Φυσικοχημικές αλλοιώσεις ακρυλικών πολυμερών και προσθέτων κατά τη χρήση τους ως στερεωτικών υλικών στη συντήρηση των ζωγραφικών έργων τέχνης
Authors: Φαρμακαλίδου Ελένη-Βερόνικα 
Published: September 2021

Οι φυσικές ρητίνες χρησιμοποιήθηκαν για αιώνες ως βερνίκια στα ζωγραφικά έργα τέχνης. Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1930, τα συνθετικά πολυμερή εισήχθησαν στη συντήρηση των έργων τέχνης λόγω της μεγάλης τους αντοχής στη διάβρωση και παρουσιάζουν οπτικές ιδιότητες συγκρίσιμες με εκείνες που έχουν οι παραδοσιακές φυσικές ρητίνες. Ωστόσο, μετά από παρατεταμένο χρόνο εφαρμογής, τα συνθετικά πολυμερή υφίστανται γήρανση. Ο στόχος της παρούσας έρευνας είναι η μελέτη της διάβρωσης και η αξιολόγηση της λειτουργικής ζωής αυτών των πολυμερικών υλικών σε σχέση με τα μουσειακά έργα τέχνης. Αυτό επιτεύχθηκε με την εξέταση της σταθερότητας των ρητινών κατά τη διάρκεια της επιταχυνόμενης γήρανσης και κατόπιν σύγκριση των αποτελεσμάτων με ρητίνες από αυθεντικά ζωγραφικά έργα όπου είχαν υποστεί φυσική γήρανση. Τρία από τα εξεταζόμενα υλικά έχουν χρησιμοποιηθεί εκτεταμένα από το 1970 για τη συντήρηση ζωγραφικών έργων στο Μουσείο Μπενάκη. Με την εξέταση των δειγμάτων ρητίνης από αυθεντικά έργα κατέστη δυνατόν να μελετηθεί η πορεία της φυσικής τους γήρανσης των ρητινών από το 1970 έως σήμερα. Η πρόκληση στη παρούσα διδακτορική διατριβή ήταν η εκτίμηση της λειτουργικότητας των ρητινών συγκρίνοντας τις μεταβολές που έχουν υποστεί μετά την επιταχυνόμενη γήρανση και την φυσική γήρανση.Μεταξύ των ρητινών οι οποίες χρησιμοποιούνται συνήθως για τη συντήρηση ζωγραφικών έργων που επιλέχθηκαν για αυτή τη μελέτη ήταν το Paraloid Β72 και το Primal AC33 (ακρυλικές ρητίνες), το Ketone Resin Ν (κυκλοεξανόνης) και το Laropal Α81 (ουρίας-αλδεΰδης). Η επιταχυνόμενη γήρανση που εφαρμόστηκε στις ρητίνες επιτελέστηκε με την έκθεση τους σε σχετικά υψηλά επίπεδα θερμοκρασίας, ακτινοβολίας σε φως ημέρας και υγρασίας σε υψηλά επίπεδα.Καθορίστηκε αναλυτική μεθοδολογία με σκοπό την εξέταση και μελέτη των φυσικοχημικών μεταβολών των δειγμάτων ρητίνης (σε μορφή μεμβράνης) με εφαρμογή υπέρυθρης φασματοσκοπίας (FTIR) και υπεριώδους φασματοσκοπίας (UV-Vis). Οι μεταβολές του δείκτη υαλώδους μετάπτωσης διερευνήθηκαν με τη μέθοδο διαμορφούμενης διαφορικής θερμιδομετρίας σαρώσεως (DSC) και η διαφοροποίηση του πάχους της μεμβράνης αξιολογήθηκε με τη μέθοδο οπτικής προφιλομετρίας. Για τον προσδιορισμό των μορφολογικών αλλαγών στην επιφάνεια της μεμβράνης χρησιμοποιήθηκε ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM). Μεταβολές της διαλυτότητάς των ρητινών εξακριβώθηκαν με τεστ διαλυτότητας και η μεταβολή της πολικότητας της επιφάνειας καθορίστηκε από τη μέτρηση της γωνίας επαφής. Οι χρωματικές αλλαγές που υπέστησαν οι ρητίνες κατά την επιταχυνόμενη γήρανση πιστοποιήθηκαν με τη μέθοδο της χρωματομετρίας.Τα αποτελέσματα του πειράματος παρέχουν σημαντικές πληροφορίες για την μορφολογική κατάσταση των ρητινών καθώς και για τους μηχανισμούς διάβρωσης των πολυμερών και τον πιθανό σχηματισμό προϊόντων ως αποτέλεσμα της γήρανσης. Η μορφολογική εξέταση των ρητινών αναφοράς στο SEM αποκάλυψε χαρακτηριστικά όπως εκτενή ρηγμάτωση της μεμβράνης, που περιορίζει σημαντικά τη χρήση τους κάτω από ασταθείς περιβαλλοντικές συνθήκες. Κατά τη διαδικασία της επιταχυνόμενης γήρανσης οι ρητίνες παρουσίασαν σημαντικές φυσικοχημικές μεταβολές. Πιο συγκεκριμένα, τα δύο ακρυλικά πολυμερή και η ρητίνη αλδεΰδης ήταν πολύ σταθερά ως προς τη χημική τους δομή, σε σύγκριση με τη ρητίνη που βασίζεται σε κυκλοεξανόνη, ενώ και τα τέσσερα υλικά συντήρησης παρουσίασαν αλλαγές του πάχους, του χρώματος και της διαλυτότητα της μεμβράνης. Κατά το πείραμα της φωτο-γήρανσης, διαπιστώθηκαν εντονότερες φυσικοχημικές αλλοιώσεις στη δομή των πολυμερών. Μετά τις 1000 ώρες γήρανσης όλες οι ρητίνες παρουσίασαν φαινόμενου αποπολυμερισμού που έχει ως αποτέλεσμα την υποβάθμιση των ρητινών. Επιπλέον, ο ρόλος των ανόργανων πρόσθετων (όπως TiO2) στα εμπορικά διαθέσιμα υλικά διερευνήθηκε σε σύγκριση με την απόδοσής τους με την παρουσία και απουσία του TiO2. Διαπιστώθηκε ότι ο ρόλος του διοξειδίου του τιτανίου στα εμπορικά πολυμερή βασίζεται στη φωτο-καταλυτική του δράση. Κατά την απορρόφηση υπεριώδους ακτινοβολίας ξεκινάει αλυσιδωτή παραγωγή ριζών οι οποίες επιδρούν στο συνθετικό οργανικό υλικό με αποτέλεσμα την αποδόμηση του δημιουργώντας ευθρυπτότητα και μείωση της διαφάνειας της ρητίνης. Επομένως ο ρόλος του διοξειδίου του τιτανίου είναι φωτο-προστατευτικός ως προς τη ζωγραφική επιφάνεια, όπου λειτουργεί ως φωτο-μονωτής απορροφώντας την επιβλαβή υπεριώδη ακτινοβολία και εμποδίζοντας την διείσδυση αυτής προς τη χρωματική επιφάνεια.