Podklady pro cvičení: ŽELEZO Úkol č. 1
Analýza – nedestruktivní průzkum – stavu předloženého železného předmětu Při průzkumu postupujeme podle metodiky humanitních věd a uplatňujeme standardní hodnocení historických pramenů. V této fázi jde výhradně o nedestruktivní průzkum. Vedle prostého vizuálního pozorování využíváme rovněž mikroskop. Postup: Předložený železný předmět pozorujeme vizuálně a mikroskopicky. Všímáme si tvaru, rozměrů, barevnosti, výzdoby – povrchových úprav obecně – a technologie výroby předmětu (například stop po opracování). Určíme, o jaký předmět se jedná a k čemu byl využíván. Pokusíme se stanovit druhotné zásahy na předmětu, například zda a jak byl v minulosti upravován (třebaže se jednalo o dílčí opravy), zda byl konzervován, restaurován a podobně. Pokusíme se definovat aktuálně dochovaný stav předloženého předmětu z hlediska jeho znečištění a poškození. Prostou feromagnetickou zkouškou určíme, zda má železný předmět zachovalé kovové jádro.
Úkol č. 2
Stabilizace vrstev korozních produktů desalinací Zejména v případech, kdy vrstva korozních produktů určuje v podstatě formu železného předmětu (například archeologické železné nálezy), by její úplné odstranění znamenalo ztrátu důležitých informací – negativní ovlivnění výpovědní hodnoty i autenticity předmětu, který by tímto zákrokem mohl být nenávratně poškozen či přímo zničen. Poněvadž víme, že korozní produkty bude nutné do určité míry (zcela nebo částečně) zachovat, je zapotřebí z vrstvy korozních produktů odstranit stimulátory koroze – agresivní anionty rozpustných solí. Nejčastěji se jedná o chloridy a sírany. Bude tedy nezbytné provést STABILIZACI vrstev korozních produktů ODSOLENÍM – DESALINACÍ. Nejšetrnějším, nejjednodušším, avšak časově poměrně náročným postupem stabilizace je vymývání rozpustných solí z vrstvy korozních produktů předmětu jeho ponořením do nádoby s destilovanou, případně demineralizovanou vodou, která se průběžně vyměňuje. I při tomto postupu však hrozí nebezpečí vzniku druhotné koroze. Korozní prostředí vody se vzdušným kyslíkem může být omezeno přidáním vhodného inhibitoru a rychlost odsolení lze zvýšit střídáním cyklu zahřívání (na teplotu 50–60 °C) a chladnutí lázně, a to ve dvanáctihodinovém cyklu. Je vhodné předmět během desalinace průběžně vážit (nesoudržné části vrstvy korozních produktů se mohou v průběhu desalinace uvolňovat atd.). Ačkoli existují další metody desalinace za použití kyseliny askorbové, hydrazinhydrátu, nebo například alkalická (siřičitanová) či elektrochemická metoda, vždy je nutné mít na paměti, že
1) roztok pro desalinaci by měl být korozně neutrální; 2) roztok by měl mít přibližně neutrální reakci (pH 5 až 6); 3) roztok by měl být relativně nejedovatý. Alternativní metodou desalinace je uložení předmětu v prostředí s relativní vlhkostí menší než 20 %. Postup: Do nádoby s destilovanou, případně demineralizovanou vodou vložíme železný předmět tak, aby se nedotýkal stěn nádoby (kádinky). Předmět musí být zcela ponořen. Nádobu zajistíme fólií, která zabrání odpařování roztoku (destilované vody s vyluhovanými látkami z předmětu). Pro urychlení desalinace roztok zahříváme na teplotu 50–60 °C v ultrazvukové vaně. Nejméně po 24 hodinách provedeme test na přítomnost chloridů a síranů. Desalinaci můžeme ukončit až tehdy, bude-li test na chloridy a sírany negativní. Součástí stabilizace je i následné odstranění vody z kovového předmětu jeho vysušením v sušárně. Poté lze stabilizovaný předmět ošetřit vhodným standardním konzervátorským postupem. Test na chloridy a sírany: Chloridy Do zkumavky odebereme 5 ml roztoku, v němž je předmět desalinován. Do 5 ml odebraného roztoku přidáme 2 kapky 65 % kyseliny dusičné (HNO3) a 5–7 kapek 2 % dusičnanu stříbrného (AgNO3). Vytvoření bílé sraženiny chloridu stříbrného (AgCl) indikuje přítomnost chloridů. Sírany Do zkumavky odebereme 5 ml roztoku, v němž je předmět desalinován. Do 5 ml odebraného roztoku přidáme 2 kapky 16 % kyseliny chlorovodíkové (HCl) a 5–7 kapek 2 % chloridu barnatého (BaCl2). Vytvoření bílé sraženiny síranu barnatého (BaSO4) indikuje přítomnost síranů.
