Scienze e Tecnologie per la Conservazione dei Beni Culturali - Science and Technology for the Conservation of Cultural Heritage

Tipologia

Scienze e tecnologie per la diagnostica e la conservazione dei beni culturali

SSD

PHYS-03/A

Anno

1º anno

Semestre

1º semestre

CFU

3

Distribuzione delle ore

24 classroom hours

Docenti

Tipologia

Scienze e tecnologie per la diagnostica e la conservazione dei beni culturali

SSD

CHEM-01/B

Anno

1º anno

Semestre

1º semestre

CFU

6

Distribuzione delle ore

32 classroom hours, 24 training hours

Docenti

GABRIELE FAVERO

MODULO CHEMISTRY OF THE CONSERVATION
Obiettivi:
A - Conoscenza e capacità di comprensione
Definire le caratteristiche dei consolidanti del legno Identificare pregi e difetti dei trattamenti di consolidamento tradizionali Descrivere l’origine del segnale NMR
B – Capacità applicative Discutere come le modalità di formulazione influenzano le proprietà del consolidante
Identificare gli elementi morfologici dell’imaging MRI
C - Autonomia di giudizio Confrontare le capacità di consolidamento dei materiali di recente introduzione rispetto ai
tradizionali Valutare l’efficacia del consolidamento da dati NMR
D – Abilità nella comunicazione
Saper comunicare agli addetti al restauro privi di formazione scientifica, la natura e gli effetti dei processi di degrado sui materiali costitutivi Saper comunicare agli addetti al restauro privi di formazione scientifica, le proprietà dei materiali per il restauro e le caratteristiche delle metodologie applicate
E - Capacità di apprendere
Valutare l’efficacia di metodi e materiali di nuova introduzione

MODULO PHYSICAL METHODS
Obiettivi generali
L'obiettivo del corso è quello di introdurre lo studente all'analisi dei materiali archeologici utilizzando i metodi tipici della fisica della materia condensata e della scienza dei materiali. Il corso prevede sia lezioni frontali che sessioni di laboratorio.

Obiettivi specifici
- Conoscenza e comprensione: Lo studente acquisirà la conoscenza dei concetti di base della fisica della materia condensata e della loro relazione con le tecniche di analisi specifiche.
- Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente acquisirà la capacità di interpretare i dati di microscopia, imaging, raggi X e radioattività di materiali archeologici.
- Capacità critiche e di giudizio: Lo studente svilupperà capacità critiche e di giudizio analizzando casi di studio e definendo metodi fisici appropriati per gli studi archeologici. Queste capacità saranno sviluppate attraverso l'interazione con il docente durante il corso.
- Capacità di comunicazione: Allo studente sarà richiesto di interagire nell'analisi dei materiali di studio e durante le lezioni per identificare i metodi fisici appropriati negli studi archeologici.
- Capacità di apprendimento: Lo studente acquisirà la capacità teorica e pratica di applicare i metodi fisici all'identificazione e alla datazione dei materiali archeologici.

