Наноматериалы для реставрации произведений искусства: Результаты и итоги

О проекте

Сохранение современных и современных произведений искусства требует передовых решений современной химии и материаловедения. NANORESTART сосредоточился на синтезе новых полифункциональных наноматериалов и на разработке инновационных методов реставрации для сохранения широкого спектра материалов.

Основными проблемами сохранения, которые будут решаться в рамках проекта, были:

• Проблема сохранения 1: Чистка современных окрашенных и пластиковых поверхностей (CC1)
• Проблема сохранения 2: Стабилизация холстов и картин в современном искусстве (CC2)
• Проблема сохранения 3: Удаление ненужных современных материалов (CC3)
• Проблема сохранения 4: Усиленная защита произведений искусства в музеях и на открытом воздухе (CC4)

Проект NANORESTART был разбит на восемь рабочих процессов (РП), которые продолжались 42 месяца.

РП 2 – Новые составы для очистки поверхностей

Состав наноструктурированных очищающих жидкостей без остатка за счет использования саморазлагающихся поверхностно-активных веществ, нового класса гелей для изоляции систем очистки и новых растворов ферментов в гелях с высокой удерживающей способностью.

РП 3 - Укрепление и консолидация поверхности

Восстановление первоначальных механических свойств произведений искусства с помощью наноцеллюлозы и производных целлюлозы в сочетании с наночастицами; разработка частиц пористого кремнезема, наполненного пластификаторами, для восстановления механических свойств пластиковых и лакокрасочных слоев.

РП 4 - Защита поверхностей

Разработка полифункциональных защитных систем, сочетающих «активную» и «пассивную» стратегии. «Активные» системы основаны на экологически чистых полимерных матрицах, модифицируемых наноматериалами.

РП 5 - Наноструктурированные материалы для высокочувствительного обнаружения

Разработка наноструктурированных материалов и сенсоров для усиленного обнаружения продуктов деградации современного искусства.

РП 6 - Оценка воздействия на окружающую среду

Оценка воздействия на окружающую среду наиболее эффективных и перспективных технологий, разработанных в ВП 2-5

РП 2 – Экологически чистые инновационные чистящие вещества

Проблемы в традиционном подходе

Многие поверхности современного искусства, особенно те, которые изготовлены из современных красок, например, акриловых, представляют особую сложность для очистки. Фактически они обладают высокой склонностью к накоплению пыли и грязи, а также очень чувствительны к действию органических растворителей и воды – наиболее часто используемых жидкостей для очистки произведений искусства. С другой стороны, недавнее исследование состояния пластических объектов искусства пришло к выводу, что 75% из них требуют очистки.

Также не менее сложной задачей является удаление клейких лент и остатков клея. Для решения этих проблем важно найти решение, обеспечивающее безопасное и контролируемое удаление без изменения объекта и оставшегося загрязнения.

Наконец, также необходимо удалять нежелательные современные материалы с художественных поверхностей, когда наружные муралы (граффити на улицах), скульптуры и памятники становятся объектами вандализма.

Точечное удаление нежелательных перекрасок требует особого внимания, когда использованы акриловые, виниловые и алкидные краски. Таким образом, одной из основных целей данного этапа являлось разработать новые системы с улучшенными или новыми свойствами, специально предназначенными для решения этих проблем. Среди выбранных методов для этого одним из наиболее интересных было создание, формулирование и тестирование наноструктурированных жидкостей для очистки без остатков с использованием саморазлагающихся поверхностно-активных веществ.

Составы

12 наноструктурированных жидкостей: Синтезированы инновационные расщепляемые поверхностно-активные вещества, представляющие новый класс спонтанно разлагаемых амфифилов. На основе этих химикатов и некоторых малотоксичных растворителей было разработано около 12 экологически чистых наноструктурированных жидкостей для удаления нежелательных материалов с художественных поверхностей.

Некоторые из этих наноструктурированных жидкостей уже доступны на рынке. Вы можете заказать их у нас на сайте в разделе Продукты Nanorestore.

