Aplicación de un láser Nd:YAG para retirar grafiti de la caliza Lioz: influencia de los parámetros láser (longitud de onda, fluencia y número de pulsos) y la composición del grafiti

Abstract

[Resumen] En los últimos años la ablación láser como herramienta de limpieza de roca del patrimonio ha experimentado grandes avances debido a la falta de contacto mecánico entre el cabeza y la roca, a la ausencia de residuos, a su gradualidad y a su selectividad. Una vez seleccionado un equipo láser, los parámetros decisivos para la obtención de una limpieza satisfactoria son la longitud de onda, la fluencia y el número de pulsos. En este trabajo se evalúo la influencia de dichos parámetros en la extracción de pinturas grafiti con diferente composición sobre la roca caliza portuguesa Lioz utilizando un láser de nanosegundos Nd:YAG. Las superficies sin pintar y las pintadas se trataron con diferentes longitudes de onda (infrarroja a 1064nm o ultravioleta a 355nm), fluencias y número de pulsos. Inicialmente, se determinó el límite de daño de la roca y seguidamente las condiciones más adecuadas en la extracción de un grafiti azul alquídico y un plateado polietilénico. Las superficies resultantes se evaluaron con estereomicroscopía, espectrofotometría, medida de rugosidad y microscopía electrónica de barrido. Como resultado general, no se identificaron grandes diferencias en los resultados obtenidos por ambas longitudes de onda, siendo el factor más influyente en la eficacia la composición de las pinturas. La pintura plateada resultó la más difícil de extraer ya que tras la aplicación del láser y la correspondiente extracción de las láminas de aluminio que se usan como pigmento en esta pintura, se encontró una capa translúcida rica en carbono. A pesar de que los umbrales de daño se establecieron en 0.4 y 0.8 J.cm-2 para 355 y 1064 nm respectivamente, las fluencias que permitieron mejores resultados en términos de extracción de grafiti fueron superiores a estos umbrales y diferentes en función de la composición de la pintura: i) para la pintura azul, la radiación ultravioleta (a 355 nm) consiguió una limpieza satisfactoria con 0.5 J.cm-2 y 10 pulsos y la radiación infrarroja (a 1064 nm) la consiguió con 1.3 J.cm-2 y 25 pulsos, y ii) para la pintura plateada, a pesar de que no se consiguió la extracción total de la capa traslúcida rica en C, se identificaron los mejores niveles de eficacia con 0.5 J.cm-2 y 5 pulsos para 355 nm y 0.9 J.cm-2 y 5 pulsos para 1064 nm. Por lo tanto, la eficacia se vio influida por la interacción roca y grafiti.

[Abstract] Recently laser ablation as a tool for cleaning heritage stones has experienced important improvements due to the mechanical contactless, the absence of residues, its gradualness and its selectivity. Once a laser equipment has been selected, optimization of the laser parameters (i.e. wavelength, fluence and number of pulses) has to be carried out. In this work, the influence of these parameters on the extraction of two compositionally different graffiti paints from the Portuguese limestone Lioz using a nanosecond Nd: YAG laser was evaluated. Unpainted and painted surfaces were treated with different wavelengths (infrared at 1064nm or ultraviolet at 355nm), fluences and number of pulses. Initially, the damage threshold was identified, and then, the most suitable conditions for the extraction of an alkyd blue graffiti and a polyethylene silver paint were detected. The resulting surfaces were evaluated by means of stereomicroscopy, spectrophotometry, roughness measurement and scanning electron microscopy. As a general result, after the optimization of the removal, differences were not identified for the results obtained by both wavelengths. However, the most influential factor in the efficacy was the graffiti paint composition. The silver paint was the most difficult graffiti to clean since after the laser application with the subsequent extraction of the aluminum sheets (inorganic pigment in this paint), a C-rich translucent layer was found on the surface. Although damage thresholds were established at 0.4 and 0.8 J.cm-2 for 355 and 1064 nm respectively, the fluences that allowed better results in terms of graffiti extraction were higher than these thresholds. The optimal fluences were different depending on the composition of paint: i) for blue paint, ultraviolet radiation (at 355 nm) achieved a satisfactory cleaning with 0.5 J.cm-2 and 10 pulses and infrared radiation (at 1064 nm) achieved it with 1.3 J.cm-2 and 25 pulses, and ii) for the silver paint, although the total extraction of the C-rich translucent layer was not achieved, the best efficiency levels were identified with 0.5 J.cm-2 and 5 pulses for 355 nm and 0.9 J.cm-2 and 5 pulses for 1064 nm. Therefore, the cleaning efficacy was influenced by the stone-graffiti interaction.