Umidità e materiali igroscopici U CA
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- Gastone Bertolini
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1 II. Umidità e materiali igroscopici U CA
2 Contenuto d acqua U CA U CA m m H 2 O SEC 100 m H2 O m SEC massa d acqua presente nel materiale massa anidra del materiale note: 1. Dal contenuto d acqua U CA di un materiale igroscopico dipendono fortemente le sue proprietà fisiche, geometriche e meccaniche 2. Il contenuto d acqua è fortemente influenzato da UR (e non da U! ) Il valore di UR e le sue variazioni ( UR) influenzano fortemente sia la qualità delle condizioni di conservazione che molti processi di degrado dei materiali igroscopici
3 Composti polari (o idrofili) Acqua: composto polare Distribuzione non omogenea della carica Legame idrogeno: tra molecole d acqua o tra molecole d acqua e altre molecole polari E un legame ponte tra due gruppi polari, ad esempio quelli ossidrili OH Es: componenti del collagene, cellulosa Si aggregano con legame idrogeno tra loro e con altre molecole polari
4 Le fasi dell assorbimento di H 2 O 1. Adsorbimento: legame chimico col materiale U CA 5% 2. Imbibizione: aggregati di H 2 O tra le fibre U CA 30% 3. Assorbimento capillare: Riempimento capillare delle porosità per contatto con acqua liquida U CA 200% o anche più note: 1. Il processo (3) è quello da prevenire per libri o quadri in contatto con una parete fredda (T<T R condensazione H 2 O liquida) 2. I processi (1) e (2) diventano meno efficienti all aumentare di T
5 Adsorbimento Inizialmente (da stato anidro) preponderante formazione di legami Q H 2 O H 2 O fibre fibre Molecole polari delle fibre (es.:cellulosa) note: 1. E un processo esotermico 2. Diminuisce rapidamente con l idratazione (satura rapidamente) 3. Diminuisce sensibilmente all aumentare di T
6 Imbibizione Questa fase è governata dalla formazione (rottura) di legami H 2 O H 2 O fibre H 2 O In questa fase il verso prevalente di migrazione è regolato dal confronto P tra le fibre P nell ambiente E il processo che porta all equilibrio igrometrico (equilibrio dinamico) quando P tra le fibre = P nell ambiente note: 1. Non è un processo esotermico 2. Anche l imbibizione diminuisce con l idratazione e l aumento di T 3. Adsorbimento e imbibizione cessano con l assorbimento capillare
7 Saturazione Questa fase è presente acqua legata e libera note: 1. Non è un processo esotermico 2. Anche l imbibizione diminuisce con l idratazione e l aumento di T 3. Adsorbimento e imbibizione cessano con l assorbimento capillare
8 Contenuto d acqua e umidità relativa Legame tra UR e U CA Si osserva che variazioni di U CA sono direttamente correlabili a quelle di UR (e non di U) Verso di migrazione dell H 2 O Per un dato valore di T, invece che confrontare P tra le fibre e P nell ambiente, si possono confrontare UR e U CA per definire il verso di migrazione dell H 2 O Valore di equilibrio Data una certa UR, il valore di U CA tende ad un valore per il quale si ha l equilibrio igrometrico (eq. dinamico)
9 U CA (%) d equilibrio Diagramma d equilibrio igrometrico (EMC) Ad una data T, per ogni valore di UR, U CA tende a un valore d equilibrio (EMC) ricavabile dal T=16 C UR (%) Ogni materiale igroscopico ha il suo diagramma EMC Per ogni temperatura c è un diagramma EMC specifico
10 U CA (%) d equilibrio T=16 C Carta Legno UR (%) Pergamena (pelle)
11 Note sul diagramma EMC Il nome completo è diagramma isotermo d isteresi igrometrica. Infatti vale per una data temperatura e riporta le due curve che caratterizzano un ciclo completo di assorbimento-desorbimeto Se non si conosce la storia igrometrica di un materiale, l isteresi introduce un indeterminazione. Per un dato valore di UR, dal diagramma si potrà ricavare un intervallo di valori ( U CA UCA )% Per un dato materiale, le curve EMC valide alle diverse temperature mostrano come i meccanismi di ritenzione siano meno efficienti a T maggiore curve di assorbimento
12 Effetti legati al valore di U CA e alle sua variazioni Disomogeneità di U CA : da disomogeneità spaziali (gradienti) di T e UR nell ambiente di conservazione, da condizioni di non-equilibrio igrometrico (variazioni occasionali o cicliche di T e UR) Deformazioni (variazioni dimensionali) Valori non idonei di U CA : da valori non idonei di UR Degrado chimico Biodeterioramento Alterazione delle proprietà fisico-meccaniche
13 Proprietà meccaniche e valori di UR variazione percentuale [%] Allungamento alla trazione allungamento percentuale per una data forza di trazione (%) Resistenza alla lacerazione forza necessaria per far avanzare una lacerazione trasversale (N) Resistenza allo scoppio pressione di scoppio di un foglio (Pa) Resistenza alla trazione rapporto tra carico di rottura e larghezza del provino (N/m) UR [%] correlato: Allungamento alla rottura allungamento percentuale ( L/L)x100 al carico di rottura (%)
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