) sumergidas en agua. Ya que los aceites flotan en agua, debido a su baja densidad, se empleó cloroformo para realizar la medida. Con efecto comparativo, también se realizó la medida de sobre muestras sin irradiar, las cuales mostraron, debido a la presencia del tratamiento, un comportamiento superhidrofugante. En concreto, las gotas de cloroformo se extendieron rápidamente sobre la superficie superhidrofugante sumergida en agua (ángulo de contacto cercano a 10°, Figura 3a), demostrando el carácter oleofílico, bajo agua, de este tipo de superficies. Por el contrario, las muestras con superhidrofilia foto-inducida presentaron propiedades superoleofugantes bajo agua, con ángulos de contactos superiores a 150° (ver Figura 3b).Since the main objective of this invention is to exploit the underwater superoleophobic properties of superhydrophilic surfaces, this property has been evaluated. Specifically, static angles of chloroform microdrops (see Figure 3) were measured on treated (and subsequently irradiated) samples immersed in water. Since the oils float in water, due to their low density, chloroform was used to carry out the measurement. With a comparative effect, the measurement of non-irradiated samples was also carried out, which showed, due to the presence of the treatment, a superhydrophobic behavior. Specifically, the chloroform droplets spread rapidly on the superhydrophobic surface immersed in water (contact angle close to 10 °, Figure 3a), demonstrating the oleophilic character, under water, of this type of surface. On the contrary, the samples with photo-induced superhydrophilicity presented superoleofuge properties under water, with contact angles greater than 150 ° (see Figure 3b).

Además, la repelencia al aceite fue demostrada mediante un test cualitativo. Específicamente, se depositaron gotas de cloroformo (tintadas con azul de metileno) sobre muestras de hormigón superhidrofílicas, sumergidas en agua. De nuevo, este ensayo se realizó también sobre muestras superhidrofugantes con fines comparativos. La Figura 4 muestra las capturas de pantalla del video grabado durante el experimento. Las gotas de cloroformo depositadas sobre la muestra superhidrofugante se extendieron rápidamente sobre ésta, dejando una mancha azul (Figura 4, a-d). Por otro lado, las gotas de cloroformo rodaron rápidamente sobre la superficie superhidrofílica, evitando el manchado (Figura 4, e-h). Por tanto, se confirma la repelencia al aceite de estas superficies.Furthermore, the oil repellency was demonstrated by a qualitative test. Specifically, droplets of chloroform (stained with methylene blue) were deposited on superhydrophilic concrete samples, immersed in water. Again, this test was also performed on superhydrophobic samples for comparative purposes. Figure 4 shows the screenshots of the video recorded during the experiment. The chloroform drops deposited on the superhydrophobic sample spread rapidly over it, leaving a blue stain (Figure 4, a-d). On the other hand, the chloroform droplets rolled rapidly on the superhydrophilic surface, avoiding staining (Figure 4, e-h). Therefore, the oil repellency of these surfaces is confirmed.

Las propiedades auto-limpiantes frente a contaminantes de naturaleza oleosa fueron evaluadas mediante un sencillo experimento. En primer lugar, se depositó polvo de teja sobre una probeta con superficie superhidrofugante. Las capturas de pantalla mostradas en la Figura 5 (a-d) muestran que el polvo es fácilmente eliminado al proyectar sobre la superficie un chorro de agua, demostrando las propiedades auto-limpiantes de las superficies superhidrofugantes (Facio DS., Nanotechnology, 28, 2017; Mosquera MJ., Pure Appl. Chem., 90, 551, 2018). Posteriormente, se repitió el mismo experimento contaminando el polvo de teja con ácido oleico. En este caso, el agua fue incapaz de eliminar el polvo de teja de la superficie superhidrofugante, debido a la inmiscibilidad agua-aceite (ver Figura 5, e-h). Esto pone de manifiesto la pérdida de eficacia de las superficies superhidrofugantes cuando son contaminadas por sustancias oleosas. A continuación, el polvo de teja contaminado con ácido oleico fue depositado sobre muestras tratadas con el producto superhidrofílico. En este caso, el contaminante fue fácilmente eliminado por el chorro de agua (Figura 5, i-l). Esto es debido al carácter superhidrofílico de la superficie, el cual permite que el agua se extienda por debajo del contaminante, eliminándolo.The self-cleaning properties against pollutants of an oily nature were evaluated by means of a simple experiment. First, tile dust was deposited on a specimen with a superhydrophobic surface. The screenshots shown in Figure 5 (ad) show that dust is easily removed by projecting a jet of water onto the surface, demonstrating the self-cleaning properties of the superhydrophobic surfaces ( Facio DS., Nanotechnology, 28, 2017; Mosquera MJ., Pure Appl. Chem., 90, 551, 2018). Subsequently, the same experiment was repeated contaminating the tile dust with oleic acid. In this case, the water was unable to remove the tile dust from the superhydrophobic surface, due to the water-oil immiscibility (see Figure 5, eh). This highlights the loss of effectiveness of superhydrophobic surfaces when contaminated by oily substances. Next, the tile dust contaminated with oleic acid was deposited on samples treated with the superhydrophilic product. In this case, the contaminant was easily removed by the water jet (Figure 5, il). This is due to the superhydrophilic character of the surface, which allows the water to spread below the contaminant, eliminating it.

