Etude de la stabilité des encres brun-gris sur support papier, Science du patrimoine, Texte intégral
La recherche sur les œuvres d'art de papier et l'identification des techniques de dessin datant du 15ème au 19ème siècle de la collection de la Galerie nationale slovaque a révélé que les moyens les plus fréquemment utilisés de l'écriture était un ensemble d'encres brun-gris. Cet ensemble comprend bistre, sépia et encres fer-biliaires (GII). La résistance à la lumière de ces composés organiques ne sont pas considérés très élevé. De plus, les encres ferrogalliques attaque support papier par les procédés couramment connus sous le nom de corrosion encre ferro-fer. Dans la partie expérimentale de la recherche, la stabilité des trois différentes encres gris-brun a été étudiée. encres types, à savoir bistre, sépia et IGI avec deux rapports molaires Fe. l'acide gallique ont été préparés selon des recettes historiques. papier Whatman a été utilisé comme matériau de support. Les échantillons ont été soumis à un vieillissement accéléré dans des récipients fermés à 100 ° C avec et sans la présence de NO2 dans la concentration de 100 ppm, ainsi que du vieillissement de la lumière dans une chambre de lumière. Les changements de propriétés mécaniques, optiques et chimiques des échantillons ainsi que des spectres IR dans la région ont été étudiés. Les changements observés ont permis d'évaluer l'effet d'encres particulières sur support papier et l'effet de divers facteurs externes du vieillissement (température, la lumière, les polluants) sur les systèmes modèles. analyse thermique simultanée (DTA / TG) a été réalisée afin d'étudier la stabilité thermo-oxydante des matériaux. Sépia et encres bistre ont été évalués comme étant généralement plus stables que les encres fer-biliaires.
encres brun-gris historique Stabilité des dessins spectroscopie IR FT-
Contexte
Bistre en tant que matériau d'écriture était déjà connue au Moyen Age [5]. Au 15ème siècle, il a été largement utilisé en Italie, puis en Europe du Nord. Aux 17e et 18e siècles, l'utilisation de bistre était populaire parmi les artistes tels que Rembrandt van Rijn, Claude Lorrain, Conez Alexander et Thomas Gainsborough. Bistre est souvent utilisé dans les dessins miniatures. Bien que les encres utilisées par Rembrandt sont décrites traditionnellement comme bistre, des études analytiques réalisées sur 22 Rembrandt dessins de la collection du Metropolitan Museum of Art ont confirmé que la majorité des 22 dessins ont été réalisés à l'encre ferrogallique [6].
irradiation de longue durée en présence d'oxygène et de lumière UV, cependant, conduit à un éclaircissement - la décoloration de la mélanine [12 13] qui est le résultat de la dégradation par oxydation, dans le procédé de laquelle l'anneau de noyau de benzène ouvre [8].
J. Seydelmann était la première personne à préparer l'encre sépia mélangée avec de la gomme arabique (comme décrit dans la référence [14].) En tant que méthode de la technique de peinture à l'eau à Dresden en 1780. Au cours du 19ème siècle, bistre a été progressivement remplacé par de l'encre sépia.
De la période Antiquité tardive aux premières années du 20 e siècle, les encres ferrogalliques étaient les moyens les plus utilisés de l'écriture manuscrite. En 15 e siècle, les encres ont été largement répandues et au cours des siècles suivants couramment utilisés par les maîtres anciens dans les dessins. A l'heure actuelle, toutes les galeries de renom et des musées du monde abritent les plus grandes collections de dessins de Léonard de Vinci, Rembrandt van Rijn, Giovanni Francesco Barbieri connu sous le nom Guercino, Claude Lorrain, Vincent van Gogh, etc.
matériaux et méthodes
Trois types d'encres ont été étudiés: encre bistre 12100 (Kremer Pigmente GmbH - Co KG) - B. encre sépia 12401 (Kremer Pigmente GmbH - Co KG) - S. encres de galle de fer préparés à partir de monohydrate d'acide gallique (Sigma Aldrich) et ferreux sulfate heptahydraté (Lachema, République tchèque). Les rapports molaires Fe (II): ion acide gallique était de 1: 1 et 1: 2 - IGI IGI 11. 12. Solutions d'encres ont été préparées selon Neevel [3]. Pour leur préparation, une solution aqueuse de la solution de gomme arabique (Fluka BioChemika, Sigma-Aldrich) (eau désionisée) avec la concentration en masse 7,852 g / 100 ml a été utilisé. papier filtre Whatman (Whatman Lab. Division, Maidstone, Angleterre), Cat. Non 1001917, 87 g.m -2. pH 6,7 - cellulose de linters de coton purifié a été utilisé comme substrat - échantillons de papier W. On a immergé dans les solutions d'encre pendant 15 secondes. L'excès de liquide a été retiré en utilisant deux papiers filtres, puis on laisse sécher à la température ambiante. Les solutions aqueuses d'encres ferrogalliques ont été appliqués sur le substrat de papier après avoir été gardé dans une pièce sombre pendant sept jours et filtration ultérieure.
