Problema. Preparare un litro di soluzione di Bile bovina che abbia proprietà detergenti.

Risoluzione. Non esistono valori CMC e PM della Bile;
sappiamo però che il suo componente principale è il Sodio Deossicolato. 
Possiamo dunque fare questa lecita approssimazione, e considerare che anche la Bile, più in generale, abbia i valori CMC e PM del suo componente principale. Dalle letterature tecnica ricaviamo allora il valore 5mM (per ora sorvoliamo su questa strana unità di misura.) 
Il secondo parametro, il PM, è 414.6, come da cataloghi.
Il nostro punto di partenza è proprio il valore CMC: 5mM. L'unità di misura mM, che si legge milli Molare, è un sottomultiplo secondo mille dell'unità di misura M, o Molare, cioè:

5 (mM) = 5 / 1000 (M) = 0.005 (M)

Molare sta a significare moli/1 litro, quindi l'uguaglianza diventa:

= 0.005 (moli / 1 litro)

 Le Moli sono una grandezza che viene usata in Chimica: per misurare una quantità, un peso delle sostanze. 
Senza precisare ulteriormente, a noi interessa mettere a fuoco questo: visto che le quantità sono misurate praticamente in grammi (g), come possiamo effettuare la conversone tra i grammi e queste "fantomatiche" moli? 
Ci basta usare il fattore di conversione adatto, che è proprio il Peso Molecolare, PM. Precisamente, per passare:

- dai grammi alle moli: bisogna dividere i grammi per il PM
- dalle moli ai grammi: moltiplicare le moli per il PM.

Nella nostra formula sopra troviamo espresse le moli, e quindi ci basta moltiplicare per il PM

0.005 (moli / 1 litro) x 414.6 (PM) = 2.1 (g / 1 litro)

e troviamo finalmente un'espressione più familiare.

In conclusione, ci basta pesare 2.1 grammi di Bile, e scioglierli in un litro di acqua: sappiamo che la soluzione ottenuta è alla sua CMC, cioè si formano Micelle, e si ha azione detergente. 
Se invece utilizziamo una concentrazione minore, diciamo dieci volte, cioè utilizziamo solo 200 mg per un litro di soluzione, sappiamo che la nostra soluzione avrà solo proprietà superficiali. 
La prima soluzione sarà pertanto appropriata per una pulitura, la seconda come agente bagnante (diluente per una tempera, etc.).
Questo procedimento può essere applicato, più in generale, per calcolare la quantità necessaria di un generico Tensioattivo (Ionico e Non Ionico) per ottenere una soluzione detergente.
Cambieranno solo le due grandezze, la CMC e il PM, del Tensioattivo. Immaginiamo, come secondo esempio, di voler preparare un litro di soluzione acquosa di Tween 20 con proprietà detergenti. I dati per il Tween 20 sono: CMC 0.049 mM; PM: 1227.54. Effettuando i calcoli come nell'esempio precedente, troviamo:

0.049 (mM) / 1000 = 0.000049 (M) = 0.000049 (moli / 1 litro)

0.000049 (moli / 1 litro) x 1227.54 (PM) = 0.060 (g / 1 litro)

Si trova così che sono necessari 0.060 g di Tensioattivo, cioè 0.060 x 1000 = 60 mg.
Si noti la grande differenza con l'esempio precedente: circa due grammi di Bile (Tensioattivo Anionico, ad alta CMC) contro soli 60 milligrammi di Tween 20 (Tensioattivo Non Ionico, a bassa CMC). 
Poiché il Tween 20 é un liquido, può essere molto più semplice misurarlo in volume anziché in peso, in particolare perché ne serve una quantità così piccola. 
Per passare da peso a volume occorre la densità: dividendo il peso espresso in grammi per la densità si ottengono i millilitri (ml). 
La densità del Tween 20 (come da catalogo) é di 1.095 g/ml; la nostra uguaglianza diventa dunque:

0.060 (g) / 1.095 (g/ml) = 0.05 (ml)

