Choroba szkła
Choroba szkła , określana również jako chore szkło lub choroba szkła , to proces degradacji szkła, który może powodować płacz , skwierczenie , odpryskiwanie , pękanie i fragmentację. Choroba szkła jest spowodowana nieodłączną niestabilnością składu chemicznego oryginalnej szkła . Właściwości konkretnego szkła będą się różnić w zależności od rodzaju i proporcji krzemionki , metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych w swoim składzie. Po wystąpieniu uszkodzenia jest ono nieodwracalne, ale procesy rozkładu można spowolnić za pomocą kontroli klimatu w celu regulacji temperatury otoczenia, wilgotności i przepływu powietrza.
Skład chemiczny i rozpad
Choroba szkła jest spowodowana nieodłączną wadą składu chemicznego oryginalnej formuły szkła . Szkło zawiera trzy rodzaje składników: substancje tworzące sieć tworzą podstawową strukturę, stabilizatory sieci sprawiają, że szkło jest mocne i wodoodporne, a topnik obniża temperaturę topnienia, w której szkło może się formować. Typowe preparaty szkła mogą zawierać krzemionkę (SiO 2 ) jako pierwiastek, tlenki metali alkalicznych, takie jak soda (Na 2 O) lub potaż (K 2 O) jako topnik i tlenki metali ziem alkalicznych, takie jak wapno (CaO) do stabilizacji.
Strukturalnie szkło składa się z sieci czworościanów SiO 4 . Oprócz sieciotwórczego krzemu, który tworzy jego główną strukturę, szkło zawiera środki modyfikujące sieć , takie jak jony metali alkalicznych Na+ i K+ oraz jony metali ziem alkalicznych Ca 2 + i Mg 2 +. Szkło nie ma określonej stechiometrii , raczej sieć jest elastyczna. Może zawierać inne jony, w zależności od czynników, takich jak główny skład i warunki wypalania szkła. Powoduje to, że prawie całe szkło jest do pewnego stopnia niestabilne chemicznie.
Różnice ładunków elektronowych jonów w obrębie struktury stanowią podstawę jej wiązania. Zarówno lepkość, jak i temperatura przejścia są związane z dostępnością wiązań tlenowych w składzie szkła. Środki modyfikujące mają tendencję do obniżania temperatury topnienia krzemionki. Większa zawartość SiO 2 zwiększa kwasowość szkła. Wyższe zawartości CaO, Na2O i K2O zwiększają zasadowość . Stabilność chemiczna szkła maleje, gdy tylko Na 2 O i K 2 O są dodawane jako topnik, ponieważ wiązanie staje się słabsze. Stabilność chemiczną szkła można zwiększyć dodając CaO, MgO, ZnO i Al 2 O 3 . Aby być stabilnym, skład szkła musi równoważyć środki obniżające temperaturę ze środkami stabilizującymi.
Wystawienie powierzchni szklanej na działanie wilgoci zawartej w roztworze lub z wilgoci atmosferycznej powoduje reakcje chemiczne zachodzące na powierzchni szkła i pod nią. Wymiana jonów metali alkalicznych (z wnętrza szkła) i jonów wodoru (z zewnątrz) może powodować zmiany chemiczne i strukturalne szkła. Gdy kationy metali alkalicznych w warstwie przypowierzchniowej zostaną zastąpione mniejszymi jonami wodoru, różnice strukturalne między dotkniętą warstwą powierzchniową a nienaruszonymi dolnymi warstwami szkła powodują wzrost naprężeń rozciągających, co z kolei może powodować pękanie.
Prawdopodobieństwo degradacji spowodowanej chorobą szkła zależy od ilości i proporcji związków alkalicznych zmieszanych z krzemionką oraz od warunków otoczenia. Niewystarczająca ilość tlenku wapnia powoduje, że zasady w szkle pozostają rozpuszczalne w wodzie przy niskim poziomie wilgotności. Narażenie na wyższy poziom wilgotności względnej podczas przechowywania lub ekspozycji powoduje uwadnianie alkaliów i wypłukiwanie ich ze szkła. Szczególnie szkodliwe mogą być powtarzające się zmiany wilgotności. Ważne jest, aby zdawać sobie sprawę, że każdy szklany przedmiot może ulec zniszczeniu, jeśli zostanie wystawiony na działanie nieodpowiednich warunków środowiskowych. Kryształy, zabytkowe szkło lub cenne przedmioty rodzinne nigdy nie powinny być wystawiane na działanie wysokich temperatur i ciśnienia wody w zmywarce do naczyń.
