5/1 Nuovi Prodotti - Aquazol: un polimero idrosolubile

22/12/05

A partire da Gennaio 2006 C.T.S. ha introdotto a catalogo l’Aquazol, un polimero dalle interessanti proprietà che lo propongono come versatile fissativo e consolidante. L’Aquazol è una ammide terziaria alifatica, la poli(2-Etil-2-Ossazolina), detta anche PEOX, ed è prodotto in quattro diversi tipi (Aquazol 5, 50, 200, 500, numeri che moltiplicati per mille ci danno il peso molecolare medio, che va quindi da 5.000 a 500.000).   

Il polimero “nasce” nel 1986 e quattro anni dopo inizia la sua produzione da parte della Polymer Chemistry Innovations, per usi del tutto estranei al restauro (come del resto per molti altri polimeri che utilizziamo), dato che viene presentato come adesivo a caldo (hot melt), a pressione (pressure-sensitive), appretto per carta, plastificante, ecc...
Vengono presentati tra i vantaggi:
  • -   la solubilità in acqua (oltre che in molti solventi ad alta e media polarità)
  • -   la sua stabilità termica
  • -   la sua atossicità e biodegradabilità (carattere non ionico, combustione pulita e solubilità in acqua).

La Tg (temperatura di transizione vetrosa) è di circa 70° per tutti e quattro i tipi, ma è stata osservata una Tg più bassa (55°C) per i film ottenuti da soluzioni acquose. E’ possibile che residue molecole d’acqua rimaste intrappolate nel film ne abbassino la Tg funzionando da plastificanti.
Lo studio più completo effettuato sull’Aquazol è quello di Wolbers del 1994, dove due tipi di Aquazol, 50 e 500, erano analizzati con analisi cromatografica, misura del pH, analisi termica (termogravimetrica e termica differenziale), prove di ri-solubilizzazione, misure di viscosità e di colore, spettroscopia FTIR e misure di forza tensile. Il tutto prima e dopo invecchiamento accelerato alla luce, corrispondente a circa ventiquattro anni di invecchiamento naturale in ambiente museale.

I risultati dei test mostravano un buon comportamento del polimero all’invecchiamento, dato che:
  • -   depolimerizza senza reticolare, ossia si indebolisce ma lascia aperta la possibilità di una buona rimozione;
  • -   c’è assenza di colorazione;
  • -   non si ha sviluppo di acidità, dato che il pH rimane sostanzialmente invariato (pH 6,2 - 6,4);
  • -   l’assenza di nuove bande di assorbimento nello spettro FTIR sembra indicare l’assenza di prodotti di ossidazione;
  • -   la solubilità rimane sostanzialmente identica negli stessi solventi;
  • -   il polimero sembra mantenere carattere plastico anche in condizioni di bassa UR;

A seguito del lavoro di Wolbers sono apparsi in letteratura diversi esempi di utilizzo dell’Aquazol, ed uno studio volto alla valutazione dell’efficacia del materiale è stato condotto recentemente da Julie Arslanoglu, ricercatrice del Getty Conservation Institute, Museum Research Laboratory.
Lo studio ha posto a confronto l’Aquazol con altri adesivi all’acqua, comunemente utilizzati nel consolidamento della pellicola pittorica, come il PVA, la gelatina animale e la colla di storione (in Italia principalmente la gelatina, o colletta, viene comunemente utilizzata per questo scopo). L’Aquazol si comporta infatti da adesivo debole, e risulta quindi utilizzabile dove siano necessarie solo moderate forze adesive, come nel caso di certe policromie.