Come si vede, sono sufficienti 0.05 ml di Tween 20 in un litro di acqua per raggiungere la CMC, e quindi cominciare ad avere effetto detergente. Questo rende conto di quanto abbiamo detto prima, che in generale i Tensioattivi Non Ionici hanno bassa CMC, di solito nell'intervallo 10610`M (= Molare, Moli/litro), cioè 10 ' 10~' mM (milli Molare, milli Moli/litro): anche in piccola quantità essi agiscono già come detergenti. Dal nostro punto di vista questo é da considerarsi un vantaggio: essendo tutti questi prodotti non volatili, il fatto di usarne in piccola quantità rappresenta una garanzia di non lasciare residui. Basta un semplice lavaggio acquoso dopo il trattamento per eliminare queste piccole quantità.

Saliva. La Saliva artificiale é un Tensioattivo di grande importanza nelle puliture: replica l'azione della Saliva naturale, senza condividerne i difetti (quale la possibilità di contaminazione batterica del manufatto).
È una soluzione a bassissima concentrazione di E' solidi, quindi praticamente immune dal rischio di lasciare residuo. E facilmente preparata sciogliendo 0.1 0.2 g di Mucina e 0.1 0.2 g di Ammonio Citrato Tribasico in 100 ml di Acqua deionizzata. La soluzione é più attiva ad una temperatura "fisiologica", intorno ai 37 °C, ma é labile: perde via via la sua attività fino ad essere praticamente inservibile nel giro di 10 15 giorni. Anche la Mucina in forma solida é termolabile, in quanto materiale proteico. Deve essere conservata in contenitore ben chiuso refrigerata (cioè in frigorifero, a temperatura 2-6 °C).

Soluzioni di Cocco Collagene. Il prodotto disponibile nel mercato statunitense sotto il nome Maypon 4C (sostitutivo del precedente Lexein 5620 descritto da Wolbers come Tensioattivo molto efficace per puliture con soluzioni acquose gelificate) é un derivato di Cocco Collagene. In quanto composto di proteine animali, mostra forte affinità per materiali proteici. Una preparazione descritta a questo scopo ha la seguente composizione.
Si prepara una soluzione di 3 ml Trietanolammina in 100 ml acqua deionizzata, e la si porta a pH 7.5 8.5 per aggiunta di piccole quantità di Acido Acetico diluito (controllando il pH con una cartina indicatrice). 
Si aggiungono 4 ml di Cocco Collagene e poi si gelifica con Metilcellulosa (2 3 g) o Klucel G (3.5 4 g). 
Quando il gel é omogeneo si aggiungono 2 4 ml di Alcool Benzilico, mescolando vigorosamente. 
Questa miscela si dimostra straordinariamente efficace nella rimozione di materiale proteico come una Colla animale.
Un trattamento tipico sarebbe questo. 
È molto frequente, nel nostro Paese, riscontrare che la vernice di un dipinto é contaminata da Colla animale. Perché il quadro é stato foderato a Colla di pasta (e, in fase di stiratura, la Colla fluidificata é penetrata attraverso i vari strati), o perché é stato consolidato con "Colletta", o, infine, perché sono rimasti residui di una velinatura a Colla.
La presenza di questo materiale proteico complica la solubilizzazione della vernice che invece, sé non contaminata, sarebbe magari ancora solubile in semplici Solventi Organici Neutri: la Colla infatti non é solubile in questi solventi. 
Eseguendo il Test di Feller su questa vernice si troverebbe un risultato variabile dal discontinuo/disomogeneo al non efficace
Spesso purtroppo, in simili circostanze, ci si ostina a pensare che la pulitura debba avvenire in un unico passaggio: per agire sulla vernice e sulla Colla si fa dunque ricorso a solventi resi basici con alcali (molto frequentemente Alcool e Ammonio Idrossido), oppure a solventi molto più aggressivi e tossici come i Dipolari Aprotici (tipicamente la Dime tilformammide), che possono solubilizzare materiale proteico
Un approccio più soft a questo problema é invece quello di differenziare l'intervento: eliminare in primo luogo il materiale proteico dov'è presente (non é detto, infatti, che sia distribuito uniformemente su tutta la vernice), e poi affrontare la solubilizzazione della vernice.
Per eliminare il materiale proteico si possono utilizzare Enzimi, in particolare delle Proteasi , oppure, più semplicemente, la miscela di Cocco Collagene sopra descritta.
Fatto questo passaggio ci si preoccupa di solubilizzare la vernice vera e propria. 
E non é infrequente riscontrare questo: riprovando il Test di Feller ora si troverà una risposta positiva, e si potranno utilizzare semplicemente miscele di Solventi Neutri di appropriata polarità (lo stesso valore fd determinato con il Test).

