Verf zien drogen lijkt misschien een saaie hobby, maar begrijpen wat er gebeurt nadat de verf is opgedroogd, kan van cruciaal belang zijn voor het behoud van kostbare kunstwerken.

De vorming van metaalzepen in kunstwerken die zijn samengesteld met olieverf kan 'kunstacne' veroorzaken, waaronder puistjes en ernstiger verslechtering, wat een dringende uitdaging vormt voor de conservering van kunst over de hele wereld.

Het beïnvloedt de werken van Georgia O'Keefe, Vincent van Gogh, Francisco de Goya, en Jackson Pollock, onder vele anderen, en onderzoekers hebben nog geen goede oplossing gevonden om de effecten ervan te stoppen.

Om meer te weten te komen over de chemische processen die betrokken zijn bij het verouderen van olieverf in detail op microscopische en nanoschaal, een internationaal team onder leiding van onderzoekers van de National Gallery of Art en het National Institute of Standards and Technology (NIST) voerde een reeks onderzoeken uit, waaronder 3D-röntgenbeeldvorming van een verfmonster bij de Advanced Light Source (ALS), een synchrotron bij het Lawrence Berkeley National Laboratory van het Department of Energy (Berkeley Lab).

"Naar schatting heeft 70 procent van de olieverfschilderijen deze metaalzeepproblemen al of zal deze hebben, " zei Xiao Ma, Charles E. Culpeper Fellow bij de National Gallery of Art, de hoofdauteur van de studie van het team, gepubliceerd in het tijdschrift Internationale editie van Angewandte Chemie .

"In onze collecties zien we zepen op de schilderijen - ik zou zeggen dat het niet ongewoon is, " merkte hij op. "Ze zijn misschien niet al zichtbaar aan de oppervlakte, maar bestaan ​​op de grond, ' of grondlagen."

Dezelfde schadelijke chemie, die eerdere studies hebben teruggevoerd op de vermenging van vetzuren met metaalionen die aanwezig zijn in verfpigmenten, waaronder lood, zink, koper, cadmium, en mangaan, gevonden in sommige organische coatings, te, zoals die worden gebruikt voor bronzen sculpturen en in de industrie, merkte moeder op.

De laatste studie richtte zich op één verf genaamd "Soft Titanium White", die in 1995 door een verffabrikant op een canvas werd geschilderd. Naast titaandioxide (TiO ₂ ), het bevat zinkoxide (ZnO), waarvan bekend is dat het zepen vormt. Verven zoals deze zijn sinds ongeveer 1930 in gebruik, zei mama. Het verouderde monster is op geen enkele manier behandeld en is in een gecontroleerde omgeving gebleven.

Uit de studie bleek dat clusters van een verbinding genaamd aluminiumstearaat willekeurig in de verf worden verdeeld, en dat zinkcarboxylaten, bekend als zepen, zijn daarin vermengd. De analyse met hoge ruimtelijke resolutie toonde aan dat één soort zinkzeep, zinkstearaat, aggregaten in de buurt van deze clusters.

En hoewel het verfmonster nog geen fysieke achteruitgang vertoonde, onderzoekers vonden tekenen dat verffragmentatie en afschilfering (afspatten) uiteindelijk zouden kunnen optreden als zinkzepen in de loop van de tijd meer geconcentreerd en gelokaliseerd worden in de verf.

"We proberen grip te krijgen op de allereerste processen om te begrijpen waar de zepen zich kunnen vormen en waar ze zich kunnen verplaatsen - als ze bewegen, " zei Barbara Berrie, die de afdeling Wetenschappelijk Onderzoek van de National Gallery of Art leidt en mede-leider was van het onderzoek. "We willen ervoor zorgen dat we begrijpen wat er gaande is in meer hedendaagse schilderijen, zodat deze werken hier zijn voor de toekomst."

De studie zou bredere implicaties kunnen hebben voor het ontwikkelen van betere methoden voor conservering op basis van de waargenomen chemie in olieverf, ze zei. "Ik zie dat dit misschien in het algemeen wordt toegepast op kwesties van bewaring en behandelingen voor allerlei soorten kunstwerken, " ze zei.

