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Del Triángulo de Teas a un Test de Solubilidad
Laboratorio de Análisis CNCR
Federico Eisner S.
Febrero 2006
La utilización del triángulo de solubilidades de Teas^1 es una herramienta tradicional de la ciencia de conservación. Su utilización es una adaptación de los diagramas de tres fases o componentes de la fisicoquímica, utilizados para evitar la incómoda gráfica tridimensional de tres ejes ortogonales. El recurso de dibujar todo en un mismo plano presenta dos salvedades: i) guardar el máximo ángulo posible planarmente entre los tres ejes, o sea 60º, y ii) que los ejes sean normalizados a una escala de 0 a 100%. Sin embargo, el verdadero aporte de Teas no fue la utilización de este triángulo, sino que el sentar las bases empíricas para lograr dar un sentido físico a estos ejes adimensionales. Basándose en la fisicoquímica de soluciones, Teas plantea que hay básicamente tres grandes fuerzas que componen la función de estado de un solvente^2 : las fuerzas dipolo permanente (δp), las fuerzas de hidrógeno (δh), y las fuerzas de dispersión (llamadas de London o de Van der Waals) (δd)^3 (algunos autores utilizan la N para las fuerzas de dispersión, y la D para las bipolares). Una vez asumido esto, Teas se basó en los parámetros de solubilidad de Hildebrand^4 para normalizar estas fuerzas a una escala de 0 a 100% a través de fórmulas como las siguientes:
Fd = 100 x δd Fp = 100 x δp Fh = 100 x δh
δd δp δh δd δp δh δd δp δh
Una vez calculados los valores Fd, Fp y Fh, resulta que la mayoría de los solventes se ubican en la parte inferior derecha del triángulo (Figura 1). Listados de los parámetros de solubilidad de los solventes existen en diversas publicaciones, y se pueden incluso encontrar diferencias en unos pocos solventes, como en la acetona. Según Torraca^5 los parámetros de la acetona son δd47, δp32, δh21, mientras que
según Masschelein- Kleiner^3 , estos corresponden a δd50, δp37, δh13. Para este artículo nos hemos referido exclusivamente a los parámetros entregados por Masschelein- Kleiner.
1 Hansen, C. M., The three dimensional solubility parameter, key to Saint component affinities, J. of Paint Tech., 39 (1967) 104-117. 2
3 Teas, J. P., Graphic analysis of resin solubilities, J. of Paint Tech., 40 (1968) 19- Para una explicación detallada del funcionamiento de estas fuerzas revisar: Masschelein- Kleiner, L.; Los Solventes: Santiago de Chile, CNCR, 2004. Traducción de original del francés. 4 5 Hildebrand, J. H.; Scott R. L., “The solubility of non-electrolytes”, Reinhold, New York (1950). Torraca, G; Solubilidad y disolventes en los problemas de conservación; ICCROM, 1ª Ed., 1981.
Figura 1: representación del punto que ocupan distintos solventes en el triángulo de Teas.
Figura 2: representación de las zonas que cubren las solubilidades de distintos tipos de resinas en el triángulo de Teas.
