Duomo di Milano: applicazione sol-gel per la protezione dei marmi

Sotto la supervisione della Veneranda Fabbrica del Duomo, tra il 2018 ed il 2020 il Gugliotto Amedeo è stato oggetto di intervento conservativo. In collaborazione con la CORES 4N srl, azienda di Varese che si è occupata del restauro, è stato condotto uno studio approfondito al fine di individuare un protettivo minerale adatto alle caratteristiche composizionali e morfologiche del marmo di Candoglia. I sistemi sol-gel individuati presentano dei vantaggi tecnici che li rendono delle valide alternative rispetto ai classici polimeri a base di PDMS. Quali sono le principali caratteristiche ed in cosa differiscono dai silossani?

CARATTERIZZAZIONE DEL DEGRADO E DELLE CARATTERISTICHE MORFOLOGICHE

La Fabbrica del Duomo è proprietaria dell’originaria cava di marmo di Candoglia che ancora oggi fornisce il materiale di sostituzione degli elementi di marmo troppo danneggiati per poter essere recuperati in situ. Questa circostanza ha determinato la possibilità di condurre test con prodotti sol-gel su campioni rappresentativi dal punto di vista composizionale e dimensionale.
Il primo passo è stato la caratterizzazione del materiale per valutare la tessitura del marmo, la porosità, la composizione chimica del substrato e delle patine di alterazione. Il degrado si manifesta principalmente sotto forma di croste nere di solfato di calcio e con la presenza di depositi superficiali di natura mista (ossidi, metalli pesanti, polveri di silicato e carbonato). La rugosità della superficie è molto elevata e trattiene molto dello sporco dovuto a deposito.

CAMPIONATURE CON FORMULATI SOL-GEL E TEST DI EFFICACIA

Per simulare le operazioni di cantiere, la superficie dei campioni di marmo è stata trattata attraverso microsabbiatura a bassa pressione (con Garnet) prima di eseguire test di applicazione con due formulati sol-gel a base di silice funzionalizzata, appositamente selezionati per questa applicazione.  L’osservazione al microscopio elettronico ha permesso le valutazioni morfologiche dei trattamenti, in particolare per controllare che non si formassero accumuli di prodotto o spessori troppo elevati. L’efficacia protettiva è stata osservata attraverso misure di assorbimento d’acqua con il metodo della spugna di contatto, sistema che può essere facilmente utilizzato anche in situ per i futuri monitoraggi. Infine, misure dell'angolo di contatto sono state condotte per verificare il risultato migliore in termini di idrorepellenza.

RISULTATI raggiunti e confronto con metodi tradizionali

L’applicazione è stata testata a pennello e a spray. I risultati della fase di laboratorio hanno permesso di definire che per il trattamento protettivo del marmo del gugliotto la formulazione migliore è sol SN1 (ora noto come SIOX-5 RE10S), una soluzione sol-gel di silice funzionalizzata con catene alifatiche corte, ed una concentrazione tra l’8 ed il 10%.  Il metodo di applicazione più efficace è quello spray, sistema infatti adottato dall’azienda che si è occupata del trattamento alla fine del 2020, con ottimi risultati.
Nel caso dei protettivi è spontaneo il confronto con i sistemi classici a base di silossani. A differenza di un polimero silossanico, quale ad esempio il PDMS (polidimetilsilossano), costituito da catene che appoggiano e si intrecciano formando una rete più o meno complessa, un trattamento sol-gel genera uno strato inorganico che si lega chimicamente alla superficie. Questo è possibile grazie alla formazione di ponti Si-O-Si nel caso di substrati silicatici, o attraverso ponti dei gruppi funzionali promotori di adesione su materiali carbonatici. La forte interazione è ben visibile analizzando al microscopio elettronico le sezioni lucide trasversali dei marmi trattati. In questo caso i gruppi funzionali (che nella fase di asciugatura si dispongono automaticamente verso l’esterno) sono anche responsabili dell’effetto idrofobico,  poiché impediscono la penetrazione di acqua ed inquinanti.