stringtranslate.com

Болезнь стекла

Римская стеклянная ваза с выветренной поверхностью, на которой видны следы изменения цвета, трещины и отслаивание
Бутылка со стеклянной болезнью

Болезнь стекла , также называемая больным стеклом или болезнью стекла , представляет собой процесс деградации стекла, который может привести к запотеванию , растрескиванию , отколу , растрескиванию и фрагментации. [1] [2] Болезнь стекла вызвана присущей ему нестабильностью химического состава исходной формулы стекла . [3] Свойства конкретного стекла будут различаться в зависимости от типа и пропорций кремнезема , щелочи и щелочноземельных металлов в его составе. [4] После того, как повреждение произошло, оно необратимо, но процессы распада можно замедлить с помощью климат-контроля, регулируя окружающую температуру, влажность и поток воздуха.

Химический состав и распад

Болезнь стекла вызывается врожденным дефектом в химическом составе исходной формулы стекла . [3] Стекло содержит три типа компонентов: сеткообразователи устанавливают базовую структуру, сеткообразователи делают стекло прочным и водостойким, а флюс снижает температуру плавления, при которой может быть сформировано стекло. [5] Обычные рецептуры стекла могут включать кремнезем (SiO 2 ) в качестве формообразователя, щелочные оксиды, такие как сода (Na 2 O) или поташ (K 2 O) для флюса и щелочноземельные оксиды, такие как известь (CaO) для стабилизации. [4] [5]

Структурно стекло состоит из сети SiO 4 -тетраэдров. В дополнение к сетке бывшего кремния, который устанавливает его основную структуру, стекло содержит модифицирующие сетку агенты , такие как щелочные ионы Na + и K + и щелочноземельные ионы Ca 2+ и Mg 2+ . Стекло не имеет определенной стехиометрии , скорее сетка гибкая. Она может включать другие ионы, в зависимости от таких факторов, как основной состав и условия обжига стекла. [6] Это приводит к тому, что почти все стекла в некоторой степени химически нестабильны. [7]

Различия в зарядах электронов ионов в структуре формируют основу ее связи. И вязкость, и температура перехода связаны с наличием кислородных связей в составе стекла. Модифицирующие агенты имеют тенденцию понижать температуру плавления кремнезема. Более высокое содержание SiO 2 увеличивает кислотность стекла. Более высокое содержание CaO, Na 2 O и K 2 O увеличивает основность . [6] Химическая устойчивость стекла снижается, когда в качестве флюса добавляются только Na 2 O и K 2 O, поскольку связь становится слабее. Химическую устойчивость стекла можно повысить, добавив CaO, MgO, ZnO и Al 2 O 3 . Чтобы быть стабильным, состав стекла должен уравновешивать агенты, понижающие температуру, со стабилизирующими агентами. [6]

Воздействие влаги на поверхность стекла, как в растворе, так и из-за влажности в атмосфере, вызывает химические реакции, происходящие на поверхности стекла и под ней. Обмен ионами щелочных металлов (изнутри стекла) и ионами водорода (извне) может вызвать химические и структурные изменения в стекле. Когда катионы щелочных металлов в приповерхностном слое заменяются более мелкими ионами водорода, структурные различия между затронутым поверхностным слоем и незатронутыми нижними слоями стекла вызывают увеличение растягивающего напряжения, что, в свою очередь, может вызвать растрескивание. [7] [8]

Вероятность деградации из-за болезни стекла зависит от количества и пропорции щелочных соединений, смешанных с кремнием, и от окружающих условий. [3] Недостаточный оксид кальция приводит к тому, что щелочи в стекле остаются водорастворимыми при низком уровне влажности. Воздействие более высоких уровней относительной влажности во время хранения или демонстрации приводит к гидратации щелочи и выщелачиванию стекла. Повторные изменения влажности могут быть особенно разрушительными. Любой стеклянный предмет может испортиться, если он подвергается воздействию неподходящих условий окружающей среды. [9] Хрусталь, историческое стекло или ценные семейные предметы никогда не следует подвергать воздействию высоких температур и давления воды в посудомоечной машине. [10] [11]