E’ invece da evitare nel caso si debba effettuare incollaggi strutturali, ossia dove il giunto deve sopportare uno sforzo di taglio o trazione dovuto ad un peso, o comunque ad una forza applicata di una certa entità.
Nei vari casi riportati in letteratura i restauratori hanno sfruttato la caratteristica particolare della solubilità in acqua. Infatti i più noti ed utilizzati adesivi all’acqua sono attualmente le emulsioni acriliche e viniliche, note con i marchi di Primal, Plextol, Acril, Mowilith, Vinavil ed altri ancora. Queste emulsioni, o meglio dispersioni, sono delle miscele molto complesse dove il polimero è solo il componente principale, ed i cui additivi non sono dichiarati dai produttori. Finisce così che volendo applicare un polimero con certe caratteristiche veicoliamo anche una serie di co-formulanti dalle caratteristiche (e stabilità) del tutto sconosciute, come tensioattivi, plastificanti, colloidi protettori, antifermentativi.
Il vantaggio di un polimero perfettamente solubile in acqua è quello di poter lavorare con questo prodotto senza dover introdurre con esso co-formulanti che potrebbero anche dare effetti indesiderati.
Solo pochi polimeri sono invece solubili in acqua: l’instabile polivinilpirrolidone (PVP), le cellulose modificate come il Klucel, con ovvi problemi di dimensioni molecolari e viscosità (si ricordi che una soluzione acquosa al 3% di Klucel è già troppo viscosa per poter essere utilizzata come consolidante).
 Certo l’acqua presenta alcuni difetti, che a volte ne rendono impossibile l’utilizzo come veicolo del consolidante o dell’adesivo, come ad esempio:
  • -   Scarso potere bagnante - Si può sopperire con piccole aggiunte di alcool (etilico o isopropilico) allo scarso potere bagnante dell’acqua, dovuto alla sua alta tensione superficiale, ma lo stesso effetto lo si può ottenere senza utilizzare solventi, addizionando una goccia di tensioattivo non-ionico come il Tween 20.
  • -   Un altro limite dei prodotti a base acqua è quello dell’attacco microbiologico, che risulta evidente con le colle animali, mentre è molto più contenuto con i polimeri di sintesi.
  • -   Azione rigonfiante sulle preparazioni e sulle dorature – Questo è un limite difficilmente superabile, ed in questi casi è meglio rinunciare, ed operare con solventi a media o a bassa polarità; in questo caso molti altri polimeri con ottime capacità adesive e consolidanti sono a nostra disposizione, come il Beva, i vinilici (Mowital o K60), gli acrilici (Plexisol o Paraloid), l’acrilfluorurato Fluormet A.


                                              Aquazol               Gelatina (colletta)            Colla di storione           PVA

Flessibilità                              elevata                   scarsissima                        scarsa                          elevata
Fragilità a basse RH                 no                          si                                      si                                  no
Ritiro                                         no                          si                                      si                                  n.d.
Assorbimento di umidità            si                           si                                       si                                 no
Attacco microbiologico           scarso                     forte                                  forte                              scarso
Rimovibilità in                     acqua, solventi a          
solo in acqua                   solo in acqua                solo in solventi polari
                                         polarità media-alta 

 

I vari tipi di Aquazol possono, se necessario, essere miscelati tra loro, o applicati in successione (per esempio applicando prima il 50, a basso peso molecolare, che penetra meglio, e poi il 500 per un buon effetto adesivo). 

Uno dei punti di forza del prodotto lo si osserva a basse RH, quando gli altri adesivi all’acqua come le gelatine animali si irrigidiscono perdendo completamente elasticità. L’Aquazol rimane invece estremamente plastico, con un allungamento a rottura addirittura del 380% a RH= 8% (contro un allungamento a rottura di solo il 3% della gelatina animale alle stesse umidità).

Un’altra caratteristica interessante è il minimo ritiro, specie se paragonato alla colletta e alla colla di storione che, asciugando, possono generare significative distorsioni negli strati pittorici più deboli.

I limiti dell’Aquazol

Per la sua tendenza a gelificare ad alte RH, e la conseguente perdita di capacità adesiva e consolidante, l’Aquazol non può essere utilizzato in esterno o in ambienti dove si può prevedere un aumento di RH al di sopra dell’80%. Naturalmente in questi ambienti si deve anche escludere l’utilizzo di gelatine animali, che tenderanno a supportare un attacco microbiologico, ed è necessario ricorrere al polivinilacetato (PVA).

L’unica possibilità di utilizzo in queste situazioni si presenterà se l’oggetto verrà verniciato, in modo da ridurre drasticamente l’assorbimento di umidità dall’aria.
Come le gelatine animali e l’alcool polivinilico anche l’Aquazol può legarsi ai cationi metallici dei pigmenti per formare dei complessi che ne ridurranno la reversibilità. Anche con questo materiale dovranno essere quindi fatte le dovute valutazione se lo si intende utilizzare per consolidare strati pittorici “magri”, ricchi di pigmento e poveri di legante.

