51.2 Nuovi prodotti - Il nano che protegge

07/02/20

Siamo ormai abituati ai materiali nanotecnologici applicati al restauro: il Nanorestore, introdotto nel 2008, il Nano Estel due anni dopo. Si tratta però di consolidanti, che non hanno sostanzialmente alcun effetto idrorepellente. Grazie agli ultimi avanzamenti nel settore delle nanotecnologie, è possibile innestare sulla superficie delle nanosilici, degli spezzoni di molecole che ne modificano le proprietà; parliamo allora di nanosilici funzionalizzate. Ad esempio, innestando catene alchiliche o silossaniche si ottengono proprietà idrofobiche, mentre con l’innesto di catene fluorurate l’effetto sarà non solo idrofobico, ma anche oleofobico.  

Ricordiamo che una nanosilice è una particella di biossido di silicio (SiO2), di forma sferica e con diametro compreso tra 5 e 100 nm. È importante sapere che esistono decine di tipologie di nanosilici, diverse per dimensioni e distribuzione delle particelle, modalità di stabilizzazione, e presenza di additivi di vario tipo. Solo alcune hanno dato risultati apprezzabili per il settore restauro.
A seconda delle modalità con cui vengono prodotte, le nanoparticelle di silice, sempre sottoforma di dispersioni acquose, possono essere:
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monodisperse (con una distribuzione dimensionale delle particelle molto ristretta);

- polidisperse (con una più ampia distribuzione dimensionale).

Una volta fatte penetrare nella struttura porosa di un materiale, ed evaporata l’acqua, le nanosilici reagiscono sia con i gruppi idrossili presenti sulle superfici lapidee, sia tra loro stesse, formando dei polimeri di silice, analogamente a quanto avviene con il consolidante più noto e in assoluto più utilizzato, il silicato d’etile.
Del resto è proprio dal silicato d’etile che si parte per ottenere le nanosilici, attraverso i classici passaggi di idrolisi e policondensazione, in un processo denominato sol-gel.  

Per chi volesse approfondire l'argomento consigliamo la lettura dei seguenti articoli del Bollettino CTS:
-
Proprietà Nano Estel,

- Nano Estel come legante
-
Confronto Nano Estel - Estel 1000
 

Per la scelta di una silice funzionalizzata si è avviato uno studio preliminare mirato a valutare quattro prodotti presenti sul mercato, mettendoli a confronto con il classico silossano disperso in acqua Silo 112, e sono state quindi trattate due diverse tipologie di pietra, una arenaria (pietra serena) e una calcarea. Subito dopo l’applicazione tutti i prodotti davano elevati angoli di contatto (>110°) e ridotti assorbimenti d’acqua (0,15 per la calcarea e 0,35 per l’arenaria). I provini sono stati quindi esposti per 4 mesi in esterno, a pioggia e irraggiamento diretto, al fine di valutarne la resistenza. I risultati ottenuti al termine del pur breve periodo di invecchiamento naturale, e riassunti nella tabella 1, hanno evidenziato per alcuni prodotti una diminuzione dell’efficacia protettiva, che è rimasta invece inalterata per altri.
Al termine dell’invecchiamento i valori di colore di tutti i prodotti rientrano perfettamente nei limiti di accettabilità (ΔE <3), con il peggior dato colorimetrico relativo al silossano all’acqua, che mantiene però ottimi risultati sia di assorbimento capillare, che di angolo di contatto.

                                               Calcare                                                           Arenaria  
                               
Wa     Angolo di contatto     ΔE                   Wa     Angolo di contatto      ΔE

Non trattato        
0,253                22°                    -                   0,556                11°                     -

Silo 112             
0,15                  136°                2,66               0,354                 125°               2,50

Prodotto 1         
0,202                142°                0,23               0,505                 131°               0,50
Prodotto 2          0,337                148°                1,56               0,556                 40°                 0,97
Prodotto 3         
0,15                  58°                   1,15              0,556                  83°                1,04

Prodotto 4         
0,152                115°                 1,90              0,354                 110°               1,34


Tabella 1_ Misure di assorbimento capillare, dell’angolo di contatto e di variazioni colorimetriche dei campioni di calcare ed arenaria dopo 4 mesi di esposizione all’esterno.  

È interessante notare che il Prodotto 1 applicato sull’arenaria ha perso quasi completamente efficacia secondo la valutazione tramite assorbimento capillare ma conserva un elevato angolo di contatto (131°). Simili risultati sul calcare: i prodotti 1 e 2 perdono efficacia secondo l’assorbimento capillare, che è il parametro fondamentale per la valutazione di un idrorepellente, mentre forniscono i migliori risultati sotto il profilo dell’angolo di contatto (142° e 148°). Possiamo concludere che la valutazione del solo angolo di contatto non solo è insufficiente, ma può addirittura condurre a conclusioni erronee.
Il prodotto 4, nonostante un calo del valore di angolo di contatto (fig.2 e fig.4) è risultato il prodotto che mantiene i più bassi livelli di assorbimento d’acqua, con variazioni colorimetriche impercettibili ad occhio nudo (ΔE<2), ed è stato selezionato come prodotto migliore, e attualmente distribuito con il nome Nano Silo W.

Sono attualmente in corso ulteriori test per valutarne l’efficacia su altre tipologie di pietra e la resistenza a cicli di cristallizzazione salina.
Altre prove sono in corso su prodotti con proprietà oleofobiche, che potranno risultare utili sia come antiscritta, sia come protettivi antimacchia per pavimentazioni.

Vedere FOTO sotto riportate:
Figura 1_Angolo di contatto su calcare non trattato
Figura 2_Angolo di contatto su calcare trattato con Nano Silo W
Figura 3_Angolo di contatto su arenaria non trattata
Figura 4_Angolo di contatto su arenaria trattata con Nano Silo W
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