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Forum Restauro e Conservazione  /  Materiali lapidei naturali ed artificiali  /  Idrorepellenza
Spedito da: kashmir0, Gennaio 8, 2007, 12:25pm
Salve, sono uno studente di restauro architettonico e sto studiando un esame riguardante i materiali usati nei vari interventi di consolidamento, di protezione ecc ecc. Ho trovato dei testi discordanti per quanto riguarda l'idrorepellenza: alcuni sostengono che sia favorita da una bassa tensione superficiale del materiale idrorepellente usato mentre altri sostengono il contrario. A chi devo credere? personalmente ho sempre associato l'idrorepellenza con l'alta tensione superficiale e la conseguente bassa bagnabilit. grazie per la risposta
Spedito da: Edgardo Pinto Guerra, Gennaio 8, 2007, 12:44pm; Replica: 1

Chiarire le idee -:)
1- consolidamento non c'entra niente con idrorepellenza.
2- Idrorepellenza l'opposto di bagnabilit. La tensione superficiale influisce sul *quanto* dell'effetto +vo o -vo, non sul *tipo* di effetto.
Ci che conta l'angolo di contatto all'interfaccia tra i due materiali: se superiore a 90 non bagna, idrorepellente, se inferiore, bagna.
Ad es: mercurio-vetro angolo circa 140, ergo non bagna. Acqua-vetro vicino a 0, superbagna. mercurio-oro angolo meno di 90 ergo bagna.
Entro un capillare il valore della tensione superficiale determiner quanto di pi o di meno  sale-bagna (o scende-nonbagna) un liquido rispetto a un altro.
Spedito da: kashmir0, Gennaio 8, 2007, 5:16pm; Replica: 2
Era quello che avevo immaginato. Ora per le cito Giovanni G. Amoroso tratto da "Trattato di Scienza e Conservazione dei Monumenti" - Alinea Editrice.
A pagina 315 si legge: "La tensione superficiale dei siliconi lineari varia tra 15 e 25 dyne/cm e aumenta con il grado di polimerizzazione. Una s bassa tensione permette ai siliconi di penetrare facilmente nei materiali porosi e depositare un film che lascia respirare la pietra senza ostruire i pori. Quanto al carattere idrorepellente dei siliconi esso in parte dovuto alla bassa tensione superficiale e in parte all'orientamento delle molecole sulla superficie lapidea."
Io questo ragionamento l'ho interpretato cos: per un buon trattamento idrorepellente importante che i siliconi riescano a penetrare nei pori e per far ci inizialmente quando si trovano in forma monomerica o oligomerica hanno bassa tensione superficiale. Poi polimerizzando la tensione superficiale dovrebbe aumentare, allora a questo punto non mi spiego bene il perch della bassa tensione superficiale citata nell'ultima frase che contribuirebbe al loro carattere idrorepellente.
Spedito da: Edgardo Pinto Guerra, Gennaio 8, 2007, 10:05pm; Replica: 3
Amoroso uno dei pochi Autori che scrive veramente bene e compiutamente, e che stimo di pi. E' forse troppo accademicamente preciso per una facile comprensione.
Ci prover io -:)
Intanto, per la prima parte, la bassa TS vuol dire che il liquido siliconico in s ha poca "coesione interna" e quindi scorre facilmente, si spande e "bagna" molto un materiale siliceo solido.
La seconda parte riguarda penso il comportamento globale idrorepellente del sistema rispetto all'acqua. In altre parole, ancora come sopra l'importanza di poter penetrare bene (grazie alla bassa TS) che contribuisce all'idrorepellenza dell'intero sistema.
Spedito da: kashmir0, Gennaio 9, 2007, 12:10pm; Replica: 4
Quindi si considera il sistema pietra - idrorepellente ponendo come parametro di valutazione dell'intervento la buona penetrazione del silicone nei pori. Pu essere una spiegazione dell'apparente contraddizzione insita in quelle 2 frasi. La ringrazio...
Spedito da: admin, Gennaio 9, 2007, 12:45pm; Replica: 5
2 piccole precisazioni:

Una sostanza inorganica viene definita idrofila in quanto il comportamento degli atomi di ossigeno presenti sulla sua superficie cristallina (carbonati, silicati ed ossidi vari) ha un comportamento polare (in quanto ricca di atomi di ossigeno con carica eletrica negativa O-).
Se consideriamo che la molecola d'acqua possiede 2 atomi di idrogeno negativi (H-) possiamo comprendere come, una volta in contatto con la superficie cristallina con carica negativa, la molecola d'acqua ne venga attratta.