Úkol č. 3
Odstranění vrstev korozních produktů mechanickou a chemickou cestou Prokáže-li průzkum předloženého železného předmětu, že vrstvu korozních produktů lze odstranit, můžeme tak učinit mechanickou či chemickou cestou. Při odstraňování vrstvy korozních produktů postupujeme velmi obezřetně a volíme takové metody, abychom nijak nepoškodili ošetřovaný předmět. Výsledky činnosti – čištění – průběžně kontrolujeme pod mikroskopem. Nutno podotknout, že dnes je již běžně při sanačním konzervování uplatňována metoda kombinace stabilizace a částečného odstranění vrstvy korozních produktů. Čištění – je ireverzibilní proces, který patří metodicky jak do oblasti sanační konzervace, tak do restaurování. Ve většině případů je podmínkou dalších kroků zásahu (zvýšení stability předmětu, aplikace povrchových úprav a podobně), případně má za cíl odkrytí původního povrchu předmětu. Před samotným čištěním je velmi důležité rozhodnout se, jaký bude konečný stav očištěného předmětu a do jaké míry (kvality) bude čištění provedeno.
Postup: Mechanické čištění Hlavní výhodou mechanického čištění je oproti ostatním metodám, že během čištění přichází předmět do kontaktu pouze s čisticím médiem. Do předmětu není přidáváno nic, co by mohlo způsobit jeho další poškození (voda, rozpouštědla či další chemikálie). K mechanickému čištění předloženého železného předmětu využijeme vybavení dostupné v laboratoři. Bude se tedy jednat například o: kartáčování za použití různých druhů kartáčů (s umělými, přírodními, kovovými či skleněnými vlákny); čištění za použití skalpelu, škrabáku (šábru) a podobně. Při práci se neobejdeme bez lupy, lupových brýlí či stereomikroskopu – je zapotřebí neustále kontrolovat případné poškození povrchu předmětu. Skalpelem, škrabákem atd. je možné postupně odstranit především tvrdé krusty; tryskání za použití mikrotryskacího (průměr trysky od 0,3 do cca 2 mm) a otryskávacího zařízení. V průběhu tryskání vyzkoušíme různé typy abraziv (balotina, mleté ořechové skořápky); broušení (případně leštění) za použití pryže, smirkových papírů, mikrobrusky (volíme různé typy brusných kotoučů – karborundové, soustružené ocelové atd.); využití vibrací – ultrazvuku – za použití ultrazvukové lázně (kombinovaná metoda) a ultrazvukové jehly. Výhodou ultrazvukové vany je možnost čistit i nepřístupná místa – například uvnitř nádob. Avšak nejčastěji se tato technika využívá pro odmašťování povrchů. Není vhodná pro předměty s narušenou strukturou, jež by se mohly působením vibrací rozpadnout. Chemické čištění Jedná se o: 1) čištění pomocí rozpouštědel a roztoků – nečistoty jsou převáděny do roztoku beze změny jejich chemického složení; 2) čištění chemickou reakcí – nečistoty jsou převáděny na rozpustnější sloučeniny. Provedeme chemické čištění předloženého železného předmětu pomocí: destilované vody a destilované vody s přídavkem vhodného tenzidu (PAL) zahřátého 5 % vodného roztoku Chelatonu III Úkol č. 4
Pasivace (stabilizace) povrchu železného předmětu tanátováním Rovněž tanátování můžeme zařadit mezi metody stabilizace vrstvy korozních produktů, případně zbylých korozních produktů na povrchu předmětu. Alternativně lze tanátovou vrstvu vynechat a předmět pouze důkladně vysušit a opatřit závěrečnou konzervační vrstvou. Tanin – duběnková tříslovina – je produkt reakce glukózy a kyseliny gallové (3,4,5oxybenzoová kyselina). Ochranný tanátový povlak vzniká působením roztoku taninu o pH 2– 2,5 nanášeného v tenkých vrstvách. Roztok taninu přeměňuje rez, také jinak hydroxid a oxid železitý, nejprve v tanát železnatý, který se na vzduchu během zhruba 24 hodin hydrolyzuje v pevně lpící tanát železitý, respektive komplexní chelátové sloučeniny taninu a železa, jež jsou relativně pevně spojeny s kovovým základem. Přeměna rzi se pozná podle změny barvy z červenohnědé v temně modrou, při jejímž vzniku spolupůsobí vzdušný kyslík za tvorby
