Przez dziesięciolecia konserwatorzy i muzealnicy z całego świata stosowali przezroczyste powłoki polimerowe – przede wszystkim na bazie żywic akrylowych – jako podstawową metodę ochrony metalowych artefaktów. Miały one zabezpieczać przed wpływem światła, wilgoci, tlenu i zmian temperatury. Zaletą takich powłok była nie tylko ich skuteczność, ale i estetyka: dzięki przejrzystości pozwalały podziwiać detale monet, narzędzi czy broni sprzed tysięcy lat.
Czytaj też: Pracownicy muzeum otrzymali anonimową przesyłkę. Nie mogli uwierzyć w to, co zobaczyli w środku
Nowe badania, opublikowane w czasopiśmie ACS Central Science przez zespół pod kierownictwem Rui Tiana i Chao Lu z Beijing University of Chemical Technology, sugerują jednak, że niektóre z tych powszechnie stosowanych żywic mogą… przyspieszać proces korozji – szczególnie w przypadku artefaktów zawierających żelazo.
Powłoki ochronne niszczą artefakty żelazowe
Problem polega na tym, że wraz z upływem czasu polimery ulegają degradacji chemicznej – zwłaszcza w warunkach ekspozycji na światło UV i ciepło. W przypadku żywic akrylowych (np. kopolimerów etylometakrylanu i metakrylanu metylu), proces starzenia może prowadzić do powstawania grup karboksylowych – związków organicznych, które w kontakcie z metalami żelaznymi inicjują reakcje prowadzące do rdzewienia.
Czytaj też: Najciemniej pod latarnią. Muzeum nie wiedziało, jaki skarb posiada
Zwykle takie procesy zachodzą w mikroskali, niewidocznej gołym okiem. Do tej pory nie było metody, która pozwalałaby konserwatorom obserwować bezinwazyjnie, co dzieje się na granicy styku żywicy i metalu – chyba że zdecydują się oni usunąć powłokę, ryzykując uszkodzenie zabytku. Istniejące techniki obrazowania nie dawały dostatecznie wyraźnego wglądu w cienką warstwę reakcyjną.
Aby rozwiązać ten problem, Tian, Lu i ich współpracownicy opracowali nowatorską strategię obrazowania 3D z wykorzystaniem fluorescencji. Technika ta umożliwia wykrywanie obecności wspomnianych grup karboksylowych na bardzo wczesnym etapie, zanim jeszcze korozja stanie się widoczna.
W początkowych testach zespół nie zaobserwował fluorescencji w świeżo pokrytych metalach. Jednak po przyspieszonym procesie starzenia żywicy – poprzez wystawienie jej na działanie ciepła i światła UV przez 30 godzin – intensywność sygnału fluorescencyjnego na styku żywicy i żelaza systematycznie wzrastała już po trzech godzinach. To wyraźny sygnał, że reakcje chemiczne ruszają niemal natychmiast po rozpoczęciu degradacji polimeru.
Aby zademonstrować praktyczną skuteczność techniki, badacze przeprowadzili test na autentycznym artefakcie: żelaznej monecie pochodzącej z czasów dynastii Song (960–1279 n.e.), wydobytej podczas wykopalisk archeologicznych. Pokryto ją tą samą żywicą akrylową i poddano warunkom przyspieszonego starzenia.
Efekt? Moneta, która już przed zabiegiem nosiła ślady rdzy, po procesie starzenia powłoki stała się wyraźnie bardziej skorodowana. Co istotne, na nowym, niekorodującym kawałku żelaza ten sam proces nie wywołał istotnych zmian. Oznacza to, że najbardziej narażone na degradację są artefakty już nadwątlone przez czas – czyli dokładnie te, które najbardziej potrzebują ochrony.
Badania te rzucają nowe światło na bezpieczeństwo powszechnie stosowanych metod konserwatorskich. Co istotne, nie oznacza to, że wszelkie powłoki polimerowe są szkodliwe – lecz że wymagają one starannego doboru, testowania i monitorowania ich interakcji z konkretnymi typami metali.
To odkrycie pozwoli nam zaprojektować nowe typy żywic – wzbogacone o stabilizatory i dodatki przeciwstarzeniowe – które będą bezpieczniejsze dla artefaktów z żelaza i stali. Jednocześnie, nowo opracowana technika fluorescencyjna może stać się standardowym narzędziem diagnostycznym w konserwacji: szybkim, nieinwazyjnym i niezwykle czułym.