Durante i trattamenti laser su opere d’arte, occorre considerare l’influenza diretta di una serie di parametri che nell’insieme determinano il successo o meno di qualsiasi operazione di pulitura mediante questo mezzo strumentale.
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INFLUENZA DELLE PROPRIETA’ DEL MATERIALE: Le caratteristiche fisiche e chimiche del substrato influenzano vari aspetti dei processi di espulsione di materiale indotti da laser. Il primo riguarda l'influenza del peso molecolare (MW) del polimero. Questo parametro può essere cruciale in diversi applicazioni del laser nel restauro delle opere d’arte poiché varia notevolmente nei diversi substrati che possono essere coinvolti. Anche se molto poco è stato riportato su questo fattore, i primi lavori in merito hanno riportato che la soglia di ablazione nonché l’efficienza di incisione, può diminuire con l’alto peso molecolare del polimero. Tale diminuzione può essere attribuita al fatto che l'energia minima richiesta per l'espulsione del materiale dipende dalla energia coesiva del sistema. Per sistemi molecolari semplici di grande energia coesiva, è necessaria una temperatura più elevata per il verificarsi di una ebollizione esplosiva. Con l'aumento del peso molecolare, un numero maggiore di legami deve essere rotto per decomporre le catene in unità più piccole che successivamente vanno incontro al processo di desorbimento e quindi all’espulsione in fase gassosa (Fotakis et al., 2007). Le conseguenze della dipendenza del processo di incisione sul peso molecolare, per ciò che concerne il restauro laser di opere d'arte dipinte, sono state esplorate molto poco tuttavia, dagli studi effettuati è possibile trarre alcune deduzioni importanti. In primo luogo la soglia di ablazione e l’efficienza di rimozione del materiale può variare con il grado di polimerizzazione del rivestimento superficiale. In pratica, questo risultato corrisponde alla constatazione empirica dei conservatori che materiali "duri" richiedono maggiore fluenza per essere rimossi. In secondo luogo, nell’ ablazione dei polimeri ad alto peso molecolare, a causa della differenza nelle efficienze di incisione, una certa quantità di sottoprodotti può rimanere nel substrato. In terzo luogo il grado di polimerizzazione di solito diminuisce dagli strati superficiali (ossidati) agli strati inferiori, quelli non ossidati, per tanto l’efficienza di incisione aumenta nella profondità, per tanto è indispensabile che la fluenza laser venga opportunamente adeguata durante la procedura (Fotakis et al., 2007). A differenza del peso molecolare, l’influenza della composizione chimica del polimero sul processo di ablazione è stato ampiamente studiato. Sono state applicate tecniche diverse per caratterizzare i prodotti formati a seguito del processo di ablazione, ed inoltre è stato esaminato il comportamento di una vasta gamma di polimeri e sostanze organiche. In primo luogo l’effetto più immediato che si può verificare sui polimeri più comuni consiste in una serie di reazioni di depolimerizzazione, quindi la scissione in molecole più semplici, inoltre, a seconda delle unità particolari presenti, i radicali rimanenti nel substrato possono reagire con l’ O2 dell'ambiente per formare gruppi ossidrilici o perossidici.
Come risultato, la bagnabilità del polimero può essere significativamente influenzata. Per quei polimeri contenenti gruppi aromatici si possono verificare fenomeni di carbonizzazione dovute
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a fluenze vicino alla soglia di ablazione, con un effetti dannosi per l'integrità del substrato e quindi dell'aspetto estetico dell’opera stessa (Fotakis et al., 2007).
INFLUENZA DELLA LUNGHEZZA D’ONDA la lunghezza d’onda costituisce il parametro più importante nelle applicazioni laser ed è un fattore che va studiato e calibrato ad ogni intervento. Generalmente i criteri che occorre tener presente per la selezione ottimale di una lunghezza d’onda sono garantire un’efficiente incisione e allo stesso tempo mantenere una buona morfologia superficiale. Si noti tuttavia che per coefficienti di assorbimento molto alti, la profondità di incisione può essere molto piccola, è il caso delle sostanze organiche che mostrano un tasso di assorbimento della radiazione molto elevato. Il grado di assorbimento di un substrato ha grande importanza per il successo dei trattamenti laser. Per substrati che mostrano un elevato grado di assorbimento le modificazioni chimiche indotte e la formazione di sottoprodotti è molto ridotta, ciò determina un elevato grado di protezione fotochimica al materiale rimanente. Questa protezione giustifica l'uso dei laser per la lavorazione di substrati anche termicamente sensibili e fotolabili (Fotakis et al., 2007). Alcuni studi hanno dimostrato che, a lunghezze d’onda di 248 nm su trattamenti polimerici superficiali che hanno assorbimento elevato (α ≈ 105 cm-1), le modificazioni chimiche (fusione) dovute alla ablazione sono localizzate entro ~ 1 micron della profondità di incisione. Così se durante il processo di asportazione uno strato sottile di vernice viene lasciato non trattato, l'influenza sul supporto pigmentato sottostante sarà trascurabile (Fotakis et al., 2007).
DIPENDENZA DAL NUMERO DI IMPULSI LASER Quando si utilizzano protocolli di impulsi multipli, è importante garantire che il tasso di ripetizione sia sufficientemente basso da evitare accumulo progressivo di calore residuo che si tradurrà in una zona più ampia di danno termico (Fotakis et al., 2007). Oltre a ciò è importante anche coniugare il numero di impulsi laser con la fluenza più opportuna poichè si possono verificare alcune situazioni. A basse o moderate fluenze il meccanismo del desorbimento termico può dare origine alla formazione di sottoprodotti che possono nuovamente aderire alla matrice rendendo inefficace il processo di incisione. Con impulsi laser successivi questi possono accumularsi nel substrato e reagire nuovamente per formare ulteriori sottoprodotti. Per tanto in questi casi, gli impulsi multipli possono determinare modificazioni chimiche superficiali che portano ad una diminuzione dell’efficienza di incisione rendendo il processo di ablazione insignificante. Al contrario con fluenze al di sopra della soglia di ablazione, l’accumulo di sottoprodotti è ridotto a causa della rimozione efficiente delle finiture superficiali (Fotakis et al., 2007). I protocolli di impulsi
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multipli sono spesso dannosi per l’integrità chimica dei substrati, ogni applicazione richiede quindi un compromesso tra efficienza di asportazione e minimizzazione degli effetti chimici.