Tensioattivi Non Ionici. Sono anch'essi utilizzabili per operazioni di pulitura, con il grande vantaggio che, essendo a bassa CMC, ne basta poco sciolto in acqua per avere già una soluzione detergente. Particolarmente indicate sono ad esempio soluzioni di Tween 20 (2% volume/volume) o Brij 35 (2% peso/volume). I loro valori HLB, rispettivamente 16.7 e 16.9, assicurano ottimo potere detergente/emulsionante e buona idrosolubilità. Per un'azione ancora più efficace e localizzata, le soluzioni, una volta preparate, possono essere addensate con Metilcellulosa o Klucel, producendo dei gel.
Possono essere utilizzati per puliture superficiali (il generico "sporco" a carattere grasso), ma non é esclusa l'azione su materie grasse più tenaci. Questo consiglia prudenza nell'uso su pittura ad Olio recente (dove, peraltro, i Tensioattivi rappresentano comunque un'alternativa più sicura all'uso dei solventi organici, in quanto sono in ambiente acquoso). Dopo l'applicazione é consigliabile un leggero lavaggio acquoso.

3. Uso dei Tensioattivi per le Proprietà Emulsionanti. 
Il terzo modo di utilizzo dei Tensioattivi é questo: miscelare tra loro liquidi altrimenti immiscibili, come acqua e solventi apolari. Anche in questo caso l'azione é una conseguenza della formazione di Micelle: si deve dunque essere sicuri di usarne una quantità almeno uguale alla CMC. Per questo é conveniente utilizzare Tensioattivi Non Ionici, perché se ne può usare in quantità minore.
Abbiamo visto che con opportuni Tensioattivi si possono preparare emulsioni magre (o olio in acqua) o grasse (o acqua in olio). Per entrambe poi si può variare il volume di fase interna (quella dispersa) a seconda delle proprietà che si vogliono dall'emulsione: a "bassa fase interna", cioè a bassa concentrazione di fase dispersa, l'emulsione sarà fluida, sostanzialmente con le caratteristiche della fase disperdente (un'emulsione di poco "Olio" in acqua avrà sostanzialmente le caratteristiche di una fase acquosa), mentre a maggiore concentrazione si potranno ottenere emulsioni sempre più viscose, fino ad arrivare a paste dense, che non scorrono più.
Per emulsioni grasse, in generale, si devono utilizzare Tensioattivi con HLB 3 6, e per quelle magre con HLB 8 15.
Se nella preparazione si utilizza forte agitazione meccanica é più semplice ottenere particelle di piccole dimensioni, che contribuiscono alla viscosità e alla maggiore stabilità dell'emulsione.

3.1. Emulsioni Magre. 
Quelle a "bassa fase interna" possono essere usate nella pulitura con questo scopo. Poco solvente organico (immiscibile con acqua, come ad esempio Esteri o Idrocarburi) emulsionato in acqua fornisce un'emulsione che ha sostanzialmente le proprietà applicative dell'acqua pura (Viscosità, ecc.) ma potere solvente modificato.
In altre parole, aggiungiamo alla soluzione acquosa un po' di potere solvente di tipo lipofilo, che può aiutare nella solubilizzazione di un certo tipo di materiale lipofilo. Quindi senza cambiare sostanzialmente il mezzo, che resta un mezzo acquoso e si comporta a tutti gli effetti principalmente come un mezzo acquoso (e, non trascurabile, con la atossicità di un mezzo acquoso!), lo modifichiamo leggermente dandogli la capacità di agire su materiali altrimenti insolubili
in mezzo acquoso.
La consistenza cremosa, in particolare, determina caratteristiche applicative completamente diverse da quelle del solo mezzo acquoso.