Finalmente, se evaluó la capacidad del producto para reducir la absorción de agua por capilaridad. Para ello se realizó un ensayo de acuerdo a la norma UNE-EN 1925. El experimento se realizó sobre muestras sin tratar y tratadas, antes y después de ser irradiadas. En la Tabla 2 se muestran los valores de absorción total de agua tras 48 horas.Finally, the ability of the product to reduce water absorption by capillarity was evaluated. For this, a test was carried out in accordance with the UNE-EN 1925 standard. The experiment was carried out on untreated and treated samples, before and after being irradiated. Table 2 shows the total water absorption values after 48 hours.

Tabla 2. Porcentajes de consumo de agua al final del ensayo de absorción de agua por capilaridad.Table 2. Percentages of water consumption at the end of the capillary water absorption test.

Antes de irradiación (p/p%) Después de irradiación (p/p%) MuestraBefore irradiation (w / w%) After irradiation (w / w%) Sample

Sin tratar 3.49±0.17 3.45±0.21Untreated 3.49 ± 0.17 3.45 ± 0.21

Tratada 0.39±0.16 0.40±0.19Treated 0.39 ± 0.16 0.40 ± 0.19

La muestra sin tratar presentó una absorción de agua de alrededor del 3.5 %, la cual fue reducida hasta un 0.4 % tras la aplicación del producto, debido a las propiedades superhidrofugantes de este producto. Tras la irradiación de las muestras tratadas y a pesar de su comportamiento superhidrofílico es importante resaltar que la abosrción de agua no fue incrementada. Esto demuestra que el cambio de comportamiento superhidrofóbico a superhidrofílico únicamente se produce en la superficie, en la cual el TiO2 está expuesto a radiación solar. Por el contrario, la parte de producto que se encuentra dentro de la estructura porosa del material mantiene sus propiedades hidrofugantes, evitando la penetración de agua.The untreated sample presented a water absorption of around 3.5%, which was reduced to 0.4% after applying the product, due to the superhydrophobic properties of this product. After irradiation of the treated samples, and despite their superhydrophilic behavior, it is important to highlight that the absorption of water was not increased. This shows that the change from superhydrophobic to superhydrophilic behavior only occurs on the surface, where the TiO 2 is exposed to solar radiation. On the contrary, the part of the product that is within the porous structure of the material maintains its waterproofing properties, preventing the penetration of water.

EJEMPLO 2 EXAMPLE 2

En este segundo ejemplo, se aplicó el producto preparado en el Ejemplo 1 sobre muestras de mortero de cemento envejecidas por ciclo de hielo-deshielo. Específicamente, los morteros fueron preparados en el laboratorio de acuerdo a la norma EN 196-1, empleando para ello arena normalizada y cemento CEM I 42,5R, Las proporciones agua/cemento y cemento arena fueron de 0.5 y 1/3, respectivamente. Tras el vertido en moldes de 16x4x4 cm, estos fueron curados durante 28 días y secados 4 días a 400C. El proceso de envejecimiento por hielo-deshielo se realizó de acuerdo a la norma ASTM C-666.In this second example, the product prepared in Example 1 was applied to cement mortar samples aged by freeze-thaw cycle. Specifically, the mortars were prepared in the laboratory according to EN 196-1, using standardized sand and CEM I 42.5R cement. The water / cement and cement-sand ratios were 0.5 and 1/3, respectively. After pouring into 16x4x4 cm molds, these were cured for 28 days and dried 4 days at 400C. The freeze-thaw aging process was carried out according to the ASTM C-666 standard.

