Comparative assessment of innovative cleaning systems for the reduction of foxing on paper

Foxing is a common and visually disruptive alteration of paper, yet its heterogeneous origin makes treatment selection difficult. This thesis compares three localised cleaning approaches for the reduction of iron-related foxing-like discolouration: silica-based systems with different surface functionalities, agar gels containing selected chelating agents, and 532 nm picosecond laser irradiation. Reproducible iron-rich mock-ups were prepared on two paper supports and evaluated before and after treatment through visible and ultraviolet imaging, colourimetry, X-ray fluorescence and magnified surface observations. Treatment performance depended strongly on both the cleaning system and the paper support. Silica-based materials produced measurable colour and Fe-signal changes, particularly under direct wet contact, but were frequently associated with superficial residues and uneven effects. Agar gels generally left cleaner surfaces, although their response was less consistent between the two papers and tidelines remained a recurring limitation. Laser irradiation gave the most coherent response on one substrate, with visible lightening and decreased relative Fe signals under all tested conditions, whereas preliminary tests showed a tendency towards greying on the other. No treatment achieved consistently favourable visual, elemental and morphological outcomes across both papers. A reduced selection of treatments was subsequently applied to two foxed areas on a naturally aged historical print. Laser irradiation produced the clearer chromatic attenuation, while the silica-based treatment caused a more limited visible change but larger local variations in the X-ray fluorescence and ultraviolet responses. These exploratory results showed that treatment responses on naturally foxed paper cannot be ranked directly when starting conditions are heterogeneous. The study demonstrates the value of combining colourimetric, elemental and morphological evidence when assessing foxing reduction, while emphasising the need for case-specific testing and cautious interpretation of artificial models.

Il foxing è un’alterazione visivamente invasiva della carta, ma la sua origine eterogenea rende complessa la scelta del trattamento. Questa tesi confronta tre approcci localizzati per la riduzione di alterazioni cromatiche simili al foxing associate al ferro: sistemi a base di silice, gel di agar con agenti chelanti e irraggiamento laser a picosecondi a 532~nm. Mock-up ricchi di ferro sono stati preparati su due supporti cartacei e valutati prima e dopo il trattamento mediante imaging nel visibile e nell’ultravioletto, colorimetria, fluorescenza a raggi X e osservazioni ingrandite della superficie. L’efficacia dipendeva sia dal sistema di pulitura sia dal supporto cartaceo. I materiali a base di silice hanno prodotto variazioni misurabili del colore e del segnale relativo del Fe, soprattutto a contatto umido diretto, ma sono stati spesso associati a residui superficiali ed effetti non uniformi. I gel di agar hanno generalmente lasciato superfici più pulite, sebbene la risposta sia risultata meno coerente tra i due supporti e le gore siano rimaste una limitazione ricorrente. Il laser ha fornito la risposta più coerente su uno dei supporti, con schiarimento visibile e diminuzione del segnale relativo del Fe, mentre le prove preliminari sull’altro hanno mostrato una tendenza all’ingrigimento. Nessun trattamento ha prodotto risultati visivi, elementari e morfologici favorevoli su entrambi i supporti. Una selezione ridotta di trattamenti è stata successivamente applicata a due aree affette da foxing su una stampa storica. Il laser ha prodotto l’attenuazione cromatica più evidente, mentre il trattamento a base di silice ha determinato una variazione visiva più limitata ma maggiori variazioni locali nelle risposte della fluorescenza a raggi X e dell’ultravioletto. Questi risultati esplorativi hanno mostrato che non è possibile stabilire una graduatoria diretta delle risposte al trattamento quando le condizioni iniziali sono eterogenee. Lo studio evidenzia il valore dell’integrazione di dati colorimetrici, elementari e morfologici, sottolineando la necessità di prove specifiche per ciascun caso e di un’interpretazione prudente dei modelli artificiali.