I Chelanti

Fonte:  “L ‘uso di tensioattivi e chelanti nella pulitura di opere policrome” Collana i Talenti (edizioni il Prato) Paolo Cremonesi

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I Chelanti sono  sostanze utilizzabili per la rimozione di ioni metallici. Dal punto di vista applicativo, questo si può tradurre in operazioni diverse, a seconda del tipo di opera su cui si lavora.

Per manufatti metallici, i Chelanti rappresentano la possibilità di eliminare patine di corrosione (cioè sali del metallo).
Il pH del mezzo dì lavoro deve essere aggiustato a seconda del tipo di metallo su cui si opera.
Per supporti murali e lapidei, l’uso di Chelanti (principalmente l’EDTA) in ambiente alcalino é soprattutto utilizzato per la rimozione di patine contenenti lo ione Calcio [61 63]: in forma di Solfatazione (Gesso o Calcio Solfato bìidrato), di Ossalati (in quanto principalmente costituite da Calcio Ossalato), o scialbature risultanti dalla carbonatazione superficiale della Calce (patine di Calcio Carbonato).

Particolare attenzione deve però essere posta ad evitare l’azione sul materiale costituente (Calcio Carbonato nel caso di intonaci a malta di calce, Calcite nel caso di materiale lapideo) e sui pigmenti costituenti la policromia (in quanto la maggior parte dei metalli costituenti i pigmentì, Cobalto, Coi e Co`, Ferro, Fe , Mercurio, Hg`, Rame, Cu`, Piombo, Pb , Cadmio, Cd , e Alluminio, Al `) possono essere complessati e quindi solubilizzati dal Chelante nelle giuste condizioni di pH. La capacità complessante nei confronti di uno ione specifico dipende comunque dal valore dì pH. É difficile prevedere a priori il rischio di un applicazione su superficie policroma.
Ad esempio, nella preparazione AB57 formulate dall’Istituto Centrale del Restauro di Roma  si mette chiaramente in evidenza come nella miscela di uso generalizzato, per normale pulitura, non sia compreso un Chelante.
La miscela infatti ha la seguente composizione:

1000 ml acqua distillata; 30 g Ammonio Idrogenocarbonato (Bicar bonato); 50 g Sodio Idrogenocarbonato (Bicarbonato); 10 g Benzal conío Cloruro al 10%; 60 g Sodio Carbossímetilcellulosa (NaCMC).

Sì dice chìaramente che il Chelante (25 125 g Idranal, cioè EDTA sale bisodico) viene aggiunto solo nel caso di uso localizzato, in presenza di Carbonati e Ossalati. Purtroppo, però, oggi non é infrequente riscontrare che quest’aggiunta viene sempre fatta al fine di velocizzare l’azione, senza tenere in considerazione il possibile rischio di interazione col supporto.
Per manufatti quali sculture lignee policrome, l’azione chelante può essere sfruttata per l’assottigliamento di strati pigmentati (in quanti i pigmenti sono sali di metalli), in particolare quando il legante sia costituito da Caseina (precisamente Caseina e Calce, cioè Calcio Cascato) o Uovo (perché anche qui si può avere presenza di Calcio Ossalato e altri sai di Calcio).

Su altri manufatti policromi, quali appunto i dipinti, i Chelanti, in particolare l’Acido Citrico e i suoi sali, mostrano efficace azione di pulitura.
Quest’azione é però difficile da razionalizzare solo in base al modo d azione cha abbiamo descritto, cioè la capacità di “sequestrare” ioni metallici.
É vero che il generico “sporco” di deposito é in parte costituito da elementi inorganici: particelle di Ossidi metallici disgregati e particelle di Carbonio, in generale tenute coese dall’altra componente dello sporco, quella lipofila, costituita da idrocarburi, grassi, ecc.  

Sulla parte inorganica il Chelante può agire complessandone gli ioni metallici, tuttavia questo non é sufficiente a spiegare l’azione di pulitura.
Due ricercatori Inglesi hanno fornito un ottima interpretazione al meccanismo d azione in questi casi , che prende in considerazione la natura di poli elettroliti di queste sostanze: cioè il fatto che siano ioni con numerose cariche negative.
L interpretazione fornita può essere riassunta così.
Nel caso della pulitura di una superficie, i Tensioattivi non sono gli unici composti ad avere attività superficiale: anche ioni con molte cariche negative (come sono appunto i sali dell’EDTA, i Citrati, e il Sodio Tripolifosfato) mostrano assorbimento preferenziale alle interfacce. Già quest’azione può contribuire a diminuire la Tensione Interfacciale, e di conseguenza a rendere la superficie più bagnabile.
Ma c è un azione più profonda che possiamo descrivere in questo modo:

– questi ioni possono agire in modo da neutralizzare elettrostaticamente uno strato di vernice, così da favorire il distacco del materiale dideposito;

– la repulsione elettrostatica tra le cariche dello stesso segno, che si sono depositate sulla superficie, fa si che lo strato di deposito cominci a disgregarsi e i frammenti passino nella fase acquosa;

– queste particelle di sporco sganciatesi dalla superficie mantengono comunque le cariche negative che hanno assorbito, e questo previene la loro riaggregazione, flocculazione e rideposizione sulla superficie.

