Nel tentativo di cercare il giusto sol-gel ibrido organico-inorganico (trovare la formulazione rimovibile con il plasma atmosferico) è stata testata anche la seguente ricetta, la quale prevede l’utilizzo di TEOS e due organo-alcossi silani, di cui uno avrà la funzione che nella formulazione precedente era data alla esametossi-metilmelammina, cioè avrà funzione di reticolante, grazie alla sua parte amminica.
Reagenti Quantità
γ-Glicidossipropil-trimetossilano (GLYMO) 38g
Tetraetilortosilano (TEOS) 16g
Acido cloridrico 0,1M 14,4g
Acido cloridrico 1M 2,02g
3-amminopropiltrietossisilano (APTES) Massimo 20%w
I reagenti sono stati introdotti sotto agitazione in un pallone secondo questo ordine: 38g di GLYMO, il TEOS e l’acido cloridrico 0,1M. Tale miscela è stata lasciata in agitazione un’intera notte. Questa soluzione sarà in seguito denominata GT.
Il risultato è una soluzione trasparente, ma caratterizzata dalla presenza di alcune bolle e alcuni filamenti in sospensione. Ciò è probabilmente sintomo di una non completa reazione, si è perciò aggiunta una piccola quantità di acido concentrato che ha portato a completamento la reazione dopo un’altra ora di agitazione.
Appena prima della deposizione è stato aggiunto l’agente reticolante, cioè l’APTES. Questo è stato aggiunto inizialmente in quantità abbastanza elevate, quindi al 20% in peso rispetto alla soluzione precedentemente preparata. Quindi su 20g di soluzione sono stati aggiunti 5g di APTES.
I parametri di deposizione sono riportati nella tabella di seguito.
Tab.24: parametri di deposizione.
Il film ottenuto è omogeneo e trasparente, ma la reazione è molto veloce, quindi il sol gelifica in pochi minuti.
Una gelificazione così veloce risulterebbe poco agevole nella pratica del restauro in cantiere. Si è quindi deciso di abbandonare la formulazione originale in favore di nuovi campioni nei quali diminuire la percentuale di APTES. Tali tentativi hanno portato alla realizzazione delle seguenti formulazioni:
GTA_b: rapporto 20:1 in peso fra GT e APTES, quindi si è scesi ad un 4%w di APTES. GTA_c: rapposto 20:0,4 in peso, quindi si è scesi ad un 1,6%w.
I parametri di deposizione per queste due nuove formulazioni sono rimaste invariate. Le varie deposizioni si presentano ancora omogenee e trasparenti.
Gli strati sono stati caratterizzati con spettroscopia IR. Di seguito sono riportati lo spettro IR e la relativa descrizione.
Substrato rpm Tempo (sec)
Silicio 1500 30
Fig. 74: spettro IR del film di GTA.
GTA
Num d’onda (cm-1) Descrizione
3400-3200 OH dei legami H
2800-3000 (CH)x stret.
2935 CH2 stret.
2872 CH2 stret.
1646 NH bending
1598-1555 NH stret. da melammina non completamente metilata o denaturata // CN stret.
1500-1100 (1196) CH2 stret.
1464 CH2 stret.
1412 CN vibrazioni
1347 CN vibrazioni
1270 Si-C stret. // CH3 bending
1254 OCH2 dell'anello epossidico
1201 CH2 stret. // Si-CH2 // SiO2
1176 .ca Si-OEt
1159 .ca CH3 // CO stret. su gruppo metossi
1110 CO stret gruppi glicidossi e metossi // Si-O-Si stret. asimm.
1043 Si-O-Si stret. asimm.
1000-760 CH2 stret.
906 OCH2 dell'anello epossidico
856 Si-C stret. // CH3 bending
791 Si-O-Si stret. simm.
669 CN deformazione
Tab.25: descrizione del grafico IR del film di GTA.
Lo spessore degli strati misurati al profilometro è di circa 8300nm per il GTA_b, mentre è leggermente inferiore per quanto riguarda il GTA_c, il quale ha spessore di circa 7200nm.
Le prove di adesione hanno mostrato un film ben adeso per il campione GTA_b (il nastro adesivo non crea problemi, mentre l’unghia lo scalfisce lungo i segni di prova) e minore adesione per il campione GTA_c (il nastro adesivo non crea problemi, mentre l’unghia scalfisce molto il film a partire dalle incisioni).
Per quanto riguarda le prove di durezza il GTA_b è segnato dalla matita di durezza H2, mentre il campione GTA_c dalla H3.
Sono stai misurati gli angoli di contatto fra film e acqua: per il GTA_b è di 57,12° e per il GTA_C è di 58,78°.
Campione Profilometro Adesione Durezza Angolo Contatto
GTA_b 8300nm Buona H 57,12°
GTA_c 7200nm suff H2 58,78°
Tab.26: descrizione delle due diverse formulazioni di GTA.
La formulazione GTA_c è quella con il maggior tempo di gelificazione, quindi è quella scelta per le prove di rimozione al plasma atmosferico.
Prove di pulitura con plasmatreater
È stata effettuata una prova di rimozione su di un campione di GTA_c su silicio.
Il trattamento è stato suddiviso in intervalli in modo da poter effettuare spettroscopie IR e foto al microscopio durante le varie fasi della pulitura.
Le foto vengono riportate solo per quanto riguarda il prima e il dopo dell’intero trattamento di pulitura, in quanto le differenze ad ingrandimenti di 5X cominciano ad essere importanti solo dopo l’intero minuto di esposizione al plasma.
Tempo (sec) Foto 1,25X Foto 5X
0
60
Tab.27: foto al microscopio ottico dopo trattamento con plasmatreater.
Dalle foto ad ingrandimenti maggiori dopo la fine del trattamento salta all’occhio la fitta rete di crettature che si è creata sul film. Ma neanche la pulitura meccanica è in grado di asportare maggiormente questo strato, seppur danneggiato.
Gli spettri IR non vengono riportati in quanto non evidenziano differenze rilevanti. Anche l’angolo di contatto non varia in modo significativo.
Prove di pulitura con plasma Tigres
È stata effettuata una prova di rimozione su di un campione di GTA_c su silicio.
Il trattamento è stato suddiviso in intervalli in modo da poter effettuare spettroscopie IR e foto al microscopio durante le varie fasi della pulitura.
Le foto prima e dopo il trattamento vengono riportate nella seguente tabella.
Tempo (sec) Foto 1,25X Foto 5X
0
60
Tab.28: foto al microscopio ottico dopo trattamento con plasma Tigres.
Si può notare come il plasma Tigres non riesca neanche a creare una rete di crettature sulla superficie del campione. Il trattamento è stato portato fino a 120secondi, ma senza modifica della situazione raggiunta a 60secondi.
Gli spettri IR non vengono riportati perchè non evidenziano differenze rilevanti prima e dopo il trattamento.
L’angolo di contatto non ha subito variazioni significative.