Atividade fotocatalítica e autolimpeza de argamassas pigmentadas contendo dióxido de titânio (TiO2)

Abstract

O dióxido de titânio (TiO2) em revestimentos de fachada pode proporcionar a degradação de poluentes, a remoção de sujidades e uma maior eficiência energética às edificações. Revestimentos coloridos com TiO2 poderiam aliar as vantagens do fotocatalisador aos requisitos arquitetônicos e à dinamicidade atribuída pelas cores aos meios urbanos. Visto que a compreensão dos efeitos da utilização de pigmentos inorgânicos simultaneamente ao TiO2 em revestimentos é limitada, este trabalho avaliou o comportamento em termos de atividade fotocatalítica e autolimpeza de argamassas contendo 0%, 5% e 10% de TiO2, sem pigmento e associadas a 4% de pigmentos à base de óxido de ferro amarelo e marrom e 6% de pigmento preto, em relação à massa de cimento. Foram utilizados traço 1:4 (cimento branco:agregado miúdo seco, em volume), relação água/cimento de 1,3 e ajuste de trabalhabilidade com aditivo superplastificante. Houve reduções na fluidez das argamassas devido à adição do TiO2 e do pigmento amarelo, especialmente. A caracterização no estado endurecido evidenciou a elevada coesão das argamassas devido à presença de materiais finos que, aliados ao efeito do aditivo superplastificante, possivelmente aprisionaram vazios e, assim, resultaram, diferentemente do esperado, em menores valores de densidade aparente e, em alguns casos, de resistência mecânica, para teores crescentes de TiO2. A absorção de água por capilaridade foi reduzida com os teores de adição do TiO2. Amostras sem contaminação expostas em ambiente natural apresentaram aumento no valor de luminosidade (L*) ao longo do tempo, possivelmente relacionado a variações de umidade; amostras amarelas também apresentaram variações importantes na coordenada colorimétrica b*. Amostras contaminadas com fuligem expostas em ambiente natural foram melhor avaliadas por análise de imagem, indicando, de forma geral, incrementos na taxa de autolimpeza com aumentos no teor de TiO2. Amostras com TiO2 contaminadas com rodamina B evidenciaram o efeito autolimpante, mas a cor inicial das argamassas pigmentadas pode ter dificultado a obtenção de valores assertivos de variação na coordenada colorimétrica a*. Conforme análise qualitativa de imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) associada à espectroscopia de energia dispersiva (EDS), a distribuição dos pigmentos e do TiO2 na superfície das amostras foi considerada satisfatória. Não foi possível identificar diferenças quantitativas na porosidade superficial das amostras com diferentes teores de adição de TiO2, mas uma análise qualitativa para amostras adensadas com vibração apontou para a existência de vazios de maiores dimensões nas configurações com TiO2. A avaliação da fotocatálise com tinta indicadora com resazurina mostrou que a atividade fotocatalítica do TiO2 não foi, em alguns casos, prejudicada pela presença dos pigmentos. Não houve diferença estatisticamente significativa entre a permeabilidade ao vapor de água das argamassas com 0% e 5% de TiO2; as amostras com 10% de TiO2 apresentaram resultados para fator de resistência à difusão de vapor até 6,5% superiores. Especialmente o teor de 5% de TiO2 prejudicou a resistência potencial de aderência à tração superficial das argamassas coloridas.

The use of titanium dioxide (TiO2) in facade renderings can provide pollutants degradation, soiling removal, and better energy efficiency for the edifications. Colored coatings with TiO2 might allow the combination of the photocatalyst advantages to architectural requirements and the dynamic aspect assigned by the colors to the urban environment. Since the comprehension about the effects from the utilization of inorganic pigments simultaneously to the TiO2 in coatings is limited, this work evaluated the behavior in terms of photocatalytic and self-cleaning activity of mortars containing 0%, 5%, and 10% of TiO2, without pigment and associated with 4% of yellow and brown iron oxide pigments and 6% black pigment, in relation to the cement weight. A proportion of 1:4 (white cement:dry sand, in volume) was used, with a water/cement ratio of 1,3, and consistency adjusted with a superplasticizer. There were reductions in the fluidity of the mortars due to the TiO2 addition and due to the yellow pigment, especially. The hardened state characterization highlighted the elevated cohesion of the mortars due to the presence of fine materials, which, along with the superplasticizer effect, possibly generated airentrainment and, thus, lower values of density and, in some cases, of mechanical resistance, differently than expected for increasing contents of TiO2. Capillary water absorption presented a reduction with the contents of TiO2 added. Samples without staining exposed in the natural environment presented an increase in the brightness (L*) value through time, possibly related to moisture variations; yellow samples also presented important variations in the color coordinate b*. Samples contaminated by soot exposed in the natural environment were better evaluated with image analysis, suggesting, on the whole, increments in the self-cleaning rate with increases in the TiO2 content. Samples with TiO2 contaminated with rhodamine B highlighted the self-cleaning effect, however, the initial color of the pigmented mortars might have difficulted the obtention of assertive values for the variations on the color coordinate a*. According to qualitative analysis with images obtained with scanning electron microscopy (SEM) associated with energy dispersive spectroscopy (EDS), the superficial distribution of the pigments and the TiO2 on the samples was considered satisfactory. It was not possible to identify quantitative differences in the superficial porosity of the samples with different TiO2 addition contents , but a qualitative analysis for samples cast with vibration suggested the existence of voids with larger dimensions on the compositions with TiO2. The evaluation of the photocatalysis with a resazurin indicator ink showed that, in some cases, the photocatalytic activity of the TiO2 did not present losses due to the pigments. Also, there was not a statistically significant difference for the water vapor permeability of mortars with 0% and 5% TiO2; the samples with 10% TiO2 presented results up to 6,5% higher for the vapor diffusion resistance factor. Especially the 5% TiO2 content hindered the potential superficial adherence resistance of the colored mortars.