méthodes de vieillissement accéléré
Deux méthodes de vieillissement accéléré ont été employées. Lumière de vieillissement selon la norme ISO 105-B02 [20]: un dispositif de laboratoire pour simuler la lumière du jour consistant en une MEX-lampe OSRAM POWERSTAR HQI TS 400 / D réduite aux UV et deux lampes fluorescentes avec un maximum de spectre d'émission dans l'UVA, puissance 2 x 15 W, la température de 45 ± 5 ° C, une humidité relative de 25 ± 5%, la dose d'exposition 105 KLX dans le VIS, 95 mW / cm 2 dans l'UVA ont été utilisés. Les temps d'exposition étaient 20, 40, 80, 120 et 160 heures.
vieillissement thermique accéléré dans l'air avec / sans polluant selon la norme ISO 5630-5 [21]: Les échantillons ont été placés dans des bouteilles Pyrex®, conditionnées pendant 24 heures à 23 ° C et 50% d'humidité relative et fermé avec polyphénylsiloxane joint étanche avec le joint Viton®. NO2 à une concentration de 100 ppm a été introduit dans des flacons sélectionnés. temps de vieillissement étaient de 0, 4, 16, 24, 48, 120 heures pour le papier pur, bistre et sépia et 1, 2, 4, 8 et 24 heures pour les encres fer-biliaires.
Degré de polymérisation et la constante de vitesse de dépolymérisation
Les valeurs des constantes a = 0,85 et K = 1,1 pour la cellulose ont été utilisées [25]. Les constantes de vitesse k de la dégradation ont été obtenus par moindres carrés des données expérimentales à l'aide de l'équation Ekenstam pour la dégradation des polymères linéaires [26] 24.:
où DP0 et DP sont des degrés de polymérisation au début du vieillissement et après le temps de vieillissement t.
la résistance au pliage
15 × 100 mm échantillons ont été conditionnés à l'air (24 heures, 23 ° C, 50% RH) et la résistance au pliage a été mesurée par la méthode MIT selon [27]. Le dispositif utilisé était Tinius Olsen, tension d 'échantillons 3 N, moyenne de 10 mesures, écart-type 35 ± 5%.
mesures thermoanalytiques
où Ti est la température de début d'oxydation, β est le taux de chauffage, T∞ signifie que la température isoconversional à une vitesse de chauffage infini et a représente un exposant. Connaître les valeurs des paramètres cinétiques T∞ et a. le temps d'induction d'oxydation (ti) pour une température T choisie peut être calculée comme
Thermooxydation des deux, des échantillons non âgés et au plus âgés a été étudié. En ce qui concerne le vieillissement thermique, le temps de vieillissement pour les échantillons B et W. S a été de 120 heures et pour l'échantillon 11, IGI IGI 12 24 heures. Dans le cas du vieillissement à la lumière thermique, le temps de vieillissement était de 160 heures pour tous les échantillons.
Les mesures spectroscopiques
Les spectres FT-IR des échantillons sur support papier ont été mesurées avec un spectrophotomètre FT-IR série EXCALIBUR, FTS 3000 MX (Digilab) et microscope FT-IR Varian 610-3R série par le procédé ATR avec le cristal de diamant. Les spectres FT-IR de colorants en poudre ont été mesurés dans des pastilles de KBr. Les mesures de couleur ont été réalisées avec le SpectroDens A 504009 Prime spectrophotomètre (Techkon GmbH), D50 d'éclairage standard, observateur standard 2 °.
résultats et discussion
L'évaluation des propriétés optiques
Au cours de la lumière et le vieillissement thermique accéléré (Figure 1), l'encre sépia était la plus stable, suivie par bistre. Les deux encres de galle de fer, où la différence de couleur totale AEab * atteint jusqu'à 10 à 15 (par vieillissement thermique), avaient la stabilité de la couleur la plus faible.
Différence de couleur d'échantillons de modèle sur un substrat de papier à la durée maximale de la lumière accélérée, le vieillissement thermique et thermique avec la présence de NO2.
Les variations de coordonnées de couleur dans l'espace couleur CIELab au cours du vieillissement à la lumière IGI 11.
Évaluation de la stabilité de l'encre compte tenu de la stabilité des étalons de laine bleu (1 minimum, maximum 8)
L'évaluation des propriétés mécaniques
Les changements de la résistance au pliage des échantillons de modèle sur le papier au moment du vieillissement accéléré lumière.
