AVALIAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DA INTERAÇÃO ENTRE MINERAIS E PRODUTOS UTILIZADOS NO RESTAURO DE BENS PÉTREOS

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Iniciação Científica

Autores

Barbutti, D.S. (CETEM-RJ) ; Ribeiro, R.C.C. (CETEM-RJ)

Resumo

Neste estudo, as interações entre três protetivos comerciais e os principais minerais que compõem rochas ornamentais foram investigadas por meio de análises de ângulo de contato estático, tensão superficial e espectrofotometria, além da caracterização dos protetivos por infravermelho. Os resultados demonstraram que matrizes rochosas ricas em micas e calcita tendem a interagir melhor com protetivos. O protetivo mais indicado apresentou os menores ângulos de contato com os minerais calcita e mica na face hidrofóbica (110), sugerindo que emulsões aquosas com menores ângulos e maior molhabilidade interagem melhor com a superfície antes de formar a película hidrofóbica. A caracterização por infravermelho corroborou estes resultados.

Palavras chaves

Rochas Ornamentais; Hidrofobicidade; Ângulo de Contato

Introdução

Os intemperismos físico, químico, mecânico e biológico são prejudiciais aos monumentos pétreos encontrados em lugares abertos, alterando suas propriedades estruturais (ÖZTÜRK, 1992). O conhecimento aprofundado dos mecanismos que regem estas alterações é de fundamental importância para que sejam desenvolvidos métodos otimizados de proteção e consolidação das rochas ornamentais que os compõem. A proteção de monumentos rochosos é geralmente realizada a partir da aplicação de protetivos poliméricos em suas superfícies, adicionando-se assim uma camada hidrofóbica que tende a reduzir a tensão superficial do substrato rochoso (FERRI et al., 2011). Consolidantes também podem ser utilizados, buscando minimizar a desagregação das mesmas. A seleção, tanto do protetivo quanto do consolidante adequado, é decisiva para garantir a integridade da composição do monumento e preservar sua coloração original e demais características, que algumas vezes podem ser alteradas de forma irreversível.

Material e métodos

Foram utilizadas amostras de quartzo, feldspato, mica, calcita e talco e previamente caracterizados por meio de fluorescência e difração de raios-X (FRX e DRX), além de três agentes de proteção que serão chamados protetivos A, B e C, todos solúveis em água e avaliados por meio de infravermelho em um espectrofotômetro Nicolet 6700 – FTIR, utilizando-se 1 mg de amostra e 99 mg de KBr de grau espectroscópico. Avaliou-se a região de 4 000 cm-1 a 400 cm- 1. Os minerais foram avaliados quanto à sua interação com os protetivos por meio de um equipamento de espectrofotometria da marca LaMotte. Foram preparadas soluções diluídas em água Milli-Q, nas concentrações 0,5%, 1,0%, 2,0% e 5,0%, onde 0,5 g de cada mineral foi misturada a 10 mL de cada solução. Estas foram agitadas por 6 horas e centrifugadas para avaliação do sobrenadante. O protetivo A foi analisado no comprimento de onda 775 nm, enquanto os protetivos B e C foram analisados, respectivamente, nos comprimentos 950 nm e 480 nm. O ângulo de contato foi analisado por meio de um goniômetro Dataphysics, modelo OCA15EC, utilizando o método da gota séssil (Sessile Drop). Foram utilizados os três protetivos e preparadas soluções de água Milli-Q variando o pH entre 3 e 11. Três gotas de 1 µL de cada solução foram depositadas sobre superfícies polidas de amostras dos minerais moldadas em resina epoxídica e seus ângulos de contato foram coletados. A tensão superficial foi analisada por meio de um goniômetro Dataphysics, modelo OCA15EC, empregando-se o método da gota pendente (Pendant Drop) em ar. Foram analisadas as tensões superficiais das amostras de diferentes pH e protetivos, utilizadas para o ângulo de contato.

Resultado e discussão

O aumento da concentração promoveu uma maior adsorção na superfície de todos os minerais. É possível observar que o protetivo B apresenta maior poder de adsorção, pois em 2% de diluição consegue atingir cerca de 90% de adsorção na superfície dos minerais, seguido do protetivo A com 70% e protetivo C com 60%, destacando mica e calcita com boas adsorções no geral. O melhor desempenho da mica pode ser explicado por ser um filossilicato, de estrutura lamelar, que facilita a interação com os protetivos por de sua estrutura, que deixa os hidrogênios dispostos nas extremidades, enquanto os oxigênios ficam no interior das lamelas, interagindo entre si por interações eletrostáticas, enquanto alumínio, ferro e silício podem interagir com mais facilidade. A calcita apresenta uma boa interação com os protetivos pois os pares de elétrons livres dos oxigênios dos carbonatos favorecem a interação. A variação de pH não promoveu alterações efetivas nos ângulos de contato da água. Nela, calcita e mica (110) apresentaram os maiores ângulos de contato com cerca de 94º e 90º. Após a adição de uma gota dos protetivos, foram observados os menores ângulos de contato para o protetivo B, com 54º e 45º para os mesmos minerais, seguido do A e por fim do C (Figura 1). A tensão superficial dos protetivos corrobora os ângulos de contato, com 74 mN.m-1 para água Milli-Q, 41,2 mN.m-1, 34,4 mN.m-1 e 42,9 mN.m-1 para os protetivos A, B e C. Quanto menor a tensão superficial maior a interação, enquanto emulsão aquosa, antes da evaporação da água e formação do filme polimérico hidrofóbico. O infravermelho, por sua vez, permitiu idealizar moléculas para os três protetivos (Figura 2). Os protetivos A são poliésteres e o C um alcoxisilano, confirmando mais uma vez os resultados observados anteriormente.

Ângulos de contato dos minerais com água e protetivos A, B e C, respectivamente.


Representação hipotética dos protetivos A (1), B (2) e C (3) e suas respectivas interações com uma superfície rochosa.

Conclusões

É possível concluir que rochas ricas em micas e calcita tendem a apresentar melhores resultados para protetivos comerciais. Os três protetivos tendem a aumentar a hidrofobicidade da superfície. No trabalho em questão, o protetivo B é o mais indicado, com a menor tensão superficial e menores ângulos de contato enquanto emulsão aquosa, auxiliando no seu espalhamento e interação com a mesma. Assim, mediante análise prévia, é possível selecionar o protetivo adequado para aplicação e preservação do monumento pétreo, evitando o uso de produtos que possam afetar suas propriedades negativamente.

Agradecimentos

Ao CETEM pela infraestrutura, a todos os colaboradores da CATE, ao Grupo de Fenômenos Interfaciais (GRIFIT) do PEQ/COPPE e ao CNPq pelo apoio financeiro.

Referências

FERRI, L. et al. Study of silica nanoparticles – polysiloxane hydrophobic treatments for stone-based monument protection. Journal of Cultural Heritage, v. 12, p.356-363, 2011. ÖZTÜRK, I. Alkoxysilanes consolidation of stone and earthen building materials. 1992. 214 p. Tese (Mestrado) – Programa de Graduação em Preservação Histórica, Universidade da Pensilvânia, Pensilvânia (Estados Unidos).