Previamente a la aplicación de los productos, los morteros fueron cortados en bloques de 4x4x4 cm3, lavados con agua y secados en estufa. La aplicación se realizó mediante brocha hasta saturación aparente. Para ello, se realizaron 6 aplicaciones, dejando un tiempo de espera de 4 minutos entre cada una con el fin de permitir la penetración de producto.Before applying the products, the mortars were cut into 4x4x4 cm3 blocks, washed with water and dried in an oven. The application was carried out by brush until apparent saturation. For this, 6 applications were made, leaving a waiting time of 4 minutes between each one in order to allow the product to penetrate.

Las probetas fueron pesadas antes e inmediatamente después de la aplicación del producto con el fin de calcular su consumo, obteniéndose un valor de aproximadamente 310 g m -2. Adicionalmente, la profundidad de penetración del producto fue también evaluada. Para ello, las muestras tratadas fueron cortados por la mitad y se depositó agua sobre la sección transversal, observándose una penetración de 13 mm (Figura 6) correspondiente a la parte seca de la sección transversal. Los datos de consumo de producto, así como el valor de penetración, confirman que el producto aplicado es absorbido dentro de la estructura porosa del mortero de cemento, siendo la cantidad de producto absorbido y consecuentemente su penetración significativamente superior a los valores obtenidos en el ejemplo 1 como consecuencia de la mayor porosidad (21 %) de este material, principalmente asociada al proceso de degradación al que ha sido sometido (ciclo hielo-deshielo).The samples were weighed before and immediately after the application of the product in order to calculate its consumption, obtaining a value of approximately 310 g m -2. Additionally, the penetration depth of the product was also evaluated. For this, the treated samples were cut in half and water was deposited on the cross section, observing a penetration of 13 mm (Figure 6) corresponding to the dry part of the cross section. The product consumption data, as well as the penetration value, confirm that the applied product is absorbed within the porous structure of the cement mortar, the amount of product absorbed and consequently its penetration being significantly higher than the values obtained in the example. 1 as a consequence of the higher porosity (21%) of this material, mainly associated with the degradation process to which it has been subjected (freeze-thaw cycle).

La topografía superficial de las muestras tratadas y sin tratar, fue evaluada mediante SEM, empleando para ello el mismo equipo que en el Ejemplo 1. La Figura 7a muestra la superficie sin tratar, en la cual se pueden observar fracturas ocasionadas por los ciclos de hielo deshielo. Por el contrario, la muestra tratada con el producto desarrollado en esta invención (Figura 7b) presenta una superficie compuesta por nanopartículas de TiÜ2 integradas en la matriz de sílice, formando un recubrimiento continuo sobre la superficie del mortero. Como se ha explicado previamente en el Ejemplo 1, este tipo de topografía es característica de un régimen de Cassie-Baxer. Esto, en combinación con una reducción dará lugar a propiedades superhidrofugantes. En el caso de la irradiación del material, se generará un comportamiento superhidrofílico.The surface topography of the treated and untreated samples was evaluated by SEM, using the same equipment as in Example 1. Figure 7a shows the untreated surface, in which fractures caused by ice cycles can be observed. thaw. On the contrary, the sample treated with the product developed in this invention (Figure 7b) presents a surface composed of TiÜ 2 nanoparticles integrated in the silica matrix, forming a continuous coating on the surface. mortar surface. As previously explained in Example 1, this type of topography is characteristic of a Cassie-Baxer regime. This, in combination with a reduction, will lead to super-repellent properties. In the case of irradiation of the material, a superhydrophilic behavior will be generated.

Las propiedades de humectación de las probetas tratadas y sin tratar fueron evaluadas mediante medidas de ángulo de contacto de micro-gotas de agua, siguiendo el procedimiento descrito en el Ejemplo 1. En la Tabla 3 se muestran los valores de ángulo de contacto estático e histéresis.The wetting properties of the treated and untreated specimens were evaluated by means of contact angle measurements of micro-drops of water, following the procedure described in Example 1. Table 3 shows the static contact angle and hysteresis values. .

