1/3 Ci sono anch'io - La difficile arte del PEG – Consolidamento del Legno Parte 1

17/01/05

Come tutte le sostanze organiche il legno si degrada per azione chimica, come la depolimerizzazione, e per azione biologica, per l’azione di microrganismi e insetti.
Un bassissimo tasso di umidità favorisce la conservazione, tanto che i sarcofagi egizi si sono mantenuti in ottimo stato.
Al contrario alti tassi di umidità, se non addirittura l’acqua libera, accelerano la velocità di decomposizione del legno perché creano l’ambiente ideale per lo sviluppo di microrganismi. Paradossalmente però il legno sommerso giunge a noi in un discreto stato di conservazione, almeno esteriormente.
Infatti una profonda modificazione è intervenuta a seguito della dissoluzione degli amidi e degli zuccheri, seguita dall’estrazione delle sostanze coloranti e dei tannini. Inoltre l’acqua ha nel tempo completamente rigonfiato le fibre cellulosiche, ed è la lignina che sostiene ancora la struttura, così alterata da poter essere considerata una spugna. Infatti, appena il legno sommerso viene lasciato asciugare, si creano a seguito della perdita di questa acqua "strutturale", delle tensioni violentissime che causano distorsioni, rotture, ed infine, se la struttura è particolarmente degradata, il completo sgretolamento.
Solo la graduale sostituzione delle molecole d’acqua con molecole di consolidante permette di ridurre questi effetti.
Inoltre se il manufatto da consolidare è stato a lungo in soluzione salina (come l’acqua marina), il primo passo è una desalinizzazione, al fine di evitare che i sali vengano fissati dal consolidante, e diano poi sbiancamenti indesiderati. Come per l’introduzione del consolidante, anche questa operazione deve essere effettuata gradualmente, per evitare effetti osmotici violenti, e quindi rotture delle pareti cellulari.
Infine non è da sottovalutare il degrado apportato dai microrganismi sia nella situazione di immersione (non solo quindi un’azione dei molluschi, ma anche di alcuni funghi che crescono in queste condizioni), sia successivamente alla graduale asciugatura, dato che con il diminuire del tasso di umidità nella struttura si creano le condizioni ideali allo sviluppo di altre specie fungine.

Dopo anni di tentativi (e di fallimenti) fu messo a punto il sistema di consolidamento a base di polietilenglicole (PEG), cioè di una classe di polimeri a diverso peso molecolare, ma tutti con formula
 

                                                                           HO-(CH2-CH2-O)nCH2-CH2-OH  

Tutti i PEG sono solubili in alcoli e acqua, e possono corrodere le parti in ferro: è necessario valutare attentamente questa caratteristica sia per la scelta dei contenitori (che devono quindi essere in plastica o acciaio inox), che per l’eventuale presenza di parti metalliche nel reperto.
I termini a basso peso molecolare (200-600) sono dei liquidi, molto viscosi quelli leggermente più grossi (attorno a 1000-1500), ed infine i PEG ad alto peso molecolare (da 1500 a 4000) sono solidi, di consistenza cerosa.
I primi trattamenti effettuati con il PEG consistevano in una immersione in una soluzione acquosa, ma i risultati non soddisfacenti hanno portato alla messa a punto di una serie di diverse metodologie. Uno dei metodi di applicazione del PEG è complesso, e prevede una serie di bagni successivi in soluzioni di PEG sempre più calde (fino a 60°C circa), sempre più concentrate, e con pesi molecolari sempre più alti. Se da un lato i PEG a basso peso molecolare hanno uno scarso effetto consolidante, è necessario effettuare i primi bagni con questi polimeri, in quanto il primo passo sarà la sostituzione di parte dell’acqua proprio con i PEG, Successivamente interverrò con i PEG ad alto peso molecolare, che però hanno difficoltà a penetrare in strutture poco porose. L’aumento di concentrazione può essere ottenuto semplicemente per evaporazione del solvente, che è comunque un processo lento se effettuato a temperatura ambiente.
Non deve nemmeno essere trascurato un secondo meccanismo, prevalente nella prima fase e con validità generale per tutti i trattamenti consolidanti: per effetto osmotico il solvente viene trasferito dalla soluzione consolidante verso l’interno del legno, e la concentrazione del consolidante aumenta. Aumenta quindi anche la viscosità, e diminuisce la velocità di penetrazione.

Una possibilità di intervento finale è la copertura dell’oggetto con una soluzione molto concentrata di PEG ad alto peso molecolare, che viene poi fatto fondere riscaldando sopra alla temperatura di fusione (55°C per il PEG 4000).
Le soluzioni acquose di PEG necessitano l’aggiunta di biocidi per evitare lo sviluppo di microrganismi. Tra gli esempi più famosi di trattamenti con il PEG troviamo:
  • la grande ammiraglia Wasa, in Svezia, che ha presentato difficoltà di penetrazione del PEG probabilmente per il buono stato di conservazione del fasciame (affondò dopo poco dal varo).
  • Navi vichinghe di Roskilde esposte in Danimarca al Museo Nazionale
  • Una cannoniera del 1812 esposta in Canada dopo un trattamento in un unico bagno con il 20% di PEG 1000 e il 12.5% di PEG 1450.
  • Il Bremen Cog, una nave mercantile medievale esposta allo Schiffahrtsmuseum a Bremerhaven
Una volta terminato il trattamento è necessario che gli oggetti consolidati con il PEG vengano musealizzati, al fine di non subire condizioni di umidità eccessive: se RH rimane sotto il 60% le eventuali variazioni termoigrometriche minori non comportano alcun problema di tensioni o movimenti.