Emulsione Cerosa Stearica. Un'emulsione con importanti scopi applicativi, composta di Cera emulsionata in acqua con un Tensioattivo anionico, lo Stearato d'Ammonio (preparato a partire da Acido Stearico e Ammoniaca), è la nota Emulsione Cerosa o Stearica (la "Pappina Fiorentina"), messa a punto già diversi anni or sono nei laboratori dell'Opificio delle Pietre Dure di Firenze [35]. A rigore si tratta di una "Dispersione", in quanto la fase interna, la Cera d'api, non è liquida ma solida.
La sua preparazione è la seguente. Fondere 500 g di Cera d'api sbiancata e aggiungerla a 750 ml d'acqua, mantenuta su un bagnomaria bollente. A parte unire 12 ml di Ammoniaca al 30% a 1.2 g di Acido Stearico, e aggiungere il miscuglio alla miscela di acqua e Cera tolta dal bagnomaria. Miscelare il tutto con un frullatore elettrico, continuando a miscelare fino a quando la massa è fredda. Conservare in barattolo ben chiuso.
Non è utilizzata coma agente di pulitura essa stessa, ma quale supportante di soluzioni acquose e/o solventi organici per localizzare e circoscrivere l'azione, e per limitare la diffusione sotto superficiale. Se preparata correttamente ha pH neutro. Può essere resa basica per aggiunta di ulteriore Ammonio Idrossido o di altre sostanze alcaline, ma non può essere resa acida (in quanto il Tensioattivo che agisce da emulsionante, lo Ammonio Stearato, è Anionico).

Microemulsioni. Un esempio applicativo di particolare importanza è una microemulsione che è stata utilizzata per la rimozione di cera da dipinti murali (gli affreschi di Masaccio nella Cappella Brancacci a Firenze) [36]. La microemulsione era costituita di Dodecano (Idrocarburo saturo C 12) disperso in una fase acquosa contenente anche Pentanolo, con un Tensioattivo anionico (il sapone Ammonio Dodecilsolfato) come emulsionante.

3.2. Emulsioni Grasse. 
Sono particolarmente importanti per il fatto che contengono solo una piccola quantità di acqua dispersa in un solvente lipofilo. Applicativamente, risultano molto efficaci per un certo tipo di trattamento: tutte le volte che occorre solubilizzare un materiale idrosolubile depositato su una superficie che però è sensibile all'acqua (come esempio tipico una doratura a foglia)
Quest'operazione "teoricamente impossibile" può spesso essere risolta con alcuni "stratagemmi": il ricorso a soluzioni ad altissima
viscosità, che controllino la diffusione del mezzo acquoso sotto la superficie [9], oppure a emulsioni grasse. In questo secondo modo, infatti, la piccola quantità di acqua presente nell'emulsione è sufficiente a solubilizzare il materiale idrofilo, ma il supporto sensibile all'acqua "vede" principalmente la fase disperdente, cioè un liquido apolare che non lo disturba.
Se non si dispone di apparecchiatura adeguata, come certi tipi di emulsionatori, la preparazione utilizzando solo Tensioattivi liposolubili, a basso HLB, può risultare molto difficoltosa. É sempre più semplice utilizzare miscele in parti uguali di due Tensioattivi: uno liposolubile (ad es. Span 85, HLB 1.8) ed uno idrosolubile (ad es. Tween 20, HLB 16:7): la miscela dei due avrebbe HLB = (16.7 + 1.8) /2 = 18.5/2 = 9.25. Il valore è giusto per un'emulsione grassa, e il fatto di averlo ottenuto con due Tensioattivi comporta questo vantaggio: il primo (lipofilo) serve ad emulsionare il secondo (idrofilo), e a quest'ultimo spetta il compito di emulsionare la piccola quantità di acqua nella fase disperdente.
Anche in questo caso possiamo realizzare emulsioni a "bassa fase interna",fluide, oppure ad "alta fase interna",cremose e dense.
Nel primo caso, piccole quantità di acqua o di soluzioni acquose (ad es. Ammonio Idrossido diluito, Acido Acetico diluito, ecc.) possono essere solubilizzate in solventi organici in cui sarebbero altrimenti immiscibili (ad es. n Butilacetato, Etilacetato, Idrocarburi) per agire con ambiente acido o alcalino e limitare l'apporto di acqua. Questo modo può essere utilizzato anche per preparare miscele di Alcool Etilico con solventi idrocarburici (quali Essenza di Trementina, White Spirits, e simili) che possono non essere stabili perché l'eventuale acqua presente nell'Alcool (soprattutto quello con titolo basso, intono al 90%0) fa separare i due liquidi.
Nel secondo caso, invece, un'emulsione particolarmente utile a scopo di pulitura è quella nota semplicemente come "Emulsione Grassa" , che è stata adattata da una ricetta originariamente pubblicata da Wolbers, e che descriviamo di seguito.

