11.1 - Ci sono anch'io - Le gomme siliconiche

28/06/07

N.d.A.: terza puntata sui materiali elastomerici: per le considerazioni sulle gomme naturali e quelle fluorurate rimandiamo alle prime due parti uscite nei precedenti Bollettini CTS (n° 6-7). L’ultima parte del viaggio tra le gomme ci conduce ad una categoria ben nota e molto ampia, quella delle gomme siliconiche da calco, materiali sviluppati per il settore dentale e degli isolanti, e "riciclati" per la riproduzione di oggetti d’arte, in alternativa al classico gesso. La messa a punto delle gomme siliconiche risale al 1935, ad opera della Corning Glass Works, con la finalità di trovare degli isolanti elettrici. A seguito della fusione con Dow Chemical nacque la Dow Corning, che nel 1943 iniziò la produzione e la commercializzazione, seguita da General Electric nell’immediato dopoguerra, fino agli attuali Shin-Etsu, Wacker e Rhodia. La prima referenza che troviamo sull’uso nel restauro è del 1964 (Flamm). Attualmente le gomme siliconiche si sono imposte rispetto ad altri tipi di materiali da impronta, ma presentano ancora un costo elevato che rende ancora competitivo l’uso del gesso, almeno per certi tipi di calchi. E’ questo un "difetto" di ambito commerciale, quindi slegato dalle caratteristiche chimico-fisiche delle gomme, e non è detto che in futuro la situazione sia destinata a rimanere tale. Non dobbiamo poi dimenticare che il costo del materiale è talvolta ampliamente compensato dalla rapidità di esecuzione: si pensi al tempo necessario per realizzare i vari tasselli nel caso di sottosquadra complessi… D’altro canto i pregi di tipo chimico e meccanico sono tali da farle certamente preferire per il settore del restauro vero e proprio:
     
  • Mantengono buone caratteristiche (elasticità, resistenza meccanica), in un ampio intervallo di temperatura, da -80 a + 300°C, caratteristiche addirittura ottime per intervalli da -60 + 250°C.  
  • Sono stabili all’ozono, all’invecchiamento, e non reagiscono con prodotti chimici.  
  • La loro bassa tensione superficiale permette una elevata diffusione su quasi tutte le superfici, con il conseguente ottenimento dei minimi dettagli.  
  • La loro apolarità fa sì che il potere adesivo sia ridotto, con ridotti rischi di "strappo" al momento della sformatura.
Le gomme siliconiche da calco che ci interessano per il settore del restauro sono caratterizzate dalla sigla RTV, che significa Room Temperature Vulcanizing, ossia vulcanizzabili a temperatura ambiente; tale famiglia di gomme si divide a sua volta in monocomponenti (RTV-1) che induriscono per effetto dell’umidità ambientale e che non sono utilizzate nel restauro perché tendono ad aderire maggiormente alle superfici, e bicomponenti (RTV-2) che reagiscono solo dopo l’addizione di un opportuno catalizzatore, utilizzate nel restauro e di cui parleremo in questo articolo. I componenti base delle gomme RTV-2 sono dei silossani trasparenti che vengono caricati con svariate sostanze (silice micronizzata,…), per ottenere differenti effetti di durezza, viscosità, elasticità....
I silossani hanno in generale la seguente struttura:
Dove R rappresenta un gruppo funzionale di varia natura (-CH3, -C6H5, -CH=CH2,…). Quelli utilizzati per la formulazione delle gomme siliconiche sono i polidimetilsilossani (ossia con R = -CH3), che sono i tipi più fluidi, con una viscosità di 10.000 MPa.s. Le gomme siliconiche possono essere classificate in due gruppi in base al loro processo di indurimento:
     
  1. Le gomme per policondensazione presentano nelle catene dei gruppi terminali –OH, che vengono fatti condensare con silicato d’etile o altri alcossisilani, grazie all’azione di catalizzatori a base stagno, con la conseguente emissione di alcool etilico. Hanno un ritiro inferiore all’1%, e il calore influisce poco sulla velocità di reazione. Sono le più utilizzate nel restauro.  
  2. Quelle per poliaddizione utilizzano catalizzatori al platino, che permettono la reazione di gruppi terminali vinilici. Hanno il vantaggio di non emettere sostanze volatili, hanno un ritiro minimo (<0,2%), e sono leggermente accelerate dall’aumento di calore. Presentano il difetto di una inibizione della catalisi a contatto con molte impurezze (composti dello zolfo, idrocarburi, organometallici,…) presenti talvolta sulle superfici. Per questo (e anche per gli elevati costi!) sono poco utilizzate nel restauro.
E’ necessario tener presente che possono esserci problemi di catalisi non solo a basse temperature (mai andare sotto ai 15°C!), ma anche a basse umidità: sotto a RH 30% può fallire la reazione, che sfrutta anche l’umidità atmosferica. Una volta catalizzate le gomme siliconiche non sono più solubili in solventi, ma subiscono solo un effetto di rigonfiamento da parte dei solventi a polarità medio-bassa (acetone, MEK, cloruro di metilene, toluene,….). Per quanto riguarda il profilo operativo è necessario focalizzare l’attenzione su due problemi:
     