Tabla 3. Medidas de ángulo de contacto de las superficies de hormigón tratadas y sin tratar, antes y después de la irradiación.Table 3. Contact angle measurements of treated and untreated concrete surfaces, before and after irradiation.

Antes de irradiación

Figure imgf000016_0001
Después de irradiación Muestra Ángulo Estático Histéresis Ángulo Estático HistéresisBefore irradiation
Figure imgf000016_0001
After irradiation Sample Static Angle Hysteresis Static Angle Hysteresis

Sin tratar 2 Tratada 1

Figure imgf000016_0002
Untreated 2 Treated 1
Figure imgf000016_0002

*El valor de histéresis no pudo ser evaluado ya que la gota se extendió rápidamente.* The hysteresis value could not be evaluated as the drop spread rapidly.

Las superficies sin tratar mostraron un comportamiento hidrofílico, con valores de ángulo de contacto alrededor de 30°. Tras la aplicación del producto, el valor de ángulo estático se incrementó hasta valores de 144°. Además, el valor de histéresis obtenido (10°) confirma la repelencia de las superficies evaluadas.The untreated surfaces showed a hydrophilic behavior, with contact angle values around 30 °. After applying the product, the static angle value increased to values of 144 °. Furthermore, the hysteresis value obtained (10 °) confirms the repellency of the evaluated surfaces.

Las muestras tratadas fueron sometidos a radiación UV-visible durante con el fin de evaluar su capacidad para inducir superhidrofília. Los resultados mostrados en la Tabla 3 confirman el papel de las nanopartículas de TiÜ2 provocando el cambio de superhidrofobicidad a superhidrofilia tal como se ha explicado en el Ejemplo 1.The treated samples were subjected to UV-visible radiation for the purpose of evaluating their ability to induce superhydrophilicity. The results shown in Table 3 confirm the role of the TiU 2 nanoparticles causing the change from superhydrophobicity to superhydrophilicity as explained in Example 1.

Las propiedades de superoleofobicidad bajo agua de las superficies superhidrofílicas fueron evaluadas midiendo el ángulo de contacto estático de micro-gotas de cloroformo, sobre muestras de mortero tratadas y sumergidas en agua. Para ello se siguió el procedimiento y el equipo empleados en el Ejemplo 1. Con fines comparativos, la medida ser realizó sobre muestras tratadas antes (superhidrofugante) y después de irradiar con luz UV-visible (superhidrofílicas). Las gotas de cloroformo depositadas sobre la superficie superhidrofugante se extendieron rápidamente, debido a la oleofilia de dicha superficie. Por el contrario, las gotas depositadas sobre la superficie superhidrofílica mostraron una forma semiesférica, con ángulos alrededor de los 110°. Esto confirma la oleofobicidad bajo agua de las superficies tratadas con el producto objeto de la invención.The superoleophobic properties under water of the superhydrophilic surfaces were evaluated by measuring the static contact angle of chloroform microdrops on treated mortar samples immersed in water. For this, the procedure and equipment used in Example 1 were followed. For comparative purposes, the measurement was carried out on samples treated before (superhydrophobic) and after irradiating with UV-visible light (superhydrophilic). Chloroform droplets deposited on the superhydrophobic surface spread rapidly, due to the oleophilicity of said surface. On the contrary, the droplets deposited on the superhydrophilic surface showed a hemispherical shape, with angles around 110 °. This confirms the oleophobicity under water of the surfaces treated with the product object of the invention.