Analiza rentgenowska z dyspersją energii (EDXA), skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM) i spektrometria mas jonów wtórnych (SIMS) mogą być wykorzystywane do badania reakcji wymiany w różnych rodzajach szkła. Kwantyfikując i badając strukturę chemiczną i reakcje w warstwie przypowierzchniowej, można lepiej zrozumieć mechanizmy chorób szkła. Pomiar pH powierzchni szklanych jest szczególnie ważny, jeśli szklane przedmioty mają matową powierzchnię lub zostały wystawione na działanie kaolinu lub inne substancje. W przypadku bardzo małych obiektów, takich jak kulki szklane, może być konieczny pomiar pH w celu określenia, czy obecne są sole alkaliczne i czy zachodzą zmiany w szkle.
Etapy degradacji
Procesy związane z chorobą szkła mogą zmniejszyć przezroczystość szkła, a nawet zagrozić integralności konstrukcji. Choroba szkła powoduje złożony rozpad szkła, który można rozpoznać po różnych objawach, w tym płaczu, skwierczeniu, odpryskiwaniu, pękaniu i fragmentacji.
Przykład
Poniższy opis szklanych paciorków z obiektu znajdującego się w zbiorach British Museum skutecznie ilustruje zakres objawów, które mogą wystąpić w przypadku choroby szkła:
„Dwa czynniki wskazywały, że pogorszenie było wynikiem zjawiska powszechnie określanego jako„ choroba szkła ”; po pierwsze, uszkodzenie ograniczało się do perełek jednego określonego koloru (bladożółtego), a po drugie, widoczne oznaki wszystkich różnych stadiów choroby szkła były obecne na tych koralikach. Obejmowało to obecność małych białych kryształków na powierzchni większości bladożółtych koralików oraz drobną sieć jednolitych pęknięć lub „skrzaczeń” przechodzących przez powierzchnię 55 z 69 koralików. To skwierczenie wydawało się być bardziej rozpowszechnione wokół otworów na kulki. W sumie 32 kulki miały obszary odprysków lub zaawansowanego kruszenia, w których pęknięcia rozszerzyły się w głąb struktury szkła… Wiele z nich miało obszary, które już się odpryskiwały, a fragmenty utracone. Pionowe pęknięcia rozciągające się przez szkło były obecny na 37 koralikach, a cztery koraliki odłączyły się z powodu całkowitej fragmentacji”.
Scena pierwsza
Początkowy etap choroby szkła występuje, gdy wilgoć powoduje wypłukiwanie alkaliów ze szkła. Staje się to widoczne, gdy higroskopijne osady alkaliczne na szkle nadają mu mętny lub zamglony wygląd. Może to nastąpić w ciągu zaledwie pięciu do dziesięciu lat od wyprodukowania szkła. Szkło może być śliskie lub śluzowate, a przy wysokiej wilgotności (powyżej 55%) mogą być widoczne drobne kropelki lub łzy . Uwodnione alkalia mogą tworzyć drobne kryształki na powierzchni szkła przy niskiej wilgotności względnej (poniżej 40%).
Na tym etapie możliwe jest delikatne umycie szkła i usunięcie alkaliów z powierzchni. Pomoże to ustabilizować szkło poprzez obniżenie pH powierzchni oraz usunięcie kurzu, brudu i higroskopijnych składników, które przyciągają dalszą wilgoć.
Etap drugi
Jeśli alkalia nagromadzą się w wyniku wymiany jonowej i pozostaną na powierzchni szkła, proces rozkładu przyspieszy. Obecność jonów sodu lub potasu w nawarstwionych alkaliach zwiększy pH na powierzchni szkła, powodując, że stanie się ono zasadowe. Spowoduje to rozpuszczenie krzemionki ze szkła, a także uwolni więcej jonów alkalicznych.
Zmętnienie widoczne na szkle może nie zniknąć całkowicie po umyciu i wysuszeniu. Przy dokładnym zbadaniu pod kątem przy słabym oświetleniu mogą być widoczne drobne pęknięcia, takie jak drobne srebrzyste linie lub migoczące promienie. Mikroskop może potwierdzić obecność pęknięć. Pęknięcia są spowodowane utratą zasady, która pozostawia mikroskopijne szczeliny w strukturze szkła.
Etap trzeci
Ponieważ większe ilości alkaliów wypłukują się ze szkła, pęknięcia prawdopodobnie staną się głębsze. Crizzling to charakterystyczna sieć drobnych pęknięć w szkle, które są widoczne gołym okiem. W niektórych przypadkach szaleństwo może zyskać bardziej jednolity wygląd. Jednak skwierczenie może nie być równomierne ze względu na powstawanie mikroklimatów na szkle.
Etap czwarty
Na powierzchni szkła mogą pojawić się wyraźne pęknięcia, a materiał powierzchniowy może łuszczyć się lub odpryskiwać, co jest procesem określanym jako odpryskiwanie.