Los dos triángulos se diferencian en un vértice por su poder decapante, definiéndose uno verde de menor poder decapante y otro rojo de mayor poder decapante. Ambos comparten dos vértices y difieren en un tercero. Por ejemplo el etanol, cuyos parámetros son (δd36, δp19, δh45), se puede adjudicar al vértice compartido correspondiente al 100% de interacciones de puente de hidrógeno en los nuevos triángulos y por lo tanto estará ubicado en el vértice correspondiente a dichas fuerzas. En el caso de las fuerzas dipolo-dipolo se puede adjudicar este vértice a la acetona, cuyos parámetros son (δd50, δp37,
δh13) y en el caso de las fuerzas de dispersión se produce la diferenciación entre ambos triángulos. Para el verde se puede optar por el hexano, cuyos parámetros son (δd96, δp2, δh2) mientras que en la versión roja o decapante, hemos utilizado el tolueno, cuyos parámetros son (δd78, δp6, δh6). La elección del hexano en vez de la bencina blanca o white spirit , que es utilizado por otros investigadores, se debe a que este último es en realidad un producto de la destilación del petróleo, y como tal, de composición variable y no siempre conocida. Se maneja como dato aproximado que de hecho contiene un 18% de aromáticos, lo cual le confiere incerteza a su bajo poder decapante. Para la elección de los solventes a utilizar, también se debe tomar en cuenta el criterio de menor toxicidad entre los sugeridos, en vista de lo cual se pueden probar otros solventes alifáticos menos tóxicos que el hexano. Por ejemplo, la LC 508 del hexano es 171.6 mg/L/4h, mientras que la del isooctano es 24. mg/L/4h. Después de algunas simplificaciones al Triángulo de Teas, se llega a obtener una aplicación práctica que nos permite desarrollar un Test de Solubilidades para resinas sobre estratos pictóricos. Este Test puede adaptarse a las necesidades de cada usuario, preparando entre cada vértice de solvente puro, cuantas mezclas se consideren necesarias, aunque con diferencias de menos de 10% de concentración, es muy difícil distinguir efectos. También se pueden preparar mezclas ternarias de solventes generando, eventualmente, mayor especificidad tanto para la eliminación de barnices como de repintes, sin olvidar las advertencias de Wolbers^9 y otros investigadores respecto de la agresividad potencial de estas mezclas sobre la capa pictórica y su aplicación sobre repintes y barnices difíciles de eliminar. Es importante que la prueba de mezclas de solventes sobre una obra sea controlada y reproducible. Lo mismo que se debe contar con una metodología de interpretación de los resultados del test^10. La confirmación final de los buenos resultados de un test de solubilidad siempre será la práctica, sin embargo es ideal contar con la identificación del barniz removido. Para ello existen múltiples métodos, desde la sencilla cromatografía en placa fina^11 , hasta los completos análisis por cromatografía gaseosa derivativa^12. Si se cuenta con dicha identificación se puede contrastar la resina con su región de solubilidad característica en el triángulo de Teas. Por ejemplo la Goma Laca tiene una región de solubilidad^13 como la que se muestra en la Figura 4, pero lamentablemente esta información existe para pocas resinas naturales y es difícil conocer la precisión con que fueron determinadas. El mismo Teas en su famoso artículo ya citado aquí (Teas, 1968), describe la forma de hacerlo, sin embargo entrega
(^8) LC50: Concentración Letal. Cantidad administrada en forma indirecta (no inyectada), generalmente por inhalación, que mata al 50% de los animales sometidos a prueba. Datos tomados de Fichas de seguridad Merck, 2005. Los datos presentados son inhalativo, rata. 9 Wolbers, Richard C.; Notes for workshop on new methods in the cleaning of paintings; The Getty Conservation Institute, Agosto 1990. 10 F. Eisner; C. Ossa; A. Benavente; Interpretación de resultados de un Test de solubilidad para barnices, Conserva 9; 2005.
ejemplos exclusivamente de polímeros sintéticos, los cuales cuentan con la ventaja sobre las resinas naturales de no presentar variabilidad según la fuente de la materia prima, por lo que es ilusorio pretender una región única de solubilidad para una resina natural. Para los polímeros sintéticos esto debiera ser más alcanzable si se conoce bien su peso molecular promedio, y su grado de entrecruzamiento. Sin duda un buen aporte en el ámbito de las resinas naturales sería acordar metodologías precisas para definir dichas regiones de solubilidad, lo que permitiría requerir de los proveedores de estos productos la región de solubilidad específica para una determinada resina. Contar con dicha información permitiría cerrar iterativamente el círculo de la interpretación completa de cualquier test de solubilidades para resinas naturales.
Figura 4: Región de solubilidad de Goma Laca en relación al punto ubicación de la acetona y el isopropanol en el Triángulo de Teas
(^11) Acevedo, R; Eisner, F; Ossa, C; Zanocco, A; Identificación de barnices en pintura de caballete por cromatografía en placa fina (TLC) y espectroscopia infrarroja (FTIR); Conserva; n. 7, 2003, pp. 97-119. 12 Cartoni, G; Russo, M; Spinelli, F; Talarico, F; GC-MS Characterisation and identification of natural terpenic resins employed in works of art; Annali di Chimica, 94, 2004; Società Chimica Italiana, p.767-782. 13 Phenix, A.; Solvent Abuse. Some observations on the use of solvents in the cleaning of painted and decorated surfaces, http://www.building conservation.com/articles/solvent/solvent.htm, 2004.
