Desenvolvimento de novos materiais com propriedades biocidas para aplicação como consolidantes em Património

Estudos recentes em conservação e restauro têm visado a definição das etapas e das técnicas de intervenção no património cultural. As tendências atuais de investigação confirmam que a perda de coesão das argamassas históricas, por efeito da dissolução do ligante e/ou de destruição da estrutura porosa, é uma evidência frequente em superfícies arquitetónicas antigas. A etapa de consolidação surge como uma das principais fases de intervenção nos revestimentos históricos e, enquanto técnica de intervenção, a aplicação de consolidantes tem adquirido bastante interesse para o campo da investigação. Neste contexto, a aposta em consolidantes inorgânicos tem ganho terreno e assenta no facto de serem altamente compatíveis com os suportes e apresentarem baixo custo , o que representam vantagens quando comparados com os consolidantes de natureza orgânica. Contudo, a fraca eficácia registada no uso da água de cal e no silicato de etilo tem justificado, ao longo dos anos, o aparecimento de outras alternativas como as dispersões em álcool de nanopartículas de cal. O projeto de desenvolvimento de novos materiais com propriedades biocidas para aplicação como consolidantes em Património Cultural, realizado no Laboratório HERCULES, no âmbito do projeto de estágio da licenciatura em Biotecnologia, teve o propósito de desenvolver métodos de preparação e otimizar as condições de síntese de nanomateriais visando a sua potencial aplicação como consolidantes em substratos de argamassas de cal. O estudo que aqui se apresenta consistiu na preparação de vários tipos de materiais, nomeadamente, materiais inorgânicos, hidróxido de cálcio (Ca(OH)2), materiais híbridos preparados pelo método sol-gel a partir de alcóxidos de silício e de titânio (Si(OEt)4 e Ti(OPri)4), e materiais híbridos preparados pelo método sol-gel modificado preparados igualmente a partir dos alcóxidos de silício e titânio e usando n-octilamina como surfactante. Adicionalmente foram realizados ensaios que permitiram avaliar a eficácia dos materiais preparados como biocidas.SFRH/BPD/97692/2013 (FCT

Nanoconsolidants for lime mortars of wall paintings as a good alternative of traditional consolidants

Carbonate stones and wall paintings, as an irremovable part of the architectural heritage, are subject to constant attack by soluble salts and pollutants. They can undergo different kinds of degradation, including corrosion by acid rain, physical erosion, cycles of salts crystallization/solubilization and biodegradation due to bacteria, fungi or lichens. Often, past treatments tend to cause additional substrate damages. For instances, synthetic polymeric materials applied for work of art restoration as consolidants, protectives, adhesives or cleaning agents, initially were seen as a good treatment alternative. However, upon ageing they are subject to degradation which results in cross-linking or chain scission which consequently alter their own initial properties and accelerate the decay of the artwork by changing its physicochemical properties. Nanoconsolidants exhibit distinct properties when compared to their bulk analogues, and for the last decade have been seen as a good alternative of compatible materials for long term preservation of Cultural Heritage.[1,2] A highly efficient consolidant for stone or mortar must meet a large list of requisites: must be effective for long-term, be compatible with the damaged substrate, to induce mechanical improvement and protection from weathering to the material, among others. The application of micro- and nanoparticles (NPs) based on alkali-earth metal hydroxides for cultural heritage conservation has become more relevant, mainly for consolidation of historic lime mortars, biocalcarenite stone and for cellulose materials deacidification purposes. Our research intends to propose successful preparative strategies of sub-micro and nanolimes, and to study their efficiency in the inhibition of the degradation process and in the consolidation of wall renders. In this communication an overview of the main synthesis strategies to prepare nanoconsolidants for restoration of Cultural Heritage is carried out. We also report our attempts to develop nanoconsolidants based on alkali-earth metal hydroxides for lime mortars of wall paintings. Furthermore, we discuss their effectiveness for the improvement of the mechanical properties of lime mortars. [1] Baglioni, P.; Carretti, E.; Chelazzi, D., Nature Nanotechnology 2015, 10, 287. [2] Girginova, P. I.; Galacho, C.; Veiga, R.; Santos Silva, A.; Candeias, A., ChemSusChem 2018, 11, 4168.Post-doctoral grant (P.G.) SFRH/BPD/97692/201

Micro- and nanoparticles based on alkali-earth metal hydroxides for cultural heritage conservation

Wall renders are subject of constant aging and deterioration and they therefore need repair and treatment. The polymers used in the past for consolidation show many drawbacks and often accelerate the deterioration. This implies the need of new non-toxic materials, preferably of the same composition as the original art work, compatible, with long-term efficiency, without side effect, easy for application. Different inorganic materials have been proposed. The lime-based materials are convenient but not efficient enough, so that different approaches to enhance their efficiency must be found. Nanomaterials exhibit distinct properties when compared to their bulk analogues and have been seen as a good alternative of compatible materials for long term preservation [1]. In this context our research intends to study and optimize successful preparative strategies of micro- and nanolimes, and to improve their efficiency in the inhibition of the degradation process and in the consolidation of wall renders and stone [2,3]. The work is focused on the innovation of the tradition lime materials towards long-term efficiency and compatibility with the surfaces of original works, taking into account environmental and human risk factors. In this communication we report the synthesis and characterization of micro- and nanoparticles based on alkali-earth metal hydroxides for cultural heritage conservation. We discuss synthetic strategies applied and optimum preparative conditions, such as temperature, synthesis duration, addition of surfactant and others, in order to obtain well defined functional magnesium and calcium hydroxides nanoparticles. The composition, morphology and crystallinity are analysed mainly by microscopical techniques and by X-ray powder diffraction. Additional structural and chemical data are collected with other common techniques: Energy Dispersive X-Ray Spectrometry, micro-FTIR, micro-Raman, simultaneous thermal analysis (TGA/DTA) among others, when needed. We also discuss the laboratory tests conducted to assess the efficiency of the nanolimes on mortar specimens (porosity, dynamic elastic modulus, compressive and flexural mechanical behaviour) and the feasibility of their application. References: [1] Baglioni P., Carretti E., Chelazzi D., Nature Nanotechnology 10, Apr 2015, 287-290. [2] Girginova, P.I.; Galacho, C.; Mirão, J.; Veiga, R.; Silva, A.S.; Candeias, A., Conservar património 23, 2016, 103-107. [3] Borsoi, G.; Lubellia, B.; van Hees, R.; Veiga, R.; Silva, A.S.; J. Cult Herit. 18, 2016, 242