Modulo: PHYSICAL METHODS
N/D
Modulo: CHEMISTRY OF THE CONSERVATION
N/D

Modulo: PHYSICAL METHODS
N/D
Modulo: CHEMISTRY OF THE CONSERVATION
N/D

Modulo: PHYSICAL METHODS
N/D
Modulo: CHEMISTRY OF THE CONSERVATION
1. Introduzione generale: la chimica dei materiali artistici
Natura, struttura e proprietà chimico-fisiche dei materiali costitutivi: minerali, pigmenti, leganti organici, polimeri naturali e sintetici.
Processi di degrado e alterazione: idrolisi, ossidazione, fotodegradazione, reazioni acido-base e scambio ionico nei materiali porosi.
Principi di compatibilità, reversibilità e minimo intervento.
Ruolo del solvente e interazioni soluto–matrice: parametri di solubilità (Teas, Hansen) e selettività nella pulitura.
Approccio chimico alla conservazione preventiva: equilibrio igroscopico, inquinanti, radiazione UV e microclima.
2. Consolidanti e trattamenti per il legno
Struttura chimica e morfologica del legno: cellulosa, emicellulose, lignina, estrattivi e minerali.
Meccanismi di degrado chimico e biologico: idrolisi acida, ossidazione ligninica, azione di funghi e batteri.
Consolidanti polimerici: resine acriliche, poliesteri insaturi, epossidiche e siliconiche.
Sistemi nanostrutturati e materiali ibridi inorganico–organici (silani, silossani, ossidi metallici colloidali).
Valutazione dell’efficacia del trattamento: penetrazione, variazioni dimensionali, proprietà meccaniche e colorimetriche.
Casi di studio su reperti lignei archeologici e su manufatti musealizzati.
3. Consolidanti e trattamenti per la pelle e i materiali organici flessibili
Struttura e chimica del collagene; processi di concia e trasformazione storica della pelle.
Meccanismi di degradazione: idrolisi, ossidazione, reticolazione e perdita di plasticità.
Agenti consolidanti e plasticizzanti: PEG, PVA, idrogel, emulsioni acriliche e microdispersi.
Pulitura selettiva e trattamento delle superfici protettive.
Valutazione dell’intervento: variazioni cromatiche, flessibilità, traspirabilità e compatibilità con la pelle archeologica.
4. Consolidanti e trattamenti per materiali lapidei
Composizione e porosità dei materiali lapidei naturali e artificiali.
Alterazioni chimiche e fisiche: dissoluzione, cristallizzazione salina, formazione di croste nere e gesso.
Prodotti consolidanti inorganici: silicati di etile, nanocalce, idrossidi doppi lamellari e carbonati amorfi.
Polimeri e sistemi ibridi per la protezione superficiale.
Valutazione della compatibilità e della durabilità dei trattamenti.
Tecniche di caratterizzazione: FTIR, Raman, SEM-EDS, TG/DSC, spettrofotometria di riflettanza.
5. Metodi analitici e validazione scientifica (versione aggiornata – ITA)
Risonanza Magnetica Nucleare (NMR) applicata alla diagnostica e conservazione del legno: principi di base della spettroscopia NMR e dell’imaging MRI; composizione chimica del legno e ruolo dell’acqua; applicazioni alla valutazione dello stato di conservazione, alla distribuzione dell’umidità e alla verifica dell’efficacia dei trattamenti consolidanti.
Cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC-MS) per l’analisi di miscele organiche complesse e per la proteomica dei tessuti archeologici: identificazione di collagene, albumine e altre proteine strutturali o di degrado in cuoio, pergamena e fibre naturali.
Validazione scientifica dei trattamenti di restauro attraverso protocolli di campionamento, confronto con reference materials e verifica di riproducibilità.

Modulo: PHYSICAL METHODS
N/D
Modulo: CHEMISTRY OF THE CONSERVATION
Lessons slides