Энергодисперсионный рентгеновский анализ (EDXA), [1] [8] сканирующая электронная микроскопия (SEM) и вторичная ионная масс-спектрометрия (SIMS) могут использоваться для изучения обменных реакций в различных типах стекла. Количественное определение и изучение химической структуры и реакций в приповерхностном слое позволяет лучше понять механизмы заболевания стекла. [7] Измерение pH стеклянных поверхностей особенно важно, если стеклянные объекты имеют матовую поверхность или подвергались воздействию каолина или других веществ. В случае чрезвычайно мелких объектов, таких как стеклянные бусины, измерение pH может быть необходимо для определения наличия щелочных солей и происходящих изменений в стекле. [9] [12]

Стадии ухудшения

Процессы, связанные с болезнью стекла, могут снизить прозрачность стекла или даже поставить под угрозу целостность структуры. Болезнь стекла вызывает сложный распад стекла, который можно определить по различным симптомам, включая мокнутие, хруст, откалывание, растрескивание и фрагментацию. [3]

Пример

Следующее описание стеклянных бусин из коллекции Британского музея наглядно иллюстрирует спектр симптомов, которые могут возникнуть при стеклянной болезни:

«Два фактора указывали на то, что ухудшение было результатом явления, обычно называемого «стеклянной болезнью»; во-первых, повреждение было ограничено бусинами одного определенного цвета (бледно-желтого), а во-вторых, на этих бусинах присутствовали видимые признаки всех различных стадий стеклянной болезни. Это включало наличие небольших белых кристаллов на поверхности большинства бледно-желтых бусин и тонкую сеть однородных трещин или «трещиноватости», пересекающих поверхность 55 из 69 бусин. Эта трещиноватость, по-видимому, была более распространена вокруг отверстий для бусин. В общей сложности 32 бусины имели области сколов или продвинутых трещин, где трещины распространялись дальше в структуру стекла... Многие имели области, которые уже скололись, и фрагменты были утеряны. Вертикальные трещины, простирающиеся через стекло, присутствовали на 37 бусинах, а четыре бусины отделились из-за полной фрагментации». [1]

Этап первый

Начальная стадия болезни стекла возникает, когда влага вызывает выщелачивание щелочи из стекла. Это становится очевидным, когда гигроскопичные щелочные отложения на стекле придают ему мутный или дымчатый вид. [7] [13] Это может произойти в течение всего лишь пяти-десяти лет с момента изготовления стекла. Стекло может казаться скользким или скользким [10] , а при высокой влажности (выше 55%) могут быть видны крошечные капельки или сочность . [14] Гидратированная щелочь может образовывать мелкие кристаллы на поверхности стекла при низкой относительной влажности (ниже 40%). [4]

На этом этапе можно осторожно промыть стекло и удалить поверхностную щелочь. [14] Это поможет стабилизировать стекло за счет снижения поверхностного pH и удаления пыли, загрязнений и гигроскопичных компонентов, которые притягивают дополнительную влагу. [9]

Этап второй

Если щелочь накапливается из-за ионного обмена и остается на поверхности стекла, процесс распада ускорится. Присутствие ионов натрия или калия в накопленной щелочи увеличит pH на поверхности стекла, заставив его стать основным. Это растворит кремний из стекла, а также высвободит больше щелочных ионов. [10] [7]

Мутность, видимая на стекле, может не исчезнуть полностью после мытья и сушки. При близком рассмотрении под углом при слабом освещении могут быть видны мелкие трещины, похожие на крошечные серебристые линии или мерцающие лучи. [13] Микроскоп может подтвердить наличие трещин. Трещины вызваны потерей щелочи, которая оставляет микроскопические щели в структуре стекла. [14]

Третий этап

По мере того, как большее количество щелочи выщелачивается из стекла, трещины, вероятно, станут глубже. Трещины представляют собой характерную сеть мелких трещин в стекле, которая видна невооруженным глазом. [3] [15] В некоторых случаях трещины могут приобретать более однородный вид. [13] Однако трещины могут быть неравномерными из-за создания микроклимата на стекле. [14]