Инновации

Эти водные очищающие системы особенно эффективны при удалении нежелательных органических материалов без повторного осадка материалов в порах художественного произведения. Они обеспечивают эффективность, недостижимую при традиционной очистке растворителями, поскольку их действие является более контролируемым, избирательным и безопасным. В наноструктурированных чистящих жидкостях (т. е. микроэмульсиях вода-в-масле, мицеллярных растворах) содержание органических растворителей сведено к минимуму, что снижает их воздействие на окружающую среду и повышает безопасность работников.

Что касается ранее разработанных составов, системы, предлагаемые в NANORESTART, включают неионогенные расщепляемые поверхностно-активные вещества и мягкие поверхностно-активные вещества, которые биоразлагаемы. Все растворители, входящие в состав жидкостей, являются «зелеными», малотоксичными растворителями, с различной полярностью и хорошей растворяющей способностью по отношению к различным видам веществ. Поэтому их нанесение практически не оставляет следов, а эффективность очистки повышается по сравнению с предыдущими составами. Фактически, эти системы представляют собой значительный шаг вперед в области очистки произведений искусства.

Как работают

Эти составы на водной основе позволяют удалять загрязнения, состарившиеся лаки/клеи и грязь с поверхности произведений искусства. Будучи на водной основе, они более безопасны для работников и окружающей среды, чем традиционные растворители, используемые в реставрационной практике. Их превосходные очищающие свойства обусловлены комбинированным и синергетическим действием органических растворителей и поверхностно-активных веществ. Микроэмульсии вызывают набухание и отслоение нежелательных органических покрытий от художественных поверхностей, возможно, за счет механизма обезвоживания, который отличается и гораздо более контролируем, чем процессы солюбилизации, связанные с использованием чистых растворителей или смесей растворителей.

Как применять

Водные наноструктурированные жидкости можно просто загрузить в обычную целлюлозную массу и нанести на очищаемую поверхность, при условии, что она не чувствительна к воде. Тем не менее, поскольку большинство поверхностей современных и современных предметов искусства очень чувствительны к растворяющему/набухающему действию воды, наиболее подходящий способ применения этих недавно разработанных чистящих жидкостей — ограничить их использованием в инновационных гелях, разработанных в NANORESTART (см. следующий раздел), чтобы ограничить нежелательную диффузию жидкостей и значительно улучшить контроль над процессом очистки.

Тематические исследования и применение

Эти инновационные системы были успешно использованы для удаления загрязнений с шедевров Пабло Пикассо, Джексона Поллока, Роя Лихтенштейна, Евы Хессе, Джорджио Де Кирико, Альбера Глеза, Жана Дюбюффе и других.

РП 2 – Инновационные гидрогели для очистки поверхностей

Проблемы в традиционном подходе

Проблемы схожи проблемами, описанными в предыдущем разделе. А одной из основных целей этого РП была разработка инновационных гелей для удержания чистящих жидкостей, специально предназначенных для решения этих задач. Чтобы предоставить реставраторам широкую палитру доступных решений, мы разработали эластичные и гибкие гидрогели, а также настраиваемые органогели, которые можно безопасно использовать на очищаемых художественных поверхностях, даже если они шероховатые, неровные или чувствительны к воде и органическим растворителям.

Составы

20 гидрогелей: Адаптивные гидрогели для безопасной и контролируемой очистки водо- и растворительно-чувствительных поверхностей. Были разработаны примерно 20 формул гидрогелей (с настраиваемыми механическими свойствами и удерживающей способностью) для удаления нежелательных материалов с художественных поверхностей (акриловая краска, масляная краска, акварель, металл, пластик, холст, бумага, камень, дерево и т. д.).

12 органогелей: Адаптивные органогели для безопасной и контролируемой очистки поверхностей, которые не могут выдержать даже минимального контакта с водой. Были разработаны примерно 12 формул органогелей, способных удерживать различные растворители (аполярные - полярные).

Вы также можете приобрести гидрогели и органогели у нас на сайте в разделе Продукты Nanorestore.

