La carta: cause di degrado

Giugno 2, 2020 Federica Bombasaro

Fonte: Liberamente tratto dalla Tesi di Laurea “Studio analitico e restauro di un libro del XVI secolo” di Federica Bombasaro

Indice

Titoli della tesi che verranno pubblicati a cadenza settimanale
La carta: storia e tecnologia
La carta: cause di degrado
Restauro del libro: breve storia dell’opera
Restauro del libro: stato di conservazione
Restauro del libro: la diagnostica
Restauro del libro: intervento di restauro
Restauro del libro: glossario e bibliografia

La carta, come tutti i materiali organici, subisce una modificazione del suo stato originario con il passare del tempo acquistando fragilità ed in certi casi arrivando alla rottura. Le sostanze utilizzate nella fabbricazione della carta, finalizzati ad usi specifici, ne possono alterare le condizioni naturali;
la natura stessa delle sostanze utilizzate possono determinare «l’invecchiamento naturale» della carta.

Meccanismi generali di degrado

La carta è più fragile a seconda della sua conservazione e del suo utilizzo, ed anche a causa di agenti esterni inquinanti e parassitari.
Capire la struttura molecolare della cellulosa è molto importante per comprendere i processi e le cause del degrado. […]

La carta diventa fragile quando si avvia il processo di depolimerizzazione, questo vuol dire ridurre la dimensione delle catene; questo è causato dai vari trattamenti che si fanno, ma anche dalla qualità delle sostanze che si introducono durante la fabbricazione della carta; può essere ridotta anche da fattori esterni (condizioni ambientali o sostanze particolari), per sollecitazioni meccaniche, ecc.

La zona amorfa, oltre ad essere la parte più fragile, è la parte più sensibile ai fattori alteranti. In queste zone le fibre possono assorbire più acqua o più agenti inquinanti; qui si inseriscono maggiormente i microorganismi. Le sostanze che vengono inserite durante la sua formazione possono causare disturbo, ma sono state immesse con compiti ben precisi, esse ci sono per conferire al materiale caratteristiche che ne determinano l’uso, dobbiamo accettarle; ognuna di queste sostanze hanno la propria struttura molecolare, che a loro volta si legano alle fibre della
cellulosa.

Le condizioni ambientali sono un aspetto da non sottovalutare. L’umidità è una delle principali cause di degrado del materiale cartaceo. I meccanismi di degradazione cellulosica sono principalmente di tipo idrolitico e ossidativo; […]

Interazioni con l’ambiente

[…] A seguito della caratteristica idrofila della cellulosa, l’umidità è un elemento che provoca un alto degrado della carta provocandone il rigonfiamento (ndr). Questo fatto va ad indebolire i legami provocando due conseguenze da non sottovalutare: un calo della resistenza e dell’elasticità del materiale, e all’attivazione del degrado chimico delle fibre; vuol dire che la carta al contatto diretto con l’acqua diventa debole e può subire strappi e deformazioni con più facilità. Anche l’umidità presente nell’aria è abbastanza insidiosa specialmente per l’attivazione dei processi chimici e biologici.
Una proprietà della carta è di essere igroscopica, aver la capacità di assorbire le molecole d’acqua presenti nell’umidità dell’aria, entrando in equilibrio con l’ambiente. L’igroscopicità può variare a seconda delle particolari caratteristiche chimiche e strutturali, le zone amorfe sono le parti più fragili e facilmente aggredibili, che possono essere modificate durante i trattamenti nella fabbricazione (es. collatura) o gli interventi di restauro. […]

Meccanismi di degrado chimico

Da sottolineare è il concetto che le reazioni di idrolisi e ossidazione lavorano insieme. Quindi non potremmo mai assegnare una particolare alterazione ad una specifica causa. Inoltre, le reazioni di ossidazione oltre a causare danni al materiale cartaceo, possono essere come base per innescarne altre di diverso tipo.

Ossidazione

I fenomeni di ossidazione avvengono principalmente all’estremità riducente delle catene (sul gruppo ossidrilico e aldeidico). Queste reazioni non sono da sottovalutare, bisogna tenerne conto ai fini conservativi della carta, perché possono causare danni diretti al materiale cellulosico e
possono innescare altri processi degradativi, ad esempio possono innescare reazioni idrolitiche in ambiente basico.
Il più importante agente ossidativo presente in natura è l’ossigeno, seguito da altre sostanze presenti nell’atmosfera inquinata: tra queste ci sono i composti dello zolfo.

