16.1 QUÍMICA E INVESTIGACIÓN - LA SOLUCIÓN EN EL INTERCAMBIO (AMBERLITE IR 120 H)

30/09/08

La solución en el intercambio (Amberlite IR 120 H)  

Un recientísimo articulo publicado por la revista Applied Physics [1] describe el profundo estudio que ha sido realizado por un equipo de investigadores del CNR-Instituto para el Estudio de los Materiales Nanoestructurales de Palermo y Roma y por la Universidad de los Estudios de Catania, sobre los efectos de algunos productos usados en la eliminación de las incrustaciones calcáreas de manufacturados cerámicos.

Los objetos sometidos a examen representaban una amplia tipología de cerámicas arqueológicas provenientes de varios lugares italianos, desde las campanas cerámicas del siglo IV-I  a.C., a vasos romanos en Tierra sellada (siglo I a.C. – siglo IV d.C.), hasta las cerámicas medievales de Caltagirone del siglo XII-XVII.
La tipología de las diferentes superficies cubría las varias casuísticas, desde las campanas vidriadas negras, a las rosas romanas, hasta las proto mayólicas a base de plomo.    

La primera parte del estudio, dirigido a determinar la composición de las incrustaciones, ha denotado que en la multiforme casuística, todas las incrustaciones son reconducibles a la calcita (CaCO3 - carbonato de cal), que se deposita en las irregularidades de las superficies que se forman después de un primer proceso de erosión. Se observa también una reducida presencia de cuarzo (SiO2), y raramente se encuentran otros componentes como sulfato de calcio, óxidos de hierro y manganeso.
La conclusión es que todas las incrustaciones pueden eliminarse operando sobre el carbonato de cal. Una vez excluida la posibilidad de intervenir con agentes químicos (ácidos, o bien complejos como EDTA), que puedan penetrar por debajo de la incrustación, y por tanto atacar tanto la superficie decorada como la estructura cerámica, permanece la opción de las resinas de intercambio iónico de tipo  cationico,  como  el Amberlite IR 120 H.  

Esta es una resina cationica fuerte, que actúa en el cambio bloqueando los cationes (en nuestro caso Ca2+) y dejando hidrogeniones H+:
   

                                            [Resina -SO3-  H+ ]   +  Cat+    
→     [Resina -SO3-  Cat+ ]  +    H+


La Resina
Amberlite
IR 120 H se entiende como un copolímero estirene/DVB (divinilbenzeno), en cuya estructura se inyectan los grupos de intercambio verdaderos y propios, -SO3-.
El ion H+ actúa después con el carbonato: se forma entonces un acido inestable, el acido carbónico, que se dirige hacia los abajo indicados productos de reacción, el agua y anhídrido carbónico, que evaporan:  
                                               CO32-  + 2H+     →     [H2CO3]  →     H2O + CO2  

La reacción resulta así en su totalidad neutra, sin acidez “libre”. Como es conocido el funcionamiento de las resinas de intercambio iónico está unido a la presencia de agua que hace de “vehículo” de los iones: cuando la resina se seca, el transporte se interrumpe. Por esto todas las pruebas se han realizado en ambientes cerrados, con el 100% de humedad relativa, de forma que excluye variables como el ambiente externo, la ventilación, etc…. Además, dado que la temperatura está directamente unida al movimiento de las partículas, se han efectuado medidas a 20, 30, 40, 50 y 60 °C, variando además también los tiempos de contacto, desde 12 a 72 horas.
Los resultados dan al restaurador indicaciones muy útiles, resumidas en la tabla inferior, que permiten optimizar los procedimientos sin pérdidas de tiempo y evitando recurrir a pruebas empíricas  

Temperatura.- 
La óptima es 30°C, y es totalmente inútil calentar posteriormente.
Tiempo de contacto*.- En el caso específico son óptimas las  24 horas, y a tiempos superiores los resultados no varían.
Humedad.- RH = 100%. La compresa pierde eficacia una vez que se seca.
 

* En el caso de las incrustaciones más sutiles, o añadiendo barniz mate, los tiempos de contacto son mucho más breves. En particular sobre materiales que puedan ser agredidos por el fenómeno de intercambio, como pinturas murales, materiales de piedra, es necesario valorar los efectos con tiempos breves, incluso de pocos minutos.  

Queremos hacer presente que operativamente el mantenimiento de la humedad necesaria puede ser obtenida con la adicción de un soporte hidrófilo (pulpa de celulosa, sepiolita) mezclándolo con la resina, pero no olvidemos que las resinas actúan sobre todo con el primer estrato que está en contacto con el soporte. El remanente espesor del estrato de resina funciona solo de soporte para el agua.
“Utilizar las resinas con varios soportes significa enterrar un porcentaje importante de partes activas de la resina de la interfaz con la superficie a tratar, y por tanto disminuir la eficacia de intercambio. La presencia constante de agua puede garantizarse con otra prueba, o sea, extendiendo un primer sutil estrato de Amberlite IR 120 H, y sobre el estrato de resina de intercambio un segundo estrato de pulpa de celulosa y agua destilada. Este procedimiento permite además un notable ahorro si se está obrando en grandes superficies. En casos extremos (altas temperaturas, fuerte ventilación), puede ser necesaria la aplicación de una película de polietileno o de aluminio.
 

Finalmente se han dirigido análisis SEM-EDS de dos diferentes decoraciones, una de color rojo coral de un fragmento de Tierra sellada, y el otro de una vidriera de plomo de una cerámica de Caltagirone del siglo XII. Antes y después de la eliminación de las incrustaciones no se tienen variaciones en las composiciones de las decoraciones, por tanto el método de limpieza es absolutamente respetuoso con las zonas más delicadas y preciosas de los objetos, materiales que están sujetos a sufrir riesgos con las limpiezas mecánicas. De hecho, la confrontación con objetos limpiados mecánicamente ha demostrado qué cantidades significativas de depósitos de carbonato permanecen en las zonas menos accesibles, sobre todo si los fragmentos están en malas condiciones de conservación. Una vez más la investigación científica esclarece algunos parámetros que permanecerían fruto de una intuición u obtenibles solo después de una larga serie de pruebas en obras.        

Para saber más
 
[1] Casaletto M.P., Ingo G.M., Riccucci C., De Caro T., Bultrini G., Fragalà I., Leoni M. “Chemical cleaning of encrustations on archaeological ceramic artefacts found in different Italian sites” Applied Physics A 92, 35-42 (2008)
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