Modulo: PHYSICAL METHODS
N/D
Modulo: CHEMISTRY OF THE CONSERVATION
[1] M. Broda et al., “Organosilicons of different molecular size and chemical structure as consolidants for waterlogged archaeological wood – a new reversible and retreatable method,” Sci. Rep., vol. 10, no. 1, p. 2188, Dec. 2020, doi: 10.1038/s41598-020-59240-8.
[2] M. Broda, S. F. Curling, M. J. Spear, and C. A. S. Hill, “Effect of methyltrimethoxysilane impregnation on the cell wall porosity and water vapour sorption of archaeological waterlogged oak,” Wood Sci. Technol., vol. 53, no. 3, pp. 703–726, May 2019, doi: 10.1007/s00226-019-01095-y.
[3] C. A. Material et al., “Wood Conservation,” pp. 1–10, 2017, [Online]. Available: https://nautarch.tamu.edu/CRL/conservationmanual/File6.htm.
[4] A. Chami Khazraji and S. Robert, “Interaction effects between cellulose and water in nanocrystalline and amorphous regions: A novel approach using molecular modeling,” J. Nanomater., vol. 2013, 2013, doi: 10.1155/2013/409676.
[5] B. Kaye, “Conservation of waterlogged archaeological wood,” Chem. Soc. Rev., vol. 24, no. 1, p. 35, 1995, doi: 10.1039/cs9952400035.
[6] M. Broda, B. Mazela, and A. Dutkiewicz, “Organosilicon compounds with various active groups as consolidants for the preservation of waterlogged archaeological wood,” J. Cult. Herit., vol. 35, pp. 123–128, 2019, doi: 10.1016/j.culher.2018.06.006.
[7] M. Christensen, M. Frosch, P. Jensen, U. Schnell, Y. Shashoua, and O. F. Nielsen, “Waterlogged archaeological wood—chemical changes by conservation and degradation,” J. Raman Spectrosc., vol. 37, no. 10, pp. 1171– 1178, Oct. 2006, doi: 10.1002/jrs.1589.
[8] E. Hocker, G. Almkvist, and M. Sahlstedt, “The Vasa experience with polyethylene glycol : A conservator ’ s perspective,” J. Cult. Herit., vol. 13, no. 3, pp. S175–S182, 2012, doi: 10.1016/j.culher.2012.01.017.
[9] P. D. Fix, “Archaeological watercraft: A review and critical analysis of the practice,” no. May, p. 408, 2015, [Online]. Available: http://hdl.handle.net/1969.1/155316.
[10] M. Christensen, M. Frosch, P. Jensen, U. Schnell, Y. Shashoua, and O. F. Nielsen, “Waterlogged archaeological wood - Chemical changes by conservation and degradation,” J. Raman Spectrosc., vol. 37, no. 10, pp. 1171– 1178, 2006, doi: 10.1002/jrs.1589.
[11] T. D. Nguyen, Y. Kohdzuma, R. Endo, and J. Sugiyama, “Evaluation of chemical treatments on dimensional stabilization of archeological waterlogged hardwoods obtained from the Thang Long Imperial Citadel site, Vietnam,” J. Wood Sci., vol. 64, no. 4, pp. 436–443, Aug. 2018, doi: 10.1007/s10086-018- 1719-7.
[12] M. Christensen, O. F. Nielsen, P. Jensen, and U. Schnell, “Water structure in polyethylene glycols for preservation of wooden artefacts. A NIR-FT-Raman spectroscopic investigation,” J. Mol. Struct., vol. 735–736, no. SPEC. ISS., pp. 267–270, 2005, doi: 10.1016/j.molstruc.2004.10.090.
[13] A. Vorobyev, N. P. van Dijk, and E. Kristofer Gamstedt, “Orthotropic creep in polyethylene glycol impregnated archaeological oak from the Vasa ship: Results of creep experiments in a museum-like climate,” Mech. Time- Dependent Mater., vol. 23, no. 1, pp. 35–52, 2019, doi: 10.1007/s11043-018- 9382-3.
[14] Z. Walsh, E. R. Janeček, M. Jones, and O. A. Scherman, “Natural polymers as alternative consolidants for the preservation of waterlogged archaeological wood,” Stud. Conserv., vol. 62, no. 3, pp. 173–183, 2017, doi: 10.1179/2047058414Y.0000000149.
[15] M. E. Payne, O. O. Kareem, K. Williams-Pavlantos, C. Wesdemiotis, and S. M. Grayson, “Mass spectrometry investigation into the oxidative degradation of poly(ethylene glycol),” Polym. Degrad. Stab., no. xxxx, p. 109388, 2020, doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2020.109388.
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[17] A. Tahira, W. Howard, E. R. Pennington, and A. Kennedy, “Mechanical strength studies on degraded waterlogged wood treated with sugars,” Stud. Conserv., vol. 62, no. 4, pp. 223–228, 2017, doi: 10.1080/00393630.2016.1169364.
[18] L. Babinski, “Influence of pre-treatment on shrinkage of freeze-dried archaeological oak-wood,” Acta Sci. Pol. Silvarum Colendarum Ratio Ind. Lignaria, vol. 06, no. 4, 2007.