Sulla superficie cartacea i colori e gli inchiostri possono agire da ossidanti o essere ossidati; e già nella fabbricazione della carta, come ad esempio durante lo sbiancamento, vengono utilizzate sostanza ossidative (il cloro molecolare e l’ipoclorito sono in grado di ossidare tutti i gruppi sensibili). Anche l’allume, che è costituito da solfati di alluminio e potassio può innescare reazioni di ossidazione, ma esso viene utilizzato solo a partire dal XVII sec. […]
I libri o il materiale cartaceo in generale deve stare al riparo da fonti luminose cui fanno parte fanno parte la luce ultravioletta e la luce solare per evitare ossidazioni che provocano il cambiamento di colore.

Idrolisi

L’idrolisi è una reazione chimica che avviene in presenza di acqua e un catalizzatore. Parlando del legame in questione, il legame glicosidico, diciamo che tale legame può essere scisso sia per azione di acidi che per azione di basi. In sostanza avviene una depolimerizzazione delle catene polimeriche cioè la cellulosa si dissocia mediante rottura dei legami glucosidici e lasciando tante piccole catene. In questo modo la carta diviene meno resistente e più fragile.

Idrolisi acida o degradazione acida

L’acidità è il più terribile nemico per la carta, purtroppo la si trova in molti fattori degradanti, come nei prodotti utilizzati nei processi di fabbricazione del materiale, ad esempio l’allume nelle collature a base di gelatina o la colofonia. Anche alcuni inchiostri utilizzati per la scrittura (inchiostri ferro-gallici) sono acidi. Tra i fattori ambientali troviamo invece l’inquinamento che purtroppo non si possono eliminare. […]

Foxing

Le caratteristiche macchie rosso-scuro di forma tondeggiante ma irregolari identificano un tipo di alterazione chiamato foxing, possono essere di origine chimica e/o biologica. Le macchie di foxing sembrano aver avuto inizio nel punto centrale diffondendosi in tutte le direzione, anche il colore procede gradualmente da un tono più scuro ad un tono meno pesante nei bordi abbastanza frastagliati. Con la luce UV si osserva fluorescenza soprattutto ai bordi delle macchie e a delle
piccole macchioline che ad occhio nudo non si vedono e sono diffuse attorno alle più grandi.

Il foxing è abbastanza grave soprattutto dal punto di vista estetico.
Il motivo della comparsa di queste macchie non è ancora ben definito, si pensa che i responsabili siano dei batteri o funghi che al fine dei loro processi metabolici rilasciano sulla carta dei residui.
Altri studi dicono che i responsabili siano le impurezze metalliche (stagno e ferro) mentre altri pongono attenzione sulla presenza contemporanea di una forte ossidazione delle catene cellulosiche.

Degrado biologico o biodeterioramento.

Di questo tipo di degrado ne sono responsabili direttamente o indirettamente qualsiasi attività di organismi viventi. Ne soffrono la cellulosa e qualsiasi materiale subordinato: la carta, tutti i
materiali che la completano (additivi, colle animali e vegetali), i pigmenti, gli inchiostri. La causa principale sono gli insetti, i roditori, i funghi e i batteri; ma una distinzione più in generale va a dividere queste specie in due classi:

Organismi cellulosolitici. Sono in grado di metabolizzare la cellulosa.

Organismi non cellulosolitici. Non si nutrono di carta ma di altre sostanze. […]

Insetti.

Gli insetti provocano danni di tipo biologico molto evidenti, si riscontrano nelle biblioteche, negli archivi e nei musei. Hanno la capacità di sopravvivere in diverse condizioni di vita, infatti esistono in tutto il mondo; poi in base alla famiglia e al tipo di degrado che possono causare
vengono suddivisi in diversi tipi di specie, ma soprattutto dal loro cibo preferito. La carta (cellulosa), la colla (amido, collagene), pelle e cuoio (proteine animali e le fibre composte di cheratina, fibroina e sericina).

Ordine Blattoidea – famiglia Blattidae.

Questi insetti vengono chiamati volgarmente scarafaggi, si tratta della Periplaneta americana e Blatta orientalis.

La loro forma è conosciutissima, corpo ovoidale allungato di color nero, col
nostro clima arrivano a misurare 2,5 cm al massimo. Hanno abitudini lucifughe, escono dai loro nascondigli al crepuscolo o alla notte in cerca di cibo; preferiscono le zone umide essendo idrofili.
Prediligono i costituenti organici dei materiali cartacei, la cellulosa. Vivono dai 5-6 mesi fino a qualche anno, con temperature che oscillano tra i 25-30°C ad una RH maggiore del 70%.
Danneggiano i materiali sia con erosioni superficiali a contorno irregolare, che con macchie scure quasi nere a forma di virgola derivanti dai loro escrementi fluidi depositatosi sulla carta e sulla pergamena.

