RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Indagine sugli effetti di interventi di Laser Cleaning/Ablation su materiali di interesse storico/culturale

Università di riferimento

Università degli Studi di BRESCIA - INGEGNERIA MECCANICA - BRESCIA(BS)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Roberta PEDRAZZANI

Descrizione

L'intero progetto si articola in 4 diverse fasi: 1.la scelta dei campioni, la caratterizzazione degli stessi prima del trattamento e ala messa a punto degli strumenti di misura 2.il trattamento di laser cleaning/ablation 3.la caratterizzazione dei campioni sottoposti al trattamento di laser cleaning/ablation 4.l'analisi comparata dei risultati Di seguito, per semplicità, il programma sarà presentato in due sole fasi che accorpano i punti 1,3 e 4, ai quali l'Unità parteciperà attivamente. La fase 1 è focalizzata sulla definizione di criteri per la scelta dei campioni e sulla scelta delle tecniche di analisi più adeguate, in funzione della tipologia del campione. Le analisi biologiche sono state incluse, al fine di consentire di evidenziare eventuali fenomeni di biodeterioramento. La fase 2, invece, è focalizzata sulla caratterizzazione dei campioni dopo il trattamento di pulitura e sulla discussione dei risultati, per definire quali siano le tecniche ottimali per i singoli campioni studiati. Lo scopo dell'Unità è di configurarsi, grazie a tecniche di caratterizzazione chimica, strutturale e biologica, come supporto allo sviluppo di nuovi approcci alle attività di recupero di monumenti e manufatti di valore storico, artistico e culturale, mediante tecniche di laser cleaning. La caratterizzazione dei campioni deve essere accurata ed è fondamentale considerare analisi complementari al fine di valutare le caratteristiche del campione prima e dopo le fasi di trattamento. L'Unità si farà carico delle analisi dei materiali e seguirà il processo di recupero dei manufatti al fine di ottimizzare i parametri della fase di cleaning. FASE 1 Per ogni specifico materiale, la caratterizzazione delle incrostazioni prima del trattamento è necessaria per orientare la scelta dei parametri più opportuni, come, ad es. il flusso di energia, il numero approssimato di impulsi e sovrapposizioni tra spots adiacenti per ottenere un efficiente trattamento del campione. Le croste e le patine formatesi sulla superficie dei campioni scelti per i test di LC/LA saranno caratterizzate al fine di comprendere le loro possibili origini: (1) trattamenti estetici e/o aventi scopo protettivo, (2) depositi biologicamente indotti, prodotti da microflora sviluppatasi sulla superficie, con o senza reazioni con il supporto, (3) interazione tra gli agenti atmosferici, come ad es. SOx, e processi di solfatazione e formazione di incrostazioni di gesso e (4) deposizione secca o umida di particelle atmosferiche. La fase di interpretazione relativa alle caratteristiche di tali depositi, imporrà di considerare una combinazione di molteplici fattori.Al fine di ottenere un'ampia casistica di croste e pellicole, saranno selezionati vari monumenti, costituiti da diversi materiali lapidei e provenienti da luoghi con diverse condizioni microambientali.I campioni saranno prelevati dai monumenti costituiti da diversi materiali lapidei o metallici, non precedentemente restaurati o puliti. Le fasi di campionamento potranno essere condotte avvalendosi delle impalcature realizzate per il lavoro di restauro o utilizzando mezzi meccanici come torri idrauliche. I campioni saranno prelevati in punti diversi del monumento, ognuno avente una diversa orientazione spaziale ed esposizione alla pioggia. Particolare cura dovrà essere posta, al fine di raccogliere campioni che, a parità di condizioni microclimatiche, siano caratterizzati da differente esposizione al sole, posizione rispetto al mare e direzione del vento, presenza e intensità del traffico veicolare.I campioni verranno analizzati applicando tecniche classiche e innovative al fine di ottenere informazioni che consentano un confronto tra i diversi rivestimenti colorati. Quando possibile, le tecniche dovrebbero essere non-distruttive, efficienti e rapide nell'analisi dei materiali e del loro stato di deterioramento. Molte tecniche saranno sistematicamente