Solvent Gels Materiali speciali per la pulitura di opere policrome A cura di Abbate Maria Grazia Spitale Debora Trimarchi Giada

TENSIOATTIVI GELS SOLVENT GELS CASO DI STUDIO

Tensioattivi Cosa sono Uso dei tensioattivi per le proprietà superficiali Uso dei tensioattivi per le proprietà detergenti Uso dei tensioattivi per le proprietà emulsionanti

Cosa sono I tensioattivi sono molecole costituite da una testa idrofila e una coda apolare In soluzione tendono a disporsi sulla superficie in modo che le sue parti trovino la condizione ideale TESTA IDROFILA CODA APOLARE

Uso dei Tensioattivi per le proprietà superficiali Concentrazione inferiore alla CMC Abbassano la Tensione superficiale del liquido in cui sono inseriti Aumentano il potere bagnante della soluzione Riducono la diffusione verticale della soluzione Migliore: Tensioattivo Anionico

Uso dei Tensioattivi per le proprietà detergenti Concentrazione almeno uguale alla CMC L’attività detergente è subordinata alla formazione delle micelle Particolarmente indicati sono i Tensioattivi non ionici

Uso dei Tensioattivi per le Proprietà Emulsionanti Emulsioni Magre Emulsioni Grasse Emulsione Cerosa Stearica

Uso dei Tensioattivi per le Proprietà Emulsionanti Con opportuni Tensioattivi si possono preparare emulsioni magre (olio in acqua) o grasse (acqua in olio). Per entrambe poi si può variare il volume di fase interna (quella dispersa) a seconda delle proprietà che si vogliono dall'emulsione: a "bassa fase interna", cioè a bassa concentrazione di fase dispersa, l'emulsione sarà fluida, sostanzialmente con le caratteristiche della fase disperdente, mentre a maggiore concentrazione si potranno ottenere emulsioni sempre più viscose, fino ad arrivare a paste dense, che non scorrono più. Per emulsioni grasse, in generale, si devono utilizzare Tensioattivi con 3< HLB <6, e per quelle magre con 8< HLB <15.

Emulsioni Magre Quelle a "bassa fase interna" possono essere usate nella pulitura. Poco solvente organico emulsionato in acqua fornisce un'emulsione che ha sostanzialmente le proprietà applicative dell'acqua pura ma potere solvente modificato. In altre parole, aggiungiamo alla soluzione acquosa un po' di potere solvente di tipo lipofilo, che può aiutare nella solubilizzazione di un certo tipo di materiale lipofilo. Quindi senza cambiare sostanzialmente il mezzo, che resta acquoso, lo modifichiamo leggermente dandogli la capacità di agire su materiali altrimenti insolubili in acqua.

Emulsione Cerosa Stearica Un'emulsione con importanti scopi applicativi, composta di Cera emulsionata in acqua con un Tensioattivo anionico, lo Stearato d'Ammonio, è la nota Emulsione Cerosa o Stearica (la "Pappina Fiorentina"). A rigore si tratta di una "Dispersione", in quanto la fase interna, la Cera d'api, non è liquida ma solida. Non è utilizzata come agente di pulitura essa stessa, ma quale supportante di soluzioni acquose e/o solventi organici per localizzare e circoscrivere l'azione, e per limitare la diffusione sotto superficiale.

Emulsioni Grasse Contengono solo una piccola quantità di acqua dispersa in un solvente lipofilo. Efficaci tutte le volte che occorre solubilizzare un materiale idrosolubile depositato su una superficie sensibile all'acqua. La piccola quantità di acqua presente nell'emulsione è sufficiente a solubilizzare il materiale idrofilo, ma il supporto sensibile all'acqua "vede" principalmente un liquido apolare che non lo disturba. Se non si dispone di apparecchiatura adeguata la preparazione utilizzando solo Tensioattivi liposolubili, a basso HLB, può risultare difficoltosa. É sempre più semplice utilizzare miscele in parti uguali di due Tensioattivi: uno liposolubile (ad es. Span 85, HLB 1.8) ed uno idrosolubile (ad es. Tween 20, HLB 16.7): la miscela dei due avrebbe HLB = (16.7 + 1.8) /2 = 18.5/2 = 9.25. Il valore è giusto per un'emulsione grassa.

