Природные и синтетические полимеры в реставрации

Аннотация

С.Б. Языева

  Представлен краткий обзор используемых полимеров в реставрации как синтетических, так и природных. Показано преимущества и недостатки используемых полимеров. 

Ключевые слова: реставрация, синтетические полимеры, природные полимеры, живопись

17.00.06 - Техническая эстетика и дизайн

Критерии выбора полимеров для реставрации изделий дизайна

Химические материалы и технологии их применения в реставрации раз­нообразны и охватывают, по существу, все классы органических и неор­ганических веществ. Особое место среди химических материалов, приме­няемых в реставрационных работах, занимают полимеры - природные и синтетические вещества.
Широкий диапазон свойств полимеров дает возможность применять их для реставрации изделий дизайна из различных материалов.
Растворы макромолекулярных соединений в органических растворите­лях используют в качестве клеев, лаков для поверхностных защитных покрытий, укрепления ослабленных пористых памятников. Наряду с не­которыми олигомерами они являются связующими композиций, реко­мендованных для изготовления мастик и формовки утраченных фраг­ментов.
Водные растворы полимеров применяют в качестве клеев, на их ос­нове получают пленки, сорбирующие загрязнения с поверхности различ­ных материалов. Клеями, герметиками и очищающими составами явля­ются латексы различных полимеров и сополимеров. Мономерами про­питывают ослабленные пористые экспонаты. При последующей полиме­ризации мономеров происходит повышение прочности материала.
Со времени появления высокомолекулярных соединений начались исследования по определению их долговечности. Был предложен ряд методов сравнения продолжительности эксплуатации полимеров в при­родных условиях и в условиях искусственного старения. И хотя в на­стоящее время разработаны стандарты проведения искусственного ста­рения, исследователи еще не пришли к окончательному выбору наиболее надежных методов определения долговечности полимеров.
На основе теоретических исследований и многолетней практики применения поли­меров в различных областях науки и техники определена степень их стойкости в условиях эксплуатации, что позволяет четко разграничить области их применения.
Несмотря на теоретические и практические достижения в области полимерной химии и технологии пока только немногие полимеры нашли применение в реставрации. Для каждого из процессов и объектов рестав­рации можно рекомендовать полимер, контакт которого с экспонатом наиболее целесообразен. Однако вряд ли можно представить себе поли­мер, который существовал бы вместе с изделием дизайна многие десятилетия без изменения исходных реставрационных качеств.
Многолетней практикой выработаны критерии выбора полимеров для реставрации. Ниже они приведены в порядке их значимости.

1. Долговечность - наиболее существенный при выборе полимеров для реставрации параметр; долговечность реставрационного материала в идеале должна быть близкой к ожидаемому социально значимому времени существования реставрируемого объекта.
2. Адгезионные свойства, обеспечивающие прочное соединение поли­мера с материалом экспоната.
3. Сохранение прочного соединения с материалом памятника при длительном его хранении в музейных условиях или в условиях перепа­да температуры и влажности на открытом воздухе.
4. Отсутствие в полимере групп, способных реагировать с материа­лом экспоната, и исключение возможности появления таких групп при пропитке и длительном контакте полимера с материалом экспоната.
5. Бесцветность и прозрачность полимерной пленки на поверхности материала должны обеспечивать неизменность цвет тональной характе­ристики реставрируемого объекта.

Среди большого числа полимеров, выпускаемых нашей промышленностью, только немногие целесообразно рекомендо­вать для реставрационных целей. Их применяют в качестве монтировоч­ных материалов для изготовления утраченных фрагментов, имитиру­ющих материал памятника, в виде клеев и лаков с различным содержа­нием полимера для пропитки пористых систем и др.
Известно, что полимеры образуются в результате реакций полимеризации или поликонденсации. При полимеризации можно получать полимеры с мо­лекулярной массой от  до , при поликонденсации образу­ются более низкомолекулярные продукты.
Некоторые полимеры традиционно именуют смолами. Смолами, как правило, называют полиме­ры с небольшой молекулярной массой, преимущественно полученные методом поликонденсации. Более строго их следует называть олиго­мерами.
По сравнению с низкомолекулярными соединениями полимеры обладают рядом особенностей.
В зависимости от характера расположения полимерных цепей, их упорядоченности высокомолекулярные соединения находятся в аморф­ном, частично кристаллическом или кристаллическом состоянии. Для аморфных полимеров характерны три физических состояния: стекло­образное, высокоэластическое, вязкотекучее.
Температурный интервал перечисленных физических состояний по­лимеров определяется природой мономеров, расположением мономер­ных звеньев в макромолекулах, т.е. строением полимеров, и их молеку­лярной массой.
По вязкости разбавленных растворов полимеров можно судить о их молекулярной массе. Характеризуя применяемые для получения лаков и клеев промышленные образцы полимеров, как правило, указывают молекулярную массу или вязкость их растворов.
В реставрации находят применение как синтетические, так и природ­ные полимеры.

