Forskere udforsker gammel maling i mikroskopiske detaljer for at informere bevaringsindsatsen

At se maling tørre kan virke som en kedelig hobby, men forståelse af, hvad der sker, efter at malingen tørrer, kan være nøglen til at bevare dyrebare kunstværker.

Dannelsen af ​​metalsæber i kunstværker sammensat med oliemaling kan forårsage "kunstakne" - inklusive bumser og mere alvorlig forringelse - hvilket udgør en presserende udfordring for kunstbevaring over hele kloden.

Det påvirker værkerne fra Georgia O'Keefe, Vincent van Gogh, Francisco de Goya, og Jackson Pollock, blandt mange andre, og forskere har endnu ikke fundet en god løsning til at stoppe dens virkninger.

For at lære mere om de kemiske processer, der er involveret i aldrende oliemaling i mikroskopiske og nanoskala detaljer, et internationalt hold ledet af forskere ved National Gallery of Art og National Institute of Standards and Technology (NIST) udførte en række undersøgelser, der omfattede 3-D røntgenbilleder af en malingsprøve ved Advanced Light Source (ALS), en synkrotron ved Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab).

"Anslået 70 procent af oliemalerier kan allerede have eller vil have disse metal-sæbe problemer, " sagde Xiao Ma, Charles E. Culpeper Fellow ved National Gallery of Art, som var hovedforfatter af holdets undersøgelse, offentliggjort i tidsskriftet Angewandte Chemie International Edition .

"I vores samlinger ser vi sæber i malerierne - jeg vil sige, at det ikke er ualmindeligt, " bemærkede han. "De viser sig måske ikke allerede ved overfladen, men findes på jorden, ' eller grundende lag."

Den samme skadelige kemi, som tidligere undersøgelser har sporet til blanding af fedtsyrer med metalioner til stede i malingspigmenter, herunder bly, zink, kobber, cadmium, og mangan, er fundet forekommende i nogle organiske belægninger, også, som dem, der bruges til bronzeskulpturer og i industrien, Ma bemærkede.

Den seneste undersøgelse fokuserede på en maling kaldet "Soft Titanium White", der blev malet på et lærred i 1995 af en malingsproducent. Ud over titaniumdioxid (TiO ₂ ), den indeholder zinkoxid (ZnO), som er kendt for at danne sæber. Maling som den har været i brug siden omkring 1930, sagde mor. Den gamle prøve er ikke blevet behandlet på nogen måde og er forblevet i et kontrolleret miljø.

Undersøgelsen fandt ud af, at klynger af en forbindelse kaldet aluminiumstearat fordeles tilfældigt i malingen, og at zinkcarboxylerer, kendt som sæber, er blandet i dem. Analysen med høj rumlig opløsning viste, at en slags zinksæbe, zinkstearat, aggregater i nærheden af ​​disse klynger.

Og selvom malingprøven endnu ikke viste fysisk forringelse, forskere fandt tegn på, at malingfragmentering og chipping (spalling) i sidste ende kunne forekomme, hvis zinksæber bliver mere koncentrerede og lokaliserede i malingen over tid.

"Vi forsøger at få styr på de allerførste processer for at forstå, hvor sæberne kan dannes, og hvor de kan bevæge sig – hvis de bevæger sig, " sagde Barbara Berrie, der leder den videnskabelige forskningsafdeling på Statens Museum for Kunst og fungerede som medleder af undersøgelsen. "Vi vil sikre os, at vi forstår, hvad der foregår i mere nutidige malerier, så disse værker er her for fremtiden."

Undersøgelsen kunne have bredere konsekvenser for at udvikle bedre metoder til bevarelse baseret på den observerede kemi i oliemaling, hun sagde. "Jeg kan se, at dette måske bliver anvendt generelt på spørgsmål om konservering og behandling af alle slags kunstværker, " hun sagde.

Dula Parkinson, en stabsforsker ved ALS, der deltog i undersøgelsen, sagde røntgenstrålerne afslørede størrelsen, form, og fordeling af bittesmå pletter, der ligner bobler i en malingsprøve, der kun målte et par millimeter på tværs.

"De ønskede at forstå den grundlæggende kemi og grundlæggende processer af, hvad der foregik, "sagde han." Disse strukturer, de ser, er virkelig almindelige i masser af malerier, og så de forsøger at se, hvorfor disse strukturer er her." Billedbehandlingen, ved hjælp af en teknik kaldet røntgenmikrotomografi, kortlagt forskellige tykkelser i malingen og afsløret nogle mikroskopiske revner.

Mikrotomografi på ALS er også blevet brugt til at give mikroskopiske visninger af en lang række prøver, fra plantestængler til rumfartøjers varmeskjolde.

Udover røntgenundersøgelse af en malingprøve i mikroskala, holdet brugte også en teknik kendt som fototermisk induceret resonans (PTIR), der overskred forstørrelsesgrænserne for konventionelle lysbaserede mikroskoper. PTIR kobler infrarøde (IR) lasere med et atomkraftmikroskop for at tilvejebringe et nanoskala -vindue ind i malingens kemi i en skala, der er meget mindre end kan opnås med konventionelle IR -mikroskoper.

En anden teknik, kaldet Fourier transform infrarød (FTIR) mikrospektroskopi, gav et bredere overblik over den kemiske sammensætning på tværs af forskellige lag af malingprøver.

Andrea Centrone, en projektleder for Nanoscale Spectroscopy Group ved NIST, der ledede undersøgelsen sammen med Berrie, bemærkede, at PTIR-teknikken giver kemisk kortlægning med opløsning svarende til den for atomkraftmikroskopi - som tilbyder en scanning af prøven via en proces, der ligner en pladespillers nål, der bevæger sig over en overflade og kortlægger den.

Mens spidsen scanner over prøven, infrarøde pulser absorberes lokalt, og prøven opvarmes og ekspanderer hurtigt. Dette "sparker" spidsen som en slået stemmegaffel og giver kemisk specifik information om prøven.

Malingsprøven havde en meget ru, klæbrig overflade, der var svær at kortlægge kemisk, så Centrone arbejdede sammen med samarbejdspartnere på NIST for at tilpasse teknikken, så scanningsspidsen oscillerede over prøveoverfladen, røre den forsigtigt i stedet for at trække hen over den, gør det muligt at fange data i høj opløsning.

"Vi er i stand til at fange meget små detaljer ned til 10 eller 20 nanometer, "eller milliarddeler af en meter, sagde Centrone. "Vi var i stand til at opdage, hvilken slags metalsæbe der var dannet i malingsprøverne."

Undersøgelsen bemærker, at de samme teknikker, som blev brugt i kombination til at udforske malingskemien, kunne anvendes mere bredt på andre områder, hvor prøverne er udfordrende, fordi deres kemi ikke er ensartet, og detaljeret viden om kemi over forskellige skalaer er påkrævet, såsom i biomedicin og energilagring.

Berrie sagde, at hun ser frem til fremtidige undersøgelser, der anvender de samme teknikker til at udforske forskellige typer og lag af maling og andre spørgsmål til bevaring af kunstværker.

"Vi håber, at vi vil være i stand til at sammenligne og kontrastere forskellige kombinationer af olie-pigment-interaktioner, " sagde hun. "Vi vil være i stand til at udforske noget af den underliggende kemi i malerier, som vi stadig ikke ved meget om, "at give indsigt i bevarelse af kunst, også. "Og, vi forsøger at hjælpe med at informere om de valgmuligheder, som kunstkonservatorer har."