Il gel: un piccolo mondo con una grande importanza La chimica del gel Gel di valenza secondaria Gel covalente Proprietà meccaniche Un mondo di gel

La chimica del gel Caratteristica fondamentale del gel è la reticolazione. Come avviene la reticolazione in soluzione? Soluzione concentrata Soluzione diluita

Soluzione diluita Non esistono interazioni tra le catene ramificate. Persino quando la soluzione è altamente viscosa le catene si comportano come entità indipendenti, libere di muoversi nel solvente senza esercitare forze l’una sull’altra: nessun legame, quindi, può essere stabilito tra loro.

Soluzione concentrata Quando il numero di molecole aumenta, queste sono costrette ad avvicinarsi e l’interazione tra di loro inizia a notarsi, le catene ramificate vengono circondate dal solvente. La viscosità aumenta drasticamente, e la soluzione incomincia a mostrare una transizione da soluzione concentrata a gel, perchè le catene ramificate creeranno dei legami in alcuni punti, costituendo un' unico grande gomitolo (coil) reticolato, chiamato gel macroscopico.

Gel di valenza secondaria La formazione di un gel di valenza secondaria dipende da due fattori: l’intensità delle forze intermolecolari e la qualità del solvente. Se consideriamo le forze intermolecolari, quale tipo di polimeri può formare gel attraverso interazioni secondarie quando il solvente considerato è l’acqua? E se il solvente fosse inappropriato?

Mettete un pò di gelatina in una ciotola e scaldatela un pò Mettete un pò di gelatina in una ciotola e scaldatela un pò. Gradualmente la gelatina si è sciolta ed è diventata un liquido viscoso! Lasciate che la gelatina si raffreddi e… si solidificherà di nuovo! Perché? La gelatina è fatta da collagene proteico (polimero naturale). Questo significa che nella struttura ci sono alcuni gruppi amidi che formano un particolare tipo di legame reversibile non covalente chiamato legame idrogeno. Il legame idrogeno è una forte interazione che tuttavia si può rompere con un riscaldamento; 100°C è la temperatura alla quale tutti i legami ad idrogeno si rompono, e le molecole libere d’acqua cambiano dallo stato liquido a quello gassoso. Anche altri polimeri naturali formano gel attraverso legami secondari, come ad esempio l’amido. Tuttavia, anche un polimero non naturale può formare un gel di valenza secondaria scegliendo appropriati solventi. Ma cosa succede quando si sceglie un solvente inappropriato? Solitamente i solventi “poveri” garantiscono una incompleta solvatazione. Quando le molecole rimangono fortemente legate alla presenza di questi solventi, stabiliscono legami più frequentemente intramolecolari che intermolecolari. La densità della reticolazione è tuttavia bassa, e i legami stabiliti dalle interazioni secondarie vengono facilmente rotti.

Gel covalente Non esiste nessun solvente così “energetico” da causare la rottura dei legami covalenti. Questi tipi di legami non possono essere rotti persino con il calore. Il gel covalente può essere ottenuto facendo aumentare di volume un polimero reticolato, scegliendo un appropriato solvente.

Proprietà meccaniche Capacità di aumentare il proprio volume in funzione del solvente Elasticità Proprietà del polimero solido mantenute allo stato di gel Scarsa resistenza meccanica

Un mondo di gel

Solvent Gel Perché nascono? Composizione Preparazione Utilizzo Proprietà Prodotti commerciali La controversia

Perché nascono? I Solvent Gels furono ideati da Wolbers che cercò di riunire nella stessa preparazione componenti a polarità diverse che possano essere attori su tutta la superficie da pulire. Questa esigenza nasce dal fatto che il materiale filmogeno da rimuovere non ha composizione e distribuzione omogenea. Inoltre, per mantenere la selettività d'azione superficiale, è indispensabile dare alla miscela altissima viscosità, in modo da reprimere la diffusione dei componenti sotto la superficie.

Composizione Addensante: Acido Poliacrilico (funzionalità acida e dimensioni) Base con proprietà tensioattive: Ammina Polietossilata Solvente organico Acqua

Preparazione Per prima cosa si uniscono l'addensante (1-2 g) e il tensioattivo alcalino (10-20 ml), mescolando bene fino ad ottenere un impasto omogeneo, avendo cura di rompere con una spatola eventuali grumi formatisi. Un agitatore magnetico può semplificare l'operazione di mescolamento. Poi si aggiungono i solventi organici (100-200 ml) continuando il mescolamento. Da ultimo, l'aggiunta di acqua (5-10 ml) causa l'addensamento della soluzione.