Anche nel caso della pulitura di una vernice é fondamentale valutare la possibile interazione con strati pigmentati originari.
Vista la minore attività chelante, l’Acido Citrico é più raccomandabile dell’EDTA.
Diciamo che la semplice azione chelante può non essere sufficiente ad ottenere il livello di pulitura desiderato, ma diventa senz altro una componente fondamentale: l’ambiente alcalino (che tra l’altro serve ad ottenere l’anione del Chelante), l’attività detergente svolta da un Tensioattivo, e l’attività chelante possono spesso portare, in ambiente acquoso, ad un risultato paragonabile a quello che si otterrebbe con solventi organici.

Composizione delle Miscele. In generale i Chelanti sono utilizzati in concentrazione 1 5%, in soluzione acquosa.
Per localizzare meglio l’azione si può ricorrere a soluzioni gelificate con aggiunta di Eteri di Cellulosa (Metilcellulosa o Klucel G).
Per la pulitura superficiale, generalizzata, di una vernice si può utilizzare una soluzione libera (cioè non addensata) preparata sciogliendo 1 5 g di Ammonio Citrato Tribasico in 100 ml di acqua deionizzata.
La soluzione ha praticamente pH neutro, e può essere applicata con un tamponcino di cotone.
Dopo il trattamento si effettua un leggero risciacquo con tamponcini inumiditi d acqua.
Se invece occorre un azione più prolungata o soltanto localizzata conviene preparare una soluzione addensata. Acido Citrico (1 5 g) é sciolto in 100 ml di acqua deionizzata: a piccole dosi viene aggiunta Trietanolammina: 2.1 ml per ogni grammo di Acido Citrico sono necessari per salificarlo completamente.
É sempre raccomandabile controllare il pH con una cartina indicatrice, e fermare l’aggiunta quando si é arrivati al pH desiderato.
In generale i Chelanti sono più efficacia pH alcalino, e lo stesso pH aiuta nell’azione di pulitura: un valore compreso tra 8 e 9 sarà efficace nella maggior parte dei casi.
Da ultimo si addensa la soluzione con aggiunta di 4 5 g di Klucel G.
La stessa modalità si seguirebbe nel caso dell’EDTA, con la differenza che questo non é solubile in acqua come tale e lo diventa quando salificato. EDTA solido viene dunque disperso in acqua deionizzata, e passa in soluzione durante l’aggiunta di Trietanolammina (in questo caso 1.8 ml sono necessari per ogni grammo di EDTA).
Una piccola aggiunta di Tensioattivo (non ionico, come il Tween 20 o il Brij 35, così da non modificare il pH della soluzione), ad esempio 0.5 1%, può essere utile al fine di migliorare il potere bagnante nei confronti della superficie e la capacità emulsionante della soluzione (capacità di mantenere disciolto il materiale disgregato dalla superficie).
Si possono usare altre basi in sostituzione della Trietanolammina, come l’Ammonio Idrossido o la base organica solida Tris Base. In questo caso le quantità di base sono diverse, e conviene seguire il cambiamento del pH dopo ogni piccola aggiunta di base.
Un gel che si é dimostrato particolarmente efficace nel trattamento di pulitura é preparato utilizzando come addensante il Carbopol al posto di Eteri di Cellulosa.
In questo caso bisogna aumentare la dose di base, perché ne serve una certa quantità anche per salificare il Carbopol (Acido Poliacrilico, e quindi acido esso stesso).
Si procede nel modo seguente: 2 g di Acido Citrico sono sciolti in 100 ml di acqua deionizzata e salificati con 10 ml di Trietanolammina.
Si aggiungono 3 g di Carbopol 940, si mescola e poi si lascia a riposo (mescolando occasionalmente) fino a gelificazione.
Questa preparazione si é dimostrata particolarmente efficace nel caso della rimozione di materiale proteico (Colla animale). Non ci sono informazioni nella letteratura specifica che permettano di spiegare adeguatamente il perché di quest’azione. A livello di ipotesi ragionate possiamo suggerire due meccanismi, che probabilmente contribuiscono al modo d azione:

– il fatto che i Chelanti, in quanto poli elettroliti, possono avere effica ce interazione con le proteine, anch’esse poli elettroliti, e quest’interazione influisce sulla solubilità;
– e il fatto che le proteine sono spesso associate a ioni metallici (a mag gior ragione nel caso di applicazione a beni artistici), suscettibili all’azione complessante di un Chelante.

Questo gel si dimostra sempre decisamente più attivo di uno simile, ma addensato con Eteri di Cellulosa, e questa differenza non é spiegabile solo in termini di maggiore viscosità (e quindi migliore ritenzione del mezzo acquoso). Come sempre nel caso del Carbopol, si ipotizza un ruolo attivo dell’addensante stesso, verosimilmente causato dalle sue proprietà acide.
In alcuni casi si é verificata l’abilità di gel Chelanti a produrre ammorbidimento di ridipinture al Caseinato su pittura mirale a buon fresco.
Pur senza arrivare a completa dissoluzione, l’applicazione consentiva di ottenere notevole ammorbidimento dello strato, che poteva così essere asportato meccanicamente in modo molto più agevole.
II gel era come quello sopra descritto, solo con EDTA invece di Acido Citrico, e con aggiunta di solventi organici che aiutano nel rigonfiamento del materiale proteico: 5 ml di Dimetilsolfossido e 5 di Alcool Benzilico.

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