Четвертый этап

На поверхности стекла могут появиться отчетливые трещины, а поверхностный материал может отслаиваться или скалываться, этот процесс называется откалыванием. [14] [13]

Пятый этап

На самой тяжелой стадии разрушения структурная целостность стекла теряется, и стекло может распасться на куски. [14]

Распространенность

Исследование стеклянных предметов в Музее Виктории и Альберта в Лондоне в 1992 году показало, что более 1 из 10 предметов в коллекции были затронуты трещинами, начиная от венецианского стекла XVI века и заканчивая скандинавским стеклом XX века. [3] [16] Венецианское стекло особенно подвержено этому, поскольку мастера минимизировали использование извести, чтобы сделать стекло максимально прозрачным. Работы современных стеклодувов, которые экспериментируют со своими формулами стекла, таких как Этторе Соттсасс , также могут быть подвержены высокому риску повреждения. [10]

Музеи, такие как Национальный музей американских индейцев, могут считать стеклянную болезнь проблемой большой важности, поскольку многие из культурных материалов коренных американцев в их коллекциях включают стеклянные бусины . [9] [17] Маленькие декоративные стеклянные бусины часто изготавливались дешево, с использованием рецептов с высоким отношением флюса к кремнию. Это делает их более восприимчивыми к стеклянной болезни. Синие, красные и черные цвета часто поражаются стеклянной болезнью. Сочетание стеклянных бусин с другими материалами (веревки, ткани, кожа, металл, кость, поверхностные красители, церемониальные вещества и каолин) усложняет порчу и сохранение этнографических объектов. [12]

Сохранение

На самой ранней стадии болезни стекла можно вымыть стекло, чтобы удалить поверхностную щелочь. Музей стекла Корнинга рекомендует мыть его водопроводной водой (теплой, не горячей [18] ) и мягким (неионным [18] ) консервирующим моющим средством. Затем следует промыть деионизированной или дистиллированной водой и тщательно высушить, чтобы удалить влагу. Тщательная мойка может удалить поверхностные отложения, восстановить прозрачность стекла и помочь замедлить дальнейшее ухудшение. [19] [18] Для очистки, особенно стеклянных шариков, также предлагается этанол , в зависимости от окружающих материалов, которые могут быть затронуты. [9]

Если произошло более серьезное повреждение, его уже нельзя будет обратить вспять. Климат-контроль влажности и температуры является возможным вмешательством. Поскольку растрескивание происходит в результате реакции компонентов стекла с водяным паром, контроль влажности и температуры может замедлить его возникновение. [3] В Музее стекла Корнинга предметы коллекции хранятся при стабильном уровне относительной влажности, от 40 до 55 процентов. [10] Вентиляторы могут использоваться внутри корпуса для поощрения движения воздуха и минимизации адсорбции влаги на поверхности стекла. Ухудшение чаще происходит в областях с ограниченным потоком воздуха, что позволяет влаге оставаться на стекле. [14] Изучаются химические методы замедления скорости коррозии и стабилизации поверхностей. [4]

Когда составной объект содержит различные материалы, одним из которых является больное стекло, соображения, связанные с сохранением и демонстрацией объекта, становятся более сложными. Например, Британский музей решил сохранить и продемонстрировать сибирский шаманский фартук, сделанный из кожи, стекла и других материалов. Они сопоставили вероятность того, что он будет разрушаться быстрее, если его выставлять, с желательностью сделать уникальный объект видимым и неизбежностью его окончательной деградации. «Его сохранение и демонстрация гарантируют, что доступ к этому прекрасному и уникальному объекту будет максимальным до того, как бледно-желтые бусины, которые являются неотъемлемой частью объекта, неизбежно будут утеряны без возможности восстановления». [1]