  1. cessione di sostanze alle superfici: queste sostanze possono essere o dei coloranti aggiunti al catalizzatore per indicare il raggiungimento di una omogeneità nella miscelazione, o gli stessi componenti a basso peso molecolare della gomma non catalizzata, ovvero degli oli siliconici  
  2. aggrappaggio alle superfici scabrose: il potere adesivo delle gomme siliconiche è basso se consideriamo una adesione chimica, ma la capacità dei siliconi di penetrare anche in microfessurazioni e in macropori (legata alla elevata capacità di fornire dettagli), fa sì che si abbia una elevata adesione meccanica, con rischio di "strappo" delle aree decoese.
Questi due problemi sono talmente importanti, e la loro soluzione coinvolge una precisa classe di prodotti barriera e distaccanti, a cui dedicheremo loro uno specifico articolo del prossimo Bollettino CTS. CTS propone la linea di gomme siliconiche Silical, che sono delle RTV-2 per policondensazione (con la sola eccezione della Silical 160, che è per poliaddizione), tra le più utilizzate nel settore restauro.
  • Silical 110 è una gomma plasmabile, abbinabile al classico catalizzatore 115, con un tempo di presa di 24 ore, oppure, nel caso sia necessario un indurimento rapido, in pochi minuti, è disponibile il catalizzatore 116.  
  • Silical 120 è una colabile, consigliata per il calco di oggetti con sottosquadra estremi: presenta infatti una eccezionale elasticità (415%!), che ne permette una ottimale formatura.  
  • Silical 140 è una pennellabile tixotropica, ideale per le stesure di base. Una volta catalizzata sarà possibile stendere sopra uno strato di Silical 110 per formare un blocco unico.  
  • Silical 160 è un sistema studiato per le riproduzioni di piccoli oggetti di elevato valore, che necessitano un altissimo livello di riproduzione del dettaglio. La pistola e la doppia cartuccia predosata permettono una semplice miscelazione di piccole quantità di resina, risolvendo così il problema delle pesate di piccole quantità di catalizzatore. Si elimina così il costo relativo alla inevitabile perdita di prodotto che rimane sulle pareti dei contenitori di miscelazione, che per piccole quantità diventa percentualmente rilevante, e il costo dovuto alle errate pesate di resina e catalizzatore. Questa gomma, colabile, è una RTV-2 per poliaddizione, ed ha quindi un’altissima capacità di riprodurre i minimi dettagli (ritiro lineare 0,05%). Deve però essere applicata su superfici accuratamente pulite.
La linea Silical è completata dal distaccante Silical 100, che come detto sopra, verrà preso in esame nel prossimo numero. Caratteristiche fisico-meccaniche della linea Silical Viscosità mPa.s Ritiro lineare (%) Durezza (Shore A a 24-48 ore a 23°C) Resistenza alla trazione (N/mm2) Resistenza alla lacerazione (N/mm2) Allungamento a rottura (%) Silical 110 + 115 plasmabile 0,7 21 2.8 6,8 250 Silical 110 + 116 plasmabile 0,2 19 1,47 3,8 200 Silical 120 40.000 cP 0,7 15 2,15 13 415 Silical 140 35.000 cP 0,7 25 2.7 16 300 Silical 160 4.000 cP 0,05 28 3.0 12 300 Incollaggio delle gomme siliconiche Se devo sovrapporre due strati di Silical la cosa migliore è effettuare l’adesione quando il primo strato è ancora appiccicoso, o al massimo entro un giorno dal termine della catalizzazione, altrimenti la polvere fa da distaccante dello strato successivo. La polvere che rimane aderita non è possibile rimuoverla con lavaggi, mezzi chimici, etc. L’unica soluzione è rimuovere lo strato "impolverato" di gomma. Per incollare due pezzi di Silical o effettuare piccole riparazioni è possibile utilizzare gomme siliconiche acetiche (tipo Saratoga), che permettono l’adesione tra quelle a condensazione. Importante! Queste gomme siliconiche acetiche producono acido acetico nel corso della reazione di reticolazione, e non devono quindi essere poste a contatto con i manufatti originali. Resistenza alle temperature: Le gomme siliconiche resistono fino a 200°C circa. Questo permette di effettuare colaggi di leghe metalliche bassofondenti. Resistenza ai microrganismi: Contrariamente a quanto si può pensare le gomme siliconiche possono essere attaccate da muffe se tenute in ambienti umidi. E’ quindi necessario mantenere i calchi in ambienti protetti.
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