Инновации

Инновационные гидрогели и органогели, разработанные в NANORESTART, не оставляют следов на поверхности картины и контролируемым образом выделяют чистящие жидкости. В частности, разработанные гидрогели обладают высокой гибкостью и эластичностью, что позволяет наносить их на шероховатые и/или неровные поверхности.

Органогели предназначены для использования на произведениях искусства, очень чувствительных к воде. В зависимости от состава их можно использовать после добавления различных растворителей или без растворителей для удаления пыли с художественных поверхностей благодаря их липкости.

Как работают

Гели, разработанные в NANORESTART, используются в качестве носителей (емкостей) для очищающих жидкостей. Они могут быть заполнены различными растворителями и очищающими жидкостями, такими как 12 наноструктурированных жидкостей с расщепляемыми поверхностно-активными веществами, разработанными в NANORESTART (см. предыдущий раздел). Эти инновационные гели препятствуют быстрому испарению и неконтролируемому проникновению чистящего средства в пористые материалы, тем самым повышая безопасность процесса очистки. Более того, благодаря своему составу они не оставляют следов на обрабатываемой поверхности. Липкие органогели не содержат растворителей и могут использоваться для удаления пыли с художественных поверхностей, очень чувствительных к растворителям.

Как применять

Инновационные гели можно легко разрезать и придать им желаемый размер и форму перед применением. Процесс нанесения заключается в нанесении геля на очищаемую поверхность. В зависимости от типа удаляемого материала и типа используемой чистящей жидкости нежелательный материал может либо раствориться, либо набухнуть. В последнем случае следует провести щадящее механическое воздействие для удаления набухших и размягченных нежелательных материалов. Гидрогели или липкие органогели также можно использовать в качестве сверхтонких ластиков для удаления поверхностных загрязнений.

Тематические исследования и применение

Эти инновационные системы были успешно использованы для удаления загрязнений и других нежелательных слоев с шедевров Джексона Поллока, Роя Лихтенштейна, Евы Гессе, Джорджио Де Кирико, Альберта Глеза, Жана Дюбюффе и других.

РП 3 – Гибридные функциональные наносистемы для укрепления волокном

Проблемы в традиционном подходе

Этот РП касается критического аспекта интервенционной консервации, который включает восстановление механических свойств произведения искусства. Примеры включают:

1. испорченные холсты для живописи, представляющие серьезную угрозу сохранности красочного слоя;
2. сам слой краски;
3. деградировавшие полимерные поверхности, с которых мигрировали пластификаторы, в результате чего материал стал хрупким.

Деградация холста приводит к ухудшению его механических свойств, что в конечном итоге может сказаться на целостности красочного слоя. Распространенный метод укрепления холста заключается в прикреплении испорченного холста к новому, - этот процесс называется дублированием (см. «Туманное» дублирование холста). Однако этот подход имеет несколько недостатков. Улучшение механических свойств существующего холста представляет собой более привлекательную альтернативу. Для этой цели компания NANORESTART разработала рецептурные системы, способные обрабатывать материал на различных уровнях, включая пряжу, нить и простую ткань, чтобы обеспечить армирование и снижение кислотности. Это служит для остановки деградации и стабилизации артефакта.

Составы

• 25 полярных систем: Дисперсии наночастиц, полиэлектролитов и целлюлозных волокон/кристаллов в воде или этаноле (или их смеси). Было разработано 25 формул для укрепления и деацидификации холстов. Эти формулы были разделены на 3 группы, каждая из которых направлена на предоставление одной или нескольких функций.
• 3 аполярных системы: Дисперсии наночастиц и силилированных целлюлозных волокон/кристаллов в аполярных растворителях. Было разработано 3 формулы для укрепления и деацидификации водочувствительных холстов.
•  

Инновации

Были использованы две взаимодополняющие стратегии: разработка составов, содержащих неорганические наночастицы для раскисления холстов, и применение материалов на основе целлюлозы. Системы с неорганическими наночастицами призваны остановить процесс деградации, одновременно обеспечивая механическое усиление на уровне пряжи/нити/волокна.