řetězce Fe-O-Fe. Vzniklé sloučeniny jsou omezeně rozpustné a ochranná vrstva má životnost cca deset dní na volné atmosféře a několik měsíců na chráněných místech. Po tanátování je zapotřebí předmět důkladně vysušit z důvodu vyzrání tanátových vrstev. Složení tanátového roztoku – 200 g taninu, 1 l destilované vody, 150 ml etanolu Postup: Aplikaci tanátového roztoku provádíme na povrch železného předmětu, který je zbaven nepřilnavých a volně vázaných korozních produktů, a to za zvýšené teploty roztoku nebo zahřátého předmětu. Roztok vtíráme do povrchu kartáčem či tuhým štětcem. Po dokonalém zreagování taninu asi po 24 hodinách povrch předmětu opět mechanicky očistíme a následuje další nátěr. Optimální postup tanátování zahrnuje nanesení 5–6 vrstev tanátového roztoku, přičemž při nanášení by měl být roztok na povrchu předmětu napěněný. Výsledkem dobře provedeného tanátování je kompaktní modročerný povrch předmětu, který se nestírá. Abychom zajistili vyzrání tanátových vrstev, ošetřený předmět vložíme do elektrické sušárny na dobu minimálně 5 hodin při teplotě 110 °C. Následně necháme předmět vychladnout v exikátoru se silikagelem.
Úkol č. 5
Zkouška charakteru závěrečných povrchových vrstev očištěného železa Obecně: Zpravidla posledním krokem při sanační konzervaci je aplikace závěrečných povrchových úprav. Tento úkon má zabránit rychlé degradaci stabilizované památky po zásahu zajištěním ochrany jejího povrchu vhodnou vrstvou. V současnosti se nejvíce využívá ochranných účinků laků, vosků a inhibitorů. Tento poslední krok lze v některých případech nahradit také uzavřením předmětu v prostředí s nízkou relativní vlhkostí vzduchu, což je již nástroj preventivní konzervace. Optimální závěrečná ochrana – nejčastěji se jedná o kombinaci dvou nebo tří vrstev – první vrstvu (případně dvě vrstvy) tvoří akrylátový lak (například maximálně 10 % roztok Paraloidu B 72 v xylenu) a finální vrstvu pak mikrokrystalický vosk (například Revax 30, který můžeme podle okolností naředit kupříkladu benzinem). Postup: Nastříháme si sedm železných kuponů (plíšků), které důkladně otryskáme. Následuje jejich vysušení v elektrické sušárně při 110 °C po dobu alespoň 5 hodin a jejich zchladnutí na laboratorní teplotu. Na jednotlivé plíšky naneseme níže uvedené konzervační vrstvy a po jejich zaschnutí vložíme kupony do vlhkostní komory – při teplotě 45 °C po dobu 28 dnů. Jeden kupon, který nebude ošetřen žádnou konzervační vrstvou, přiložíme k ošetřeným jako referenční. Po ukončení tohoto procesu ponecháme kupony 14 dnů v laboratoři na stole. Poté je budeme pozorovat makroskopicky i mikroskopicky (zvětšení 20x a 40x), přičemž si budeme všímat rozdílů povrchů jednotlivých železných kuponů (plíšků). Konzervační vrstvy: a) Paraloid B 72 (10 % v xylenu) b) Paraloid B 44 (10 % v xylenu) c) Revax 30 v benzinu
d) Cosmoloid H 80 v solventní naftě e) včelí vosk v benzinu f) Paraloid B 72 (10 % v xylenu) 2x a po zaschnutí 1x Revax 30
