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Nano incontra il Patrimonio: Nanomateriali per la conservazione delle opere d'arte


Polvere, acqua, luce, inquinamento atmosferico e attacco biologico sono tra le principali cause di deterioramento del patrimonio culturale. Mentre la necessità di proteggere il nostro patrimonio è aumentata in modo significativo negli ultimi anni, il campo della conservazione è rimasto saldamente legato alle pratiche tradizionali, con l’utilizzo di materiali e approcci convenzionali. Questi metodi si sono dimostrati spesso incompatibili con i substrati storici, danneggiando alcune opere d’arte in maniera irreversibile a causa della loro bassa efficacia e durabilità.

La flessibilità nella scelta delle proprietà dei materiali su scala nanometrica e la combinazione di varie funzionalità stanno portando ad enormi benefici nel settore della conservazione, in particolare nella prevenzione dei processi di degrado, senza danneggiare o alterare i substrati storico-artistici. La limitata dimensione delle nanoparticelle e l'ampio rapporto superficie-volume ne incrementano la reattività e favoriscono un’efficace penetrazione nei substrati porosi.

L'introduzione dei nanomateriali nel campo della conservazione del patrimonio ha portato a significativi miglioramenti: elevata compatibilità fisico-chimica con i substrati delle opere d'arte; bassa tossicità; elevato controllo della loro applicazione durante gli interventi di restauro e stabilità a lungo termine.

Uno dei primi nanomateriali introdotti in questo campo é stata la nanocalce (ossia una dispersione acquosa o alcolica di nanoparticelle di Ca(OH)2), la quale è stata impiegata per il consolidamento di pietre calcaree, intonaci e pitture murali. Grazie alla sua dimensione nanometrica, la nanocalce presenta maggiore reattività, penetrazione più profonda nei pori del substrato, riduzione dei tempi di carbonatazione e maggiore stabilità rispetto alla tradizionale acqua di calce.

Al giorno d'oggi, i consolidanti più usati sia per pietre calcaree che per arenarie sono gli alcossi-silani e oligomeri; tuttavia, questi materiali necessitano di lunghi tempi di reazione per formare il gel di silice e quest'ultimo è spesso caratterizzato da micro-fessurazioni che ne compromettono la durabilità. Per superare questi problemi, sono stati proposti consolidanti a base di silicati pre-polimerizzati modificati con nanoparticelle, i quali sono stati testati con successo per il consolidamento di cinque cattedrali e un teatro contemporaneo nell’ambito del progetto europeo Horizon 2020 Nano-Cathedral.
Le nanotecnologie sono anche utilizzate per lo sviluppo di trattamenti protettivi per la pietra in quanto possono migliorare l'efficacia protettiva, riducendo l'assorbimento d’acqua e la bagnabilità della superficie e conferendo proprietà fotocatalitiche, autopulenti (self-cleaning) e antibatteriche (antifouling). L'aggiunta di diverse nanoparticelle (SiO2, SnO2, Al2O3) all'interno di media polimerici porta ad un aumento della rugosità della superficie e conferisce alla pietra proprietà superidrofobiche (angolo di contatto dell’acqua > 150 °) e autopulenti. Inoltre, i trattamenti a base di nanoparticelle di biossido di titanio (TiO2), grazie alle loro proprietà antinquinanti e fotocatalitiche, rappresentano una strategia preventiva contro il degrado della pietra in quanto favoriscono l’abbattimento degli inquinanti inorganici e organici. TiO2 insieme ad altre nanoparticelle come ZnO e Ag, sono state impiegate con successo anche in trattamenti per inibire e prevenire la biocolonizzazione.

I nanomateriali hanno mostrato eccellenti risultati anche nella conservazione di opere d'arte costituite da materiali organici, come carta, tessuto, pergamena, legno e pelle. In particolare, dispersioni di nanoparticelle di Mg(OH)2 e Ca(OH)2 sono state usate in trattamenti deacidificanti di supporti cartacei. Infatti, questi materiali possono controllare la degradazione acida e ossidativa di manoscritti e documenti d'archivio.

Negli ultimi anni, la nanocellulosa ha guadagnato molta attenzione a causa della sua elevata resistenza e rigidità, abbinata a peso ridotto e biodegradabilità. L'uso della nanocellulosa nel restauro della carta, di tessuti e tele ha diversi vantaggi: alta compatibilità chimica con i substrati; migliore stabilità e reversibilità rispetto ai materiali tradizionali a base di resine acriliche e viniliche; la piccola dimensione dei cristalli favorisce un’interazione più forte tra nanocellulosa e fibre, migliorandone le proprietà meccaniche.

La pulitura è una delle fasi più delicate durante gli interventi di restauro e un’importante requisito é la selettività nella rimozione dello sporco e di rivestimenti indesiderati dalle opere d'arte, senza compromettere i substrati storico-artistici. La ricerca si sta concentrano sullo sviluppo di materiali innovativi per la pulitura tra cui fluidi nanostrutturati come microemulsioni di olio in acqua, gel e metodi di pulitura a base di microrganismi ed enzimi idrolitici. Questi materiali innovativi mostrano minore tossicità rispetto alle tradizionali miscele di solventi e offrono un'eccellente efficacia nella pulitura delle superfici delicate. In particolare, l'uso di gel consente un rilascio controllato dei fluidi sulle opere d’arte, senza lasciare residui sulla superficie o compromettere le proprietà dei substrati storici e dei manufatti d’arte contemporanea.

I ricercatori hanno dimostrato che i nanomateriali possono avere promettenti applicazioni nel campo della conservazione del patrimonio. Tuttavia, per estenderne l'uso è necessario comprendere meglio i processi che avvengono nell'interfaccia tra trattamenti e opere d’arte e valutare la loro durabilità.

Francesca Gherardi

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