Нанесение наноцеллюлозы на полотно способствует общему укреплению полотна за счет образования поверхностной пленки, похожей на наноподкладку. Комбинация обработанных полиэлектролитом наночастиц диоксида кремния (SNP) и нанофибрилл целлюлозы (CNF) может использоваться для укрепления холста. Этот подход является инновационным, поскольку в нем используются коллоидные системы, физико-химически совместимые с исходной целлюлозой холста. Это контрастирует с традиционными клеями для дублирования на основе клея или синтетических полимеров. Следовательно, улучшается долговременная стабильность обработанного полотна, а необходимое количество материала для достаточного укрепления значительно сокращается.

Как работают

Нанофибрилл целлюлозы образует пленку на поверхности холста, которая повышает пластичность, в то время как полиэлектролит наночастиц диоксида кремния проникает глубже и укрепляет волокна, что приводит к увеличению жесткости. Эти два эффекта можно сбалансировать для достижения подходящего усиления. Неорганические наночастицы (например, гидроксид кальция, карбонат кальция) могут нейтрализовать рН кислых холстов, тем самым препятствуя кислотно-индуцированной деградации целлюлозы.

Помимо водных и водно-спиртовых дисперсий частиц силилцеллюлозу использовали для создания дисперсий консолидаторов в органических растворителях. Это позволяет обрабатывать очень чувствительные к воде холсты, которые не выдерживают контакта с водными системами.

Как применять

Эти вещества можно наносить кистью или распылением, что позволяет контролировать воздействие растворителя на холст.

Тематические исследования и применение

Эти системы использовались для консолидации, укрепления и нейтрализации полотен 19 и 20 веков.

РП 4 – Активные и пассивные защитные покрытия

Проблемы в традиционном подходе

Металлические предметы подвержены воздействию агрессивных атмосферных агентов, инициирующих коррозионные процессы (например, «бронзовая болезнь» у изделий из меди) и вызывающих дезактивацию традиционных антикоррозионных средств. Кроме того, многие пластиковые материалы, обычно встречающиеся в коллекциях произведений искусства, проявляют нестабильность, например, желтеют и охрупчиваются. Таким образом, независимо от природы материалов, произведения искусства нуждаются в защитной обработке для предотвращения быстрой деградации, часто вызванной автокаталитическими процессами, которые кураторы не могут легко обнаружить на ранних стадиях.

Исторически наиболее распространенным методом защиты металлических изделий от коррозии было нанесение защитных полимерных покрытий. Однако эти покрытия должны обладать дополнительными функциями для обеспечения долговременной защиты подложки. Целью WP4 под названием «Защита поверхностей» была разработка, оптимизация и проверка многофункциональных покрытий нового поколения. Это было достигнуто за счет использования концепции наночастиц и наноносителей, которые демонстрируют активную реакцию на изменения в локальной среде. Эти покрытия предназначены не только для пассивной защиты подложки, но и для активного предотвращения процесса деградации, предлагая передовой подход, выходящий за рамки традиционных методов.

Составы

8 защитных покрытий: были разработаны многофункциональные защитные системы, охватывающие как активные (способные задерживать механизмы разложения путем вмешательства в пути химического разложения), так и пассивные (способные препятствовать диффузии газовых загрязнителей к подложке) характеристики, а также многослойные (активные+пассивные) конфигурации. Эти покрытия были разработаны для сохранения металлических объектов.

Активные/пассивные/многослойные системы (состоящие из 6 составов) для металлических поверхностей превзошли установленные коммерческие стандарты в области реставрации, предлагая повышенную долговечность, безопасность и устойчивость. Кроме того, активные и пассивные покрытия, разработанные для пластмасс (включающие 2 рецептуры), представляют собой значительный прогресс в знаниях в этой области. Это связано с отсутствием существующих эталонов защиты полимеров.

Инновации

Традиционные защитные покрытия (такие как акриловые или восковые пленки) имеют несколько критических недостатков: они могут изменить внешний вид обработанных поверхностей, использовать токсичные ингибиторы коррозии или вредные органические растворители или не иметь безопасных протоколов нанесения и удаления. Недавно разработанные «активные» покрытия основаны на экологически чистых полимерных прозрачных матрицах, которые включают наноматериалы (такие как слоистый двойной гидроксид и щелочные наночастицы, такие как карбонат кальция и гидроксид кальция). Эти покрытия предназначены для защиты поверхностей металлических изделий.

