RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Il consolidamento sostenibile del legno bagnato: nuovi approcci di impregnazione e polimerizzazione a basso impatto ambientale

Università di riferimento

Università degli Studi di PALERMO - CHIMICA FISICA - PALERMO(PA)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Dorina Ines DONATO

Descrizione

In questi ultimi anni, si sono notati un crescente interesse ed una maggiore attenzione per il recupero di reperti lignei d'antiche imbarcazioni. Questo enorme ed importante patrimonio culturale proviene essenzialmente da relitti sommersi, che sono stati ritrovati in acque, a volte anche molto profonde, di mare o di lago o ricoperti da melma in siti sede d'antichi porti.
L'applicazione di tecniche innovative d'ingegneria ha permesso il recupero di relitti anche di notevoli dimensioni senza dover procedere ad operazioni "traumatiche" di disassemblaggio, consentendo nel frattempo di effettuare, in condizioni operative più agevoli, lo studio dettagliato ed approfondito del reperto. Da questi studi si traggono informazioni di notevole importanza sia sulle tecniche costruttive e sulla funzione dei diversi tipi di legno utilizzati, che sulle rotte dei vari tipi d'imbarcazione e sui traffici commerciali nel particolare periodo storico.
Molto invece resta da fare per preservare queste imbarcazioni nel modo migliore ed a costi contenuti. Il vascello svedese "Vasa" dopo un lungo e costoso trattamento con soluzioni acquose di Polietilenglicole (PEG) comincia ad accusare, dopo circa venti anni, non pochi problemi anche se mantenuto a temperatura ed umidità controllata; anche altri relitti trattati con PEG richiedono periodici controlli e trattamenti conservativi. Pertanto è sempre più attuale la ricerca di metodiche che siano efficaci e non molto onerose, considerata la gran mole di reperti di notevole importanza che devono essere trattati in tempi brevi per non distruggere un patrimonio che si è a lungo conservato.
Inoltre poiché per trattare reperti di grandi dimensioni si richiedono enormi quantitativi di consolidanti, si pone impellente la necessità del recupero di tali prodotti per altre utilizzazioni.
Il processo d'impregnazione con soluzioni di polimero (PEG) si basa sul principio di sostituzione anche parziale dell'acqua, imbibente il reperto ligneo, con la sostanza consolidante; il processo è agevolato a temperatura elevata, molto spesso superiore a 60 °C. A queste temperature mediante indagini HPLC è stata notata la produzione d'aldeide formica, che oltre ad essere nociva per gli operatori del settore, è un indice di processi di degrado del PEG che determinano la formazione di polimeri a più basso peso molecolare, i quali non hanno la stessa capacità consolidante del polimero di partenza. Infatti, in relazione alla natura ed allo stato di degrado del reperto ligneo, viene scelto un polimero d'opportuno peso molecolare. Pertanto le soluzioni, recuperate dopo l'uso, devono essere analizzate per determinare le concentrazioni dei vari tipi di polimero e trattate opportunamente per consentire il riutilizzo della miscela impregnante.
Anche impiegando soluzioni acquose con miscele di PEG a vario peso molecolare ed a temperatura alla quale i processi di degrado sono meno favoriti, a causa di una differenziata capacità d'impregnazione (i polimeri a basso peso molecolare penetrano più facilmente nelle piccole cavità del legno), si ottengono alla fine del processo delle soluzioni con un rapporto percentuale tra i componenti diverso rispetto a quello iniziale. Per la riutilizzazione è necessario, dopo la determinazione delle concentrazioni, effettuare delle aggiunte mirate per riportare i parametri ai valori stabiliti e derivanti da considerazioni sulla struttura dei consolidanti adoperati e sulla natura del legno.
Recentemente, sempre nell'ottica di velocizzare il trattamento consolidante, sono state effettuate delle polimerizzazioni in situ, utilizzando come impregnanti monomeri di acrilato in presenza di AIBN come iniziatore; sono stati ottenuti dei buoni risultati ma la presenza di composti organici volatili (C.O.V.), che può essere responsabile di alterazioni ambientali ed avere effetti nocivi per la salute dell'uomo, ha fatto intraprendere la via della polimerizzazione eterogenea in fase acquosa. In particolare si sta studiando la polimerizzazione dell'isoeugenolo con formazione di lignina che può legarsi ai componenti principali del legno. Ora se da una parte la presenza dell'isoeugenolo residuo può considerarsi positivamente, perché oltre a dare una certa fragranza al legno trattato, è nocivo per alcune specie d'insetti ed espleta un'azione antibatterica ed antimicotica, dall'altra si pone il problema del recupero del catalizzatore che non è un prodotto biodegradabile.
Lo scopo del seguente progetto è di provare su campioni di legno dalle dimensioni di dm3,
(normalmente sono usati campioni dalle dimensioni di cm3) non facenti parte del relitto ma ad esso coevi, varie tecniche di consolidamento, alcune in uso da tempo altre in fase d'avanzata sperimentazione; onde poter analizzare i prodotti che si formano durante il processo e mettere a punto delle tecniche di abbattimento dei composti organici volatili e di recupero dei componenti chimici ancora utilizzabili.
In particolare saranno effettuate:
a) determinazioni da misure viscosimetriche dei pesi molecolari dei polimeri, ottenuti da polimerizzazioni in situ; la buona riuscita del trattamento è, infatti, funzione delle dimensioni molecolari del polimero che, in quelle opportune condizioni, ha avuto la probabilità di formarsi.
b) misure d'angolo di contatto e determinazione del lavoro d'adesione di vari consolidanti su vari tipi di legno, in funzione della temperatura e dell'umidità; questi parametri determinano le capacità d'impregnazione del substrato.
c) determinazioni della porosità del reperto ligneo prima e dopo il trattamento; questo parametro è funzione delle modificazioni apportate dal consolidante al substrato ligneo e meglio evidenziate dall'indagine al SEM ed al TEM.
d) Indagini per la messa a punto di tecniche atte al recupero delle sostanze utilizzate nei vari tipi di trattamento, focalizzando l'attenzione sull'uso di metodiche e procedure semplici e non molto costose.
Inoltre, utilizzando la cromatografia d'esclusione dimensionale nota come SEC (Size Exclusion Chromatography), saranno determinati i pesi molecolari dei polimeri, formatisi in seguito a reazioni di degrado, durante il processo d'impregnazione con PEGs. Un HPLC, equipaggiato con colonne opportune, consentirà sia l'indagine qualitativa che la determinazione quantitativa, utilizzando opportuni standards interni.
La SPME- GC/MS/MS (Solid Phase Micro Extraction accoppiata con un gas massa) consentirà di testare le varie fasi dei processi d'impregnazione, di polimerizzazione in situ e di recupero delle sostanze impiegate, permettendo di individuare la presenza di sostanze nocive, presenti anche in piccole quantità.
Le analisi SEC-HPLC e SPME-GC/MS/MS saranno effettuate con le apparecchiature esistenti presso il Dipartimento di Chimica e Tecnologie Farmaceutiche dell'Università di Palermo.