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BIOCPA è una soluzione in alcool isopropilico di un alcossisilano, il tetra-etil-ortosilicato,[Si(OEt)4,TEOS], monomero e dimero (80/20), al 40wt%, catalizzato con organostannosilossano (0,1–0,2wt%), che permette la deposizione del 17 wt% circa di silice; il formulato contiene inoltre lo 0,5wt% di 4,5-dicloro-2-2H-isotiazol-3-one, biocida preventivo attivo contro funghi, alghe e batteri.
Il solvente, veicolo dei principi attivi, garantisce una buona penetrazione in profondità per l’azione bagnante dovuta alla bassa tensione superficiale; in tal modo si limitano i depositi superficiali del prodotto, causa di variazioni cromatiche indesiderate. La natura idrofila del solvente alcolico permette inoltre di eseguire trattamenti anche su superfici non perfettamente asciutte.
BIOCPA manifesta ottime capacità consolidanti in particolare su substrati lapidei con un contenuto importante di silicati, oltre che sulle ceramiche e i laterizi. E’ possibile inoltre ottenere buoni risultati anche su pietre calcaree ed intonaci.
Il consolidamento è prodotto dalla formazione di silice amorfa, ottenuta mediante sistema sol-gel che, nel caso in cui il substrato sia a carattere silicatico, instaura veri e propri legami chimici con esso garantendo la migliore durabilità. Diversamente, su una matrice carbonatica la silice depositata ne riduce parzialmente la porosità, producendo comunque un buon consolidamento.
Il gel di silice è una silice (SiO2) amorfa ottenuta mediante idrolisi del silicato d’etile. Questa reazione di idrolisi, molto lenta in condizioni normali, richiede la presenza di catalizzatori, che possono essere composti acidi, basici o metallorganici.
Nella catalisi acida o basica, gli ioni H+ o OH-promuovono la reazione di idrolisi attraverso una delocalizzazione delle cariche che favorisce la rottura del legame con il gruppo etile.
Si forma silice idrata o acido orto-silicico Si(OH)4 [H4SiO4], molto debole (Ka = 1x10-10 mol l-1), che tende a polimerizzare per condensazione, con perdita di H2O e formazione di un gel: con l’invecchiamento e l’essiccazione (perdita di acqua e alcool in eccesso) si completa la formazione del net-work con parziale aumento di densità.
Questa sequenza di idrolisi-policondensazione è conosciuta come processo sol-gel.
Il ruolo dei catalizzatori è fondamentale per la reattività del silicato e la struttura del gel ottenuto; i catalizzatori metallorganici (saponi metallici), in base alla concentrazione, formano rapidamente gel meno densi, più porosi e meno stabili rispetto ai catalizzatori acidi, fratturandosi se mantenuti in contatto con acqua, alcool, acetone e butilacetato.
Sono però utilizzati diffusamente nei prodotti commerciali per il loro carattere neutro, per lo più il DBTDL, dibutildilaurato di stagno; se dosati in piccole % il gel mostra comunque buona stabilità e rapidità di formazione; un successivo trattamento idrorepellente può migliorarne la tenuta.
La condensazione avviene tra le molecole di acido silicico, tra l’acido silicico e l’etilsilicato non ancora idrolizzato o i gruppi ossidrile presenti nel supporto lapideo a carattere silicatico. Eliminata l’acqua, si forma il polimero di silice chimicamente legato al substrato, che ne riduce la porosità operando il consolidamento.
Di norma l’effetto consolidante maggiore del BIOCPA viene raggiunto dopo circa tre settimane dall’applicazione, anche se tale tempo e’ notevolmente influenzato dalle condizioni termoigrometriche ambientali circostanti. Gli esperimenti condotti in tal senso hanno evidenziato come a valori di umidità relativa elevati corrisponda una reazione di idrolisi troppo veloce che impedendo al BIOCPA di penetrare in profondità nel substrato conferisce a quest’ultimo un aspetto vetroso con possibilità di formazione di antiestetici sbiancamenti superficiali dovuti alla precipitazione della silice .
E’ pertanto consigliabile eseguire i trattamenti con BIOCPA in condizioni termo igrometriche quanto più possibile costanti.
T= 20-25 °C
U.R. = 50-60%
Al fine di verificare l’efficacia consolidante del BIOCPA sono stati condotti numerosi test su campioni di arenaria parzialmente deteriorata in superficie, valutando la variazione di alcuni parametri fisici prima e dopo il consolidamento . I risultati di tali indagini possono essere cosi riassunti :
Il prodotto risulta facilmente assorbito dalla pietra per una profondità superiore ai 2 cm raggiungendo la parte sana del substrato . Tale dato e’ confermato anche dalle misure di porosità dello strato esterno del materiale lapideo considerato.
La porosità varia infatti da un valore pari al 32% prima del trattamento ad un 19,8 % dopo trattamento con BIOCPA, indicando un decremento pari al 38% e lasciando pressoché inalterata la distribuzione percentuale della grandezza dei pori.
A causa della tecnologia del consolidamento, con la scomparsa dei gruppi etile i campioni trattati non presentano sensibili variazioni di idrorepellenza rispetto a quelli non trattati e la piccola variazione osservata è da attribuire alla diminuzione di porosità.
L’assorbimento d’acqua per capillarità dei campioni risulta inferiore al 20% a seguito del trattamento con BIOCPA.
Anche la permeabilità al vapore d’acqua non viene sensibilmente influenzata dal trattamento con BIOCPA.
La scarsa idrorepellenza osservata suggerisce,qualora si voglia ottenere un effetto consolidante protettivo, la successiva applicazione di un prodotto idrorepellente . A tale scopo sono state testate le potenzialità protettivo-consolidanti del doppio trattamento a base di BIOCPA e BIO PT15 .
Con tale trattamento e’ stato possibile osservare come a seguito dell’applicazione del BIO PT15 su campioni precedentemente trattati con BIOCPA l’assorbimento capillare d’acqua venga notevolmente diminuito senza che la permeabilità al vapore d’acqua dei campioni subisca ulteriori variazioni.
La presenza di eventuali variazioni di colore nel substrato lapideo trattato con BIOCPA e’ stata verificata mediante confronto comparativo con le “Munsell Soil Chart” . I risultati non hanno evidenziato alcuna variazione cromatica apprezzabile.
I test effettuati su campioni di arenaria alterata hanno evidenziato come a bassi valori di resistenza alla compressione registrati nei campioni non trattati corrisponda, dopo trattamento, un aumento medio di tale resistenza pari al 50%.