Для произведений искусства на основе пластика активные покрытия содержат кластеры серебра (агрегаты из 5 атомов серебра), которые можно безопасно наносить на полимерные подложки. С другой стороны, «пассивные» защитные системы обладают превосходными газонепроницаемыми свойствами по сравнению с существующими передовыми методами. Эти новые «активные» и «пассивные» защитные слои могут быть объединены в многослойные структуры для обеспечения надежной и долговременной защиты.

Исследование NANORESTART инновационных активных и пассивных покрытий установило новый эталон для пластиковых объектов, поскольку ранее такого стандарта не существовало.

Как работают

В активных покрытиях, разработанных для металлических подложек, используются экологически чистые химические вещества, такие как хитозан и высокоаморфный поливиниловый спирт (HAVOH). Эти покрытия включают наночастицы, в том числе слоистый двойной гидроксид, модифицированный анионными антикоррозионными добавками, способными высвобождаться в ответ на триггеры, связанные с коррозией, такие как повышенная кислотность и присутствие ионов хлора. Щелочные наночастицы также интегрированы. Кроме того, составы на основе силилированного эфира целлюлозы используются для придания гидрофобных свойств и активной защиты.

Для полимерных подложек активные покрытия созданы на основе водных дисперсий кластеров серебра, способных нейтрализовать радикалы, образующиеся на поверхности пластиковых изделий при воздействии агрессивных сред.

Усовершенствованные пассивные защитные покрытия, основанные на полиуретане и плотных неорганических матрицах, обеспечивают высокие барьеры против воды, кислорода, тепла и ультрафиолетового излучения.

Как применять

Покрытия можно наносить кистью или распылением.

Тематические исследования и применение

Эти системы используются на современных металлических и пластиковых поверхностях. Многослойное покрытие (состоящее из активного слоя, покрытого пассивным слоем) препятствует взаимодействию изделий из сплава на основе меди с атмосферными агрессивными агентами, вызывающими коррозионные процессы (например, «бронзовую болезнь»), и защищает антикоррозионные добавки за счет механизма реагирования на раздражители с участием его происходит, когда ионы хлора мигрируют в покрытии. Разработанные многослойные покрытия, наносимые на пластмассы, способны снизить степень окисления, вызванного световым старением.

РП 5 – Новые одноразовые датчики

Проблемы в традиционном подходе

РП 5 сосредоточен на разработке наноструктурированных материалов и сенсоров для улучшения обнаружения диагностических продуктов деградации, обнаруженных в современных объектах культурного наследия. Этот рабочий процесс также направлен на выявление компонентов, присутствующих в очень малых количествах, таких как выцветшие чернила и красители. Это особенно важно для понимания ранних стадий быстрых и необратимых процессов износа современных и современных объектов культурного наследия.

Например, обнаружение продуктов разложения при использовании современных методов окраски, основанных на синтетических связующих (таких как акриловые, виниловые и алкидные), и идентификация летучих органических соединений (ЛОС), выделяемых пластиком и другими современными художественными материалами (включая материалы для быстрого прототипирования) во время хранения или демонстрации являются важными аспектами.

Составы

4 наночернила и нанопасты для проведения рамановской спектроскопии с усилением поверхности (SERS): они были разработаны для обнаружения красителей, что является сложной задачей при использовании обычных инструментов.

3 материала SERS: были разработаны материалы для SERS, включая эластомеры, гидрогели и стекло. Это позволяет неинвазивно отбирать минимальное количество материала из произведений искусства для анализа с помощью SERS.

3 датчика ЛОС: электрохимические датчики были разработаны для удобного обнаружения газообразного формальдегида, кетонов и фенолов, то есть наиболее важных загрязнителей помещений. Их можно использовать в качестве маркерных молекул для деградации материала.