Saggio di pulitura del grande globo costrito nel 1745 da padre Pietro Maria da Vinchio per ornare le sale della biblioteca Arcivescovile di Casale Monferrato.

La "Emulsione Grassa". E un'emulsione di poca acqua in Essenza di Petrolio, preparata con Tensioattivi Non Ionici. Se non si aggiungono altri componenti risulta neutra, ma il suo pH può anche essere modificato verso l'ambiente acido, con aggiunta di piccole quantità di Acido Acetico, o verso quello alcalino, con piccole aggiunte della base Trietanolammina.
A caldo (su bagnomaria bollente) sciogliere 2 g Brij 35 in 10 ml di acqua distillata. Far raffreddare e aggiungere 2 ml Tween 20. In piccole porzioni (poche gocce all'inizio, poi 5 ml alla volta) aggiungere 90 ml di Idrocarburi leggeri (Essenza di Petrolio, White Spirits o Benzina), agitando vigorosamente, dopo ogni aggiunta, fino ad emulsionamento. Questa é l'emulsione neutra.
La preparazione di quella basica é identica, eccetto che dopo il Tween 20 si aggiungono anche 0.5 1.5 ml di Trietanolammina (TEA). La quantità é da decidere a seconda del caso specifico. Si può ad esempio controllare il pH con una cartina indicatrice, e fermare l'aggiunta quando il pH é compreso tra 8 e 9, che rappresenta comunque un intervallo "sicuro" di alcalinità.
Analogamente, per la preparazione di quella acida, al posto della TEA si aggiungono 0.5 2 ml di Acido Acetico diluito (all'80%). Anche in questo caso é opportuno controllare il pH con una cartina indicatrice, e dosare l'aggiunta di acido in modo che il pH sia compreso tra 5.5 e 5.
L'emulsionamento dell'Essenza di Petrolio può essere fatto manualmente, chiudendo ermeticamente il barattolo dopo ogni aggiunta e agitando vigorosamente, ma può risultare un po' tedioso. Si possono utilizzare miscelatori elettrici: visto l'uso in combinazione con solventi altamente infiammabili, é però indispensabile utilizzare apparecchi alimentati a batteria (per il minor rischio che si Figura 9 sviluppino scintille). 
Nella figura 9 sono mostrati due tipi adatti: uno, il piú piccolo, facilmente acquistabile in negozi di hobbystica e utilizzato per mescolare piccoli contenitori di vernici, l'altro venduto come miscelatore per il cappuccino fatto in casa...
L'emulsione, dalla consistenza di una maionese, si applica a tampone di cotone o a pennello morbido su Figura 10 una piccola zona della superficie da trattare, lavorandola fino al livello desiderato. La rimozione viene poi effettuata con dei semplici lavaggi di
Essenza di Petrolio. La Figura 10 mostra un tipico utilizzo dell'Emulsione nella pulitura di una doratura a foglia.
In pratica, si possono preparare cinque emulsioni: una senza Trietanolammina, tre con Trietanolammina in quantità, rispettivamente di 0.5, 1, e 1.5, e una con Acido Acetico. La prima dunque é praticamente neutra, le altre tre sono progressivamente più alcaline, l'ultima acida. Anche la più alcalina delle tre, comunque, lo é in misura molto contenuta, arrivando al massimo a pH 8 9. Nel trattamento, si partirà sempre dalla miscela neutra, passando poi alle successive solo se ce n'è effettivamente bisogno. Molte volte, infatti, utilizzando queste miscele su dorature a foglia, si e potuto verificare che il supporto (il bolo) può già essere sensibile alla basicità della terza miscela ma tollerare la seconda, e così via.
