Evaluation of test methodologies and self cleaning performances of TiO2 containing construction materials

The M.Sc. thesis work here presented is dedicated to the study of the surface properties of photocatalytic cementitious materials, specially focusing on mortars modified through the addition of titanium dioxide (TiO2) an on the definition of a characterization method to evaluate their photocatalytic and self-cleaning performances. This evaluation has been carried out by examining the TiO2-assisted photodegradation of organic compounds, the variation of hydrophilicity through absorption-evaporation tests, and the real life behavior of the materials through a long-lasting exposure test. In the latter, a correlation between the atmospheric parameters, such as rain, sunlight radiation and pollution, and self-cleaning attitude was sought. Before discussing the experimental results, a general overview about fundamentals and applications of TiO2 based photocatalysis and self-cleaning in the field of construction and building materials is presented. Different setups of degradation of rhodamine B, an organic dye, were tested to develop a characterization method aimed at assessing the self-cleaning performances of materials containing TiO2. Experimental data on the onset of superhydrophilic performances of TiO2-containing commercial mortars are discussed in relation to absorption-evaporation trends of the surface. Finally, the actual self-cleaning behavior of the mortars was evaluated through a two-year exposure by collecting color variations of the mortars, as indicative of surface soiling; environmental parameters were collected too, and their trend was compared with color variation in order to identify a possible influence of atmospheric agents on the self-cleaning efficiency.

Il lavoro di tesi magistrale qui presentato è dedicato allo studio delle proprietà superficiali di materiali cementizi fotocatalitici, e si concentra in particolare su malte modificate attraverso l'aggiunta di biossido di titanio (TiO2) e sulla definizione di un metodo di caratterizzazione per valutarne le prestazioni fotocatalitiche e di autopulizia. Questa valutazione è stata effettuata esaminando la fotodegradazione di composti organici, la variazione di idrofilia in prove di assorbimento-evaporazione, e il comportamento reale dei materiali in un test di esposizione di lunga durata. In quest’ultimo, si è cercata una correlazione tra i parametri atmosferici, quali pioggia, radiazione solare e inquinamento, e l’instaurarsi di meccanismi di autopulizia. Prima di discutere i risultati sperimentali, la tesi propone una panoramica generale sui principi fondamentali e sulle applicazioni della fotocatalisi e dell’autopulizia indotte dal TiO2 nel campo dei materiali da costruzione. Diversi setup di degradazione della rodamina B, un colorante organico, sono stati testati per sviluppare un metodo di valutazione delle prestazioni di autopulizia di materiali contenenti TiO2. I dati sperimentali relativi alle prestazioni di superidrofilia di malte commerciali contenenti TiO2 sono stati discussi in relazione all’assorbimento ed evaporazione d’acqua da parte della superficie. Infine, l’effettiva autopulizia delle malte è stata studiata per mezzo di un’esposizione di due anni, in cui la variazione di colore delle malte è stata presa a misura dello sporcamento della superficie; sono stati raccolti anche i parametri ambientali, il cui trend è stato raffrontato con le variazioni di colore al fine di identificare la possibile influenza degli agenti atmosferici sull’efficienza di autopulizia.