Quando invece la superficie cristallina viene ricoperta da una macromolecola caratterizzata da gruppi CH3 non polari non sussiste attrazione polare e l'acqua "scivola" sulla superficie senza bagnarla.

Tutto ci a completamento di quanto detto precedentemente.
Spedito da: kashmir0, Gennaio 9, 2007, 1:08pm; Replica: 6
Credo intendesse dire che gli idrogeni hanno carica positiva a causa del fatto che gli elettroni di legami stazionano maggiormente nella zona dell'ossigeno per la sua forte elettronegativit. Quindi la tensione superficiale dei derivanti organici del silicio usati come idrorepellenti non l'unica caratteristica che produce l'effetto idrofobizzante, anzi, tale effetto dovuto principalmente al carattere apolare dei radicali organici di queste macromolecole! mi corregga se sbaglio!
Spedito da: admin, Gennaio 9, 2007, 1:34pm; Replica: 7
E' sempre corretto leggere i vari fenomeni sotto diversi aspetti.
Credo sia difficile stabilire la preminenze di un aspetto su di un altro.
Posso solo affermare che, in genere, una certa caratteristica viene "sottolineata" soprattuto da particolari interessi commerciali.  ;)
Spedito da: kashmir0, Gennaio 9, 2007, 3:26pm; Replica: 8
capisco... il motivo per cui nei testi e anche i docenti consigliano di studiare bene il composto usato e il suo principio attivo piuttosto che fidarsi dell'etichetta!
Spedito da: Adamantio, Gennaio 9, 2007, 8:12pm; Replica: 9
Precisazione sulla precisazione...

Silicone è un nome generico che deriva dall'analogia della formula bruta di dimetilchetone (=acetone) e dimetilsilicone, nome in disuso relativo al polidimetilsilossano il più semplice dei polisilossani.
In sostanza è tutto un grande equivoco... in passato si era pensato che il polidimetilsilossano avesse una struttura simile all'acetone (e lo avevano pertanto chiamato silicone) ma in verità ora sappiamo che ciò non è vero. Il nome però è rimasto, così continuiamo impropriamente a usare la terminologia siliconi per riferirci in realtà ai polisilossani.
Sarebbe semplicemente meglio non usare la parola "silicone" o "siliconi" e usare invece polisilossano o polisilossani.

In ogni caso lo stesso modo di attribuire il nome per analogia era stato impiegato anche per il silano (analogo al metano) questa volta con maggiore fortuna data l'effettiva analogia strutturale, ed infatti continuiamo tuttora ad usare questa terminologia sia per lui che per la classe di composti a lui simili (i silani).

I polisilossani sono comunque caratterizzati da uno scheletro costituito da una successione alternata di atomi di silicio e di atomi di ossigeno. Il silicio è quindi sostituito da vari gruppi organici nei due siti non impegnati con legami con l'ossigeno. E' possibile anche ottenere catene principali incrociate e ramificate. Si tratta in ogni caso di strutture relativamente simili a quella della silice (la silice contiene però solo silicio e ossigeno in quanto ogni atomo di silicio è circondato da 4 atomi di ossigeno (e non da due) e ogni atomo di ossigeno è legato a due differenti atomi di silicio).

In base alla lunghezza della catena principale e alla tipologia dei sostituenti organici si ottengono letteralmente una miriade di composti che vanno dai sigillanti ai consolidanti, dalle protesi al seno ai materiali resistenti antifiamma fino alle applicazioni agli oggetti per la casa e per la cucina.



Per quanto riguarda il tema trattato io risponderei che sarebbe necessario chiarire i concetti di bagnabilità, idreorepellenza e tensione superficiale per evitare di ricondurli al semplice idrofobo-idrofilo.

