Zpevňující látky pro konzervaci a restaurování

Ahoj studenti! Vítejte u komplexního průvodce světem zpevňujících látek pro konzervaci a restaurování, který vám pomůže pochopit jejich rozmanitost a specifika. Tato oblast je klíčová pro zachování kulturního dědictví a je důležitou součástí studia konzervace a restaurování.

Co jsou zpevňující látky pro konzervaci a restaurování? Shrnutí a přehled

Zpevňující látky jsou materiály používané k posílení degradovaných nebo křehkých objektů, ať už se jedná o kámen, omítky, dřevo, nebo papír. Jejich cílem je obnovit strukturální integritu a prodloužit životnost historických předmětů a staveb. Používají se různé typy látek, které můžeme rozdělit na anorganické a organické.

Konzervátoři a restaurátoři pečlivě vybírají vhodné zpevňovací prostředky s ohledem na typ materiálu, stupeň poškození a požadované vlastnosti, jako je hloubka penetrace, barevná stabilita nebo odolnost vůči vnějším vlivům. Pojďme se podívat na jejich charakteristiku.

Anorganické zpevňovací prostředky: Historie a současnost

Anorganické látky mají v konzervaci dlouhou historii. Mnohé z nich byly vyvíjeny a používány již v minulosti, ale s pokrokem vědy se objevují i novodobé varianty, které minimalizují rizika spojená s jejich aplikací.

Vodní sklo (Alkalické křemičitany)

Vodní sklo, tedy draselné a sodné křemičitany, je historicky významný zpevňovací prostředek. Jeho výroba probíhá reakcí SiO₂ s uhličitanem sodným (yNa₂O.xSiO₂) a jeho tvrdnutí zahrnuje tvorbu nerozpustného gelu SiO₂·nH₂O.

Vlastnosti a výhody:

• V mnoha ohledech se podobá běžnému sklu, ale je rozpustné ve vodě (běžné koncentrace 20-30 %hm.).
• Vykazuje vysokou odolnost vůči UV záření, kyselým polutantům i mikrobiologickému napadení.

Rizika a nevýhody:

• Malá hloubka průniku do porézních materiálů.
• Možnost tvorby povrchové vrstvy s odlišnými fyzikálními vlastnostmi.
• Může způsobit změnu barvy a vznik lesku na povrchu.
• Vznik solí (Na₂CO₃, K₂CO₃) jako vedlejšího produktu tvrdnutí.

Moderní alternativou je Lítiumpolysilikát (lithné vodní sklo, Li₂SiO₃.aq), například produkty jako Durolith 61 nebo Sebasil.

Fluáty

Fluáty jsou soli kyseliny hexafluorokřemičité (H₂SiF₆) nebo samotná kyselina. Nejběžnější soli jsou MgSiF₆, ZnSiF₆ a Al₂(SiF₆)₃. Reagují s CaCO₃ za vzniku nerozpustných fluoridů a křemičitého gelu (např. 3CaCO₃ + H₂SiF₆ → 3CaF₂ + SiO₂ + 3CO₂ + H₂O).

Vlastnosti a výhody:

• Vysoká odolnost vůči UV záření, kyselým polutantům i mikrobiologickému napadení.

Rizika a nevýhody:

• Malá hloubka penetrace.
• Nebezpečí vzniku nepropustné, tvrdé vrstvy na povrchu.
• Riziko vzniku zákalů na povrchu.

Vápenná voda a Barytová voda

Vápenná voda je nasycený roztok hydroxidu vápenatého (Ca(OH)₂), s rozpustností přibližně 1,6 g/l (0,16 % roztok). Reakcí s CO₂ vzniká CaCO₃ (Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃).

Barytová voda je nasycený roztok hydroxidu barnatého (Ba(OH)₂), obvykle v koncentracích 5 % až nasycený roztok. Reakcí s CO₂ vzniká BaCO₃ (Ba(OH)₂ + CO₂ → BaCO₃). K urychlení této proměny lze přidat močovinu (Ba(OH)₂ + (NH₂)₂CO → BaCO₃ + 2 NH₃).

Organické zpevňovací prostředky: Od přírody k syntéze

Organické zpevňovací prostředky se dělí na přírodní (někdy modifikované) a syntetické. Jejich vývoj prošel dlouhou cestou.

Přírodní organické prostředky: Historické přístupy

Mezi historicky používané přírodní prostředky patří oleje, vosky, pryskyřice a ojediněle i bílkoviny a polysacharidy.

Charakteristika:

• Všeobecně malá penetrační schopnost.
• Tendence k tvorbě filmů na povrchu a změně barvy či fyzikálních vlastností.
• Poměrně malá odolnost vůči stárnutí.
• Spíše sloužily k ochraně povrchu nebo zpevňování barevných vrstev než k hloubkovému zpevnění porézního materiálu.

Modifikované přírodní prostředky (19. a počátek 20. stol.):

• Směsi parafinických vosků a olejů v organických rozpouštědlech (např. komerční výrobek „Szerelmey“).
• Směsi rozpustných solí mastných kyselin (oeláty, např. oleát draselný) a rozpustných solí s vícemocnými kationy kovů (např. vodný roztok octanu hlinitého), známé jako „Testalin“.

