Op moleculaire schaal, er zijn verrassende overeenkomsten tussen de buitenste schil van een golfbal en de witte olieverf die Van Gogh en zijn tijdgenoten gebruikten. In beide gevallen, de interacties tussen zinkionen en polymeerketens liggen aan de basis van belangrijke materiaaleigenschappen. In een recente publicatie in het wetenschappelijke tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang , Onderzoekers van het Rijksmuseum en de Universiteit van Amsterdam beschrijven de rol van zinkionen in het moleculaire netwerk van olieverf. Hun studies zouden kunnen verklaren waarom schilderijen gemaakt met zinkwit pigment zo gevoelig zijn voor hoge luchtvochtigheid.

Vincent van Gogh en andere schilders van zijn tijd gebruikten vaak zinkwit (zinkoxide, ZnO), een wit pigment dat een goede dekkende olieverf oplevert. Echter, zinkwit kan gemakkelijk reageren met het oliebindmiddel terwijl het polymeriseert en tijdens het drogen van de verf verandert in een netwerk van moleculaire ketens. Als gevolg hiervan, zinkionen nestelen zich tussen de moleculaire ketens van de olie. Eerder onderzoek toonde aan dat dit proces niet zonder gevaar is:de ionen kunnen de afbraak van de olie versnellen, en ze vormen problematische chemische verbindingen met de afbraakproducten.

Golfballen

Om restauratoren te helpen schade te minimaliseren en dergelijke veroudering van olieverf te vertragen, Dr. Joen Hermans en collega's hebben nu de moleculaire structuur rond de zinkionen in olieverf opgelost. Het onderzoek heeft ook belangrijke inzichten opgeleverd in de wereld van kunststoffen. Sommige kunststoffen bevatten zinkionen, zodat ze bij lagere temperaturen kunnen worden gesmolten en verwerkt, terwijl het toch sterk en duurzaam is. Daarom, dit type kunststof is zeer geschikt voor de buitenschaal van golfballen, bijvoorbeeld. Hoe de zinkionen de polymeerketens in deze kunststoffen precies bij elkaar houden, hadden onderzoekers nog niet bepaald.

De onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam en het Rijksmuseum hebben deze vragen over de polymeeromgeving rond zinkionen nu beantwoord in een geavanceerde analyse die infrarood licht combineert met kwantummechanische berekeningen. Ze gebruikten tweedimensionale infraroodspectroscopie (2-D-IR), een complexe techniek die in staat is om de interacties tussen chemische bindingen en hun oriëntatie in de ruimte te meten. 2-D-IR werd nooit eerder gebruikt om de moleculaire structuur van vaste polymeren te bestuderen.

De rol van water

Het onderzoek toonde aan dat de polymeeromgeving van zinkionen twee totaal verschillende structuren kan aannemen. Exact dezelfde twee structuren bestaan ​​voor de zinkionen in de plastic buitenschaal van golfballen en soortgelijke materialen. Bovendien, de onderzoekers ontdekten dat zeer kleine hoeveelheden water in een olieverf of plastic bepalen welke van de twee omgevingen het meest waarschijnlijk voorkomt. Aangezien een van de structuren actiever is in de chemische reacties die lakveroudering veroorzaken, dit onderzoek levert een mogelijke moleculaire verklaring op voor het feit dat olieverfschilderijen gemaakt met zinkwit sneller verouderen bij hoge luchtvochtigheid.

Deze nieuwe inzichten zijn van groot belang voor vervolgonderzoek naar het effect van vocht op de levensduur van een schilderij. Aanvullend, ze zijn een startpunt om te bepalen welke schilderijen het meest gevoelig zijn voor toekomstige wijzigingen. Onderzoekers van het Rijksmuseum en de Universiteit van Amsterdam zetten dit onderzoek de komende jaren voort.