Etap piąty
W najpoważniejszym stadium niszczenia strukturalna integralność szkła zostaje utracona i szkło może rozpaść się na kawałki.
Rozpowszechnienie
Badanie przedmiotów szklanych przeprowadzone w Muzeum Wiktorii i Alberta w Londynie w 1992 roku wykazało, że więcej niż 1 na 10 obiektów w kolekcji zostało dotkniętych skwierczeniem, od XVI-wiecznego szkła weneckiego do XX-wiecznego szkła skandynawskiego. Szkło weneckie jest szczególnie podatne, ponieważ rzemieślnicy zminimalizowali użycie wapna, aby szkło było jak najbardziej przejrzyste. Prace współczesnych szklarzy, którzy eksperymentują ze swoimi recepturami szkła, takich jak Ettore Sottsass , również mogą być narażone na duże ryzyko uszkodzenia.
Muzea, takie jak Narodowe Muzeum Indian Amerykańskich, mogą uznać chorobę szkła za problem o wielkim znaczeniu, ponieważ wiele materiałów kulturowych rdzennych Amerykanów w ich zbiorach zawiera szklane koraliki . Małe ozdobne koraliki szklane były często wytwarzane tanio, przy użyciu receptur o wysokim stosunku topnika do krzemionki. To czyni je bardziej podatnymi na choroby szkła. Niebieskie, czerwone i czarne są często dotknięte chorobą szkła. Połączenie szklanych paciorków z innymi materiałami (powroźnik, tkanina, skóra, metal, kość, barwniki powierzchniowe, substancje ceremonialne i kaolin) komplikuje niszczenie i konserwację obiektów etnograficznych.
Ochrona
W najwcześniejszym stadium choroby szkła może być możliwe umycie szkła w celu usunięcia alkaliów z powierzchni. Muzeum Szkła w Corning zaleca mycie wodą z kranu (letnią, ale nie gorącą) i łagodnym (niejonowym) środkiem konserwującym. Następnie należy spłukać wodą dejonizowaną lub destylowaną i ostrożnie wysuszyć w celu usunięcia wilgoci. Ostrożne mycie może usunąć osady powierzchniowe, przywrócić przejrzystość szkła i pomóc spowolnić dalsze niszczenie. Sugerowano również etanol do czyszczenia, szczególnie w przypadku szklanych kulek, w zależności od otaczających materiałów, na które może to mieć wpływ.
Po wystąpieniu poważniejszej szkody nie można jej cofnąć. Możliwą interwencją jest kontrola klimatu pod względem wilgotności i temperatury. Ponieważ skwarkowanie jest wynikiem reakcji składników szkła z parą wodną, kontrolowanie wilgotności i temperatury może spowolnić jego powstawanie. W Muzeum Szkła w Corning , przedmioty w kolekcji są utrzymywane na stabilnym poziomie wilgotności względnej, między 40 a 55 procent. Wentylatory mogą być stosowane w gablocie, aby pobudzać ruch powietrza i minimalizować adsorpcję wilgoci na szklanej powierzchni. Pogorszenie stanu jest bardziej prawdopodobne w obszarach o ograniczonym przepływie powietrza, które pozwalają na zatrzymywanie wilgoci na szkle. Badane są chemiczne metody zmniejszania szybkości korozji i stabilizowania powierzchni.
Kiedy obiekt złożony zawiera różnorodne materiały, z których jednym jest chore szkło, kwestie związane z konserwacją i prezentacją obiektu stają się bardziej skomplikowane. Na przykład British Museum zdecydowało się na konserwację i wystawienie syberyjskiego szamańskiego fartucha wykonanego ze skóry, szkła i innych materiałów. Ważyli prawdopodobieństwo, że zniszczyłby się szybciej, gdyby został pokazany, z celowością uwidocznienia unikalnego obiektu i nieuchronnością jego ostatecznej degradacji. „Konserwacja i eksponowanie zapewnia maksymalizację dostępu do tego pięknego i wyjątkowego obiektu, zanim bladożółte koraliki, które są nieodłącznym elementem obiektu, zostaną nieuchronnie utracone i nie da się ich naprawić”.
Dalsza lektura
- Appelbaum, Barbara (1991). Przewodnik po ochronie zbiorów . Widok dźwięku Naciśnij. ISBN 0-932087-16-7 .
- Newton, Roy; Davison, Sandra (1996). Konserwacja szkła . Oksford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0750624485 .
- Koob, Stephen P. (2006). Konserwacja i pielęgnacja przedmiotu szklanego . Londyn: Archetyp. ISBN 1904982085 .
Linki zewnętrzne
-
Media związane z chorobą szkła w Wikimedia Commons