Utilizzo Applicazione con tamponcino di cotone o pennello Tempo di applicazione da 30 sec a pochi minuti Lavaggio a tampone con miscela di solventi: Lavaggio con Essenza di Petrolio Alcool Isopropilico ed Essenza di Petrolio 1:1 Acetone ed Essenza di Petrolio 1:1

Proprietà Proprietà detergente ed emulsionanti Selettività d’azione superficiale Facilità di applicazione e rimozione Assenza di residui Atossicità Semplicità di preparazione

Prodotti commerciali Addensante: Base tensioattiva: Carbopol 934 Ultrez 10 Acido Poliacrilico Ethomeen C12 Ethomeen C15 Ethomeen C25

La controversia I Solvent Gels hanno attratto consensi e critiche. Queste ultime, in particolare, riguardano la presenza del componente Ethomeen all'interno delle formulazioni: essendo non volatile, la sua forte ritenzione negli strati interni potrebbe rappresentare un fattore di degrado per l'opera trattata. Alla base di queste preoccupazioni c'è il dubbio che l'Ethomeen sia efficacemente "legato" all'addensante: trovandosi in forma libera dentro il gel potrebbe dunque diffondere sotto la superficie. Da tempo Wolbers stesso proponeva uno studio applicativo approfondito per quantificare l'eventuale presenza di residui dopo il trattamento con un Solvent Gel di una superficie dipinta. Nel novembre 1998 finalmente questo desiderio si è concretizzato. Lo studio applicativo consisteva nel trattare con un Solvent Gel composto di Alcool Isopropilico e Alcool Benzilico la superficie di un dipinto vandalizzato. Il gel era "marcato isotopicamente", cioè preparato con componenti radioattivi. Attraverso precise misure della radioattività rimossa (dai tamponcini di pulitura) e di quella residua (sulla superficie alla fine del trattamento) si poteva stabilire con grande precisione la quantità di residui lasciati. I risultati della lunga e complessa analisi dei tamponcini utilizzati e di frammenti delle superfici pulite ha dimostrato che la quantità di residui trovati è molto bassa, a conferma dell'ottima azione superficiale di queste preparazioni.

Caso di studio Scultura lignea policroma (a’ fiducia!) della Madonna con Bambino collocata nella chiesa di San Bartolomeo a Portacomaro, Asti.

La scultura lignea, di buona esecuzione, appariva parzialmente ridipinta. Il colore originale era stato ritoccato in un precedente intervento che aveva però lasciato integre le decorazioni dorate e la meccatura originali, e alcuni particolari quali gli occhi della Madre e del Bambino. L'apertura, eseguita a bisturi, di numerosi tasselli sulla superficie ha permesso di stabilire che sotto le ridipinture ottocentesche la policromia originaria era generalmente presente in buone condizioni: si è così deciso di recuperarla con l'azione di pulitura. La rimozione di strati pittorici presenta una serie di difficoltà operative: spesso questi strati sono tenaci e di difficile solubilizzazione e si deve fare ricorso a reagenti acidi o alcalini, che oltre alla scarsa selettività nei confronti dei materiali presenti spesso comportano anche notevole rischio di tossicità per l'operatore. L'alternativa è la rimozione meccanica, eseguita a bisturi: nel caso di ridipinture oleose sopra un legante già parzialmente decoeso, si verifica spesso l'impossibilità di un'azione selettiva anche in questo modo. Il colore sottostante, infatti, risulta essere più coeso alla ridipintura soprastante che non al supporto.

Inizialmente sono state effettuate prove per verificare se fosse possibile procedere con i metodi di pulitura tradizionali. Però, dal momento che si raggiungeva un livello di pulitura troppo spinto, con evidenti segni di abrasione sul colore sottostante, si optava per un'azione più selettiva con i Solvent Gels. Le zone pulite si presentavano prive di sbiancamenti: la leggerissima alcalinità del Solvent Gel (pH 7.5- 8) non è infatti sufficiente a causare salificazione di materiali a carattere acido (olii e vernici invecchiate), con i conseguenti fenomeni di opacizzazione o sbiancamento. Differenziando in questo modo l'azione sulle varie zone si è condotta la pulitura dell'intera scultura.