Data la difficoltà del metodo, il Canadian Conservation Institute mette a disposizione un programma per il calcolo delle quantità di PEG necessario per il consolidamento del legno sommerso, le concentrazioni ed il tipo di PEG, basato sugli studi di Grattan. Il programma, denominato PEGcon, è scaricabile alla pagina http://www.cci-icc.gc.ca/whats-new/pegcon-download_e.shtml
 

Il consolidamento effettuato con polipropilenglicole (PPG), presenta gli stessi pregi e difetti del consolidamento a PEG, data la somiglianza fra le due molecole.
 

                                                                     HO-(CH2-CH2-CH2-O)nCH2-CH2-CH2-OH
 

Il monitoraggio condotto negli ultimi venti anni sui manufatti trattati con il PEG sembrano confermare le buone premesse iniziali, ovvero che il prodotto è stabile, non si lega con i materiali contenuti nelle fibre legnose e per questo rimane reversibile, non migra e non dà effetti di colore.

Gli altri sistemi utilizzati per il consolidamento del legno bagnato prevedono sia l’utilizzo di:
  • polimeri idrofili come il PEG e il PPG, come il Klucel G, che presentano difficoltà di penetrazione;
  • molecole relativamente piccole, ma con scarso potere consolidante, come il saccarosio;
  • molecole piccole che vengono fatte polimerizzare in situ; quest’ultimo metodo risulta ad oggi applicato in via sperimentale data la complessità del procedimento.
Altri sistemi puntano tutto sulla disidratazione e la successiva, ottimale, conservazione dell’oggetto, ormai ridotto ad una leggera e fragile spugna. Naturalmente la delicatezza dell’oggetto in relazione agli sbalzi di umidità relativa nell’ambiente obbliga ad un controllo assoluto delle condizioni ambientali.
La disidratazione può essere ottenuta tramite bagni di solventi con tensione superficiale decrescente, per esempio alcool etilico, acetone, etere etilico. L’etere viene poi eliminato con un sottovuoto. In alcuni casi si possono inserire sostanze come la colofonia o la canfora in uno dei bagni di solvente (la canfora sublima poi lentamente).
Dobbiamo ricordare anche i trattamenti con CO2 e la liofilizzazione, piuttosto complessi e perciò non utilizzati nella comune prassi di laboratorio.

Diamo un sintetico riassunto di alcuni metodi alternativi.

SACCAROSIO
– si procede come per il PEG, solo utilizzando del saccarosio (zucchero raffinato bianco). Dopo aver lavato lo sporco si immerge il legno in soluzioni zuccherine con concentrazioni iniziali del 1-5%, che vengono gradatamente concentrate fino al 70% circa. Poi si procede ad un lento asciugamento.

Naturalmente è indispensabile l’uso di biocidi, ed anche di insetticidi, in quanto il legno diventa particolarmente appetitoso. Questi prodotti devono essere aggiunti nella prima soluzione consolidante, in modo che possano penetrare in profondità.
Tra i difetti di questo sistema, oltre all’aver reso il manufatto un prelibato bon-bon, c'è la possibilità che si verifichi una fuoriuscita di uno "sciroppo" dall’interno verso la superficie, se l’umidità relativa è eccessiva. Non si dovrà mai superare una RH del 75%.

KLUCEL G
– Analogamente al saccarosio, il Klucel G presenta come pregio una totale affinità con la struttura cellulosica compromessa dal degrado, essendo esso stesso una cellulosa, seppur modificata (idrossipropilcellulosa). Il principale difetto di questo sistema è l’elevata viscosità delle soluzioni acquose già con basse % di consolidante, come si evince dalla tabella:
 

                                                % di Klucel G
                 viscosità (cp)              densità (g/cm2)

                                                       2.5                                5.16                            1.001
                                                       5.0                               15.42                           1.005
                                                       7.5                               66.44                           1.010
 

 Una soluzione al 7.5% sembra effettivamente troppo viscosa, ma con percentuali inferiori la quantità di polimero depositato è veramente bassa, anche se può essere considerata sufficiente una via di compromesso con una soluzione al 7%, come riportato da alcuni autori.
Il vantaggio più apprezzabile in questa procedura di consolidamento è il mantenimento dell’aspetto esteriore, piacevolmente vicino a quello originale.

POLIMERIZZAZIONE IN SITU DI MONOMERI
– Il primo passo del procedimento è la sostituzione dell’acqua contenuta all’interno del legno con un solvente (alcool etilico o acetone), dato che i monomeri non sono solubili in acqua ma solo in solvente.
Successivamente avviene l’immersione nella soluzione contenente i monomeri, che possono essere acrilici, oppure dell’olio di silicone.
Infine si provoca la polimerizzazione, che viene regolata tramite un catalizzatore miscelato preventivamente al monomero, oppure fatto arrivare sull’oggetto in una seconda fase, come accade con il metodo dell’olio di silicone.  

Per saperne di più:

 - Proceedings of the ICOM Committee for Conservation- Working Group on Waterlogged Wood Conference, Ottawa, 1981, e le successive conferenze di Grenoble (1984), Bremerhaven (1990), Maine (1993) e York (1996), in particolare i lavori di Grattan.
- Agozzino P., Donato I.D.; "Consolidamento con polimeri di reperti lignei provenienti da siti sommersi" Arkos 4 (2003), 43-51.
- Hamilton D.L.; "Wood conservation" in http://nautarch.tamu.edu/class/anth605/file6.htm
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