Dottorato in SCIENZE DELLA TERRA

Titolo della tesi: Low-Impact Cleaning Systems for the Removal of Low Polar Materials in Cultural Heritage Conservation

Questa tesi si propone di presentare i principali temi di ricerca sviluppati negli ultimi tre anni, in collaborazione con diversi enti e ricercatori nazionali e internazionali. La ricerca si focalizza sull’analisi di sistemi di pulitura alternativi per la rimozione di sostanze a bassa polarità, con particolare attenzione a soluzioni a basso impatto sulla salute e sull’ambiente. Lo studio esplora l’impiego di solventi più “green”, la cui efficacia risulti comparabile a quella dei solventi tradizionali, come i derivati del petrolio. Recenti studi su sistemi di pulitura sostenibili e sicuri per il patrimonio culturale si sono sempre più concentrati sullo sviluppo e l’applicazione di sistemi compositi, tra cui micro-emulsioni, fluidi nanostrutturati e gel chimici e fisici. Sebbene tali soluzioni rappresentino alternative efficaci e a basso impatto, la letteratura scientifica è ancora carente di studi su sostanze pure in grado di sostituire direttamente i solventi tradizionali a tossicità più elevata. Questa tesi intende contribuire a colmare tale lacuna attraverso un’analisi approfondita delle proprietà di specifici solventi più “green”. Il focus principale riguarda gli esteri metilici degli acidi grassi (FAMEs) con lunghezze di catena variabili (C6-C18), ampiamente utilizzati in altri settori come sostituti più sostenibili dei derivati del petrolio. La ricerca analizza due aspetti essenziali dei FAMEs per la loro applicazione nella conservazione del patrimonio culturale: (i) la loro efficacia nella rimozione di protettivi a bassa polarità, utilizzati nel settore della conservazione dei beni culturali, attraverso l’analisi dei parametri di solubilità, delle proprietà fisico-chimiche e mediante test di laboratorio per valutarne la solubilità e l’efficacia pulente; (ii) le loro interazioni con i materiali originali dei bei culturali, da preservare, mediante studi sulla ritenzione e test di rigonfiamento. Considerata la vasta gamma di sostanze che si possono trovare sui beni culturali e la diversità dei substrati su cui esse possono trovarsi, questa tesi non copre l’intero spettro di materiali a bassa polarità utilizzati nel settore. Per questo motivo, in relazione al punto (i), la ricerca si è focalizzata sulla solubilità della cera d'api e della cera microcristallina – utilizzate come materiali di riferimento a bassa polarità – nei FAMEs, attraverso tecniche quali scansione a fluorescenza a raggi X (XRF), microscopia digitale, spettrofotometria, spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier in modalità ATR (FT-IR ATR) e microscopia elettronica a scansione (SEM). Ulteriori analisi, tra cui misurazioni dell’angolo di contatto, test di solubilità e quantificazione del solvente impiegato, hanno fornito dati sulla sostenibilità economica e ambientale dei solventi. I test di pulitura sono stati condotti su campioni in pietra e bronzo, substrati che vengono frequentemente trattati con materiali cerosi. La rimozione di tali materiali si rivela spesso necessaria, in particolare nelle opere esposte all’aperto, in quanto l’azione di agenti inquinanti e agenti atmosferici provoca il deterioramento di tali protettivi. Come ulteriore caso studio, sono stati effettuati test di pulitura su superfici a base di calce ricoperte da depositi di fuliggine provenienti da lampade a olio tradizionalmente utilizzate nei templi del Kerala, in India. Questa ricerca, parte del progetto di dottorato di Moupi Mukhopadhyay presso la UCLA, mira a sviluppare metodologie di restauro accessibili e sostenibili per la conservazione degli affreschi nelle comunità locali. Per quanto riguarda il punto (ii), l’interazione tra i solventi e i materiali artistici è stata esaminata su marmo e pittura a olio bianco di zinco naturalmente invecchiata. Sono state effettuate analisi di ritenzione ed evaporazione del solvente su campioni di marmo, esplorando il potenziale utilizzo della rilassometria in risonanza magnetica nucleare (NMR) per questo scopo. Test di rigonfiamento, insieme a una valutazione preliminare del fenomeno di “leaching” nei campioni di pittura a olio, sono stati condotti seguendo il metodo descritto da Phenix (2002). Il secondo focus della tesi deriva da un progetto condotto all’interno dell’organizzazione Youth in Conservation of Cultural Heritage (YOCOCU APS), in collaborazione con l’Università della Calabria. Questo studio esplorativo ha analizzato l’uso dei solventi eutettici profondi idrofobici (HDESs) per la solubilizzazione di sostanze a bassa polarità, con particolare attenzione alla cera d’api e alla cera microcristallina. L’indagine si è concentrata sull’affinità tra solvente e soluto e sulla capacità di rimozione di questi ultimi da superfici inerti, così da escludere l’influenza del substrato nella valutazione del processo di solubilizzazione. Il terzo focus della ricerca riguarda l’identificazione di un sistema capace di incapsulare solventi a bassa polarità, inclusi sia solventi derivati dal petrolio che FAMEs. Lo studio è iniziato con una revisione approfondita della letteratura scientifica, attingendo ai sistemi di rilascio di farmaci, al fine di individuare potenziali agenti gelificanti naturali. Sulla base di questa analisi, sono stati condotti esperimenti preliminari di gelificazione utilizzando uno stearato metallico, successivamente testato su substrati di bronzo e pietra per valutarne la capacità di rilascio del solvente, l’efficacia nella pulitura e il livello di residui lasciati sulla superficie. Ulteriori ricerche su un sistema per l’incapsulamento dei FAMEs sono state condotte in collaborazione con la dottoranda Laura Giuliani (Dipartimento di Scienze della Terra, Università Sapienza di Roma), focalizzandosi sugli hydrogel a base di Poly(vinylalcohol)-borate (HVPDs). I risultati preliminari hanno evidenziato promettenti capacità di inclusione e fornito nuove informazioni sulle proprietà reologiche e sulla composizione del gel.