A utilização de nanomateriais em Património Cultural construído em calcários: TiO2 como agente de protecção e limpeza

Abstract

Stone is frequently exposed to different deterioration agents, either natural, either induced by Human action. Among these factors stands out the urban environment, and the air quality in particular, as well as biological colonization which may cause or accelerate the deterioration of several heritage elements. Such exposure will accelerate and trigger degradation processes which lead to chemical and physical deterioration of the stone material and also, in some cases, to soiling or blackening. Therefore the protection and conservation of Cultural Heritage is an important issue affecting countries all over the world. The development and application of self-cleaning surface treatments could be a significant improvement in the conservation, protection and maintenance of Cultural Heritage. Titanium dioxide (TiO2) can be used for self-cleaning of stone surface coatings due to its photo-induced characteristics activated by UV radiation from sunlight: Photocatalyst and hydrophilicity will perform as active and preventive protection system and in turn limit/reduce cleaning and maintenance activities as well as the presence of degradation processes and lastly architectural heritage maintenance costs. This research aims to evaluate the effectiveness of TiO2 nanocoatings applied directly by spraying or supercritical CO2 on two Portuguese limestone –Lioz and Moleanos. These stones are widely used in Portugal and abroad in interiors and exterior structures of monuments, buildings and sculptures. The criteria for assessing the effectiveness and potential risks of the coated and uncoated – limestone surfaces included changes in the chromatic and gloss parameters, static contact angle, water absorption by capillarity, modification of the morphology and composition of the surfaces. Results indicate the possible use of TiO2-based treatments in historical and architectural surfaces without significant changes to its their original appearance. Moreover it has been shown that wettability and water absorption by cappilarity of limestone surfaces was modified.

A pedra é um material que se encontra frequentemente exposto a agentes de deterioração sejam eles provocados pelo clima/ mau tempo ou pela acção do Homem. Todos os factores de deterioração são preocupantes e necessitam de soluções adequadas, no entanto um dos aspectos mais alarmantes em edifícios/ monumentos históricos e esculturas em pedra é o escurecimento da superfície. O dióxido de titânio (TiO2) pode ser utilizado na preparação de revestimentos com características de auto-limpeza sobre superfícies pétreas. Devido às suas características foto-induzidas activadas pela radiação UV da luz solar: fotocatálise e hidrofilicidade, funciona como sistema de protecção activa e preventiva. Por sua vez, reduzirá acções de limpeza e manutenção e o aparecimento de processos de degradação. Esta dissertação tem como objectivo avaliar a eficácia, nocividade e durabilidade de um revestimento activo e preventivo à base de nanopartículas de TiO2, aplicado em amostras de calcário Lioz e calcário Moleanos, por dois métodos: pulverização e dispersão com dióxido de carbono supercrítico (scCO2). As superfícies tratadas foram avaliadas a nível de cor, brilho, ângulo de contacto estático e absorção de água por capilaridade em diferentes momentos, a fim de testar o efeito do titânio nas superfícies. Foram também efectuados ensaios de envelhecimento acelerado e com aplicação de fuligem para testar o efeito de auto-limpeza (fadiga térmica e solarbox). Sendo um estudo pioneiro e preliminar os resultados indicam uma utilização benéfica, em ambos os métodos, de revestimentos à base de TiO2 em superfícies históricas e arquitetónicas e sem alterações inquietantes à sua aparência original. Mostrou-se, relativamente à superfície pétrea sã que não houveram mudanças evidentes a nível de cor e brilho em ambos os tipos de pedra, nem alterações prejudiciais ao suporte. A nível da absorção de água por capilaridade e ângulo de contacto houve alterações que se revelaram benéficas e necessárias para o efeito de auto-limpeza. Após os ensaios de envelhecimento percebeu-se que continuam a existir partículas de TiO2 na superfície e que o seu comportamento mantém-se idêntico ao após a aplicação do TiO2. A aplicação da fuligem e a alteração aparente após o ensaio da solarbox mostra o potencial deste revestimento.