Συστηματική μελέτη των παραγόντων που επηρεάζουν την προστατευτική ικανότητα επιστρώσεων σε έργα πολιτισμού
Authors: Παπαδοπούλου Στυλιανή 
Published: January 2014

Στην παρούσα διατριβή έγινε προσπάθεια να μελετηθούν, συστηματικά, υλικά που εμπλέκονται στην προστασία των μνημείων. Η προστατευτική ικανότητα υλικών που χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές αυτού του είδους (πολυμερικών και μη), εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις φυσικοχημικές τους ιδιότητες. Η μέθοδος της ανάστροφης αέριας χρωματογραφίας (IGC), μέσω της οποίας είναι δυνατό να εξαχθούν πληροφορίες σχετικά με επιφανειακές και θερμοδυναμικές ιδιότητες των υλικών, αποτέλεσε το βασικό εργαλείο χαρακτηρισμού. Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκε, αρχικά, το ανθρακικό ασβέστιο και στη συνέχεια δύο αντιπροσωπευτικά πολυμερή από τις δυο οικογένειες πολυμερών που χρησιμοποιούνται στη συντήρηση, τα ακρυλικά και οι σιλικόνες. Ιδιαίτερη βαρύτητα δόθηκε σε μια κατηγορία πολλά υποσχόμενων πολυμερών, τα φθοριωμένα μεθακρυλικά. Αρχικά μελετήθηκε το ανθρακικό ασβέστιο που αποτελεί και το βασικό συστατικό των μαρμάρων. Συντέθηκαν ασβεστιτικά σφαιρικά σωματίδια μέσης διαμέτρου 5 μm και υπολογίστηκε με τη μέθοδο IGC η επιφανειακή ενέργεια λόγω δυνάμεων διασποράς, η οποία βρέθηκε να αυξάνεται με την άνοδο της θερμοκρασίας. Το αποτέλεσμα αυτό έχει άμεση συνάρτηση με την περιεχόμενη υγρασία του δείγματος. Στη συνέχεια μελετήθηκε με IGC ένα χαρακτηριστικό πολυμερές από την οικογένεια των σιλικονών, η πολυ(διμέθυλο σιλοξάνη) (PDMS). Συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκε επιφανειακός και θερμοδυναμικός χαρακτηρισμός από τον οποίο προέκυψε ότι το πολυμερές είναι χαμηλής επιφανειακής ενέργειας και ευδιάλυτο στους περισσότερους οργανικούς διαλύτες. Από τα ακρυλικά πολυμερή, μελετήθηκε με IGC ο πολυ(μεθακρυλικός μεθυλεστέρας) (PMMA). Βρέθηκε ότι η τιμή της επιφανειακής του ενέργειας είναι κοντινή και λίγο μικρότερη από εκείνη του PDMS. Επίσης, βρέθηκε ότι το πολυμερές είναι αμφοτερικό με έντονα βασικό χαρακτήρα. Στη συνέχεια, συντέθηκαν τέσσερα φθοριωμένα μεθακρυλικά πολυμερή με πολυμερισμό ελευθέρων ριζών, σε οργανικό διαλύτη αλλά και σε περιβάλλον υπερκρίσιμου διοξειδίου του άνθρακα. Τα πολυμερή αυτά διαφέρουν ως προς τον αριθμό των ατόμων φθορίου που περιέχουν στην αλυσίδα τους. Πραγματοποιήθηκε χαρακτηρισμός των πολυμερών με φασματοσκοπία υπερύθρου (FTIR), διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης (DSC), θερμοσταθμική ανάλυση (TGA), χρωματογραφία αποκλεισμού μεγεθών (SEC) και πυκνομετρία. Τα πολυμερή είναι υψηλού μοριακού βάρους και χαμηλού δείκτη πολυδιασποράς, είναι άμορφα με θερμοκρασίες υαλώδους μετάβασης γύρω στους 70°C ενώ η θερμική αποικοδόμησή τους λαμβάνει χώρα περίπου στους 250°C. Ακολούθως, τρία από τα φθοριωμένα μεθακρυλικά πολυμερή μελετήθηκαν με IGC και με μετρήσεις γωνίας επαφής από τις οποίες προέκυψε ότι είναι ιδιαίτερα χαμηλής επιφανειακής ενέργειας ακόμη και σε χαμηλές θερμοκρασίες. Τα αποτελέσματα που ελήφθησαν από τις δύο τεχνικές παρέχουν με ποιοτικούς όρους την ίδια τάση, ενώ με ποσοτικούς όρους προκύπτει ότι από την IGC λαμβάνονται υψηλότερες τιμές επιφανειακής ενέργειας. Το πολυμερές με τον μικρότερο αριθμό ατόμων φθορίου παρουσιάζει την μικρότερη γωνία επαφής και τη μεγαλύτερη επιφανειακή ενέργεια από τα τρία πολυμερή. Σε ότι αφορά τον πολικό χαρακτήρα των πολυμερών, προέκυψε ότι είναι αμφοτερικά με έντονα βασικό χαρακτήρα. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε θερμοδυναμικός χαρακτηρισμός σε ένα από τα φθοριωμένα μεθακρυλικά πολυμερή, στο θερμοκρασιακό εύρος 80-120°C. Από τον υπολογισμό της παραμέτρου αλληλεπίδρασης Flory-Huggins και του κατά βάρος συντελεστή ενεργότητας 15 διαλυτών, προέκυψε ότι το πολυμερές είναι αδιάλυτο στους περισσότερους διαλύτες, με εξαίρεση την 2-βουτανόνη, στους 120°C. Τέλος, πραγματοποιήθηκε αξιολόγηση της προστατευτικής ικανότητας των φθοριωμένων μεθακρυλικών πολυμερών σε μάρμαρο Θάσου και Πεντέλης, με γνώμονα τις μετρήσεις γωνίας επαφής τους με το νερό, τη μέτρηση της τριχοειδούς υδαταπορρόφησης, τη μέτρηση της μείωσης της διαπερατότητας στους υδρατμούς και τέλος τον έλεγχο της χρωματικής μεταβολής. Από τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης προέκυψε ότι τα πολυμερή αυτά έχουν ικανοποιητικές προστατευτικές ιδιότητες, αφού αδιαβροχοποιούν την επιφάνεια, παρέχουν ικανοποιητική προστασία στην τριχοειδή υδαταπορρόφηση και δεν μεταβάλλουν χρωματικά το λίθο. Το βασικό τους μειονέκτημα είναι ότι προκαλούν σημαντική μείωση στην διαπερατότητα σε υδρατμούς, γεγονός που είναι συνυφασμένο με την υδρόφοβη φύση τους. Για την ενίσχυση της υδροφοβικότητας αυτών των πολυμερών παρασκευάστηκαν με μια απλή τεχνική σύνθετες επιστρώσεις πάνω σε μάρμαρο, με νανοσωματίδια διοξειδίου του πυριτίου.