Avere a disposizione queste emulsioni a diverso pH può rendere più selettivo l'intervento: quelle basiche sono più efficaci su materiali oleosi, grassi, mentre quella acida su materiale proteico (la Colla animale che frequentemente ritroviamo come patinatura sopra una foglia metallica). Un altro esempio di migliore efficacia dell'emulsione acida é nel caso della rimozione di Gesso. In particolare si sono ottenuti buoni risultati lavorando su dorature a foglia che erano state "ri ammannite": effettuando in questo modo la rimozione dello strato di Gesso sovrapposto non si sono provocate alterazioni alla foglia originaria sottostante.
La possibilità di lavare via queste miscele solo con Essenza di Petrolio é importante ai fini applicativi: non c'è infatti altro apporto di acqua che potrebbe interagire sfavorevolmente col supporto.
La preparazione di quest'Emulsione merita alcune considerazioni importanti. Si tratta di emulsionare un liquido apolare, cioè "Olio", in acqua eppure vediamo che i due Tensioattivi scelti sono decisamente di tipo idrosolubile, come indicato dai loro valori HLB: Brij 35, 16.9 e Tween 20, HLB 16.7. Questo sembra contraddire quanto detto finora nella scelta dei Tensioattivi in base alla loro solubilità. Invece non é così, e approfittiamo di quest'esempio per spiegare un concetto importante, la cosiddetta "inversione" di proprietà di un'emulsione.
Quando iniziamo la preparazione, stiamo in realtà preparando un'emulsione magra: abbiamo solo i 10 ml di acqua in cui sono disciolti i due tensioattivi idrosolubili (ad alto HLB) e aggiungiamo poco alla volta il nostro "Olio", cioè l'Essenza di Petrolio. Stiamo, a tutti gli effetti, preparando una... maionese; e, come noto, l'aggiunta di olio deve essere lenta, altrimenti la maionese "impazzisce", cioè le due fasi, l'acqua contenuta nel tuorlo e l'olio, si smiscelano. All'inizio quindi l'acqua é la fase disperdente e l'Essenza quella dispersa. Quando arriviamo a 10 ml di Essenza aggiunti, le due fasi sono presenti in quantità uguale. Da qui in avanti si ha l'inversione: l'acqua diventa la fase dispersa e l'Essenza quella disperdente.
Le emulsioni effettivamente offrono questa possibilità: che il volume di fase interna ecceda quello di fase esterna (e che quindi, di fatto, le due fasi si invertano). Alla fine siamo arrivati ad un volume di 10 ml Acqua e 90 ml Essenza di Petrolio: la fase interna rappresenta così il 90% del volume totale (ma si può arrivare a preparare emulsioni in cui la fase interna arriva fino al 99%). Se non si dispone di miscelatori adatti, questo modo di preparare un'emulsione grasssa é molto più semplice che non utilizzare Tensioattivi liposolubili.

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 Ultimo Aggiornamento: 02/12/05.