Síntesis de nanopartículas puras de Ca(OH)2 y suspensiones superhidrofóbicas: Consolidación e hidrofugado de materiales arquitectónicos de interés patrimonial

Abstract

[SPA] El objetivo de esta tesis es investigar sobre la síntesis, propiedades y aplicaciones de las nanopartículas de Ca(OH)2 para consolidar materiales patrimoniales arquitectónicos. Las nanopartículas de Ca(OH)2 se han utilizado recientemente en la conservación del patrimonio, aunque algunos aspectos de la síntesis no son completamente comprendidos. En el presente estudio, hemos desarrollado métodos optimizados para obtener nanopartículas de alta pureza mediante síntesis de fase homogénea y heterogénea utilizando diferentes materiales de partida. Se han realizado del orden de cien síntesis en diferentes condiciones para comprobar la validez y fiabilidad del método sintético. Los resultados confirman que la temperatura de reacción tiene una gran influencia en el tamaño y la morfología de las nanopartículas de Ca(OH)2. Además, se ha investigado la estabilidad de las nanopartículas a lo largo del tiempo en mezclas de 2-propanol / agua, en las que se encontró que la ausencia de agua era crítica para evitar la aglomeración de Ca(OH)2. Una vez dispersas en 2-propanol, las nanopartículas se han utilizado para consolidar sustratos reales (piedra, adobe y estuco) confirmando su alto rendimiento en términos de consolidación superficial y – cuando se mezcla con ciertos surfactantes – en reducción de la absorción de agua. Asimismo, se ha investigado el uso de nanopartículas modificadas basadas en M(OH)2, donde M=Ca2+, Mg2+, con el objetivo de mejorar tanto la cohesión superficial como la durabilidad de los materiales patrimoniales (p. ej. piedra Tabaire). Finalmente, el tratamiento de consolidación basado en nanopartículas puras de Ca(OH)2 se utilizó en emplazamientos con valor patrimonial, como edificios históricos y yacimientos arqueológicos (Teatro Romano de Cartagena) obteniendo resultados satisfactorios. [ENG] El objetivo de esta tesis es investigar sobre la síntesis, propiedades y aplicaciones de las nanopartículas de Ca(OH)2 para consolidar materiales patrimoniales arquitectónicos. Las nanopartículas de Ca(OH)2 se han utilizado recientemente en la conservación del patrimonio, aunque algunos aspectos de la síntesis no son completamente comprendidos. En el presente estudio, hemos desarrollado métodos optimizados para obtener nanopartículas de alta pureza mediante síntesis de fase homogénea y heterogénea utilizando diferentes materiales de partida. Se han realizado del orden de cien síntesis en diferentes condiciones para comprobar la validez y fiabilidad del método sintético. Los resultados confirman que la temperatura de reacción tiene una gran influencia en el tamaño y la morfología de las nanopartículas de Ca(OH)2. Además, se ha investigado la estabilidad de las nanopartículas a lo largo del tiempo en mezclas de 2-propanol / agua, en las que se encontró que la ausencia de agua era crítica para evitar la aglomeración de Ca(OH)2. Una vez dispersas en 2-propanol, las nanopartículas se han utilizado para consolidar sustratos reales (piedra, adobe y estuco) confirmando su alto rendimiento en términos de consolidación superficial y – cuando se mezcla con ciertos surfactantes – en reducción de la absorción de agua. Asimismo, se ha investigado el uso de nanopartículas modificadas basadas en M(OH)2, donde M=Ca2+, Mg2+, con el objetivo de mejorar tanto la cohesión superficial como la durabilidad de los materiales patrimoniales (p. ej. piedra Tabaire). Finalmente, el tratamiento de consolidación basado en nanopartículas puras de Ca(OH)2 se utilizó en emplazamientos con valor patrimonial, como edificios históricos y yacimientos arqueológicos (Teatro Romano de Cartagena) obteniendo resultados satisfactorios.

[ENG] The aim of this thesis is to investigate on the synthesis, properties and applications of Ca(OH)2 nanoparticles to consolidate architectural heritage materials. Ca(OH)2 nanoparticles have recently been used in heritage conservation, although some aspects of the synthesis are not fully-understood. In the present study, we have developed optimised methods for obtaining highpurity nanoparticles based on homogenous and heterogeneous phase synthesis using different starting materials. Around one hundred syntheses have been performed to test the validity and reliability of the synthetic method in different conditions. The results confirm that the reaction temperature has a great influence on the size and morphology of Ca(OH)2 nanoparticles. Besides, the nanoparticles stability has been investigated over time in 2-propanol / water mixtures, in which the absence of water was found to be critical to avoid Ca(OH)2 agglomeration. Once dispersed in 2-propanol, the nanoparticles have been used to consolidate real substrates (stone, adobe and stucco) confirming their high performance in terms of surface consolidation and – when mixed with certain surfactants – water absorption. Likewise, the use of modified nanoparticles based on M(OH)2, where M=Ca2+, Mg2+, has been investigated with the aim of improving both the surface cohesion and durability of heritage materials (e.g. Tabaire stone). Finally, the consolidation treatment consisting in pure Ca(OH)2 nanoparticles has been used in cultural heritage sites, such as historical buildings and archaeological monuments (Roman Theatre of Cartagena) leading to satisfactory results.