Os nanomateriais na conservação do Património Cultural: Nanocais para suportes de pinturas murais

Nas últimas décadas os nanomateriais têm sido vistos como uma boa alternativa de materiais para a preservação do Património Cultural [1], nomeadamente, como consolidantes de pedra e de argamassas de cal. Estes materiais apresentam propriedades distintas quando comparados com os tradicionais. O trabalho que tem vindo a ser desenvolvido no Laboratório HERCULES em parceria com o LNEC [2,3] compreende a preparação de nanomateriais consolidantes inovadores, à base de cal, compatíveis com as superfícies originais e eficazes a longo prazo, tendo sempre em consideração a minimização dos fatores de risco ambiental e humano. Nesta comunicação serão apresentadas e discutidas diferentes estratégias para a obtenção de nanopartículas de hidróxidos de metais alcalino-terrosos, nomeadamente, as condições experimentais de síntese. Adicionalmente serão apresentados e discutidos os resultados de estudos de eficiência das dispersões de nanocais preparadas quando aplicadas em provetes de argamassas de cal. [1] Piero Baglioni, Emiliano Carretti and David Chelazzi (2015) Nanomaterials in art conservation. Nature Nanotechnology, 10 APR, 287-29 [2] P.I. Girginova, C. Galacho, J. Mirão, R. Veiga, A.S. Silva, A. Candeias (2016) Estudos preliminares para consolidação de suportes com pintura mural: síntese e caracterização de nanocais. Conservar património, 23, 103-107. [3] G. Borsoi, B. Lubellia, R. van Hees, R. Veiga, A.S. Silva (2016) Understanding the transport of nanolime consolidants within Maastricht limestone. Journal of Cultural Heritage, 18, 242-249.SFRH/BPD/97692/2013 (FCT

Fórum Ibérico da Cal 2016

Vários trabalhos de investigação têm evidenciado que a utilização de nano-materiais na consolidação de suportes com pintura mural é uma alternativa viável aos consolidantes tradicionais, os quais apresentam várias limitações como, por exemplo, baixa solubilidade, toxicidade, preço, escassez, dificuldade de aplicação e, em alguns casos, baixa compatibilidade. No âmbito do estudo que tem vindo a ser desenvolvido, relacionado com o desenvolvimento de nano-materiais inovadores destinados à conservação do Património Cultural, foram sintetizados materiais de consolidação à base de cal, com tamanho e morfologia controlados (Girginova, 2016). O principal objetivo deste trabalho de investigação visa o desenvolvimento de produtos compatíveis, eficazes, de longa durabilidade após aplicação e ambientalmente sustentáveis para a consolidação de suportes com pintura mural (Borsoi, 2012; Valadas, 2013; Borsoi, 2013). Nesta comunicação serão apresentados os resultados da análise da eficácia e da compatibilidade dos materiais sintetizados, baseada em ensaios realizados em condições laboratoriais. Serão apresentados e discutidos diversos métodos de síntese, a viabilidade de aplicação dos materiais preparados em amostras de argamassas com baixa coesão preparadas em laboratório, assim como os resultados dos primeiros ensaios mecânicos. No esquema seguinte apresenta-se, a título ilustrativo, a montagem experimental utilizada num dos procedimentos de síntese, imagens que ilustram a aplicação dos consolidantes em argamassa de cal e alguns dos ensaios que estão a ser efetuados.Bibliografia Girginova, 2016, Girginova, P.I.; Galacho, C.; Mirão, J.; Veiga, R.; Silva, A.S.; Candeias, A. (2016). Estudos preliminares para consolidação de suportes com pintura mural: síntese e caracterização de nanocais. submetido à revista Conservar Património. Borsoi, 2012, Borsoi, G.; Tavares, M.; Veiga, R.; Silva, A.S. (2012). Microstructural Characterization of Consolidant Products for Historical Renders: An Innovative Nanostructured Lime Dispersion and a More Traditional Ethyl Silicate Limewater Solution. Microsc. Microanal., 18 (5),1181. Valadas, 2013, Valadas, S.; Candeias, A.; Dias, C.; Schiavon, N.; Cotovio, M.; Pestana, J.; Gil, M.; Mirão,J. (2013). A multi-analytical study of the 15th century mural paintings of the Batalha Monastery (Portugal) in view of their conservation. Appl. Phys. A-Mater, nº 4, vol. 113, 989. Borsoi, 2013, Borsoi, G.; Tavares, M.; Veiga, M.R.; Silva, A.S. (2013). Studies of the performance of nanostructed and other compatible consolidation products for historical render. Mater. Sci. Forum, 730, 942.SFRH/BPD/97692/2013 (FCT