Syntetické organické prostředky: Moderní éra

Syntetické polymery začaly být zkoušeny a aplikovány v první polovině 20. století. Přinášejí reprodukovatelné, standardní a předvídatelné vlastnosti, což umožnilo systematický výzkum jejich vlastností a odolnosti vůči stárnutí od druhé poloviny 20. století.

Polyvinylacetát (PVAC)

PVAC, objev: 1912, průmyslová výroba: od 20. let 20. stol. Může být homopolymer nebo kopolymer.

Vlastnosti:

• Tg 18–45 °C, teplota tání 170–210 °C.
• Rozpustný v organických rozpouštědlech (ketony, estery, chlorovaná rozpouštědla).
• Amorfní struktura, houževnatý, dobrá adheze, filmy s vysokým leskem.
• Dobrá odolnost vůči světelnému a UV záření, nízký sklon ke žloutnutí.

Problémy a současné využití:

• Cold flow, dirt pick-up, hydrolýza (štěpení kyseliny octové a přeměna na PVAL).
• Pro konsolidaci nebo povrchovou ochranu se používal do začátku 80. let 20. stol., ale neosvědčil se kvůli nedostatečné hloubce penetrace, tvorbě filmu a omezení paropropustnosti.
• V současnosti se pro zpevňování již nepoužívá, ale využívá se jako součást modifikovaných tmelících hmot.

Polyvinylalkohol (PVAL/PVOH)

PVOH vzniká zmýdelněním polyvinylacetátu, objev: 1924.

Vlastnosti:

• Rozpustný ve vodě, nerozpustný v organických rozpouštědlech.
• Dobrá pevnost v tahu a pružné filmy (ovlivněné relativní vlhkostí).
• Dobrá adheze k různým materiálům.
• Tg 80–90 °C, teplota tání 200–230 °C.
• Dobrá stabilita vůči UV záření.

Použití a rizika:

• Používán zejména jako izolace nebo pro dočasné zpevnění.
• Jako konsolidant či fixační prostředek se používá pouze v interiéru.
• Malá odolnost vůči mikrobiologickému napadení.

Polyvinylacetály (PVFM, PVB)

Připravují se reakcí zmýdelněného nebo částečně zmýdelněného PVAC s aldehydy.

• Polyvinylformal (PVFM) – reakce PVAL s formaldehydem.
• Polyvinylbutyral (PVB) – reakce PVAL s butyraldehydem.

Polyamidy (PA)

Polyamidy, objev: 1935, komerční produkce: 1938 (Nylon). Vznikají polykondenzací (např. H₂N-(CH₂)₆-NH₂ + HOOC-(CH₂)₄-COOH).

Využití v konzervaci:

• Pro konzervační účely se používaly rozpustné varianty Nylonu (rozp. v nižších alkoholech nebo směsi alkohol/voda 70/30).
• Použití v 60. – 70. letech 20. stol. pro restaurování papíru a zpevnění kamene.
• Příklady: Calaton CA, Calaton CB, Ultramid.

Akryláty (Akrylátové pryskyřice): Univerzální řešení

Akryláty jsou dnes jedny z nejpoužívanějších syntetických pryskyřic v konzervaci, a to pro svou vynikající stabilitu a univerzálnost. Dělí se na polyakryláty (z kyseliny akrylové a jejích esterů, objev 1843) a polymetakryláty (z kyseliny metakrylové a jejích esterů, objev 1865).

Polyakryláty (PA):

• CH₂=CH-COOR, kde R = Methyl (PMA), Ethyl (PEA), Butyl (PBA).

Polymetakryláty (PMA):

• CH₂=C(CH₃)-COOR, kde R = Methyl (Methylmetakrylát, PMMA), Ethyl (Ethylmetakrylát, PEMA), Butyl (Butylmetakrylát, PBMA).
• První polymerizace MMA 1877, výroba PMMA od 30. let 20. stol.

Přehled komerčních akrylátových pryskyřic (granuláty a roztoky):

• Paraloid B-44 (MMA, Tg 60 °C, nízká mol. hmotnost)
• Paraloid B-67 (iBMA, Tg 50 °C, nízká mol. hmotnost)
• Paraloid B-72 (EMA/MA, Tg 40 °C, nízká mol. hmotnost) – Velmi populární díky dobré odolnosti vůči UV a oxidaci, rozpustný v toluenu, xylenu, acetonu, ethylacetátu.
• Elvacite 2043 (EMA/?, Tg 65 °C, nízká mol. hmotnost)
• Elvacite 2044 (nBMA, Tg 15 °C, vysoká mol. hmotnost)
• Elvacite 2045 (iBMA, Tg 50 °C, vysoká mol. hmotnost)
• Plexigum P24 (iBMA, Tg 57 °C, střední mol. hmotnost)
• Plexigum PQ611 (iBMA, Tg 32 °C)
• Plexisol P550 (nBMA/?, Tg 40 °C, vysoká mol. hmotnost)

