Evaluation studies of cleaning methods for artworks: from chelating agents on inorganic substrates to Dry cleaning treatments on contemporary surfaces

Abstract

Il progetto di tesi presenta due studi riguardanti, un intervento di pulitura, cosiddetto tradizionale su supporti inorganici e dipinti murali e una nuova applicazione di metodi a secco per il trattamento di pulitura di superficie (Dry cleaning). In particolare, il primo riguarda l'applicazione di soluzioni di agenti chelanti, in particolare il sale trisodico diidrato dell'acido etilendiamminotetraacetico e il sale tribasico diidrato del citrato di sodio, su substrati inorganici, cioè carbonato di calcio, solfato di calcio e ossalato di calcio, al fine di rimuovere patine calcio presenti come prodotti di degrado a causa dell’interazione dell’opera con l'ambiente. I sistemi sono stati studiati mediante spettroscopia FTIR-ATR, XRD e ICP-AES. Questi risultati sono stati confrontati con i modelli di speciazione ottenuti tramite simulazioni in base alle pertinenti costanti di complessazione e prodotti di solubilità del calcio(II). Inoltre, è riportata la formazione di un sottoprodotto inatteso ottenuto dall'esposizione di solfato di calcio con la soluzione di citrato, riconosciuto come citrato doppio di sodio e calcio idrato, pienamente caratterizzato da analisi elementare e metodi fisico-chimici, come FTIR-ATR, XRD, TGA e SEM - EDS. La solubilità del sale è stata determinata mediante ICP-AES. I metodi di pulitura “a secco” possono essere considerati, al contrario, un trattamento di pulitura superficiale vero e proprio. Infatti la mancanza di soluzioni acquose o solventi, garantisce nessuna penetrazione negli strati profondi, ma l'azione meccanica può causare alterazioni indesiderate. Il progetto presentato, riguarda verifiche delle caratteristiche fisico-chimiche di questi materiali, in particolare di aspetti importanti come l’identificazione dei polimeri, la valutazione dei residui, chimici o di particelle e le interazioni meccaniche con le superfici. Per questo motivo, la caratterizzazione analitica è di fondamentale importanza, effettuata mediante Py GC-MS, SEM-EDS, spettroscopia FTIR-ATR e μRaman. I prodotti sono stati testati su campioni dipinti e la valutazione dell'efficacia dei metodi è stata svolta mediante SM, ESEM e analisi colorimetriche e del fattore di gloss. I prodotti sono stati testati anche su opere d'arte reali. Lo scopo di questo progetto è quello di sviluppare una strategia di pulitura per film ad olio non verniciato e acrilico, particolarmente sensibili all'acqua. Particolare accento è stato posto sul potere di pulitura dei prodotti, in equilibrio con la conservazione ottimale delle superfici dipinte.

This thesis presents two studies about, a traditional cleaning treatment on inorganic supports and wall paintings and a new application of dry methods as surface cleaning treatment. In particular, the first one concerns the application of chelating agents solutions, in particular ethylenediaminetetraacetic acid trisodium salt dihydrate and tribasic sodium citrate dihydrate, on inorganic substrates, i.e. calcium carbonate, calcium sulfate and calcium oxalate, in order to remove calcium patinas present as decay products due to interaction between artistic support with environment. Their interactions were studied by FTIR-ATR spectroscopy, XRD and ICP-AES. These results have been compared with speciation models obtained through simulations by using the relevant calcium(II) complexation constants and solubility products. In addition, is reported the formation of an unexpected by-product obtained from the exposure of calcium sulfate to the citrate solution, recognized as a sodium-calcium double citrate hydrate, fully characterized by elemental analysis and physico-chemical methods, such as FTIR-ATR, XRD, TGA and SEM-EDX. The solubility of the salt was determined by ICP-AES. Dry cleaning methods can be considered, on the contrary, a proper surface cleaning treatment. In fact, the absence of solvent or aqueous solutions, guarantees no penetration of themselves into deep constituent layers, but mechanical action can cause unwanted alterations. The project presented, concerns verifications of inner physico-chemical characteristics of these materials, in particular important aspects as polymers identification, evaluation of residues, i.e. chemical or crumbs and mechanical interactions with surfaces. For this reason, analytical characterization is of paramount importance, carried out by Py GC-MS, SEM-EDS, FTIR-ATR and μ-Raman Spectroscopy. Products were tested on painted samples and evaluation of effectiveness of different methods carried out by SM, ESEM, and colorimetric/gloss analysis. Products were tested on real works of art too. The aim of this project is to develop and test cleaning strategies for unvarnished oil and acrylic paintings, especially water sensitive, as well as unvarnished underbound paint surfaces. Emphasis was given to the cleaning power of the materials in balance with the optimum preservation of the paint surfaces.