Una bassa tensione superficiale  è in generale associabile a sostanze poco o per niente polari posso riportare una serie di dati in ordine di tensione superficiale (espressi in dine/cm):

Mercurio: 435,50
Acqua: 72,75
Glicerina: 63,40
Benzene: 23,70
Etanolo: 22,75
Metanolo: 22,71
n-ottano: 21,78

fonte: http://www.galenotech.org/chimfis3.htm
(la fonte non cita la temperatura di riferimento)

Come si può vedere non c'è una stretta correlazione tra polarità e tensione superficiale (ad es. il benzene è meno polare dell'etanolo e del metanolo; il metanolo è più polare dell'etanolo)

La tensione superficiale è influenzata dalle sostanze disciolte nel liquido e dalla temperatura dello stesso.
In ogni caso la tensione superficiale dell'acqua a 25°C è circa 72 dine/cm e scende a circa 60 dine/cm a 100°C (il che spiega perchè l'acqua calda pulisce meglio di quella fredda... lo stesso fenomeno lo si può ottenere aggiungendo all'acqua tensioattivi).

L'argomento, insomma, è tutt'altro che semplice da descrivere in modo dettagliato.


[... CONTINUA]
Spedito da: Adamantio, Gennaio 10, 2007, 12:42am; Replica: 10
Per quanto riguarda la bagnabilità scusatemi se non mi dilungo ma vi rimando a wikipedia, che pur non essendo una fonte ortodossa rimanda anche a fonti sufficientemente autorevoli:

"Tensione superficiale e bagnabilità delle superfici"
Le azioni attrattive tra le molecole di un liquido (le forze di coesione) fanno sì che le molecole dello strato superficiale siano soggette ad una forza risultante non nulla che tende a farle spostare verso l'interno; esse pertanto tendono a sfuggire dalla superficie limite del liquido e di conseguenza questa tende ad assumere la estensione minima possibile (in assenza di altre forze, la superficie minima, è quella sferica).

Le molecole sulla superficie possiedono una energia potenziale superiore a quella delle molecole all'interno del liquido, sicché se si vuole aumentare la estensione della superficie libera di un liquido occorre spendere un'energia proporzionale all'aumento di superficie.

Se il liquido viene sottoposto ad una trasformazione che alteri esclusivamente la sua superficie S, si ha una variazione dell'energia interna, ΔU, che è praticamente pari alla variazione di energia potenziale dello strato superficiale, e quindi proporzionale all'incremento ΔS della superficie. Tale variazione di energia interna (per il Primo principio della termodinamica) è in parte (Q) fornita dall'energia cinetica delle molecole dell'ambiente ed in parte (L) corrispondente ad un lavoro meccanico che deve essere fornito dall'esterno.

Si definisce tensione superficiale (o energia libera superficiale) di un liquido la quantità di lavoro richiesto per aumentare la estensione della sua superficie di una unità mantenendo costante la temperatura del sistema, cioè l'aumento di energia libera (ΔF=ΔU-Q) per unità di superficie.

Nel momento in cui si debba tenere conto di ciò che si trova al di fuori del liquido, non è più sufficiente considerare le sole forze di coesione, in quanto la presenza di un altro corpo ha influenza sui valori della tensione, nel senso che le molecole di questo svolgono anch'esse delle azioni (le forze di adesione) sulle molecole dello strato superficiale del liquido. In effetti, per ragioni del tutto simili a quelle sopra indicate, anche la superficie dei solidi possiede un'energia libera superficiale, ΔS, ma a causa della mancanza di mobilità di tale superficie questa energia libera non è direttamente osservabile, né misurabile con metodi diretti.

Quando liquido e solido vengono in contatto, quindi, a causa delle interazioni tra le differenti fasi viene a stabilirsi una tensione interfacciale definita come l'energia addizionale per unità di area dovuta alla formazione di una interfaccia (supponendo anche la presenza di un gas) solido/liquido e solido/gas.