Инновации

Инструменты диагностики, разработанные в рамках проекта, такие как SERS и датчики для обнаружения ЛОС, демонстрируют улучшенные пределы обнаружения и большую специфичность и чувствительность по сравнению с традиционными методами обнаружения. Было обнаружено, что SERS более эффективен для идентификации компонентов чернил по сравнению с обычной рамановской спектроскопией. Методы отбора проб для SERS были тщательно проверены и оптимизированы для обеспечения неинвазивности и неразрушающего воздействия.

Электрохимические датчики предлагают очень полезный подход к анализу ЛОС. Они представляют собой простой, надежный и экономичный инструмент, применимый для широкого спектра целевых анализов, с потенциалом миниатюризации и быстрыми аналитическими ответами. Однако до NANORESTART их использование для анализа ЛОС из артефактов наследия не изучалось. В этом проекте было успешно достигнуто обнаружение специфических летучих маркеров разложения в пластиковых музейных артефактах.

Как работают

Два предлагаемых подхода заключаются в следующем:

1. Обнаружение на месте: включает обнаружение художественных материалов и продуктов деградации непосредственно на месте с использованием недавно разработанных материалов для спектроскопии комбинационного рассеяния с улучшенной поверхностью (SERS). Эти инновационные субстраты позволяют проводить высокочувствительное обнаружение различных соединений.
2. Обнаружение в окружающей среде: Этот подход фокусируется на обнаружении продуктов деградации в окружающей среде, окружающей произведения искусства. Это достигается с помощью новых электрохимических датчиков. Эти датчики продемонстрировали успешное обнаружение определенных газообразных соединений, таких как альдегиды (например, формальдегид, бензальдегид) и кетоны (например, ацетон, бутанон). Кроме того, были разработаны датчики для обнаружения летучих выбросов пластиковых предметов, в частности, газообразного фенола (фенолов).

Как применять

Для материалов SERS неинвазивный подход с использованием наночастиц серебра, нанесенных на стеклянную подложку, используется для эффективного анализа чернил, не оставляя следов на анализируемой поверхности. Второй подход заключается в использовании силиконовых полосок для отбора проб, контактирующих с поверхностью произведения искусства, чтобы собрать минимальное количество вещества, которое затем переносится на подложку SERS и анализируется. Датчики ЛОС можно размещать в разных местах вокруг пластиковых предметов.

Тематические исследования и применение

Эти системы использовались для неинвазивного анализа современных артефактов, таких как рисунки Федерико Феллини и пластиковые скульптуры.

РП 6 – Оценка токсичности

Проблемы в традиционном подходе

РП 6 направлен на:

• Провести оценку воздействия на окружающую среду наиболее эффективных и перспективных технологий, разработанных в РП 2-5;
• Определить набор показателей для оценки устойчивости таких технологий и (связанных с ними операций), включая экологические, экономические, социальные и технические аспекты;
• Разработать методологию оценки устойчивости (WoE), интегрирующую выявленные индикаторы в технологическую (полу)количественную оценку устойчивости (т. е. методологию оценки устойчивости);
• Включить предложенные индикаторы и методологию оценки устойчивости в специальный руководящий документ для поддержки производителей в сертификации их нанотехнологий.

Основной результат

РП 6 завершил оценку воздействия на окружающую среду, а затем разработал методологию оценки устойчивости WoE и руководящий документ по оценке устойчивости. Для первой задачи РП 6 обновил самоклассификацию CLP, дополнительные экотоксикологические и коллоидные характеристики, а также испытания на выщелачивание и оценку безопасности новых составов. Для второй и третьей задачи были выбраны подходящие критерии в соответствии с тремя столпами устойчивости (т. е. окружающая среда, экономика и общество), а также техническими критериями и методологией многокритериального анализа решений (MCDA) для нормализации, интеграции и визуализации критериев по мере разработки.

Это приложение позволило уточнить методологию оценки устойчивости, добавив новый критерий и уточнив определения критериев и пороговые значения. Разработанный протокол можно использовать в качестве руководства для оценки инновационных продуктов для сохранения произведений искусства.

В целом, новые продукты, разработанные в рамках проекта, демонстрируют отличные или очень хорошие экологические характеристики.

Источник: NRA_booklet.pdf (nanorestart.eu)