Исследования физико-химических свойств консерванта тканей - полиакрилата А45К

Текстильные материалы — ткани — активно стареют. Они очень чувствительны к воздействиям кислорода, пыли, УФ-излучения, влажности, температуры, к биологическим агентам. Даже музейные условия не могут предотвратить старение тканей. Выбор методов консервации и реставрации изделий из тканей, подбор консервантов особенно сложен из-за разнообразия изделий и материалов тканей, вида красителей, сохранности экспонатов.

Особо трудная задача - консервация ветхих тканей, в частности археологических [ 1 ]. При очистке и укреплении тканей необходимо по возможности сохранить их структуру, цвет и эластичность, фактуру и придать экспозиционный вид произведению.

Выбор методов консервации тканей определяется результатами предварительной экспертной оценки сохранности и природы материала экспоната. Классическим способом сохранения ветхих тканей является дублировка их на другую основу (тюль, шелк, газ). Распространенным материалом для дублирующей наклейки служат водные растворы связующих — мучных клейстеров разной консистенции [2]. Для тканей различных по материалу изготовления и состоянию применяют мучные растворы разной концентрации, иногда в сочетании с желатиновым закрепителем. Это позволяет повысить прочность и эластичность нити и волокна.

Новые средства для пропитки и дублировки тканей изготовляют на основе синтетических полимеров. К последним относятся сополимеры этилена с виниловым спиртом (СЭВС), акриламида, акриловые типа Poraloid B-72, ПВА, клей А45К. В отечественной практике в последнее время наибольшее распространение получил сополимер А45К. Применение его основано на большом личном опыте реставраторов при консервации тканей и подборе составов методом эксперимента.

Современный научный подход к разработке методов, способов и приемов консервации памятников должен основываться на использовании закономерностей регулирования физико-химических и структурно-механических свойств сополимеров-консервантов. Однако сведения о свойствах полимерных консервантов крайне малы [3] или разрознены.

В задачу научной работы лаборатории РПП ННГУ входили синтез высокочистого продукта и исследования физико-химических свойств консерванта тканей — акрилового сополимера А45К.

Исследования проводились по следующим направлениям:

— оценка качества исходных компонентов синтеза (табл. 1);

— контроль технических характеристик сополимера А45К (табл. 2);

— определение некоторых физико-химических свойств сополимера как консерванта тканей (рис. 1,2).

На основании литературных данных и многолетних исследований был выработан ряд требований к реставрационным полимерным материалам, основными из которых являются бесцветность, прозрачность, обратимость, химическая инертность к материалам реставрируемого объекта, долговечность, включая в себя устойчивость к действию влаги, перепаду , температур и УФ-излучению. Кроме того, к каждому конкретному объекту реставрации предъявляются и некоторые частные требования, например газо- и влагопроницаемость, эластичность или высокая прочность, хорошая или, наоборот, плохая адгезия к материалу памятника и т.п. На основании этих требований разработаны условия синтеза полиакриловых сополимеров-консервантов. Полиакрилаты были выбраны в качестве объектов исследования ввиду их ценных качеств, таких, как устойчивость к атмосферным воздействиям, а также в связи с их широким применением в реставрационной практике [3].

1. Зависимость массы пленок сополимера А45К от времени сушки (растворитель — этилацетат + ацетон). Концентрации растворов сополимеров (мас. %): 1 - 30; 2 - 20; 3 - 10; 4 - 5

2. Зависимость относительной вязкости растворов сополимера А45К от его разбавления ацетоном или этилацетатом

Данные таблицы 1 показывают, каким свойствам должны отвечать исходные вещества, чтобы получить качественный консервант. Отклонение свойств от приведенных табличных показателей ухудшает свойства сополимера и приводит к его преждевременному старению и потере обратимости как консерванта. Поэтому следует использовать для синтеза исходные вещества высокой степени чистоты. Сведения о качестве исходных реактивов для синтеза полимерного консерванта должны включаться в паспорт, характеризующий их свойства. Необходимо иметь в паспорте следующие показатели мономеров, растворителей, инициаторов: марки веществ, температуры кипения и (или) плавления веществ, показатели преломления (для жидкостей), содержание и вид примесей (по хроматографическому анализу). Для сравнения качества веществ надо приводить табличные данные из справочников со ссылками на эти справочники.