Синтетические полимеры

Название полимеров складывается из приставки поли- и названия исходного мономера. Например: полиэтилен, поливинилхлорид (ПВХ), поливинилацетат (ПВА), полиакриловая кислота (ПАК), полиметилакрилат (ПМА), полиметакриловая кислота (ПМАК), полиметилметакрилат (ПММА).
Возьмем, например, полиэтиленоксид. В реставрации полиэтиленоксид применяют для консервации мокро­го археологического дерева. Низкая токсичность, стойкость к действию кислорода позволяют рассчитывать на расширение области его примене­ния (например, при загущении красок и латексов).
Полиуретаны получают путем ступенчатой (миграционной) полиме­ризации. Исходными соединениями для их получения являются да- или полиизоцианаты и двух- или многоатомные спирты.
Полиуретаны — высокоплавкие, прочные материалы (т. пл. 150- 200 °С). Они растворяются в феноле, крезоле, сильных кислотах. Обыч­но эти полимеры получают с молекулярной массой от 13000 до 30000. Их применяют для изготовления клея для керамики, стекла, древесины, пластмасс. Для них характерна высокая атмосферостойкость, стойкость к действию кислорода воздуха. Твердые полимеры имеют вид слоновой кости. Полиуретановые клеи — прозрачные или желтовато-коричневые вязкие жидкости. Жизнеспособность клея 1—3 ч, поэтому его готовят непосредственно на месте применения. Полиуретановые клеи поставля­ются потребителю в виде отдельных компонентов в герметически закры­той упаковке, обеспечивающей их сохранность в течение многих меся­цев. Клеи могут содержать или не содержать растворитель.
Для монтировки художественных произведений используют легкий, прочный пенополиуретан. Его получают непосредственно на экспонатах, которые необходимо монтировать. Исходными гидроксил содержащими соединениями для получения пенополиуретанов служат полиэфиры с мо­лекулярной массой 2000 - 2500.
Эпоксидные смолы представляют собой поликонденсационные гетероцепные полимеры (точнее олигомеры) сравнительно невысокой моле­кулярной массы, образующиеся при взаимодействии соединений, содер­жащих эпоксидную группу, с двух- или многоатомными спиртами.
Эпоксидные олигомеры представляют собой вязкие жидкости от светло-желтого до коричневого цвета. Они растворяются в кетонах, аро­матических углеводородах, сложных эфирах и других органических рас­творителях. В зависимости от способа получения их молекулярная масса изменяется от 370-600 до 1 500-3 800.
При введении веществ, называемых отвердителями, происходит отверждение (сшивание) эпоксидных олигомеров - переход их в не­плавкое и нерастворимое состояние. Отвержде­ние при комнатной температуре наступает через 10-15 ч.
Эпоксидные полимеры обладают высокой адгезией и клеящей спо­собностью. Они, как правило, не светостойки, со временем темнеют. В реставрации эпоксидные полимеры применяют в качестве клеев и основы для мастик. Из них формируют различные детали для воссозда­ния утраченных фрагментов, а также отливают копии небольших экспо­натов. Отрицательным качеством этого полимера является трудность его удаления с памятника, он обладает прочностью и нерастворимостью.
В реставрации часто пользовались и пользуются до на­стоящего времени клеевыми композициями. Эти композиции обычно применяют в виде спиртовых растворов. Наибольшее распространение получила клеевая композиция поливинклбутираль - фенолоформальдегидный олигомер в соотношениях 1:1.
Из синтетических модифицированных полимеров большое значение для реставрации имеют: поливиниловый спирт (ПВС), поливинилбутираль (ПВБ), метилолполиамид (МПА).

