Исследования в консервации культурного наследия. Выпуск 2 - Коллектив авторов

В качестве объектов исследования служили двойные СПЛ БМА, содержащие 10 моль.% ВА или БА, или 5 моль.% 2-этилгексилакрилата (2-ЭГА), а также тройной СПЛ состава 85 моль.% БМА – 10 моль.% ВА – 5моль.% БА. Исследования показали, что введение в макроцепь сополимеров БМА звеньев бутилакрилата (БА) или 2-этилгексилакрилата (2-ЭГА) способствует при сравнении с ПБМА снижению температуры текучести и вязкости расплава полимера, а также уменьшению разрывной прочности пленок, но при этом почти на порядок возрастает их эластичность. Звенья винилацетата (ВА) придают пленке СПЛ на основе БМА нежелательную хрупкость. Однако если в состав СПЛ БМА наряду со звеньями ВА ввести звенья БА или 2-ЭГА, то полимерная пленка приобретает прочность и сохраняет достаточно высокие эластические и адгезионные свойства [5]. Волокна ткани – это пористые тела. В текстиле (ткани) между нитями первой и второй крутки имеются промежутки. Поэтому характер установления взаимодействия между полимерным адгезивом и текстильным субстратом является в первую очередь диффузионным. Чем больше адгезива в клеевом шве, тем больше его может проникнуть в пустоты ткани. Увеличить содержание адгезива на дублировочной ткани можно, либо увеличив концентрацию наносимого на ткань полимерного раствора, либо нанося полимерный раствор в несколько слоев. И то, и другое сопровождается повышением адгезии [5]. Установлено, что наилучшее склеивание дублировочной ткани с дублируемой обеспечивают 50 %-ные растворы (со)полимеров при трехкратном их нанесении на образец дублировочной ткани. Растворы больших концентраций являются столь вязкими, что на ткань кистью наноситься не способны.

Адгезионные соединения в процессе эксплуатации могут подвергаться действию высоких температур, влаги и других вредных факторов. Важным требованием реставраторов является сохранение высоких прочностных и адгезионных показателей сдублированных тканей.

Нами было исследовано влияние температур Т сухого термостарения на прочностные свойства исходной и ткани, пропитанной растворами СПЛ А-45К. Было проведено сухое термостарение в трех интервалах температур: 20–100, 100–180, 180–300 °C в течение 1 часа. Результаты исследования приведены на рис. 1.

Рис. 1. Зависимость разрывной прочности Н образцов ткани из бязи от температуры Т сухого термостарения в течение 1 часа: 1 – исходной; 2 – пропитанной 3 %-м раствором СПЛ, А-45К; 3 – пропитанной 10 %-м раствором СПЛ, А-45К.

Из данных рис. 1, во-первых, видно, что пропитка тканей растворами СПЛ не оказывает сильного влияния на разрывную прочность (Н). Основной вклад в обеспечение прочности вносит жесткоцепной полимер целлюлоза. Введение в ткань СПЛ не влияет на ее разрывную прочность, т. к. СПЛ имеет прочность несравнимо меньшую, чем целлюлоза. СПЛ играет в ткани лишь роль склеивающего адгезива.

Из данных рис. 1. следует, что при прогреве до 140 °C имеет место незначительное увеличение разрывной прочности как исходной ткани, так и ткани, пропитанной растворами СПЛ. Это обусловлено тем, что в данном диапазоне температур идет испарение влаги, находящейся между волокнами ткани, ведущее к увеличению прочности. При температуре 160–200 °C идет испарение влаги, находящейся внутри волокон, и наблюдается потемнение образцов, что свидетельствует о прохождении термоокислительной деструкции волокон целлюлозы. Все это сопровождается резким понижением прочности. При более высоких температурах образцы ткани обугливаются, разрушаются макромолекулы целлюлозы, увеличивается хрупкость волокон и прочность падает на 90 %. Полимер при этом не оказывает защитного действия и, по всей вероятности, сам подвергается термоокислению и деструкции.

Необходимым условием использования консервантов является отсутствие изменения их цвета, растворимости и прозрачности при прогреве. А так как склеивание тканей происходит при повышенной температуре, то было изучено старение пленок СПЛ на основе БМА и А-45К при 100 °C, 150 °C и 200 °C в течение 3 часов по таким показателям, как цвет, прозрачность и растворимость.

Обнаружили, что акриловые СПЛ БМА сохраняют бесцветность и прозрачность при прогреве до 100–150 °C. Акриловый полимер А-45К желтеет при температуре 150 °C. При 200 °C пленки всех исследуемых полимеров желтеют, но сохраняют прозрачность, кроме того, все исследуемые СПЛ БМА при длительном прогреве при 100 °C сохраняют растворимость в органических растворителях, в то время как А-45К через 3 часа теряет растворимость уже при прогреве 80 °C. СПЛ на основе БМА теряют растворимость только при прогреве 200 °C. Причиной указанных изменений полимерных пленок является то, что при такого рода воздействиях происходят необратимые процессы – сшивка макромолекул с СПЛ.