Dula Parkinson, een stafwetenschapper bij de ALS die deelnam aan de studie, zei dat de röntgenfoto's de grootte onthulden, vorm, en verdeling van kleine vlekjes die op luchtbellen leken in een verfmonster met een diameter van slechts een paar millimeter.

"Ze wilden de basischemie en basisprocessen begrijpen van wat er aan de hand was, " zei hij. "Deze structuren die ze zien komen heel vaak voor in veel schilderijen, en dus proberen ze te begrijpen waarom deze structuren hier zijn." met behulp van een techniek genaamd röntgenmicrotomografie, bracht verschillende diktes in de verf in kaart en onthulde enkele microscopisch kleine scheurtjes.

Microtomografie bij de ALS is ook gebruikt om microscopische beelden te geven van een breed scala aan monsters, van plantenstengels tot hitteschilden van ruimtevaartuigen.

Naast de röntgenonderzoek van een verfmonster op microschaal, het team gebruikte ook een techniek die bekend staat als fotothermische geïnduceerde resonantie (PTIR) die de vergrotingslimieten van conventionele op licht gebaseerde microscopen overschreed. PTIR koppelt infrarood (IR) lasers aan een atoomkrachtmicroscoop om een ​​nanoschaalvenster te geven in de chemie van de verf op een veel kleinere schaal dan haalbaar is met conventionele IR-microscopen.

Een andere techniek, genaamd Fourier-transformatie infrarood (FTIR) microspectroscopie, gaf een breder beeld van de chemische samenstelling over verschillende lagen verfmonsters.

Andrea Centrone, een projectleider voor de Nanoscale Spectroscopy Group bij NIST die samen met Berrie de studie leidde, merkte op dat de PTIR-techniek chemische mapping biedt met een resolutie die vergelijkbaar is met die van atoomkrachtmicroscopie - die een scan van het monster biedt via een proces dat vergelijkbaar is met de naald van een platenspeler die over een oppervlak beweegt en het in kaart brengt.

Terwijl de tip over het monster scant, infrarode pulsen worden lokaal geabsorbeerd en het monster warmt op en zet snel uit. Dit "schopt" de punt als een geslagen stemvork en geeft chemisch specifieke informatie over het monster.

Het verfmonster had een zeer ruwe, kleverig oppervlak dat moeilijk chemisch in kaart te brengen was, dus werkte Centrone met medewerkers van NIST om de techniek aan te passen zodat de scantip boven het monsteroppervlak oscilleerde, zachtjes aanraken in plaats van eroverheen te slepen, waardoor het vastleggen van gegevens met een hoge resolutie mogelijk is.

"We zijn in staat om zeer kleine details tot 10 of 20 nanometer vast te leggen, " of miljardsten van een meter, aldus Centrone. "We konden detecteren welk soort metaalzeep zich in de verfmonsters had gevormd."

De studie merkt op dat dezelfde technieken die in combinatie werden gebruikt om de verfchemie te onderzoeken, breder kunnen worden toegepast op andere gebieden waar de monsters een uitdaging vormen omdat hun chemie niet uniform is, en gedetailleerde kennis van chemie over verschillende schalen is vereist, zoals in de biogeneeskunde en energieopslag.

Berrie zei dat ze uitkijkt naar toekomstige studies die dezelfde technieken toepassen om verschillende soorten en lagen verf en andere kwesties voor het behoud van kunstwerken te onderzoeken.

"We hopen dat we in staat zullen zijn om verschillende combinaties van olie-pigmentinteracties te vergelijken en te contrasteren, "zei ze. "We zullen een deel van de onderliggende chemie van schilderijen kunnen onderzoeken waar we nog niet veel over weten, "inzicht geven voor kunstbehoud, te. "En, we proberen te helpen bij het informeren van de keuzemogelijkheden die kunstconservatoren hebben."