Ordine Thysanura – fam. Lepismatidae.

Si tratta del “pesciolino d’argento” o Lepisma saccarina, ha un aspetto allungato (8-12 mm) di colore grigio argento dovuto alle piccole squamette con riflessi metallici, sono dotati di lunghe antenne e di tre appendici nella parte terminale.

Ama molto anche le zone umide come cantine e magazzini. Rimangono nascosti dietro ai battiscopa, sotto le cornici delle finestre, nei libri o tra le
filze di un archivio; escono appunto col buio come le blatte per nutrirsi. Vivono dall’uno ai tre anni, varia a seconda delle condizioni ambientali, preferiscono le temperature che si aggirano attorno ai 16 e 24°C e un livello di umidità relativa superiore all’80%.
Il loro nutrimento preferito è di origine vegetale, sono onnivori, come la carta, preferibilmente quella con poca o senza lignina; di adesivi a base di amido, di spaghi, di lino, cotone e di seta artificiale, ma anche di colle di origine animale. Provocano danni superficiali in certi casi molto
evidenti, lasciano perforazioni ed erosioni con bordo irregolare simili a quelli delle blatte, ma si differenziano dalle loro perché più piccole.

Ordine Isoptera

Nelle zone temperate d’Europa troviamo le Reticulitermes lucifugus di color rosso (fam. Rhinotermitidae, termiti sotterranee), le Kalotermes flavicollis e le Cryptotermes brevis (fam.Kalotermitidae, termiti del legno secco), queste sono degli Isotteri;

le tèrmiti, provocano vere e proprie voragini crateriformi che col passare del tempo portano al collasso totale del libro celandolo finché non si vada ad aprirlo.
Le termiti del legno secco nidificano nel legno, ma quando le condizioni ambientali sono abbastanza umide si trasferiscono negli edifici soprattutto se il legno è marcio, però se l’umidità dell’aria è abbastanza elevata si possono nidificare anche nel legno sano. Infatti il Cryptotermes si
adatta molto facilmente a condizioni ambientali diverse, anche in materiali con umidità relativamente bassa rispetto al Kalotermes.

Invece le Rhinotermitidae migrano dal legno alla carta, cioè vivono nel legno umido poi si trasferiscono anche negli edifici per nidificare ancora se l’habitat è quello giusto. Una volta penetrati nel legno dell’edificio, questi insetti migrano sulle opere lignee antiche, nei patrimoni librari o archivistici portando alla loro distruzione. La temperatura preferibile
per loro varia tra i 25-30°C con una RH 100%, ma alcune specie europee sopravvivono anche con un’umidità relativa del 60% circa. Il nutrimento preferito dalle termiti sono la cellulosa (carta, cartone, legno).

Ordine Corrodentia – fam. Liposcelidae

La specie più diffusa è il Liposcelis divinatorius comunemente chiamato “pidocchio del libro”; ha le ali ed è molto piccolo, ha il corpo molliccio, piatto, color grigiastro o brunastro. È dotato di antenne lunghe e invisibili ad occhio nudo.

Predilige ambienti umidi; non per niente la loro sopravvivenza è legata alla presenza di muffe e funghi microscopici, attraverso i quali si nutrono di carta. Questi funghi si trovano su vari substrati, tra i quali la carta, il cartone o comunque tutto ciò che è di origine vegetale e solo in alcuni casi
anche di origine animale. Rilasciano erosioni di lieve entità, molto piccole con contorno irregolare al materiale cartaceo; tante volte si trovano le carcasse dei loro corpicini, lasciando delle macchie tra le pagine del libro.

Ordine Coleoptera – fam. Anobidae

Il “tarlo dei mobili” (Anobium punctatum) e l’”anobio del pane” Stegobium paniceum). Entrambi gli insetti hanno il corpo allungato, di forma più o meno cilindrica, il primo (lung. 2,5- 5mm) è di colore bruno/ bruno-rossiccio mentre il secondo (lungh. max 3mm) è più sul bruno giallastro o bruno scuro.

Si nutrono prevalentemente di carta, cartone, legno, fibre vegetali . Il tarlo
può vivere fino ai due anni con una RH di 80-90% ad una temperatura tra i 20-25°C, invece l’anobio può vivere più a lungo, tre quattro anni in ambienti riscaldati, temperatura ideale 28°C e RH circa il 70%.
Scavano gallerie tortuose che partono dai margini verso il centro delle carte, preferiscono anche la colla d’amido ciò che costituisce la colla che si usa nelle parti restaurate, es. le braghette che si applicano sui dorsi.