Данные исследования позволяют установить оптимальный температурный интервал использования расплавов полимеров при склеивании тканей, чтобы предотвратить необратимые химические превращения в композициях. В нашем случае этот интервал 100–120 °C.

На следующем этапе работы исследовали влияние как низких, так и высоких температур, а также повышенной влажности на адгезионную прочность сдублированных тканей. Результаты исследования приведены в таблице.

Видно, что адгезия снижается при всех видах старения. Но СПЛ БМА, содержащие звенья БА и тройные СПЛ, а также высокомолекулярные СПЛ являются более устойчивыми к температурно-влажностному старению.

Из изложенного можно заключить следующее. Для склеивания тканей расплавом можно рекомендовать СПЛ состава 85БМА-10ВА-5БА с [η] = 0,2 дл/г. Данный СПЛ эластичен, имеет высокие когезионную и адгезионную прочности при склеивании целлюлозных тканей. Кроме того, он наиболее устойчив к тепловому и влажностному старению, консервация музейных экспонатов с его помощью носит обратимый характер. Для склеивания тканей методом дублирования расплавом полимера необходимо на дублировочную ткань наносить в 2–3 слоя высококонцентрированные растворы СПЛ.

Влияние старения на адгезионную прочность (γ) композиций тканей, склеенных акриловыми (со)полимерами

[η] – характеристическая вязкость

1. Получены (мет)акриловые СПЛ невысокой ММ, обладающие температурой текучести до 100 °C. Это позволяет использовать их как клеи-расплавы при реставрации тканей методом дублирования на новую основу.

2. Установлено, что в температурных интервалах 20–100 °C, 120–180 °C и 200–300 °C происходят соответственно процессы сушки материала, медленного старения и деструкции. В первом интервале температур идет испарение капиллярной влаги, во втором – удаление сорбированной и пластификационной влаги, в третьем – деструкция целлюлозы и пропитывающего ткань полимера, интенсивность которой увеличивается с ростом температуры.

3. Показано, что только при температуре 100 °C исследуемые СПЛ сохраняют прозрачность, бесцветность и растворимость в органических растворителях. Последнее свойство делает возможным удаление СПЛ из реставрируемой ткани растворителем в случае необходимости замены их на новое полимерное связующее при проведении повторной реставрации.

4. Установлено, что достаточно высокие адгезионные свойства полученных клеев-расплавов сохраняются в жестких условиях температурного и влажностного состояния среды.

5. Проведенные исследования показывают, что использование СПЛ А-45К для консервации тканей ограничено. Практика реставраторов показывает, что в музейных условиях укрепленные СПЛ ткани сохраняют консервационную обратимость десятки лет. Воздействие повышенных температур на композицию «ткань – СПЛ» вызывает необратимое сшивание сополимера и потерю его растворимости.

В связи с этим фактом СПЛ А-45К можно использовать только в мягких условиях, т. к. при экстремальных условиях с ним произойдут необратимые процессы, что в свою очередь либо очень затруднит повторную реставрацию, либо вообще сделает ее невозможной.

1. Емельянов Д. Н., Волкова Н. В. Критерии и методы применения синтетических полимеров для реставрации и консервации произведений искусства [Текст] / Д. Н. Емельянов, Н.В.Волкова. – Черкассы, 1981. – С. 20. – Деп. № 665Д81.

2. Семечкина Е. В. Способы нанесения акрилового полимера А-45К на дублировочную ткань и их эффективность [Текст] / Е. В. Семечкина // Скульптура. Прикладное искусство (Сборник научных трудов). – М.: ВХРНЦ им. академика И.Э.Грабаря. – 1993. – С. 122–126.

3. Емельянов Д. Н. Исследования физико-химических свойств консерванта тканей – поли-акрилата А-45К [Текст] / Д. Н. Емельянов // Грабаревские чтения VI. – М.: Сканрус. – 2005. – С. 208–214.

4. Никитин М. К., Мельникова Е. П. Химия в реставрации [Текст] / М. К.Никитин, Е. П. Мельникова. – Л.: Химия. – 1990. – С. 304.

5. Волкова Н. В., Емельянов Д. Н., Молодова А. А, Лебедева А. Д. Закономерности укрепления тканей акриловыми сополимерами методом дублирования [Текст] / Н. В.Волкова и др.// Материалы V международной конференции «Обеспечение сохранности памятников культуры: традиционные подходы – нетрадиционные решения». – СПб.: РНБ. – 2006. – С.248–255.