L’ossido di zinco e la saponificazione nei dipinti ad olio

La Rivoluzione industriale (ca. 1760 – 1840) ebbe un grande impatto non solo per lo sviluppo di nuove tecnologie, ma anche per l’utilizzo di pigmenti sintetici nel mondo dell’arte. Tra questi vi era anche l’ossido di zinco (ZnO), utilizzato come bianco. Tuttavia, oggi non vi parleremo del pigmento in sé, ma del degrado causato dalla sua interazione con gli oli siccativi delle opere policrome. 

Figura 1. Presenza di saponi metallici sulla superficie pittorica, “Lezione di Anatomia del Dr. Nicolaes Tulp” di Rembrandt. Credits: https://cen.acs.org/articles/94/i21/Art-conservationists-struggle-microscopic-eruptions.html

Come abbiamo detto, l’ossido di zinco è un pigmento bianco, le cui proprietà – è un semiconduttore – sono oggi apprezzate in svariati campi tecnologici (dalla biomedicina agli studi di optoelettronica). È ricavato dallo zinco metallico per via termica e richiede, dunque, una catena di produzione che ha reso possibile la sua diffusione sul mercato solo nel corso del diciannovesimo e del ventesimo secolo. 

Oggi l’ossido di zinco è riconosciuto dagli scienziati e dai conservatori come un pigmento estremamente pericoloso per la stabilità della pellicola pittorica dei dipinti ad olio, in quanto esso può innescare un processo di saponificazione del metallo che mette a rischio l’integrità strutturale del film pittorico. L’aumento della trasparenza della pellicola e la formazione di crateri al di sotto del film sono tra le principali alterazioni causate da questo fenomeno. La saponificazione può essere favorita e accelerata da fattori esterni, come condizioni ambientali particolarmente sfavorevoli o errati trattamenti di restauro. 

Andiamo a vedere un po’ più nel dettaglio come può avvenire la saponificazione del metallo e la conseguente formazione di crateri al di sotto della pellicola pittorica. 

Step 1: Dispersione e dissoluzione del pigmento 

Gli studiosi hanno individuato come fattore essenziale nel processo di saponificazione metallica l’uso di oli siccativi. Questi ultimi sono ricchi di trigliceridi (molecole costituite da un glicerolo e tre acidi grassi) che inducono l’indurimento del film pittorico a causa della formazione di una struttura rigida. Poiché gli acidi grassi sono attratti dalle facce polari di ZnO, questi formano una “corona” attorno alla particella di pigmento, che inizialmente stabilizza la stesura pittorica. Tuttavia, in tempi molto brevi, i legami tra acidi grassi e ZnO si rompono, causando a loro volta la disgregazione della particella di pigmento. Questo comporta la dissoluzione degli ioni metallici (zinco) all’interno dell’olio. Gli scienziati hanno dimostrato che il fenomeno di migrazione raggiunge il massimo dopo 10-15 giorni. 

Step 2: Formazione di ionomeri 

Una volta liberati gli ioni nella matrice organica (olio), questi si legano al network del polimero, il quale è tenuto insieme da legami sia ionici che covalenti: per questo il polimero è definito dagli studiosi come “ionomero”. La viscosità di questi ultimi dipende da fattori ambientali, come la temperatura e l’umidità, ma anche dalla concentrazione di ioni metallici, i quali hanno un ruolo primario nella coesione del film pittorico. Una volta stabilizzato all’interno dello ionomero, lo zinco forma sali carbossilici, alla base del processo di saponificazione della pittura ad olio.

Step 3: Saponificazione metallica

Fin dalla loro formazione, la crescita dei sali metallici avviene in modo silenzioso negli strati interni della stesura pittorica e l’umidità diventa un fattore chiave per la salvaguardia del dipinto, in quanto favorisce la maggiore mobilità del network ionico. Una volta raggiunta la dimensione di centinaia di micrometri, i sali metallici diventano cristallini e vengono definiti “metal soaps”; essi migrano verso la superficie dove causano la formazione di protrusioni superficiali e croste, le quali danneggiano esteticamente, ma anche strutturalmente, la superficie pittorica. Gli scienziati non hanno ancora chiarito, tuttavia, quale sia il meccanismo che favorisce tale migrazione e se l’intero processo, una volta attivato, sia effettivamente irreversibile.

Figura 2. Meccanismo di formazione dei saponi metallici in presenza di pigmenti rossi e bianchi di piombo. L’ultima fase del degrado (5) riguarda la rottura del film pittorico. Credits: Petria Noble, Metal Soaps in Art pp 1-22, A Brief History of Metal Soaps in Paintings from a Conservation Perspective, Springer, https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-90617-1_1 

La salvaguardia dell’opera policroma richiede, quindi, l’individuazione dei saponi metallici nelle prime fasi della loro formazione, e per far questo gli studiosi stanno cercando di introdurre soluzioni per vedere al di sotto la superficie, dove l’occhio umano non arriva! The research must go on! 

Francesca 

Per approfondire: 

1.  A. Artesani, Zinc oxide instability in drying oil paint, Materials Chemistry and Physics 255 (2020) 123640 
2. Petria Noble, Metal Soaps in Art pp 1-22, A Brief History of Metal Soaps in Paintings from a Conservation Perspective, Springer, https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-90617-1_1 L. 
3. Baij, J. Hermans, B. Ormsby, P. Noble, P. Iedema, K. Keune, A review of solvent action on oil paint, Heritage Science (2020).