Adicionalmente, la repelencia a líquidos oleosos fue confirmada mediante un sencillo experimento. Concretamente, dos probetas tratadas (sin irradiar e irradiada) fueron sumergidas en agua, y se dejaron caer sobre ellas gotas de cloroformo teñidas con un colorante. El experimento fue grabado en video y el la Figura 8 pueden observarse las capturas obtenidas. En el caso de la muestra sin irradiar (Figura 8a-c), las gotas de cloroformo se extendieron sobre la superficie y quedaron adheridas sobre ésta. Esto confirma el carácter oleofílico de esta superficie, la cual muestra un carácter superhidrofugante fuera del agua. Por el contrario, las gotas depositadas sobre la muestra irradiada (Figura 8d-f) rodaron fuera de ésta debido a su repelencia a líquidos oleosos. Por tanto, se confirma el carácter superoleofóbico de dicha superficie.Additionally, the repellency to oily liquids was confirmed by a simple experiment. Specifically, two treated specimens (non-irradiated and irradiated) were immersed in water, and drops of chloroform stained with a colorant were dropped on them. The experiment was recorded on video and in Figure 8 the captures obtained can be seen. In the case of the unirradiated sample (Figure 8a-c), the drops of chloroform spread on the surface and remained adhered to it. This confirms the oleophilic character of this surface, which shows a superhydrophobic character outside of water. On the contrary, the drops deposited on the irradiated sample (Figure 8d-f) rolled out of it due to its repellency to oily liquids. Therefore, the superoleophobic character of said surface is confirmed.

Finalmente, la capacidad del producto evitando la absorción de agua en la estructura porosa del mortero de cemente fue evaluada mediante un ensayo de absorción por capilaridad. Para ello se siguió la norma UNE-EN 1925, al igual que en el Ejemplo 1. La Tabla 4 muestras los porcentajes de masa agua absorbida tras 48 horas.Finally, the ability of the product to avoid the absorption of water in the porous structure of the cement mortar was evaluated by means of a capillary absorption test. For this, the UNE-EN 1925 standard was followed, as in Example 1. Table 4 shows the percentages of absorbed water mass after 48 hours.

Tabla 4. Porcentajes de consumo de agua al final del ensayo de absorción de agua por capilaridad.Table 4. Percentages of water consumption at the end of the capillary water absorption test.

Antes de irradiación Después de irradiaciónBefore irradiation After irradiation

MuestraShows

(p/p%) (p/p%)(p / p%) (p / p%)

Sin tratar 5.7±0.2 5.8±0.3Untreated 5.7 ± 0.2 5.8 ± 0.3

Tratada 0.4±0.1 0.5±0.1Treated 0.4 ± 0.1 0.5 ± 0.1

Tal como puede observarse en la Tabla 4, las muestras sin tratar muestran una absorción de agua significativa como consecuencia de su porosidad, la cual es debida al proceso de degradación (ciclos hielo-deshielo) al que ha sido sometido. Por el contrario, la aplicación del producto reduce significativamente la absorción de agua. Es importante destacar, que no existen diferencias notables entre la muestra sin irradiar y la irradiada. Esto confirma, que la transición de superhidrofobicidad a superhidrofilia se produce únicamente en la superficie de las probetas tratadas. No obstante, el producto que penetra en el interior de la estructura porosa del sustrato, y que por tanto no es irradiado, mantiene su hidrofobicidad. As can be seen in Table 4, the untreated samples show significant water absorption as a consequence of their porosity, which is due to the degradation process (freeze-thaw cycles) to which they have been subjected. On the contrary, the application of the product significantly reduces the absorption of water. It is important to note that there are no notable differences between the unirradiated sample and the irradiated one. This confirms that the transition from superhydrophobicity to superhydrophilicity occurs only on the surface of the treated specimens. However, the product that penetrates inside the porous structure of the substrate, and therefore is not irradiated, maintains its hydrophobicity.

Claims (12)

