51.2 Nuovi Prodotti: Il nano che protegge

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:
• 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 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

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.

		Calcare			Arenaria
	Wa	Angolo di contatto	ΔE	Wa	Angolo di contatto	ΔE
Non tratatto	0,253	22°	-	0,556	11°	-
Silo 112	0,152	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	0,151	58°	1,15	0,556	83°	1,04
Prodotto 4	0,152	115°	1,90	0,354	110°	1,34

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.

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

Pubblicato in: Bollettino CTS