Détermination des constantes de vitesse de dépolymérisation
les réactions de dépolymérisation de tampons de cellulose au cours du vieillissement thermique ont été influencés par la nature des encres et des polluants présents. Whatman avec sépia dégradé relativement lentement, suivi par le substrat et Whatman Whatman avec bistre. constantes de vitesse de dépolymérisation pour les échantillons avec des encres ferrogalliques étaient plus élevés presque par deux ordres de grandeur (Tableau 2. données en gras). vieillissement thermique à une température élevée, l'humidité relative et la présence de polluants semble être très dangereux pour les papiers contenant IGIs via des réactions d'accélération conduisant à la réduction de la DP.
Les valeurs des constantes de vitesse de dépolymérisation d'échantillons de modèle à la durée maximale de la lumière, le vieillissement thermique et thermique avec NO2
Des tendances similaires ont été observées pour le vieillissement à la lumière, mais la constante de vitesse de dépolymérisation était du même ordre (tableau 2).
La dégradation du bloc de papier dépend du rapport de Fe. gallate dans l'encre de la galle du fer, le plus notable était au Fe. GAL = 1. 1. Cette pièce de connaissance correspond au résultat de la stabilité optique ainsi (figure 1. Tableau 1).
Évaluation de la thermo-oxydation
Le but des méthodes thermoanalytiques - thermogravimétrie (TG) et l'analyse thermique différentielle (DTA) - était d'évaluer le rôle et la représentation proportionnelle des voies de dépolymérisation et une réaction de thermo-oxydation au cours du processus de vieillissement. Une description détaillée expérimentale et de la procédure d'évaluation ont été publiés ailleurs [31]. Les progrès de la thermo-oxydation pendant le vieillissement accéléré peut être caractérisé par l'application du critère de stabilité résiduelle [32]. La stabilité résiduelle d'un échantillon est définie comme
stabilités résiduelles estimées (R) avec leurs écarts-types et 95% des plages de vraisemblance de R à la durée maximale de la lumière, thermique et thermique de vieillissement avec NO2
Les résultats indiquent que thermo-oxydation ne représente qu'un trajet de réaction secondaire dans le vieillissement de papier / systèmes d'encre gris-brun au cours des procédés thermiques de vieillissement, à l'exception des encres fer-biliaires où la thermo-oxydation peut devenir le chemin de réaction de dégradation qui prévaut. En outre, compte tenu des résultats des constantes de vitesse de dépolymérisation, les encres fer-biliaires accélérés les deux voies de réaction, à savoir thermo-oxydation et de dépolymérisation. Dans le cas du vieillissement à la lumière, la dépolymérisation est le moyen de la réaction de dégradation qui prévaut.
spectres FT-IR
Les variations de la part des spectres FT-IR de IGI 11 à la durée maximale de vieillissement thermique accéléré.
Les variations de la part des spectres FT-IR de IGI 11 à la durée maximale de vieillissement accéléré lumière.
conclusions
Après l'évaluation de propriétés chimiques, mécaniques et optiques de l'encre brune-grise historique sur le support papier, nous avons conclu que le plus stable semble être l'encre sépia, suivi de bistre. Fer encres biliaires sont les moins stables de tous. La dégradation du bloc de papier dépend du rapport de Fe dans l'encre de la galle du fer, le plus notable est au Fe: GAL = 1: 1. L'influence de la lumière sur la stabilité des encres gris-brun sur support papier est moins importante que l'influence de la température et de polluants (dans les intervalles de temps étudiés); la combinaison la plus dangereuse est à haute température avec une augmentation d'humidité relative et de la présence de polluants atmosphériques. Les deux voies de réaction de dégradation thermo-oxydation et - dépolymérisation dans le vieillissement des systèmes de papier / d'encre gris-brun sont perceptibles et dépendent de la voie de vieillissement accéléré et le type d'encre appliquée. Les connaissances acquises peuvent être utiles pour garantir des conditions dans conservateurs optimales de stockage et l'accessibilité des œuvres d'art.
Michal Čeppan, Katarína Vizárová, András Peller, Danica Stojkovičová et Monika Hricková ont contribué également à ce travail.
Remerciements
Ce travail a été accompli sous les auspices de l'Agence pour la recherche et le développement slovaque en vertu du contrat n ° APVV-0324-10.
intérêts divergents
Les contributions des auteurs
M. conçu l'étude et a apporté une contribution substantielle à la conception et du design. MC a géré la recherche dans le domaine des encres brun-gris historiques et a contribué à leur identification. KV a fait l'acquisition et l'interprétation des données. AP a effectué une analyse de la stabilité thermo-oxydative. MH a effectué le travail sur le terrain. DS a participé à la coordination et a contribué à la rédaction du manuscrit. Tous les auteurs ont lu et approuvé le manuscrit final.
Les affiliations des auteurs
Université technique slovaque de Bratislava, Faculté de chimie et de technologie alimentaire, Institut des polymères naturels et synthétiques
Université technique slovaque de Bratislava, Faculté de chimie et de technologie alimentaire, Institut de chimie organique, Catalyse et Pétrochimie
Département de conservation de l'art et de la restauration, l'Académie des Beaux-Arts