REIVINDICACIONES 1. Un producto para la protección de hormigón y otros materiales de construcción que comprende:1. A product for the protection of concrete and other construction materials comprising: a) Un oligómero de sílice basado en alcoxisilanos.a) A silica oligomer based on alkoxysilanes. b) Un tensioactivo no iónico de carácter básico.b) A basic non-ionic surfactant. c) Agua.c) Water. d) Un compuesto con grupos funcionales de baja energía superficial.d) A compound with low surface energy functional groups. e) Nanopartículas de dióxido de titanio con propiedades fotoactivas.e) Titanium dioxide nanoparticles with photoactive properties. 2. Producto según reivindicación 1, donde el tensioactivo no iónico es una amina primaria, siendo la concentración de éste entre 0,05-0,40% vol/vol.2. Product according to claim 1, where the non-ionic surfactant is a primary amine, its concentration being between 0.05-0.40% vol / vol. 3. Producto según reivindicación 2, donde el tensioactivo no iónico es n-octilamina,3. Product according to claim 2, where the non-ionic surfactant is n-octylamine, 4. Producto según reivindicación 1, donde el compuesto con grupos funcionales con baja energía superficial se selecciona del conjunto formado por los: alquilalcoxisilanos, alquilsilanos, alquilsiloxanos y perfluoroalquilsiloxanos.4. Product according to claim 1, wherein the compound with functional groups with low surface energy is selected from the group consisting of: alkyl alkoxysilanes, alkylsilanes, alkylsiloxanes and perfluoroalkylsiloxanes. 5. Producto según reivindicación 4, donde el compuesto con grupos funcionales con baja energía superficial es un polidimetilsiloxano (PDMS), con una concentración del 10 %v/v.5. Product according to claim 4, where the compound with functional groups with low surface energy is a polydimethylsiloxane (PDMS), with a concentration of 10% v / v. 6. Producto según reivindicación 1, donde la proporción de las nanopartículas del dióxido de titanio está comprendida entre el 2 y el 10%p/v.6. Product according to claim 1, wherein the proportion of the titanium dioxide nanoparticles is between 2 and 10% w / v. 7. Producto según reivindicación 1, donde las nanopartículas del dióxido de titanio tienen una concentración del 5 %p/v.7. Product according to claim 1, where the titanium dioxide nanoparticles have a concentration of 5% w / v. 8. Procedimiento de obtención de un producto para la protección de hormigón y otros materiales de construcción, según reivindicaciones 1 a 7, que comprende las siguientes etapas:8. Procedure for obtaining a product for the protection of concrete and other construction materials, according to claims 1 to 7, comprising the following stages: a) Mezcla del oligómero de sílice y el compuesto de baja energía superficial.a) Mixture of the silica oligomer and the low surface energy compound. b) Dispersión sobre el compuesto de la etapa anterior de las nanopartículas del dióxido de titanio. b) Dispersion of the titanium dioxide nanoparticles on the compound from the previous stage. c) Adición del agua y del tensioactivo sobre la dispersión anterior.c) Addition of water and surfactant on the previous dispersion. d) Homogenización de la mezcla mediante agitación asistida por ultrasonidos.d) Homogenization of the mixture by ultrasound-assisted stirring. 9.
Figure imgf000020_0001
Procedimiento de obtención de un producto para la protección de hormigón y otros materiales de construcción, según reivindicación 8, en el que se añade una etapa de foto-activación de la superficie tratada con el producto mediante luz UV-A artificial o exposición a la luz solar cuando se desee producir sobre el producto obtenido un efecto de superhidrofilia en la superficie y un efecto superoleofóbico en contacto con agua.
9.
Figure imgf000020_0001
Procedure for obtaining a product for the protection of concrete and other construction materials, according to claim 8, in which a photo-activation step of the surface treated with the product is added using artificial UV-A light or exposure to light solar when it is desired to produce on the product obtained a superhydrophilic effect on the surface and a superoleophobic effect in contact with water.
10. Uso del producto según reivindicaciones anteriores, para proporcionar protección y efecto auto-limpiante frente a cualquier tipo de contaminante, incluyendo a los de naturaleza hidro-soluble y oleosa.10. Use of the product according to previous claims, to provide protection and self-cleaning effect against any type of contaminant, including those of a water-soluble and oily nature. 11. Uso del producto, según reivindicaciones anteriores, para producir en presencia de radiación solar un efecto de superhidrofilia, como consecuencia de sus propiedades fotocatalíticas, produciendo un efecto superoleofóbico en contacto con agua, dotando a cualquier material de construcción de capacidad autolimpiante frente a contaminantes, incluyendo a los de naturaleza oleosa.11. Use of the product, according to previous claims, to produce a superhydrophilic effect in the presence of solar radiation, as a consequence of its photocatalytic properties, producing a superoleophobic effect in contact with water, providing any building material with self-cleaning capacity against pollutants. , including those of an oily nature. 12. Uso del producto, según reivindicaciones anteriores, para crear sobre el material de construcción de una rugosidad característica de un estado Cassie-Baxter, dotándolo de propiedades superhidrofugantes, en caso de no realizarse la foto-activación del recubrimiento con la luz solar. 12. Use of the product, according to previous claims, to create a roughness characteristic of a Cassie-Baxter state on the building material, providing it with superhydrophobic properties, in case the photo-activation of the coating is not carried out with sunlight.
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