На фотографии слева изображена металлическая монета времён династии Северная Сун в Китае, которая не подвергалась обработке. На фотографии справа — та же монета после нанесения на неё полимерного покрытия, воздействия света и тепла, из-за чего она стала более ржавой. Источник: Rui Tian
Когда археологи находят ценные реликвии, реставраторы берут на себя задачу сохранить их для будущих поколений, защищая от дальнейшей деградации. Однако новое исследование поставило под сомнение распространённый метод консервации древних металлических артефактов.
«Значительные и тревожные» результаты исследования показывают, что некоторые прозрачные полимерные покрытия, часто используемые реставраторами, могут вступать в реакцию с металлами, содержащими железо, и вызывать повреждения.
Группа учёных из Пекинского университета химической технологии в Китае разработала неинвазивную стратегию флуоресцентной визуализации, которая позволяет выявить ранние признаки разрушительных химических реакций. Исследователи утверждают, что этот метод может быть использован для определения «состояния консервации и потенциальных рисков для сохранения других артефактов, минимизируя ущерб ценным предметам».
Полимерные покрытия, включая эпоксидные, полиуретановые и акриловые, широко используются для защиты металлических артефактов от длительного воздействия света, тепла, кислорода и влажности. Они лёгкие, прозрачные, водонепроницаемые и могут прочно сцепляться с материалами, которые они защищают.
Однако исследований того, что происходит с полимерными покрытиями по мере их старения и как это влияет на металлы, содержащие железо, проводилось ограниченное количество, поскольку сложно отслеживать процессы на границе контакта материалов.
Новая трёхмерная методика флуоресцентной визуализации позволяет выявить ранние признаки коррозии и ржавчины на металлах, содержащих железо. Исследователи покрыли чугун акриловой смолой B72 — наиболее широко используемым полимером для металлических артефактов — и ускорили процесс старения, воздействуя теплом и ультрафиолетовым излучением в течение 30 часов.
Хотя на свежепокрытом чугуне они не наблюдали флуоресценции, интенсивность флуоресценции на границе раздела смола-металл стабильно возрастала через 3 часа.
«Удивительно осознавать, что состарившиеся полимеры могут образовывать опасные карбоксильные группы и реактивные гидроксильные радикалы, вызывая окисление и коррозию металлических артефактов», — пишут исследователи в своём исследовании, опубликованном в журнале American Chemical Society (ACS) Central Science. «В свою очередь, образовавшиеся металлические ионы могут усугублять старение полимерных покрытий».
Учёные провели тот же эксперимент на ржавой железной монете возрастом около 1000 лет из китайской династии Северная Сун и обнаружили, что состарившееся полимерное покрытие сделало артефакт ещё более ржавым.
«Эти результаты своевременно сигнализируют о способности к консервации и потенциальной угрозе полимерных покрытий для металлических артефактов», — пишут авторы. Они предполагают, что необходимо провести дополнительные исследования, чтобы определить, как можно оптимизировать покрытия для сохранения артефактов.
«Мы должны усилить исследования по модификации полимерных покрытий, включая структурный дизайн и оптимизацию приготовления, чтобы исключить наличие дефектов или пор в полимерах», — пишут они. «Также необходимо использовать специальные стабилизаторы или антивозрастные добавки в полимерных покрытиях. Эти меры повысят защитные свойства полимерных покрытий и уменьшат вторичный ущерб культурным артефактам».