Přehled komerčních akrylátových disperzí:

• Primal AC33 (EA/MMA/EMA, Tg 16 °C, MFT 8 °C)
• Primal AC-634 (MMA/EA, Tg 7 °C, MFT 12 °C)
• Plextol B500 (EA/MMA/EMA, Tg 25 °C, MFT 7 °C)
• Plextol D360 (nBMA/MA, Tg -8 °C, MFT 0 °C)
• Plextol D498 (nBMA/MA, Tg 20 °C)
• Hydrogrund 750 (nBMA/MA, Tg 20 °C)
• Acronal D 300 (Acryl/VAc/VCl, Tg 26 °C, MFT 17 °C)
• Lascaux Medium pro konsolidaci (Acryl/Methacrylat/Styrol, Tg 4 °C)

pH disperzí (příklady):

• Caparol (PVAc/Acrylát) – pH 8,2
• Mowilith DM 5 (VAc + nBuA) – pH 3,65
• Acronal 300 D (VAc + VC + nBuA) – pH 4,95
• Plextol B50 (EA + MMA + EMA) – pH 9,0
• Primal AC 33 (EA + MMA + EMA) – pH 9,0
• Texicryl (EA + MMA + EM) – pH 8,75
• Primal AC 635 (nBuMA + MA) – pH 9,45
• Plextol D 360 (nBuMA + MA) – pH 7,4
• Hydrogrund (nBuMA + MA) – pH 8,9
• Médium pro konsolidaci (Acrylát/Methacrylat/Styrol) – pH 8,4

Polybutylmetakrylát (PBMA)

• Tg: -60 °C až -40 °C. Je měkký, náchylný k dirt pick-up a má nižší odolnost vůči stárnutí.

Kopolymer P(EMA/MA) – Paraloid B-72 / Acryloid B-72

• Od Rohm and Haas, USA. Jedná se o kopolymer ethylmetakrylátu (EMA) a methylakrylátu (MA) v poměru 70:30 mol.
• Má dobrou odolnost vůči UV záření a oxidaci.
• Rozpustný v toluenu, xylenu, acetonu, ethylacetátu.
• Tg: 40 °C.

Použití Paraloidu B-72:

• Zpevňování porézních anorganických materiálů (kámen, omítky, štuk).
• Fixáž poškozené malby.
• Injektáž a přilepování šupinek malby.
• Injektáž vlasových trhlin.
• Pojítko retuší.

Epoxidové pryskyřice: Pevnost a adheze

Epoxidové pryskyřice jsou makromolekulární látky, většinou připravené polyadicí dianu a epichlorhydrinu. Vyznačují se širokou škálou viskozity, od nízkoviskózních po tuhé.

Charakteristika:

• Dvousložkový systém: pryskyřice + tužidlo (vyžaduje přesné dávkování!).
• Vytvrzování probíhá polyadicí funkčních skupin tužidla s epoxidovými skupinami bez vedlejších produktů. Proces lze urychlit zvýšením teploty.

Použití:

• Na zpevňování kamene jen ojediněle (malé, silně degradované objekty) ve formě roztoků v organických rozpouštědlech (aceton, xylen, toluen, etanol nebo jejich směsi).
• Nízkoviskózní typy se používají pro injektáž prasklin v kameni.
• Používají se také pro lepení kamene a jako tmely.

FAQ: Často kladené otázky ke zpevňujícím látkám pro konzervaci a restaurování

Jaké jsou hlavní typy zpevňujících látek?

Zpevňující látky se dělí na anorganické (např. vodní sklo, fluáty, vápenná a barytová voda) a organické (např. polyvinylacetát, akryláty, epoxidové pryskyřice). Každý typ má specifické vlastnosti a použití, které je třeba zvážit pro konkrétní restaurátorský zásah.

Proč je důležité znát rizika spojená se zpevňujícími látkami?

Znalost rizik (jako je malá hloubka penetrace, změna barvy, tvorba filmů, vznik solí, nebo citlivost na stárnutí) je klíčová pro správný výběr materiálu. Pomáhá předejít nevratnému poškození restaurovaného předmětu a zajistit dlouhodobou stabilitu a autentičnost.

Které zpevňující látky jsou nejčastěji používány v moderní konzervaci?

V moderní konzervaci jsou velmi oblíbené akrylátové pryskyřice, zejména kopolymery jako je Paraloid B-72, pro jejich dobrou UV stabilitu, odolnost vůči oxidaci a širokou škálu aplikací. Epoxidové pryskyřice se používají pro lepení a injektáž prasklin díky své vysoké pevnosti.

Jak se liší historické a syntetické organické zpevňující prostředky?

Historické organické prostředky (oleje, vosky, přírodní pryskyřice) měly často malou penetraci, tendenci k tvorbě povrchových filmů a menší odolnost vůči stárnutí. Syntetické prostředky (např. akryláty) nabízejí reprodukovatelné a předvídatelné vlastnosti, lepší stabilitu, hlubší penetraci a jsou výsledkem systematického výzkumu od 20. století.