Il profilo di una porzione di liquido posta su di una superficie solida formerà con essa un angolo θ (vedere figure) che sarà maggiore o minore di 90° a seconda che in P prevalga in modulo il risultante delle forze di coesione, Fc, (tangente al profilo del liquido in P e rivolto verso l'interno), oppure il risultante delle forze di adesione,Fa, (normale alla superficie solida rivolto verso di essa). Dette SLG, SSL e SSG, rispettivamente le superfici di separazione liquido/gas, solido/liquido e solido/gas, ed indicate con σ, ɣSL, ɣSG le loro energie libere, l'energia libera totale è:

F=σ*SLG + ɣSL*SSL + ɣSG*SSG

Il liquido si dispone in modo da minimizzare l'energia libera totale delle superfici (è trascurabile, per piccoli volumi, il termine gravitazionale dell'energia ρ*V*g*zG rispetto a quello superficiale σ*S). Un'utile espressione dell'angolo di contatto θ è fornita dalla condizione di equilibrio, data dall'equazione di Young:

σcos(θ)=(ɣS - ɣSL) - (ɣS - ɣSG) ≅ ɣS - ɣSL

Soltanto σ e θ sono determinabili sperimentalmente, si trovano tuttavia nella letteratura scientifica delle relazioni sperimentali per il calcolo di ɣS e ɣSL, come ad esempio la relazione di Grifalco e Good (1957-60):

ɣSL=ɣS+σ-2Φ*, con Φ=  e VS e VL volumi molari di solido e liquido.
Le condizioni limite θ=0° e θ=180° esprimono nell'ordine:

1) bagnabilità completa con la formazione di uno strato di liquido di spessore molecolare, e
2) totale assenza di bagnabilità.

In conclusione, la bagnabilità, favorita da basse energie interfacciali, elevate energie superficiali ɣS e modeste tensioni superficiali, a parità di liquido bagnante (σ) e di tipo di materiale solido, risulta fortemente influenzata dallo stato di levigatezza e dalla presenza di impurità sulla superficie del materiale stesso."

http://it.wikipedia.org/wiki/Tensione_superficiale
Spedito da: roberr, Giugno 9, 2010, 1:14am; Replica: 11
Citato da kashmir0
Era quello che avevo immaginato. Ora per le cito Giovanni G. Amoroso tratto da "Trattato di Scienza e Conservazione dei Monumenti" - Alinea Editrice.
A pagina 315 si legge: "La tensione superficiale dei siliconi lineari varia tra 15 e 25 dyne/cm e aumenta con il grado di polimerizzazione. Una s bassa tensione permette ai siliconi di penetrare facilmente nei materiali porosi e depositare un film che lascia respirare la pietra senza ostruire i pori. Quanto al carattere idrorepellente dei siliconi esso in parte dovuto alla bassa tensione superficiale e in parte all'orientamento delle molecole sulla superficie lapidea."
Io questo ragionamento l'ho interpretato cos: per un buon trattamento idrorepellente importante che i siliconi riescano a penetrare nei pori e per far ci inizialmente quando si trovano in forma monomerica o oligomerica hanno bassa tensione superficiale. Poi polimerizzando la tensione superficiale dovrebbe aumentare, allora a questo punto non mi spiego bene il perch della bassa tensione superficiale citata nell'ultima frase che contribuirebbe al loro carattere idrorepellente.



non e' la bassa tensione che permette ai silossani di penetrare all'interno dei pori,  i prodotti idrorepellenti sono formulati utilizzando dei silossani gia' con diversi gradi di polimerizzazione e vengono solo solubilizzati o microemulsionati in adatti solventi che fungono da veicolo per la penetrazione, infatti il secco relativo e' sempre molto basso dal 5 al 7%di polimero, ad evaporazione del solvente /veicolo si deposita lo strato silossanico sulle pareti capillari, senza giungere ad un'occlusione fisica

poi per effetto di tutto quel che avete esaurientemente detto si ha l'inversione del menisco dove le forze attrattive molecolari dell'acqua (badiamo bene: non calda e non in pressione) permettono il contrasto del fenomeno di capillarita' che indurrebbe  un assorbimento

l'effetto viene progressivamente meno, non per degrado uv come si pensa, ma per il progressivo ri-deposito sopra la pellicola di rivestimento siliconico di sostanze inquinanti presenti nell'aria come polveri sottili e micropolveri, queste una volta agganciatesi al rivestimento silossanico permettono all'acqua di essere nuovamente attratta sino ad inattivare totalmente la funzione del silano....

questo comportamento dei silani e' simile alla maggior parte delle sostanze grasse ma non comporta gli svantaggi della loro applicazione, uno dei primi metodi d'intervento con idrorepellenti prescriveva l'applicazione di derivati dell'olio di ricino che agivano nello stesso identico modo
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