Microorganismi

In questa famiglia fanno parte batteri, funghi microscopici (chiamati muffe) e lieviti. Questi attaccano il materiale cartaceo come gli insetti, nutrendosi di cellulosa e danneggiando la carta, libri, documenti per il rilascio di acidi organici e altri loro prodotti metabolici alterandola in base alle condizioni in cui si trova tale materiale.
I funghi più diffusi e più pericolosi sono gli Aspergillus e i Penicillium e sono più di duecento specie. Appena trovano fonte di nutrimento questi microorganismi si accampano all’interno e superficialmente al materiale. Possono causare danni di natura meccanica, chimica o estetica; si
possono infilare tra le fibre di cellulosa, soprattutto nelle zone amorfe provocandone l’indebolimento e la rottura, rendendo la cellulosa fragile, feltrosa e tendente allo sbriciolamento.
Questo sarà un tipo di degrado a livello strutturale ad opera degli enzimi che questi organismi cellulosolitici producono durante il loro metabolismo.
Durante l’attacco alla cellulosa (scissione delle catene), se l’umidità è a livelli abbastanza alti, molti funghi rilasciano particolari polisaccaridi con proprietà collanti che vanno a saldare in un blocco unico i fogli .

Mentre altre specie fungine andranno a rilasciare acidi organici
causando reazioni idrolitiche andando ad attaccare i gruppi ossidrilici della cellulosa.
Per degrado estetico si intende che i batteri e funghi si colonizzano sulla superficie rilasciando dei pigmenti colorati prodotti nella fase metabolica o per difesa, ma può essere anche per lo sviluppo di ife e spore colorate; infatti noteremo sulla superficie macchie e zone colorate in base
alla specie di microorganismo ma soprattutto anche dai costituenti della carta, e dal microclima creatosi nella carta (acida o basica) e attorno ad essa.
I batteri attaccano le fibre dall’esterno all’interno con sviluppo parallelo alle fibre, mentre i funghi penetrano all’interno delle fibre da un’estremità crescendo senza un ordine preciso. Vedremo nei libri che l’attacco fungino parte dalla legatura verso l’interno del libro, sia per la maggior
presenza d’acqua e di ossigeno sia per la presenza di cellulosa e non solo, ma anche per la presenza di colle animali o vegetali e persino inchiostri.

Fattori che favoriscono il biodeterioramento

Tante volte siamo noi a causarlo con le nostre mani durante un restauro sbagliato, con l’uso inappropriato delle sostanze da utilizzare, queste possono rendere attaccabile la carta da batteri o funghi. Anche l’uso spropositato di ingrassanti per le legature in cuoio e l’uso di disinfestanti che favoriscono la depolimerizzazione possono favorire il biodeterioramento, così come la presenza di polveri nell’atmosfera fanno depositare sulle superfici dei libri pollini, spore di funghi e batteri, e
queste accelerano il loro ciclo vitale se le condizioni per vivere sono ottimali per loro. Quindi l’avvio e l’intensità del biodeterioramento, oltre che alla presenza di una specie infestante, dipendono anche dalle condizioni di temperatura, di umidità e dalla presenza o meno di nutrimento.
Perciò i valori termo-igrometrici saranno da tener sotto controllo perché il biodeterioramento non si avvii. Per la sopravvivenza dei microorganismi, sono da evitare le temperature che oscillano tra i 20-30°C, e valori di RH superiore al 65%.
Sopravvivere per i funghi e batteri in condizioni per loro non consone, è difficile; le spore batteriche e fungine non riescono nemmeno a colonizzare se il contenuto d’acqua del materiale non è idoneo (la carta deve avere il 10% di acqua e il 15% cuoio e pergamena), invece gli insetti possono sopravvivere anche in condizioni secche. Bisogna comunque tener sotto controllo la situazione perché le spore fungine possono rimaner sulla superficie della carta celandosi, e attivarsi quando le condizione sono idonee alla loro germinazione.
Per la biodegradabilità della carta, ciò che interessa maggiormente è il grado di cristallinità, il quale è resistente all’idrolisi, sia chimica che enzimatica, grazie al loro forte legame idrogeno. La cellulosa nativa è costituita da un’alta cristallinità rispetto alle zone amorfe.
La biodegradabilità dipende anche dalla composizione del materiale: della cellulosa si possono nutrire solo gli organismi cellulosilitici, invece delle sostanze accessorie (colla animale e vegetale, e sostanze di carica) si nutrono funghi e batteri. Ma giocano un ruolo determinante anche i depositi di sporco e i prodotti utilizzati nel restauro.