Природные полимеры

К широко применяемым в реставрации природным полимерам в первую очередь следует отнести животные (белковые) и растительные клеи.
Животные клеи (желатина, костный, мездровый) получают из колла­гена тканей животных. Наиболее чистым из этой группы клеев является желатина; клеи, получаемые при вываривании кожи животных (мездро­вый, кожный), являются высокоэластичными.
Рыбий клей, получаемый из коллагена осетровых рыб (осетровый клей), широко применяется в реставрации станковой живописи и икон.
Животные клеи растворимы в теплой воде и разбавленных растворах солей; нерастворимы в этиловом спирте, ацетоне, сложных эфирах, пре­дельных и ароматических углеводородах. При растворении вначале имеет место продолжительный процесс набухания при комнатной температуре, после чего при нагревании происходит уже собственно растворение. Про­должительное нагревание выше  ведет к снижению вязкости раство­ра и его клеящих свойств. Животные клеи имеют высокую молекуляр­ную массу и поэтому образуют вязкие растворы.
Концентрированные растворы желатины (30-45%) уже при образуют гель (студень). Менее концентрированные растворы теряют текучесть при более низкой температуре. Свойство клеев образовывать гели удобно для реставраторов. При укреплении участков живописи их слегка нагревают, клей приобретает подвижность и проникает на заданную глубину.
Белковые клеи, например рыбий (осетровый) клей, применяют в реставрации станковой живописи при укреплении ослабленных фраг­ментов и при переводе картин на новый холст. Клеевая пленка обладает не только прочностью, но и жесткостью, поэтому ее пластифицируют. В качестве пластификатора применяют мед. Массовое соотношение меда и сухого клея варьируют от ()  1 до 1:1.
Большое содержание меда в клее, применяемом для реставрации, при хранении произведений в условиях повышенной влажности может привести к развитию микроорганизмов. Для предотвращения этого в клей иногда добавляют около 1 % антисептика, чаще всего - пентахлорфенолята натрия.
Растительные клеи готовят на основе крахмала, камедей, природных смол - даммары, канифоли, сандарака, мастикса, янтаря, шеллака, копалов.
Крахмал является традиционной основой для клеев, применяемых в реставрации произведений на бумаге.
Для реставрации исполь­зуют пшеничный клей. Из пшеничной муки готовят 8%-й клейстер и пластифи­цируют его 2 % глицерина. С помощью такого клея и проводят реставра­цию бумаги - заклейку утрат, дублирование документов и архивных материалов, наклеивание произведений графики на новую основу. При­клеивание прочное, не отслаивается в течение многих лет. В случае необ­ходимости при смачивании водой склеенные листы легко можно разнять.
Природные смолы находят широкое применение в реставрации. Хи­мический состав природных смол до настоящего времени полностью не выяснен. В основном они содержат смоляные кислоты, их эфиры, выс­шие спирты. Смолами широко пользовались в реставрации памятников из различных материалов, однако постепенно их вытесняют синтетичес­кие полимерные вещества.
Даммаровые лаки.  Даммаровые покрытия считаются наибо­лее светостойкими из всех покрытий на основе природных смол. Из дам­мары приготовляют лаки, иногда с добавлением восков, полимеризованного льняного масла. Даммаровые лаки используются в качестве защит­ного средства для покрытия живописи. При содержании масла 10-15% от массы смолы лаки на основе даммары легко удаляются с поверхности живописи спиртово-скипидарными эмульсиями. При реставрации произ­ведений масляной и темперной живописи применяют промышленные об­разцы даммаровых лаков — 30%-й раствор смолы в смеси пинен: этило­вый спирт -1:1.
Восками называют жироподобные вещества растительного или жи­вотного происхождения. Они состоят из сложных эфиров, образованных высшими жирными кислотами и высокомолекулярными обычно одно- атомными спиртами.
В древности пчелиный воск применяли в качестве связующего кра­сок для живописи (энкаустика). Без изменения внешнего вида пигмен­ты в композициях из воска, смол и жиров дошли до нашего времени. Произведения искусства из многих материалов иногда покрывают или пропитывают расплавами или растворами воска для защиты от атмосфер­ных воздействий. При этом они приобретают гидрофобность, но липкость воска уже при сравнительно низких температурах способствует загряз­нению поверхности.
В реставрации часто используют воскосмоляные мастики для скреп­ления водоотталкивающих слоев краски масляной живописи, укрепле­ния ослабленного красочного слоя современной темперы, заполнения утрат. Воскосмоляную мастику используют при дублировании картин масляной живописи на холст и стеклоткань, а также для сохранения ка­менных, металлических и деревянных произведений искусства (ганозис) и дизайна изделий.

Литература:

1. Никитин М.К., Мельникова Е.П. Химия в реставрации: Справочное пособие – Л.: Издательство Химия, 1990. – 304 стр.