Terpene-based cleaning systems in art conservation

This research investigates the development of sustainable, bio-inspired cleaning systems for cultural heritage, specifically targeting the removal of acryl and alkyd overpaints from various substrate. Grounded in the principles of "Green Conservation," the study evaluates essential oils and their primary terpene constituents, notably linalool (from Lavandula hybrida) and 1,8-cineole (from Laurus nobilis), as bio-available alternatives to hazardous petrochemical solvents. The methodology integrates the chemical characterisation of essential oils via GC-MS with Hansen Solubility Parameters (HSP) to theoretically predict solvent-polymer interactions. Crucially, the research expands beyond thermodynamic affinity by investigating the empirical diffusion kinetics and swelling dynamics of whole phytocomplexes compared to their isolated primary components. To achieve operational control, the study presents two primary soft-matter delivery systems tailored for distinct cleaning challenges. A linalool-based oil-in-water (O/W) microemulsion was developed for the removal of alkyd-based spray paints from porous matrices, such as cement and mortar. Experimental results, supported by Small-Angle X-ray Scattering (SAXS), confirm that this system operates via a dewetting mechanism, enabling the detachment of the synthetic film without compromising the original substrate. Moreover, to address the high sensitivity of classical gilded decorations, terpene-based solvents were confined within chemical organogels. This structural confinement provided the necessary control to selectively remove non-original overpaints whilst preserving the fragile underlying gold leaf and preparation layers. Finally, the environmental viability of these systems was assessed through a screening Life Cycle Assessment (LCA) and green chemistry metrics, highlighting specific parameters to reduce the ecological footprint of custom-distilled natural Eos. By bridging the gap between advanced physical chemistry and environmental responsibility, this research provides a scientifically validated toolkit for the conservation of both modern urban art and classical decorated surfaces.

Questa ricerca indaga lo sviluppo di sistemi di pulitura bio-ispirati e sostenibili per i beni culturali, mirati alla rimozione di ridipinture acriliche e alchidiche da substrati eterogenei. Basandosi sui principi della "Green Conservation", lo studio valuta gli oli essenziali e i loro principali costituenti terpenici, in particolare il linalolo (da Lavandula hybrida) e l'1,8-cineolo (da Laurus nobilis) come alternative biodisponibili ai tradizionali solventi petrolchimici. La metodologia integra la caratterizzazione chimica tramite GC-MS con lo studio dei Parametri di Solubilità di Hansen (HSP) per prevedere teoricamente le interazioni solvente-polimero. Fondamentalmente, la ricerca supera la sola valutazione dell'affinità termodinamica, indagando le cinetiche empiriche di diffusione e le dinamiche sinergiche di rigonfiamento (swelling) dei fitocomplessi interi rispetto ai loro singoli costituenti primari. Per garantire il controllo operativo, lo studio presenta due sistemi di veicolazione nanostrutturati, progettati per specifiche sfide conservative. Una microemulsione olio-in-acqua (O/W) a base di linalolo è stata sviluppata per la rimozione di vernici spray alchidiche da matrici porose, quali cemento e malta. I dati sperimentali, supportati dalla diffusione di raggi X a piccoli angoli (SAXS), confermano che tale sistema opera attraverso un meccanismo di dewetting, permettendo il distacco del film sintetico nel rispetto del substrato originale. Parallelamente, per far fronte all'estrema sensibilità delle decorazioni dorate classiche, i solventi a base terpenica sono stati confinati all'interno di organogel ad alta ritenzione. Questo confinamento strutturale ha garantito il controllo cinetico necessario per rimuovere selettivamente le ridipinture, preservando la fragilità della foglia d'oro e degli strati preparatori sottostanti. Infine, la sostenibilità di queste soluzioni è stata validata attraverso uno screening di Life Cycle Assessment (LCA) e metriche di chimica verde, identificando i parametri critici per ridurre l'impronta ecologica degli oli essenziali estratti in impianti dedicati. Colmando il divario tra chimica-fisica avanzata e responsabilità ambientale, questa tesi fornisce strumenti scientificamente validati per la conservazione sia dell'arte urbana contemporanea che delle superfici storiche decorate.