applicate a un ampio numero di campioni provenienti da ogni sito. In particolare verranno effettuate analisi con microscopio ottico e SEM di sezioni tali e quali e levigate, analisi chimiche EDX, diffrazione di raggi X su superfici piatte e analisi microXRD2 su polveri asportate da ogni singola patina. In aggiunta, molte altre tecniche come, ad es., microscopia IR, microraman, verranno utilizzate per la caratterizzazione dei campioni selezionati. Se i campioni avranno patine colorate, la misura della riflettanza spettrale diffusa sarà sistematicamente eseguita e le coordinate del colore (CIE 1931) calcolate partendo da tali spettri. La diffrazione di raggi X (XRD) è nota come strumento fondamentale per l'ottenimento di informazioni relative alle fasi cristalline costituenti i materiali. L'Unità dispone di quattro differenti diffrattometri. Nel corso degli ultimi anni, due nuove tecniche di diffrazione sono state sviluppate: diffrazione di raggi X ad angolo radente (GIXRD) e microdiffrazione con detector bidimensionale (micro-XRD2). Avvalendosi di microscopio IR, microraman, microXRF e microscopia elettronica a scansione con sonda EDX, disponibili presso l'Unità, sarà possibile identificare chiaramente pigmenti e altre fasi con una risoluzione spaziale di pochi micron. Lo strumento MiniSIMS, che sarà prossimamente disponibile presso l'Unità, consentirà inoltre un dettagliata caratterizzazione della superficie prima e dopo il trattamento laser cleaning, al fine di verificare la composizione chimica della superficie e l'eventuale presenza di contaminanti. Lo spessore di ciascuna patina sarà correlato con la presenza di specifiche condizioni ambientali che ne favoriscono la formazione. In generale, la microstruttura delle patine e la loro interazione con il supporto può essere correlata con la tessitura dei campioni (orientamento preferenziale), i processi diagenetici e i parametri climatici durante la fase di formazione. Sulla base dei risultati sperimentali, verrà descritta una sequenza modello basata principalmente sulla composizione mineralogica. Parallelamente saranno effettuate analisi microbiologiche sui campioni soggetti che presentino segni di biodeterioramento, al fine di evidenziare la presenza di biodeteriogeni. I principali gruppi di microrganismi (batteri eterotrofi totali, batteri N e P ossidanti, funghi, alghe) responsabili del degrado dei beni culturali, saranno ricercati mediante l'applicazione di metodiche standardizzate. FASE 2 Gli interventi di pulitura dovrebbero essere effettuati gradualmente e selettivamente, in modo da evitare la formazione di sottoprodotti tossici (per esempio, sali solubili)e l'alterazione delle superfici (per esempio, microfratture, abrasioni), che potrebbero accelerare il processo di deterioramento, a causa dell'aumento della superficie specifica. Le operazioni di laser cleaning delle opere d'arte rispondono a due essenziali esigenze: 1) rimozione degli inquinanti accumulati, particelle nere, ecc., al fine di preservare l'estetica dell'opera e aumentare la sua durabilità e 2) conservazione parziale del gesso, la cui superficie interna può potenzialmente conservare tutti i dettagli relativi alla lavorazione dell'opera (incisioni, ecc.). Rispetto alle tecniche di pulitura convenzionali, la tecnica di laser-assisted cleaning offre un alto grado di controllo e selettività, specialmente quando si considerano fenomeni auto-limitanti o ci si interfaccia con tecniche analitiche on-line. Pertanto, le operazioni di cleaning dovrebbero essere condotte al più basso flusso di energia possibile, in modo tale che i meccanismi più selettivi possano operare. Sarà eseguito un monitoraggio iniziale sugli effetti delle operazioni di laser cleaning sui campioni considerati. Le superfici trattate mediante laser-cleaning, verranno caratterizzate attraverso le tecniche precedentemente indicate (XRD, micro-XRD2, microscopia IR, microraman, microXRF, SEM, EDX, ecc.). Gli effetti dei trattamenti di laser cleaning sui campioni esaminati, saranno evidenziati mediante un confronto tra i campioni trattati e un campione di riferimento. Nel corso del progetto, un giovane ricercatore, acquisirà le tecniche di caratterizzazione di monumenti e manufatti storici e artistici.