Sintesi e studio della reattività di pigmenti a base cadmio di interesse storico-artistico

Abstract

Il presente lavoro di tesi è incentrato sullo studio dei solfoseleniuri di cadmio, pigmenti di interesse storico-artistico caratterizzati da una composizione variabile in selenio/zolfo, che ne influenza le proprietà optoelettroniche. L'obiettivo è approfondire i processi di sintesi e successivamente di degradazione di tali pigmenti costituenti film pittorici, sottoposti a invecchiamento artificiale per otto settimane.

I solfoseleniuri di cadmio oggetto di studio sono stati sintetizzati applicando un metodo allo stato solido, ottenendo prodotti con proprietà ottiche idonee per l'impiego in pittura. La caratterizzazione effettuata mediante tecniche quali XRD, XRF e SEM ha consentito di determinare struttura e composizione dei materiali sintetizzati, che presentano un reticolo a geometria esagonale di tipo Wurtzite; effettuando analisi DRS è stato possibile, inoltre, indagare le particolari proprietà optoelettroniche dei solfoseleniuri di cadmio, pigmenti semiconduttori a band gap diretto.

Successivamente, sono stati preparati diversi film pittorici disperdendo i pigmenti sintetizzati in un legante oleoso, l’olio di lino, sottoponendoli quindi a invecchiamento a diverse condizioni di irraggiamento e umidità. I risultati, prevalentemente ottenuti mediante analisi FTIR, mostrano un maggiore degrado per i campioni esposti alla luce UV, con formazione di prodotti di degrado del legante e, nel caso del solfuro di cadmio impiegato come riferimento, anche del pigmento. La presenza di selenio sembra mitigare i processi di foto-ossidazione tipici dei pigmenti semiconduttori.

In conclusione, lo studio evidenzia l'importanza della composizione chimica e delle condizioni ambientali sulla stabilità dei solfoseleniuri di cadmio impiegati in film pittorici. I risultati ottenuti sono rilevanti per la conservazione delle opere d'arte e aprono nuove prospettive per lo sviluppo di metodi chemiometrici mirati a individuare precocemente alterazioni dei dipinti.

This thesis focuses on the study of cadmium sulfoselenides, pigments of historical and artistic interest characterized by a variable selenium/sulfur composition, which influences their optoelectronic properties. The aim is to deepen the understanding of the synthesis processes and subsequent degradation of these pigments in paint films, subjected to accelerated aging for eight weeks.

Cadmium sulfoselenides were synthesized using a solid-state method, obtaining products with optical properties suitable for use in painting. Characterization by techniques such as XRD, XRF, and SEM allowed the determination of the structure and composition of the synthesized materials, which present a hexagonal Wurtzite-type lattice. Furthermore, DRS analysis made it possible to investigate the particular optoelectronic properties of cadmium sulfoselenides, direct bandgap semiconductor pigments.

Subsequently, several paint films were prepared by dispersing the synthesized pigments in an oil binder, linseed oil, and then subjected to aging under different irradiation and humidity conditions. The results, mainly obtained by FTIR analysis, show a greater degradation for samples exposed to UV light, with the formation of degradation products of the binder and, in the case of cadmium sulfide used as a reference, also of the pigment. The presence of selenium seems to mitigate the photo-oxidation processes typical of semiconductor pigments.

In conclusion, the study highlights the importance of chemical composition and environmental conditions on the stability of cadmium sulfoselenides used in paint films. The results obtained are relevant for the conservation of works of art and open new perspectives for the development of chemometric methods aimed at early detection of alterations in paintings.