В таблице 2 приведены технические характеристики промышленного А45К в соответствии с ТУ 6-01-2-661-83, которые оценивают сополимер как пленкообразующее и клей. Основными компонентами синтеза являются мономеры: бутилакрилат (БА), винилацетат (ВА), метакриловая кислота (МАК). Полимеры-консерванты должны оцениваться по следующим параметрам: растворимости в ряде растворителей, температурам стеклования, размягчения и плавления (текучести), молекулярной массе (характеристической вязкости), вязкости растворов различных концентраций, составам сополимеров, особенностям изменения свойств при старении (появление цвета, сшивания, потере растворимости и др.).

Регулирование состава сополимера позволяет направленно изменять его физико-механические свойства. Увеличение доли звеньев МАК обеспечивает повышение адгезии. Изменение температуры стеклования достигается за счет варьирования соотношения БА и ВА. В результате можно синтезировать серию сополимеров типа А45К применительно к использованию для консервации материалов различной жесткости, гибкости, назначения, то есть тканей разной природы и изготовления. При изменении концентрации инициатора получаются сополимеры различной молекулярной массы, что позволяет изменять вязкость растворов консервантов в нужном направлении и регулировать степень проникновения консервантов в поры волокон. Готовые к употреблению растворы полимеров необходимо контролировать по таким параметрам, как вязкость при разных концентрациях полимера, скорость испарения растворителя при сушке, скорость и полнота впитывания в объем или на поверхность объекта консервации, обратимость консервации, концентрационные диапазоны использования растворов в качестве консервантов или консолидантов.

Исследованы некоторые физико-химические свойства растворов и пленок сополимера А45К, а также оценен ряд механических свойств композиций ткань (нить) - сополимер. В качестве моделей выбраны ткань батист и хлопчатобумажные нити № 40. Как пример контроля нами приведены следующие показатели:

1. Скорость сушки пленок, получаемых из растворов сополимера, разбавленных ацетоном или этилацетатом, вязкости растворов разных концентраций (рис. 1). Графические зависимости позволяют реставратору обоснованно осуществлять подбор условий приготовления растворов и оценивать сушку консерванта. Естественно, что эти данные требуют корректировки применительно к конкретным объектам консервации.

2. Характеристические вязкости, значения которых как меры оценки молекулярной массы сополимера (рис. 2) важны для оптимизации концентраций растворов полимеров при их использовании в качестве консервантов или консолидантов.

3. Разрывные и адгезионные усилия композиций ткань (нить)-сополимер, полученных при их обработке растворами разных концентраций (табл. 3).

В планах дальнейшего развития работы будут проведены исследования взаимодействия тканей разного типа (батист, газ и др.) и нитей на хлопчатобумажной и шелковой основе с сополимером А45К, физико-химические и механические свойства композиций ткань—полимер. Будет изучено старение консервационных композиций и модельных объектов.

Автор считает, что используемые реставраторами полимерные консерванты должны подвергаться тщательному входящему контролю свойств чистоты и качества.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 01-06-80328).

Литература

1. Никитин М.К., Мельникова ЕЛ. Химия в реставрации. Л.: Химия, 1990.

2. Выставка памятников реставрируемых в Государственном Эрмитаже: Каталог. Л.: Аврора, 1973.

3. Федосеева Т.С. Материалы для реставрации живописи и предметов прикладного искусства. М.: ГосНИИР, 1999.

4. Липатов Ю.С., Нестеров А.Е., Гриценко Т.М., Веселовский Р.А. Справочник по химии полимеров. Киев: Наукова Думка, 1971.

Таблица 1

Синтез сополимера А45К

Радикальная полимеризация смеси мономеров в растворителе этилацетате при 75 - 80°С в течении 8 -М2 часов в присутствии инициатора.

Свойства исходных компонентов [4]

Обозначения:

Таблица 2

Свойства сополимера А45К (акрилат-45)

Представляет собой раствор сополимера в органическом растворителе — этилацетате.

Рекомендуется применение А45К в художественных промыслах в качестве пленкообразующего покрытия при консервации картин, тканей и др.; в различных областях техники - в качестве клея к различным подложкам.

При использовании сополимера акрилат-45:

1. Обеспечивается сохранение внешнего вида (формы, цвета) обрабатываемых изделий.

2. Достигается высокая адгезия к склеиваемым поверхностям.

Техническая характеристика

Таблица 3

Разрывные и адгезионные усилия композиций нить или ткань — сополимер, полученных при обработке растворами разных концентраций