[19] S. Kugler, P. Ossowicz, K. Malarczyk-Matusiak, and E. Wierzbicka, “Advances in rosin-based chemicals: The latest recipes, applications and future trends,” Molecules, vol. 24, no. 9, 2019, doi: 10.3390/molecules24091651.
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[23] N. Kiliç and A. G. Kiliç, “An attenuated total reflection Fourier transform infrared (ATR-FTIR) spectroscopic study of waterlogged woods treated with melamine formaldehyde,” Vib. Spectrosc., vol. 105, no. October, 2019, doi: 10.1016/j.vibspec.2019.102985.
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[25] K. Szubert, A. Dutkiewicz, M. Dutkiewicz, and H. Maciejewski, “Wood protective coatings based on fluorocarbosilane,” Cellulose, vol. 26, no. 18, pp. 9853–9861, 2019, doi: 10.1007/s10570-019-02737-x.
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[27] F. Antonelli et al., “Cellulose and Lignin Nano-Scale Consolidants for Waterlogged Archaeological Wood,” Front. Chem., vol. 8, no. January, 2020, doi: 10.3389/fchem.2020.00032.
[28] E. McHale, C. C. Steindal, H. Kutzke, T. Benneche, and S. E. Harding, “In situ polymerisation of isoeugenol as a green consolidation method for waterlogged archaeological wood,” Sci. Rep., vol. 7, no. April, 2017, doi: 10.1038/srep46481.
[29] A. Papacchini, S. Dominici, G. Di Giulio, M. Fioravanti, and A. Salvini, “Bio-based consolidants for waterlogged archaeological wood: Assessment of the performance and optimization of the diagnostic protocol,” J. Cult. Herit., vol. 40, pp. 49–58, 2019, doi: 10.1016/j.culher.2019.05.009.
[30] Y. Kanazawa et al., “Internal evaluation of impregnation treatment of waterlogged wood; relation between concentration of internal materials and relaxation time using magnetic resonance imaging,” Magn. Reson. Imaging, vol. 38, pp. 196–201, 2017, doi: 10.1016/j.mri.2017.01.010.
[31] Z. Walsh-korb and L. Avérous, “Progress in Materials Science Recent developments in the conservation of materials properties of historical wood,” Prog. Mater. Sci., vol. 102, no. May 2017, pp. 167–221, 2019, doi: 10.1016/j.pmatsci.2018.12.001.
[32] P. Baglioni and R. Giorgi, “Soft and hard nanomaterials for restoration and conservation of cultural heritage,” Soft Matter, vol. 2, no. 4, pp. 293–303, 2006, doi: 10.1039/b516442g.
[33] Y. Fors, F. Jalilehvand, and M. Sandström, “Analytical aspects of waterlogged wood in historical shipwrecks,” Anal. Sci., vol. 27, no. 8, pp. 785–792, 2011, doi: 10.2116/analsci.27.785.
[34] K. E. High and K. E. H. Penkman, “A review of analytical methods for assessing preservation in waterlogged archaeological wood and their application in practice,” Herit. Sci., vol. 8, no. 1, pp. 1–33, 2020, doi: 10.1186/s40494-020- 00422-y.
[35] J. Kowalczuk, A. Rachocki, M. Broda, B. Mazela, G. A. Ormondroyd, and J. Tritt- Goc, “Conservation process of archaeological waterlogged wood studied by spectroscopy and gradient NMR methods,” Wood Sci. Technol., vol. 53, no. 6, pp. 1207–1222, 2019, doi: 10.1007/s00226-019-01129-5.
[36] M. Bardet, G. Gerbaud, Q. K. Trân, and S. Hediger, “Study of interactions between polyethylene glycol and archaeological wood components by 13C high-resolution solid-state CP-MAS NMR,” J. Archaeol. Sci., vol. 34, no. 10, pp. 1670–1676, 2007, doi: 10.1016/j.jas.2006.12.005.

Modulo: PHYSICAL METHODS
N/D
Modulo: CHEMISTRY OF THE CONSERVATION
According to the needs imposed by the pandemic situation

Modulo: PHYSICAL METHODS
N/D
Modulo: CHEMISTRY OF THE CONSERVATION
N/D

Modulo: PHYSICAL METHODS
N/D
Modulo: CHEMISTRY OF THE CONSERVATION
To pass the exam the student must obtain a grade of not less than 18/30. The student must demonstrate that he/she has acquired a sufficient knowledge of the properties of material usend in the works of art, of the origin of their degradation and of the strategies used for their conservation and restoration.
To achieve a score of 30/30 cum laude, the student must instead demonstrate that he/she has acquired excellent knowledge of all the topics covered during the course, being able to link them in a logical and coherent way.

Modulo: PHYSICAL METHODS
N/D
Modulo: CHEMISTRY OF THE CONSERVATION
N/D

Modulo: PHYSICAL METHODS
N/D
Modulo: CHEMISTRY OF THE CONSERVATION

• primo semestre