Aquazol come adesivo
Paragonando la forza adesiva dell’Aquazol con quella di altri polimeri sintetici è stato notato che risulta più debole di adesivi acrilici o vinilici, ma più forte del Klucel G.
Inoltre, sempre dalle osservazioni condotte da vari restauratori, la forza adesiva diminuisce passando dall’Aquazol 500, al 200, al 50, tanto che quest’ultimo verrà preso in considerazione solo nel paragrafo successivo, come blando consolidante.
L’utilizzo di questo polimero può risolvere alcuni problemi che si presentano con le colle animali, per esempio nell’adesione di oggetti dorati a guazzo: la rimozione dei residui con acqua comporta sempre un rischio per la doratura, e rivolgersi ad un adesivo facilmente rimovibile in acetone può risultare una mossa vincente.

Uno dei settori che hanno guardato con interesse a questo prodotto è quello del restauro dei vetri: l’indice di rifrazione è infatti 1.520, vicino a quello del vetro (nD=1.529).
 In un lavoro del 1999 (Magee) è descritto il caso di riadesione di scaglie di smalto su rame con Aquazol 500; un adesivo vinilico (PVA-AYAA) applicato 35 anni prima era diventato in ambiente alcalino opaco ed insolubile, e poteva solo essere rigonfiato in acqua. La scelta di questo nuovo adesivo è stata indotta sia dalla sua reversibilità nel tempo, che dal suo indice di rifrazione elevato. I risultati sono naturalmente da valutare alla prova del tempo.

Aquazol come consolidante
Per questa operazione si può giocare sul diverso comportamento dei prodotti a diverso peso molecolare, utilizzando il 50 solo per impregnare oggetti decoesi, e rinforzarli leggermente, mentre si dovrà tener conto che il 500 ha difficoltà a penetrare in fessurazioni molto sottili, dato il suo enorme peso molecolare, ma che il suo potere consolidante è buono.
In pratica, il vantaggio di avere diversi pesi molecolari di un polimero, perfettamente compatibili, ed anche miscibili nella stessa soluzione, permette di modulare l’intervento di consolidamento a seconda della porosità dell’oggetto, del suo stato di conservazione e dell’effetto che si vuole ottenere.
Le soluzioni utilizzate variano dal 10 al 25% in acqua, e si osserva, come detto sopra, una migliore penetrazione con piccole aggiunte, attorno al 10%, di alcool etilico, specialmente su superfici apolari come quelle delle pitture ad olio.
Essendo termoplastico, l’effetto di consolidamento può essere ottenuto anche con l’apporto di calore, tramite un termocauterio, oppure con una tavola calda e la contemporanea applicazione del sottovuoto, esattamente come si procede con i consolidamenti a Beva 371.
Infine, la rimozione di eventuali residui rimasti in superficie può essere effettuata con lo stesso solvente usato per l’applicazione, quindi acqua o miscele alcool/acqua, oppure con altri solventi più “rapidi” come l’acetone.

Per saperne di più:

Wolbers R.C.; McGynn M.; Duerbeck D.; Poly(2-Ethyl-2-Oxazoline): a new conservation consolidant, in Painted Wood: History and Conservation, Proceedings of the Symposium in Williamsburg, (1994), pp. 514-527 Friend S.; Aquazol: one conservator’s empirical evaluations, WAAC Newsletter, Vol.18, n°2 (1996).
Magee C.; The treatment of severely deteriorated enamel, ICOM 12th Triennial Meeting, Lyon (1999), Vol.2, pp 787-792 Arslanoglu J.; Evaluation of the use of Aquazol as an adhesive in painting conservation, WAAC Newsletter, Vol.25, n°2 (2003).
Arslanoglu J.; Aquazol as used in conservation practice, WAAC Newsletter, Vol.26, n°1 (2004).
Borgioli L., Cremonesi P. "Le resine sintetiche usate nel trattamento di opere policrome", 2005, Il Prato, Padova, pp 171-172, da cui è anche stata tratta la figura.
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