Development and characterization of a protective treatment for the copper patinas preservation

Copper and its alloys have been used for centuries for their corrosion resistance and are highly valued in the field of cultural heritage for the naturally formed patinas of corrosion products that develop upon atmospheric exposure. In urban environments, reactions with atmospheric pollutants such as SOx lead to the formation of basic copper sulphates (brochantite, antlerite), while in marine environments, basic copper chlorides such as atacamite and paratacamite predominate. Conservation practices for these materials typically aim to preserve the so-called noble patinas, removing and/or stabilizing only unstable corrosion products. In this context, research is actively focused on developing protective coatings that act as barriers, preventing corrosion while preserving the original appearance of the surfaces. These treatments should ideally be reversible, durable, and compatible with patinated surfaces. This study presents the production and characterization of artificial sulphate- and chloride-based patinas, obtained in the laboratory. Two different protective treatments were applied to these surfaces: the traditional multilayer system based on acrylic resin and microcrystalline wax, applied to both types of patina, and an innovative silane-based coating using trichloromethylsilane (TCMS), tested exclusively on the brochantite patina. The treated surfaces were analysed in terms of colour, corrosion resistance, composition, morphology, and hydrophobicity, the latter assessed through static water contact angle measurements. Preliminary results highlight the effectiveness of the TCMS treatment in providing hydrophobic properties to patinated surfaces without significantly altering their appearance.

Il rame e le sue leghe sono stati usati per secoli per la loro resistenza alla corrosione e sono apprezzati nel campo dei beni culturali anche per le patine di prodotti di corrosione che si formano naturalmente in seguito all’esposizione all’atmosfera. In ambiente urbano, per reazione con inquinanti atmosferici come SOx, danno origine a solfati basici di rame (brochantite, antlerite), mentre in ambienti marini predominano cloruri basici come atacamite e paratacamite. Le pratiche conservative di questi materiali mirano normalmente a preservare le cosiddette patine nobili, rimuovendo e/o stabilizzando solo i prodotti di corrosione instabili. In questo ambito, la ricerca è attiva nello sviluppo di rivestimenti protettivi che agiscano come barriera, prevenendo la corrosione e mantenendo l’aspetto originario delle superfici. Tali trattamenti dovrebbero essere il più possibile reversibili, durevoli e compatibili con le superfici patinate. Questo studio si concentra sulla produzione e successiva caratterizzazione di patine artificiali a base di solfati e cloruri, ottenute in laboratorio. Su queste superfici sono stati applicati due differenti trattamenti protettivi: il tradizionale sistema multistrato a base di resina acrilica e cera microcristallina, utilizzato su entrambe le tipologie di patina, e un innovativo rivestimento a base di triclorometilsilano (TCMS), testato esclusivamente sulla patina di brochantite. Le superfici trattate sono state analizzate in termini di colore, resistenza alla corrosione, composizione, morfologia e idrofobicità tramite misure di angolo di contatto con l’acqua. I risultati preliminari evidenziano l’efficacia del trattamento TCMS nel conferire proprietà idrofobiche alle superfici patinate senza alterarne significativamente l’aspetto.