Ссылки

  1. ^ abcd Swift, Rachel; Meek, Andrew S.; Rode, Nicole; Komlosy, Anouska (2012). «Радиоактивный шаманский фартук со стеклянной болезнью» (PDF) . The British Museum Technical Research Bulletin . 6 : 25–32 . Получено 20 апреля 2018 г. .
  2. ^ Куницки-Голдфингер, Ежи Дж. (2008). «Нестабильное историческое стекло: симптомы, причины, механизмы и консервация». Обзоры в Conservation . 9 : 47–60. Архивировано из оригинала 10 сентября 2018 г. Получено 19 апреля 2018 г.
  3. ^ abcdefg Коннор, Стив (11 октября 1992 г.). «Музей пытается остановить болезнь, поражающую стекло: химики используются для борьбы с болезнью, которая разрушает экспонаты». The Independent . Получено 19 апреля 2018 г.
  4. ^ abcd Хогг, Саймон; Макфайл, Дэвид; Окли, Виктория; Роджерс, Филип (1998). «Cracking Crizzling — восемь лет совместных исследований». Conservation Journal (29) . Получено 19 апреля 2018 г. .
  5. ^ ab Cansler, Clay (2017). «От античности к модерну». Дистилляции . 3 (2): 24–25.
  6. ^ abc Gradmann, Rena (2016). Анализ исторических исламских глазурей и развитие замены. w: Университет Юлиуса Максимилиана в Вюрцбурге . Получено 20 апреля 2018 г.
  7. ^ abcde Oakley, Victoria; Rogers, Philip; McPhail, David; Amaku, Afi (апрель 1992 г.). «Ухудшение состояния стеклянных сосудов в музейной среде: количественное исследование с помощью поверхностного анализа». Conservation Journal (3) . Получено 21 апреля 2018 г. .
  8. ^ ab "20 лет назад - Расследование кризлинга". Chemistry World . 3 октября 2012 г. Получено 22 апреля 2018 г.
  9. ^ abcde O'Hern, Robin; McHugh, Kelly (2014). «Красный, синий и рана повсюду: оценка изменения состояния и очистка стеклянных бусинок от болезней» (PDF) . Objects Specialty Group Postprints . Twenty–One: 205–228 . Получено 22 апреля 2018 г. .
  10. ^ abcde Laidman, Jenni (13 мая 2002 г.). «В поисках лекарств от стеклянной болезни». The Blade . Получено 20 апреля 2018 г. .
  11. ^ "Caring for Your Glass". Музей Виктории и Альберта . Получено 22 апреля 2018 г.
  12. ^ ab Lovell, Adam (18 июля 2006 г.). РАЗРУШЕНИЕ ЭТНОГРАФИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ, ВОЗДЕЙСТВУЮЩЕЕ СТЕКЛЯННЫМИ БУСИНАМИ: ИДЕНТИФИКАЦИЯ, ПРОФИЛАКТИКА И ЛЕЧЕНИЕ (PDF) . Pleasant Hill, CA: John F. Kennedy University. Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г. . Получено 22 апреля 2018 г. .
  13. ^ abcd "Crizzling". Corning Museum of Glass. 26 апреля 2012 г. Получено 26 апреля 2012 г.
  14. ^ abcdefg Koob, Stephen (2006). Сохранение и уход за стеклянными предметами . Нью-Йорк: Archetype Publications. ISBN 1-904982-08-5.
  15. ^ Brill, Robert H. (1975). «Crizzling – a problem in glass conservation» (PDF) . Journal of Glass Studies . 20 : 121–131 . Получено 20 апреля 2018 г. .
  16. ^ Jordan, Fi; Oakley, Victoria (2005). «В поисках ясного ответа: партнерство на Выставочной дороге». Conservation Journal (50) . Получено 22 апреля 2018 г. .
  17. ^ Ohern, Robin; McHugh, Kelly (2013). «Ухудшение и сохранение нестабильных стеклянных бусин на объектах коренных американцев» (PDF) . The Bead Forum . 63 . Получено 22 апреля 2018 г. .
  18. ^ abc Ньютон, Рой; Дэвисон, Сандра (1996). Сохранение стекла . Оксфорд: Butterworth-Heinemann. С. 207–209. ISBN 0750624485.
  19. ^ "Мытье стекла". Музей стекла Корнинга . 9 декабря 2011 г.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки