DUTCH MORDANT / ANTI-VOS
Peter Bosteels Lou Gils Eddy Verhaeven
1
Het groeiende milieubewustzijn en de relatief recente milieuwetgeving maken dat docenten en studenten meer en meer stilstaan bij de schadelijke effecten van producten waarmee ze werken. Tegen deze achtergrond werden aan de Koninklijke Academie voor Schone Kunsten Antwerpen (KASKA) twee onderzoeksprojecten opgezet. In beide projecten leidde de samenwerking tussen een beeldend kunstenaar en een chemicus tot inzichten die een impact hebben op de dagelijkse artistieke praktijk. In het eerste project “DUTCH MORDANT” werd gezocht naar de optimale samenstelling van chemische stoffen om in metaal te etsen. In het tweede project “ANTI-VOS” zocht men naar alternatieven voor de schadelijke ‘vluchtige organische solventen’ (v.o.s.) die voorkomen in inkten, reinigingsmiddelen en hulpstoffen. Beide projecten hebben als uitgangspunt het maximaal garanderen van veiligheid voor mens en milieu, zonder afbreuk te doen aan de kwaliteit van de gebruikte middelen. Lou Gils, Peter Bosteels en Eddy Verhaeven schreven de resultaten van hun projecten neer om de nuttige inzichten te verspreiden bij gebruikers van chemische stoffen in de artistieke sector. Zo raden zij aan om bij het etsen alternatieven voor Dutch Mordant te overwegen. Wat reiniging betreft stellen de onderzoekers vast dat plantaardige olieën en nieuw samengestelde producten als ‘vegetal cleaning agent’ een degelijke optie zijn. Ook vanuit economisch oogpunt houdt het gebruik van non toxische reinigingsproducten zowel op korte als op lange termijn winst in. De koppeling van exact wetenschappelijk onderzoek (in dit geval chemie) aan de artistieke praktijk (in dit geval de vrije grafiek) biedt heel wat mogelijkheden. Binnen de KASKA leidde dit tot een zeer specifieke vorm van artistiek-wetenschappelijk onderzoek waarvan de resultaten een zeer grote toepasbaarheid kennen binnen het werkveld. Ondertussen werd met de opstart van een derde project binnen deze onderzoekslijn –een onderzoek naar niettoxischefixatiemiddelen- bewezen dat natuurwetenschappers en beeldende kunstenaars door een discipline-overschrijdende samenwerking tot zeer waardevolle projecten kunnen komen. Onderzoeksresultaten kunnen ook dienen als grondstof voor nieuw artistiek werk. De texturen die verkregen werden tijdens het onderzoek naar Dutch Mordant werden door Peter Bosteels geherinterpreteerd tot een persoonlijke visie op onderzoekscommunicatie. Hij verwerkte dit tot een animatie waarvan u in de beeldbijlage enkele fragmenten te zien zijn in de vorm van een ‘flipboek’. De redactie
2
3
DUTCH MORDANT De optimale samenstelling, de veiligheidsaspecten en de milieuproblematiek Peter Bosteels Eddy Verhaeven
4
5
1. Historische achtergrond De etstechniek vindt zijn oorsprong in het graveren van metalen voorwerpen als harnassen en helmen. Pas later werd de techniek aangewend om afbeeldingen op een papieren drager te reproduceren. Deze techniek, waarbij metalen met zuren geëtst worden, is zeker bijna 500 jaar oud. Rond 1520 ontstond de techniek om salpeterzuur op koper te laten inwerken. Omdat er hierbij het sterk prikkelend en giftig NO2-gas gevormd werd, verliet men snel deze methode. Rembrandt zelf etste met een mengsel van zoutzuur en wijnsteenzuur (het zogenaamde Rembrandt etswater). Men kan aannemen dat zijn etstechniek zijn vroege schildertechniek beïnvloed heeft: net als bij de etsgrond kraste en tekende hij in de nog natte verflaag om bijv. de haargroei of het bont aan te geven. We willen hierbij overigens benadrukken dat de koppeling van de begrippen Dutch Mordant en Rembrandts etswater eerder speculatief is. De originele samenstelling op basis van zoutzuur/kaliumchloraat is toe te wijzen aan Seymour Hayden (1818 – 1910). De term ‘Hayden water’ zou dan ook meer gepast zijn. Het eerste boek uit onze gewesten, waarin over etstechnieken op koperplaat werd geschreven, is van A. Bosse uit 1645. Het werk dat wij konden inkijken was uitgegeven op een iets latere datum (1662) en heeft als titel : Tractaet in wat manieren men op root koper snijden ofte etzen zal … in ’t Nederduyts overgezet door P.H. ** Amsterdam 1662 Hieruit citeren we twee recepten : “De eerste soort van streck-water is ghemaeckt van Azijn, Spaensgroen, Salarmoniack, gemeen zout, onder een gemenght, ende om dat men het zoodanig niet verkoopt, zal ick de maniere om het zelve te maken, beschrijven … “ “… de tweede soort is ghemaeckt van Vitriool, Spaens-groen ende salpeter, ende zomtijds Bergaluin, wel gedistileert onder malkanderen. …”
Half-pintjens Azijn
6 oncen salarmoniack
6 oncen gemeen zout
4 oncen Spaens groen
1 2 NO3- + 4 H+ + 2 e_ à 2 NO2 + 2 H2O Rembrandt, voluit: Rembrandt Harmensz. van Rijn (Leiden 15 juli 1606 – Amsterdam 4 okt. 1669), Noord-Nederlands schilder, tekenaar en etser, algemeen beschouwd als de grootste schilder van de Nederlandse Gouden Eeuw Abraham Bosse, Franse schilder en etser uit de Barok (1602 – 1676) 8
9
Een aantal producten zijn als volgt te interpreteren :
In dit onderzoek zullen we de volgende vijf basisrecepten vergelijken:
Spaens-groen : groenspaan, samenst. van koperoxide, koperacetaat en kopersulfaat. Salarmoniack : salmiak, ammoniumchloride of NH4Cl. gemeen zout : keukenzout, natriumchloride, NaCl Vitriool : verdund zwavelzuur, H2SO4. Bergaluin : de aluinen zijn mineralen met een alg. formule : MIMIII(SO4)2. 12 H2O; hier wordt het gewone aluin bedoeld : KAl(SO4)2. 12 H2O
1. 9 delen water + 2 delen HCl + 1 deel kaliumchloraat (Toegepast door Hugo Besard, docent vrije grafiek KASKA) 2. 9 delen water + 1 deel HCl + verzadigen met kaliumchloraat (Gabor Peterdi, “Printmaking” uit ‘Methods old and new”, 1980) 3. 25 delen water + 5 delen HCl + 1 deel kaliumchloraat (Stephen McMillan, “More Rosin” uit The California Printmakers, 1993)
Bij latere recepten (dutch mordant) zien we dat er ook voor het eerst gebruik wordt gemaakt van kaliumchloraat, KClO3.
4. 880 g water + 200 ml HCl + 20 g kaliumchloraat (NN.,“Etching.” Uit LoveToKnow 1911 Online Encyclopedia, 20042005)
Zoutzuur (HCl) op zich, geeft meer een oppervlakte “cleaning” effect (C. Rochelle 1998). Door de aanwezigheid van kaliumchloraat wordt echter chloorgas gevormd, wat een dieper inetsend effect geeft.
5. 1 l water + 125 ml HCl + 25 g kaliumchloraat + 25 g NaCl (André Béguin, A technical dictionary of printmaking, 1975)
In de loop van de geschiedenis duiken steeds meer varianten van dit recept op (bvb Andre Beguin, ….). Meestal zijn deze ontstaan uit empirische of praktische overwegingen.
Om al deze recepten te vergelijken, worden ze omgerekend in g/l en in mol/l via de moleculaire massa van KClO3 : 122,55 g/mol
Wegens de chemische instabiliteit van deze mengsels – vorming van chloorgas – en de hiermee gepaard gaande kans op calamiteiten, gaat men in meer recentere tijden aanbevelen om over te schakelen naar het gebruik van ijzer(III)chloride. Dit product is chemisch veel stabieler en minder belastend voor het milieu, maar heeft als nadeel dat de etsplaat “face down” in het etsbad dient te liggen. Het principe is een eenvoudige redoxreactie tussen het metallisch koper en de Fe3+ - ionen in de oplossing.
Recept
Hoeveelheid HLC in
Hoeveelheid KCLO3 in
mol/l
g/l
mol/l
N°1
HCL
≈1,7
KCLO3
≈257
≈2,1
N°2
HCL
≈1,0
KCLO3
≈100
≈0,8
N°3
HCL
≈2,0
KCLO3
≈85
≈0,8
N°4
HCL
≈1,8
KCLO3
≈18,5
≈0,16
N°5
HCL
≈1,1
KCLO3
≈22,2
≈0,18
Bij recept n°1 valt onmiddellijk de grote concentratie KClO3 (257 g/l) op. Wanneer we dit nachecken voor de oplosbaarheid vermeldt in tabellen, stellen we vast dat dit de theoretische waarde ver overschrijdt.
2. Enkele veelvermelde recepten
Namelijk :
Bij opzoeken van recepten voor dutch mordant, duiken steeds een vijftal basisrecepten op. Echter een bijkomend probleem hierbij is, dat de ene keer het recept in (volume)delen en de andere keer in gewichtssamenstelling wordt weergegeven. Ook wordt nooit de concentratie van het zoutzuur vermeld. In enkele gevallen werd kaliumchloraat (KClO3) verkeerdelijk vermeld als kaliumperchloraat.
Bij 0°C : 71 g/l Bij 100°C : 234 g/l Via interpolatie bij kamertemperatuur (20°C) : ≈100 g/l
Dit maakt dat in dit recept niet ALLE kaliumchloraat oplost. Dit creëert naar onze mening een zeer gevaarlijke toestand bij het toevoegen van de HCl. Daarom werd dit recept verworpen voor verder onderzoek.
3.
De testrecepten
Uit de samenstelling van de voorgaande recepten blijken twee trends : • een concentratie HCl rond de 1 mol/l of rond de 2 mol/l • een concentratie KClO3 rond de 0,8 mol/l of rond de 0,16 mol/l
André Béguin, geboren in 1927, wijdt een groot deel van zijn leven aan etsen en graveren. Van zijn hand komen talloze werken en technische boeken. In 1981, opent hij een gravure atelier in de rue Danville, te Parijs. 5 We nemen aan dat in de loop der tijden steeds zuiverder en hoger geconcentreerd zoutzuur in de handel te verkrijgen was. In onze berekeningen gaan we uit van de HCl in onze voorraad, zijnde : 18/20°Baumé of 9 à 10 mol/ l (molair, M)
6 De oplosbaarheid van kaliumchloraat in water, bedraagt bij 0°C 7,1g/100ml en bij 100°C 23,4g/100ml 10
11
Dit was voor ons de aanleiding om volgende 4 samenstellingen te gaan uittesten. We hebben de basisrecepten omgerekend voor de aanmaak van een totale hoeveelheid rond de 5 à 6 l. •
De rol van het kaliumchloraat tijdens het ets-proces is tamelijk essentieel. Onderzoeken van C. Rochelle 1998, hebben immers aangetoond dat het gebruik van HCl (5M en 33%) enkel een oppervlakte (reinigende) werking vertoonde. Bij het samenvoegen van HCl en KClO3 ontstaat Cl2 (reactie 1), dat oplost in het water en dan de ingebrachte koperplaat aantast (reactie 2). Uiteindelijk ontstaat CuCl2, dat zich als oplosbaar product in het etsbad verspreidt (groen/blauwe kleur).
Recept n°1 : *“Etching.” LoveToKnow 1911 Online Encyclopedia, 20042005* 880 g water + 200 ml HCl + 20 g kaliumchloraat ƒ 4,4 l water + 1 l HCl + 100 g kaliumchloraat
•
•
KClO3 + 6 HCl
Recept n° 2 : *Stephen McMillan*
Cu° +
25 delen water + 5 delen HCl + 1 deel kaliumchloraat ƒ 5 l water + 1 l HCl + 0,57 kg kaliumchloraat
Recept n°4 : *André Béguin* 1 l water + 125 ml HCl + 25 g kaliumchloraat + 25 g NaCl (keukenzout) ƒ
4 l water + 0,5 l HCl
‡
3 Cl2
+ KCl
+ 3 H2O
CuCl2
(reactie 1) (reactie 2)
Ten eerste stellen we vast dat het HCl wordt het best pas net vòòr het inbrengen van de koperplaats bij de kaliumchloraat oplossing gevoegd. Het aldus vers ontwikkeld Cl2 blijft opgelost in het water en kan dan onmiddellijk beginnen werken bij het inbrengen van de koperplaat. Indien men HCl en KClO3 een behoorlijke tijd vooraf zou samenbrengen, creëert men het probleem van een “wachtende chloorbom”. Er is geen probleem met het vooraf oplossen van KClO3 in water, in tegendeel : wegens de matige oplosbaarheid hiervan duurt het oplosproces toch behoorlijk lang. Voeg geen HCl bij deze oplossing voordat alle vaste stof korrels opgelost zijn !
9 delen water + 1 deel HCl + verzadigen met kaliumchloraat ƒ 4,5 l water + 0,5 l HCl + 450 g kaliumchloraat
Cl2 aq
‡
Uit deze reactievergelijkingen halen we drie belangrijke conclusies :
Recept n° 3 : *Gabor Peterdi*
•
4. De chemische achtergrond
Ten tweede blijkt dat uit reactie vergelijking 1 volgt, dat de ideale reactie verhouding KClO3 /HCl = 1 mol/ 6 mol is ! Dit wordt enkel in recept 5 bekomen.
+ 100 g kaliumchloraat + 100g NaCl
Een van de problemen bij het beschrijven van de samenstelling is het gekozen maatsysteem. Indien men werkt met delen komt men tegemoet aan de wensen van de mensen uit het praktijk werkveld, maar er moet eerst en vooral duidelijk gemaakt worden of men het heeft over volumedelen dan wel gewichtsdelen. Alhoewel kaliumchloraat een vaste stof is en wegen de meest correcte wijze van afmeten is, gaven de praktijkmensen er de voorkeur aan om uitsluitend te werken met volumedelen. Dit is in manipulatie de eenvoudigste en goedkoopste wijze en spaart de aankoop en onderhoud van een balans uit. Om ook een wetenschappelijke correctere weergave te hebben, werd alles eerst omgerekend naar gewichtshoeveelheden, om daarna in chemische eenheden (mol/ l) om te zetten. Dit is de enige mogelijkheid om de exacte werking van reagentia binnen een reactie met elkaar te vergelijken. Voor de overgang volume naar massa (gewicht) wordt dan gebruik gemaakt van de volumieke massa bij vaste stoffen en van de dichtheid bij vloeistoffen. De overgang van massa naar mol gebeurt de moleculaire massa van de stof.
Uit de maximale oplosbaarheid (100 g/l of 0,816 mol/l) volgt dat je als maximale concentratie hooguit : 0,816 mol/l KClO3 en 4,9 mol/l HCl kan maken; in recepten 2 en 3 heeft men dit enkel voor KClO3 (≈0,8 mol/l ). Ten derde concluderen we dat de term “inzuren” bij dutch mordant dus zeer ongelukkig gekozen is, omdat het zoutzuur niet echt een rechtstreekse invloed heeft op de koperplaat. Een lichte overmaat HCl kan echter nooit kwaad, wegens de katalytische werking van H+ op de oxidatie van koper in zuur milieu.
5. Het onderzoek Om tot een uiteindelijke keuze voor een recept te komen, moesten we over gaan naar een uitgebreide testfase. Met het oog hierop maakten we een grote reeks gestandaardiseerde rasterplaatjes en onderwierpen we die aan verschillende etsrecepten met respectievelijk verschillende etstijden. De resultaten werden bestudeerd onder de microscoop en vervolgens omgezet naar afdrukken, die microscopisch werden bekeken. Alles werd fotografisch gedocumenteerd. Het werkschema werd opgedeeld in vier fasen. In een eerste fase staat de rasterontwikkeling centraal, een tweede fase betreft het onderzoek naar het etsproces, vervolgens is er het afdrukonderzoek en in een vierde fase worden alle resultaten geëvalueerd.
7 Voor de overgang van volumedelen naar gewichtsdelen moeten we de volumieke massa (= gewicht/volume eenheid) gebruiken. Voor kaliumchloraat bedraagt deze : 2,85 kg/l. 12
13
5.1
te maken van de pers leverde veel betere resultaten op. Hier werd rechtstreeks op de achterkant van de fotokopie thinner aangebracht.
Rasterontwikkeling
Het doel van deze overzetting, was het reproduceerbaar creëren van rasterpatronen op koperen plaatjes. Bij voorkeur op een simpele manier, zonder veel complicaties en met betaalbare middelen. We gebruikten steeds dezelfde rastervormen om de effecten van de verschillende recepten met elkaar te kunnen vergelijken.
Naast de overzetmethode zijn er ook verschillende platen gevernist met de klassieke bolvernis. Hiertoe wordt de ontvette plaat verwarmd tot ongeveer 90°C, waarna er met rol of tampon een dunne laag vernis wordt over verspreid. Deze (kogelvernis) smelt door warmte. De plaat wordt afgekoeld en dan met behulp van een kaars beroet zodat er een donker tot zwarte laag wordt verkregen. Hierop kan doormiddel van een etsnaald texturen worden op aangebracht. Op de plaatsen waar de vernis is weg gekrast kan het vrijgekomen metaal worden weggezuurd.
Het specifieke probleem van overzetting op koperplaten is dat de plaat niet absorbeert. Solventen en inkt trekt niet in het oppervlak maar blijven erop liggen, wat maakt dat zij verder vermengen en een blurred beeld geven. De inkt moet op de plaat blijven kleven door een ‘korrel’ of ‘grain’ aan te brengen op het oppervlak. Dit kan geschieden door een schuurpapier met korrel 400 of 600 op de plaat te leggen en het geheel onder hoge druk door een etspers te draaien. De korrels van het schuurpapier drukken zich in het koperen oppervlak en laten putjes achter waaraan de fotokopie inkt kan hechten. In voorbereiding op de eerste onderzoeksessie werden verschillende korrels geprobeerd. In voorbereiding op de tweede onderzoekssessie werden de platen opgeruwd met behulp van een schuurmachine waarop een schuurspons was aangebracht. Om een fijne korrel te verkrijgen op het koper bleek dit even geschikt en minder tijdrovend. Het overzetten van rasters evolueerde naar een bijkomend onderzoek om het mogelijk te maken studenten in staat te stellen deze overzettechniek voor diepere inzuringen te gebruiken. Zodoende kunnen ze een bredere waaier van grijswaarden en effecten verkrijgen, dan die welke tot nu toe het geval waren.
Tenslotte vervaardigde een student een testplaat waarop hij alcoholstift aanbracht, omdat deze ook tot op zekere hoogte bestand zou zijn tegen zuren. Ook deze plaat werd in de eerste zuurproeven opgenomen.
5.2 Etsproces Deze tweede onderzoeksfase had tot doel de werking van ieder recept op een reproduceerbare wijze uit te testen en (via microscopie) de resultaten representatief vast te leggen. We gebruikten steeds een aantal zelfde rastervormen om de effecten van de verschillende recepten met elkaar te kunnen vergelijken. In voorbereiding op de eerste onderzoeksessie werden de verschillende recepten uitgerekend en testplaatjes met verschillende soorten rasters aangemaakt. Een eerste sessie had als doel een verkennende proef te maken, om een efficiënt protocol vast te leggen.
Het maken van het prototype van raster gebeurde met behulp van een fotokopiemachine en volgende overzettingssystemen werden uitgevoerd en geëvalueerd : • • • • • •
De keuze voor een eerste verkennende inzuring viel op het recept n° 4 van A. Béguin. Het mengsel werd vers bereid. Voor het zuren werd een glazen bak gebruikt, die geplaatst was in een plastic bak in de afzuigkast. De glazen bak liet toe het proces beter visueel te kunnen volgen. Hier werd het aangemaakte mengsel gegoten tot op een volumehoogte van ongeveer 5 cm. Om de tijd te meten maakten we gebruik van een chronometer.
Rechtsreeks afwrijven van raster. De rastercopy werd overgezet met behulp van de ‘Pattex’ techniek. Cellulose thinneroverzet (rechtstreeks) van de kopie Solventgels Vernis/etsnaald Alcoholstift
De platen werden één voor één in het zuur gelegd. De tijd werd vastgesteld op 10 minuten. Na de verstreken tijd werden de platen onmiddellijk uit het zuur genomen en afgespoeld met leidingwater. Daarna drooggedept en onder een microscoop bekeken en gefotografeerd. Hierna werd beslist of de plaat nog een tweede (of derde) maal in het zuur werd gelegd voor een zelfde tijdsduur.
De Pattexmethode en de rechtstreekse afwrijving van de raster gaven de beste resultaten maar beide systemen hebben enkele belangrijke nadelen. Deze twee methodes gebruiken oude materialen. Pattex, oude formule is reeds enkele jaren uit de handel genomen, juist omdat het tolueen bevat wat zeer schadelijk is voor de gezondheid. De MECANORMA afwrijfrasters zijn reeds jaren verdwenen en hebben plaats gemaakt voor de computer. Enkele winkels verkopen nog hun oude stocks.
Het eerste zuurprocesonderzoek toonde aan, dat het recept in de aangemaakte samenstelling, goed functioneerde en zeer gecontroleerd inbeet. Ook het gevolgde protocol was vlot uitvoerbaar.
Ook een vervanging van het solvent kan voordelen hebben. Bijvoorbeeld thinner in gel ontwikkelen of minder snel vervliegende solventen gebruiken. Een wijziging in het procédé helpt ook (papier niet verwijderen door gewoon af te trekken, maar op te lossen met water). De pogingen om het overzetten te doen zonder gebruik
Hierbij merkten we op dat bij het bekijken met de microscoop (via opvallend licht), was het opmerkelijk dat de lichtstip na een langere belichting een zwarte afdruk achterliet op de platen. Waarschijnlijk is het metaal zo ”bloot” dat het zeer snel kan geoxideerd worden, zelfs door lichtinwerking.
8 Solventgel is een gel, bekomen door een polymeer (CMC) te laten zwellen in water en er daarna een welbepaalde hoeveelheid van een solvent onder te vermengen. Solventgels zijn beter aan te brengen en te verwijderen en houden ook het solvent langer vast, wat de toxiciteitrisico’s omlaag brengt. 9 Niettegenstaande dit niet rechtstreeks in het onderzoek paste, gaf dit een heel goed resultaat echter in “negatief” pormaat.
Daarna startte het echte onderzoeksdeel van dit project. Ons doel was de inwerking van ieder recept in functie van de tijd te meten. De inwerking werd daarna via de microscoop gefotografeerd en werd in een derde onderzoeksfase, afgedrukt. 14
15
Er werden vooraf 36 testplaten geprepareerd, teneinde een waaier aan beoordelingsmogelijkheden te verkrijgen, nl. : • Testplaten met enkelvoudige lijnraster. Dit werd manueel gezet door middel van een wiegijzer. Door het ijzer in een bepaalde hoek te houden en over het koper plaatje te trekken konden meerdere evenwijdige lijnen door de bolvernis getrokken worden. Door deze beweging te herhalen en erop te letten dat de lijngroepen niet te ver uit elkaar stonden kon een raster worden gevormd met een redelijke dichtheid die bij meer agressieve zuren snel zou worden kapot gebeten. • Testplaten met dubbel lijnraster. Deze platen werden dubbel bewerkt met het wiegijzer op dezelfde manier als bij de voorgaande. De tweede reeks lijnen werden ofwel dwars ofwel diagonaal op de eerste laag getrokken. Hierdoor ontstaat een soort kruisraster dat in de kruising makkelijk kan worden aangetast. Hierop zal speciaal gelet worden. • Testplaten met driedubbel raster. Zelfde procedure als groep 1 en 2 maar dan nogmaals bewerkt met een laag die diagonaal op de vorige is gesteld. Verwacht wordt dat dezelfde risico’s zich kunnen voordoen. Deze dichte rasterpatronen worden normaal gezien zeer snel weggebeten met ijzertrichloride of salpeterzuur. Deze raster moet de voordelen van Dutch mordant bewijzen, binnen de groepen van de lijnrasters. • Testplaten met afwrijfraster. Hier werd de raster aangebracht door een gekochte afwrijfraster (Mecanorma 50%) af te wrijven op de plaat. Bij eerdere experimentele sessies is reeds gebleken dat deze rasters zuurbestendig zijn en goed op de platen vasthouden. Bij het afwrijven is het echter noodzakelijk om een goed afwrijfspateltje te gebruiken. Het transparant papier dat de raster vasthoudt, rekt zeer sterk bij deze procedure waardoor de lijnen verplaatst worden en bepaalde rasters niet meer doorlopen maar afbreken. Hierdoor werd een verschoven patroon gecreëerd. • Testplaten met overzetrasters. Deze laatste groep is het resultaat van de overzetting sessies die eerder waren uitgevoerd.
De platen werden gecodeerd en verdeeld over de twee verschillende baden. Een voorbeeld van een sessie vindt men in onderstaande tabel. Onderverdeling inzuursessie Codering EL
DL
3DL
A
30
x
B
60 30 60
x x x
A
30
x
B
60 30 60
x x x
A
30
x
60 30 60 30 60 30 60 30 60 30 60
x x Niet x x x Niet x Niet x Niet
B AR
A B
OR
A B
Enkelvoudig lijnraster
Dubbel Lijnraster
Driedubbel Lijnraster
recept 3
30 Minuten
recept 1
60 Minuten 30 Minuten 60 Minuten
recept 3
30 Minuten
recept 1
60 Minuten 30 Minuten 60 Minuten
recept 3
30 Minuten
recept 1 Afwrijfraster
recept 3 recept 1
Overzetraster
recept 3 recept 1
60 30 60 30 60 30 60 30 60 30 60
Minuten Minuten Minuten Minuten Minuten Minuten Minuten Minuten Minuten Minuten Minuten
Een toelichting bij de tabel: Een plaat met bijvoorbeeld een codering ‘ELA30’ is de plaat met een enkelvoudig lijnraster dat gezuurd is in bad A (recept N° 3) gedurende 30 minuten. In deze sessie werden de volgende recepten gebruikt: • • • •
BAD A = Recept n° 3 : *Gabor Peterdi* BAD B = Recept n°1 : *“Etching.” LoveToKnow 1911 Online Encyclopedia BAD C = Recept n° 2 : *Stephen McMillan* BAD D = Recept n°4 : *André Béguin*
Vooraf werden steeds microscopische foto’s genomen van de originele platen. Die dienden als referentiepunt en beginwaarde. De recepten werden zonder veel problemen aangemaakt. Opvallend was de gelijkenis qua kleur en geur (chloorgas!), terwijl de samenstelling van de mengsels toch verschillend was. Vervolgens werden de platen gedurende verschillende tijdspannes in het zuurbad geplaatst (zie bovenstaande tabel). De verdeling van de verschillende platen was zo opgevat dat er zich steeds ongeveer gelijke hoeveelheden naakt metaal in elk zuurbad A bevonden. Dit om te verhinderen, dat bij een willekeurige verdeling, er meer naakt metaal in één van de baden zou voorkomen, waardoor de reactietemperatuur kan oplopen en zo het 16
17
zuurproces ongelijk zou versnellen. Na elke zuurfase werden de platen uit het bad gehaald en afgespoeld met leidingwater. Hierna werden ze gedroogd en gefotografeerd met de microscoop.
Originele testplaat
5.3
na 15’ inzuren
na 30’ inzuren
Tijdens de verschillende sessie werd ernaar gestreefd de tijden van bevochtiging en de wijze van afslaan zoveel mogelijk te representatief te houden. Toch is het zo dat er verschillen optreden door o.a. het diepteverschil van de groeven van één plaat ten opzichte van de andere, de temperatuur van de inkt bij het afslaan en het ervaringsverschil tussen de eerste en de laatste sessie, enz…. Deze verschillen zullen waarschijnlijk bij een ervaren drukker van diepdruk minder van belang zijn maar bij wie bvb, gedurende jaren geen etsen meer heeft gedrukt, spelen deze variabelen zeker een rol. Een typische eigenheid van diepdruk is dat het drukken op zich zeer sensomotorisch verloopt. Heel het proces is niet in numerische en met exacte metingen uit te drukken maar enkel in gevoelsmatige begrippen en sensitieve ervaringen. Deze zijn daarom niet minder accuraat (meestal zelfs nog nauwkeuriger) maar zijn niet zomaar in te stellen of over te dragen.
na 60’ inzuren
Toen de platen waren afgeslagen kon er worden over gegaan naar het drukken zelf. Het volgende probleem dook op: bij het drukken van verscheidene platen tegelijk moet de druk geregeld worden zodat de platen allemaal dezelfde druk ontvangen. (Leg je 4 platen naast elkaar en in de volgende reeks maar 3, dan zullen die laatste platen zeker een hogere druk ontvangen dan de eerste reeks.) Ook de drukregeling is gebaseerd op ervaring en het instellen is sensitief. (Het vergelijken van de kracht nodig voor eerst één wiel te stellen en dan te vergelijken met het de kracht nodig voor het andere wiel in te stellen.)
Afdrukproces
Het doel van deze onderzoeksfase, was het eindresultaat van iedere manier van zuren aan de realiteit te toetsen. Ieder recept werd op een reproduceerbare wijze uitgevoerd en de resultaten werden fotografisch vastgelegd (via microscopie). Nu diende echter ook de vergelijking van de afdrukkwaliteit van ieder gezuurd raster te gebeuren.
Een andere uitdaging was het papier zo te plaatsen dat de vochtigheid niet te hoog noch te laag was na het leggen van alle bladen op elke plaat. Het papier moet namelijk “kusdroog” zijn om goed te kunnen drukken. Te lang wachten droogt het papier te veel uit, te snel en de waterfilm zal voorkomen dat de inkt goed afzet op het papier. Bij het drukken bleek dat de platen die slechts kort gezuurd waren, nogal onregelmatige groefranden vertoonden. Later bleek dat dit niet te wijten was aan het drukken, maar door de manier waarop de lijnen in de kogelvernis en in de platen waren gekrast. Er was een braam ontstaan, die als het ware een “droge naald effect” te weeg bracht. De korte tijd in het zuur had de braam niet volledig kunnen wegzuren waardoor er nog steeds een kleine opgestuikte rand was blijven staan. Hierachter kon de inkt zich ophopen en een “wattige” rand veroorzaken bij de gedrukte lijn.
Na het zuren werden verschillende druksessies uitgevoerd om de proefplaatjes te drukken. De procedure was niet op voorhand georganiseerd omdat het niet noodzakelijk was het drukken op één of andere manier chronologisch op te bouwen. Het drukken diende enkel zo eenvormig mogelijk te gebeuren om de eventuele kwaliteitsverschillen representatief aan te tonen. Op zich is “identiek drukken” heel moeilijk verwezenlijkbaar, omdat elke druk verschilt van de vorige. Er kan enkel gestreefd worden naar vergelijkbare omstandigheden en gelijke procedure. Om de druktechniek zo uniform mogelijk te houden en het dus mogelijk te maken verschillende platen tegelijk af te drukken werd er gekozen om enkel op een ‘klassieke’ afslagtechniek terug te vallen. Deze omvat dus: 1. Aanbrengen van de inkt met de vingers zodat de inkt in de groeven en dieptes wordt geduwd. 2. Afschrapen van de inkt met een rubberen spatel. 3. De inkt verder weghalen met een prop gesteven Tarlatan of neteldoek. 4. De inkt afslaan met de hand en eventueel gebruik makend van krantenpapier. 5. In sommige gevallen nogmaals met de hand en krijt de laatste inktresten weghalen. De inkt was RSR van Charbonnel en er werd geen EasyWhipe toegevoegd. De platen werden koud afgeslagen. Er werd enkel opwarming gebruikt voor het inmasseren van de inkt. Reeds enige uren op voorhand waren er papieren bevochtigd en onder een zware glasplaat gelegd zodat ze doornat konden worden. De gebruikte papiersoort was Hahnemulle 230 grms. Lompenvrij. 18
19
De afbeeldingen van het driedubbele raster werden opgenomen op pagina 24 (afbeelding 4 en afbeelding 5).
Afdruk 3DL 30’
Afdruk 3DL 60’
Het drukken van de platen verliep zonder al te grote problemen. Toch is het zo dat de éne drukdag de andere niet is. Kleine verschillen kunnen niet vermeden worden en geeft aan elke druk ook zijn specificiteit. Over het algemeen werden toch redelijk eenvormige drukresultaten bekomen en blijkt dat de verwachte conclusies kunnen bevestigd worden (Zie verder hoofdstuk resultaatsevaluatie). Niet tegenstaande de proefplaten geen esthetische waarde hadden en enkel als vergelijking moesten dienen zijn er toch een aantal texturen ontstaan die de moeite waard zijn om mee te nemen naar meer artistieke verwerkingen. Vooral de overzet raster texturen geven een mooi beeld en bieden zeker nog mogelijkheden.
5.4 De evaluatie van de eindresultaten De resultaatsanalyse gebeurde op basis van alle gegevens verkregen binnen dit onderzoek, zowel : het microscopisch beeldmateriaal op de geëtste plaat, het microscopisch beeldmateriaal van de afdruk, de waarnemingen tijdens het etsproces en visuele aspecten op macrogebied, als elementen uit het praktische gebruik. We vergeleken de texturen en tijden op de plaat en op de afdruk. De vergelijkingen gebeurden aan de hand van ondermeer de volgende criteria: • Scherpte en aantasting van de lijnrand • Scherpte van de hoeken van kruisende lijnen • Diepte van de gezuurde lijn • Aantasting van de toner (bij overzetrasters) • Uitzicht van de metaaltextuur • Hoogte en vorm van de inktmassa Alle platen en alle drukken werden onder de microscoop gefotografeerd om de structuur beter zichtbaar te maken. Het is onbegonnen werk om voor elke uitgave van de rapportering originele drukken te maken of gedetailleerde hoge resolutiebeelden te reproduceren van de platen. Daarom werkten we met betekenisvolle, illustrerende detailopnamen om de conclusies te verhelderen. Een aantal van deze beelden werden in deze publicatie opgenomen (pagina 25/26). De aangeduide afbeelding op pagina 25 geeft een idee van een originele plaat wanneer ze nog niet is ingebeten. Dit is een dubbele lijnraster: code DLR***. Men kan vaststellen dat de lijn ingekrast is in het koper. Dat merkt men aan de lichtinval en de reflectie. Men ziet eveneens dat de lijnen die over elkaar worden gekrast een opstaande boord nalaten.
Bij het driedubbele raster kan men de aantasting van de hoeken duidelijk controleren. De gemaakte hoeken zijn veel scherper dan bij de dubbele rasters. Toch is hier over het algemeen nog niet echt een verschil te merken, alhoewel 3DLA en 3DLB al meer onregelmatige randen vertonen. Wat bij 3DLB opvalt, is dat bepaalde lijnen nog niet ingebeten zijn. Dit kan door belvorming gebeuren of door een dunne vetlaag die het oppervlak afsluit en de zuring tegengaat. De afdrukken van C en D leverden een mooie scherpe lijn op die op de afbeelding misschien niet echt zwart lijkt maar in werkelijkheid goed gedekt is. De stippen zijn de reflectie van het licht van de microscoop op het inktvolume. Zowel bij de plaat als de afdruk ziet men scherpe hoeken en klare lijnranden. De uitwaaier op bepaalde plaatsen vindt, zoals reeds aangehaald, zijn oorzaak in nog een beetje braam, een deel inkt dat nog niet helemaal is afgeslagen of een uitvloeiing van de inkt in het papier. 3DLA60 vertoonde diepe groeven met sterke afrondingen en inhammen aan de randen van de vernis. De hoeken waren aangetast en oogden niet fris meer. Bij de afdruk ziet men het grote volume inkt glimmen We kregen een zeer donkere afdruk. Bij de verwanten C en D merkt men duidelijk een verschil in hoekvorming en lijnrand. Eventuele onvolmaaktheden in de lijnrand hebben meer te maken met de klonters koperlegering die soms meer resistent, dan weer minder resistent bleken tegen Dutch Mordant. Deze klonters kon men zelfs na één uur nog zien verschillen bij de microscopische opnamen. Hier merkt men het overweldigende voordeel van dit zuur, namelijk de traagheid van het etsproces dat zelfs na deze tijd nog een mooie lijn wist te bewaren. Bij salpeterzuur en ijzerperchloride zou deze lijn reeds zwaar zijn opengetrokken. Op een bepaald moment werd er besloten om één zuur verder uit te proberen en dus de zuurtijden te verlengen tot 120 minuten. We kozen voor zuur D want dit leek ons tijdens de sessies het meest controleerbaar. Na twee uur bekeken we het eindresultaat. De plaat was diep ingebeten en de lijnen en hoeken waren aangetast. Wat eens een rechte lijn was, werd nu vertrokken en onregelmatig. Het volume inkt dat uit de groef werd gedrukt was erg groot en gaf een mooie hoogte. Het lag letterlijk op het papier. In het kader van het project kunnen we dan ook stellen dat het recept van A. Béguin de beste resultaten geeft, hoewel de samenstelling erg afwijkend is van het originele Dutch Mordant.
6. Milieu en veiligheid Volgens de bijlage van het Besluit van de Vlaamse Regering van 6 februari 191 houdende vaststelling van het Vlaams Reglement betreffende de milieuvergunning (afgekort: VLAREM I) valt het etsen globaal onder twee rubrieken namelijk: “de opslag van de gevaarlijke stoffen” en de “installaties voor oppervlaktebehandeling van metalen door middel van een chemisch procédé”. 1. opslag van gevaarlijke stoffen valt onder rubriek 17.3.3.1° (enkel voor een opslag vanaf 200 kg tot 1.000 kg) waarvoor er een klasse 3 milieuvergunning vereist is (dit is melding bij de gemeente). 2. installaties voor oppervlaktebehandeling van metalen door middel van een chemisch procédé wanneer de gezamenlijke inhoud van de gebruikte behandelingsbaden en spoelbaden: tussen 10 liter en 300 liter bedraagt waarvoor een klasse 3 milieuvergunning vereist is.
Het ontstaan van chloorgas en de maatregelen die in acht moeten worden genomen is een kwestie voor de arbeidsinspectie, diensten van de arbeidsgeneesheer. Volgens het milieuvergunningsdecreet dient de exploitant echter steeds alle maatregelen volgens de Best Beschikbare Technieken (BBT) te nemen om zo weinig mogelijk hinder te veroorzaken. Hierbij formuleren we een aantal praktische richtlijnen in verband het bewaren en gebruiken van Dutch Mordant. - De chemische producten en/of het recept zelf dienen in een veilige, geventileerde (afgesloten) ruimte bewaard te worden. Bij voorkeur in een veiligheidskast met laden met opstaande randen. - Zorg voor een goede (originele) verpakking voorzien van een duidelijk etiket (naam product, formule of samenstelling, datum, veiligheidscode of icoon). - Zorg ervoor dat de veiligheidsinformatiebladen in de buurt liggen. - Leg geen grote voorraden aan, bij meer dan 10 l is immers een milieuvergunning klasse 3 nodig (Vlarem normen). - Bedenk vooraf hoeveel Dutch Mordant je gaat nodig hebben. - Voorzie aangepaste zuurkuipen. - Bedenk vooraf hoe je de producten gaat overhevelen. - Zorg ervoor dat geen product gemorst wordt, indien dit toch gebeurt: spoel weg met veel water. - Bedenk hoe je na het zuurproces de reststoffen gaat inzamelen. - Gebruikt Dutch Mordant mag niet in het afvalwater terecht komen. Bij het werken met Dutch Mordant raden we dan ook de grootst mogelijke voorzichtigheid aan. Voor het veilig bereiden en werken, kan men best rekening houden met volgende adviezen: - Draag beschermende kledij (labojas, ….). - Draag een stofmasker bij het afwegen van de kaliumchloraat. - Draag handschoenen en veiligheidsbril bij het werken met HCl en Dutch Mordant zelf. - Werk in een trekkast, onder een ventilatiesysteem of in een goed geventileerde ruimte. - Lees aandachtig de veiligheidsvoorschriften en de veiligheidsinformatiebladen (technische productfiches). - Volg de voorschriften voor het bereiden van het recept (zie gebruikssyllabus). - Werk nooit alleen. - Zet vooraf alle benodigdheden klaar. - Verwittig bij een ongeluk zo vlug mogelijk de verantwoordelijke voor de veiligheid. Op het vlak van veiligheid moeten we bij Dutch Mordant slechts rekening houden met drie producten: KClO3 , HCl en Cl2. Geef er de voorkeur aan te werken met een verse samenstelling. We geven een summier overzicht: Kaliumchloraat (KClO3) is een wit fijn poeder dat, eens in het recept aanwezig, minder gevaarlijk is. Vooraf dient het wel op de juiste manier bewaard en afgewogen te worden. We benadrukken ook dat alle kaliumchloraat eerst opgelost moet zijn voor men voorzichtig zoutzuur (HCl) toevoegt. Zoutzuur (HCl) is een sterk corrosieve, heldere vloeistof met een uitermate prikkelende geur. Contact met de huid en inademen dient altijd vermeden te worden. Enkel openen in een trekkast en zo vlug mogelijk in verdunning brengen. Bij morsen en/of na verwerking de resten met veel water wegnemen (spoelen, wassen,…). Chloorgas (Cl2) is een zeer giftig, sterk prikkelend, geelkleurig gas met typische
geur (bleekwater) dat in beperkte mate oplost in water. Het wordt gevormd bij het samenstellen van het recept. Inademing dient vermeden te worden. Bij een ongeluk de ruimte zo snel mogelijk verlaten.
7. Algemene conclusie Hoewel alle etsprocessen op koper oxidatieprocessen zijn, is er wel degelijk een duidelijk verschil tussen de processen van de verschillende etssystemen, zoals daar zijn: salpeterzuur, ijzertrichloride (ijzerperchloride) en Dutch Mordant. Het werken met Dutch Mordant vergt echter bijzondere voorzorgen en voldoende ervaring. Overweeg daarom of een andere werkwijze (bijvoorbeeld met ijzertrichloride) niet beter geschikt is. Welke testmethoden en onderzoeksmethoden ook gebruikt worden, de kwaliteit van het uiteindelijke drukresultaat blijft het ultieme beoordelingscriterium. Toch moet iedere (toekomstige) uitvoerder voor zichzelf uitmaken waar de balans tussen eindresultaat, veiligheid, kostprijs en milieuproblematiek ligt.
ANTI-VOS Een vergelijking van enkele VOS-vervangende reinigingsmiddelen met toepassingen in de grafische sector
Lou Gils Eddy Verhaeven
72
73
1. Solventen en hun eigenschappen De invoering van de milieuwetgeving (VLAREM I &II) zet de grafische sector onder een steeds grotere druk om veiliger en milieuvriendelijker producten te gebruiken. Vandaar dat men wenst af te stappen van het gebruik van Vluchtige Organische Solventen (VOS) in inkten, reinigingsmiddelen en hulpstoffen, dit om zowel de gebruiker als het milieu te kunnen ontzien. Veel bedrijven schakelen daarom over naar hoogkokende of “watergedragen” systemen. Belangrijkste doel van dit project was te onderzoeken welke van de producten het meest efficiënt zijn bij het verwijderen van recidive inktresten bij drukpersen, zonder de nadelige effecten van VOS-reinigingsmiddelen. Daarnaast willen we een procedé ontwikkelen dat toelaat om doelmatiger, veiliger en milieubewuster het reinigen van drukpersen aan te pakken. Tenslotte kan het procédé in het atelier worden ingevoerd teneinde de efficiëntie, de veiligheid en de milieuzorg te verhogen. Solventen worden gebruikt voor velerlei toepassingen, zoals bvb. reiniging van oppervlakken, voor verdunnen van inkten, verwijdering van recidive inkt- en verfresten. Solventen kunnen gedefinieerd worden als een samenstelling (meestal vloeibaar bij kamertemperatuur en bij atmosferische druk) die andere stoffen kan oplossen zonder ze chemisch te wijzigen. In een oplossing interageren de moleculen van de verschillende componenten met elkaar. Bij de keuze van een solvent moeten zijn eigenschappen overwogen worden. Hierbij denken we aan chemisch type en zuiverheid, oplosbaarheidsparameters en verdampingssnelheid, de viscositeit, de omgevings- en gezondheidsoverwegingen, enz. Verder zal de efficiëntie van een solvent afhangen van de mate waarin het een bepaalde stof oplost zonder echter andere nabije materialen daarbij aan te tasten.
1.1 Intermoleculaire krachten Bij het oplossen van een stof in een solvent worden de intermoleculaire aantrekkingskrachten binnen de op te lossen stof verbroken. Tegelijk treden er vervangende interacties op tussen de solventmoleculen en de moleculen van de op te lossen stof. In het algemeen kunnen we stellen dat een stof oplosbaar is in een solvent, indien de aantrekkingskrachten tussen de onderlinge moleculen van de stof van dezelfde grootorde zijn als de aantrekkingkrachten met de moleculen van het solvent. Indien de aantrekkingskrachten tussen de onderlinge componenten van de op te lossen stof significant groter of kleiner zijn dan deze van het 1 Paints, coatings and solvents, uitg. door Dieter Stoye, VHC Publishers, Inc., New York, 1993.
74
75
solvent, zal de stof niet oplossen. In dat geval is immers meer energie nodig om de aanwezige aantrekkingskracht tussen de componenten te overwinnen, in vergelijking met de energie die vrijkomt bij het vormen van de oplossing.
waarbij polaire en waterstofbinding telkens nul zijn. Meer polaire moleculen hebben dispersiewaarden van minder dan 100, waarbij deze rest verdeeld wordt tussen polaire waarde en waterstofbindingswaarde.
De intermoleculaire aantrekkingskrachten verschillen van soort stof tot stof : ze zijn het sterkst in kristallijne vaste stoffen en zwakker in amorfe vaste stoffen en vloeistoffen. Ze zijn niet bestaand in gassen.
In de overzichtsgrafiek (figuur 01) vindt men de alifatische en aromatische koolwaterstof solventen (cfr. white spirit, thinner, …) in de hoek rechtsonder. Zij hebben weinig bijdrage van polaire en waterstofbrugbinding; ze worden gemeenlijk aangeduid als niet polair. Ze worden ook hydrofoob (lett: water hatend) en lipofiel (lett: olie minnend) genoemd.
Het zijn deze krachten die ook verantwoordelijk zijn voor een aantal eigenschappen zoals de latente verdampingswarmte, dampdruk (het kookpunt), oppervlaktespanning, mengbaarheid, en uiteraard het oplossingsvermogen.
Daartegenover staan de zuurstofhoudende solventen (zoals aceton en ethanol), die een belangrijke bijdrage hebben van de polaire krachten. Ze worden daarom polaire solventen genoemd. Water behoort bij de meest polaire van alle solventen. Hoe meer polair solventen worden, hoe meer ze hydrofiel (lett: water minnend) zijn.
De intermoleculaire krachten zijn de volgende : • Dipool-interacties Zijn aantrekkingskrachten tussen moleculen met een gelimiteerd maar permanent dipool moment. De afstand van de dipool hangt af van de positie van de polen in de moleculen en van thermische trillingsbewegingen. De aantrekkingskracht tussen de dipolen onderling verlaagt sterk bij stijging van de temperatuur.
Specifieke solventen krijgen voor elk van de drie fractionele waarden een specifiek % in de mate dat hun dispersie kracht (ƒd) en polaire kracht (ƒp) en waterstofbrugbinding (ƒh) bijdragen tot het geheel. Deze waarden kunnen heel eenvoudig voorgesteld worden in een driehoekig (maar tweedimensionaal) diagram.
• Dispersiekrachten (London – van der Waals). De dispersiekrachten worden gevormd door de onderlinge inductie van atoomdipolen, als gevolg van het elektromagnetisch veld tussen kern en elektronen van het atoom. Van der Waals krachten zijn het resultaat van intermoleculaire polariteiten, dispersiekrachten werken in alle atomen en moleculen en zijn eerder statistisch van aard. • Waterstofbruggen Waterstofbruggen bestaan in stoffen die hydroxyl of amino groepen bevatten (bv. water, alcoholen, zuren, glycolen, amines). Deze moleculen treden op als protondonor en acceptor. Zwakke waterstofbindingen bestaan ook in halogenen en zwavel. Figuur 01 : Teas’ diagram voor solvent groepen
1.2. Oplosbaarheidsparameter van Teas
Een variant op het voorstellen van de solventen in een Teas diagram, is ze te groeperen volgens klasse.
De opbouw van de Teas grafiek is gebaseerd op de hypothese dat bij alle stoffen de relatieve waarde van de drie krachten tot de oplosbaarheid bijdragen. Met name: de dispersiekracht, de polaire kracht en de waterstofbrugbinding. Teas’ fractionele parameters worden mathematisch afgeleid uit de fractionele bijdrage (percent) die elk der drie krachten leveren aan de oplosbaarheid. De som van de fractionele bijdragen is steeds dezelfde 100% of nog : ƒd + ƒp + ƒh = 100.
1 hexane; 2 white spirits; 3 xylene (dimethylbenzene); 4 toluene (methylbenzene); 5 benzene; 6 spirits of turpentine; 7dichloromethane (methylene chloride); 8 trichloethane (chloroform); 9 1,2, dichloroethane; 10 n- butyl acetate; 11 propyl acetate; 12 ethyl acetate’ 13 acetone (propanone); 14 butanone (methane ethyl ketone); 15 cyclohexanone; 16 butan- 1 -ol (n-butanol); 17 propan-2-ol (iso-propyl alcohol); 18 ethanol (ethyl alcohol); 19 mathanol (methyl alcohol); 20 N-Methylpyrrolidone; 21 Dimethylformamide; 22 acetonitrile; 23 2-ethoxyethynol (cellosolve); 24 2-butoxyethanol (butyl collosolve); 25 collosolve acetate; 26 water Alan Phenix, ‘Solvent Abuse’, article The building conservation directory, 1997.Building Conservation website.
Als voorbeeld kunnen we de alkanen nemen, waarbij hun moleculaire aantrekkingskracht volledig aan dispersiekrachten te wijten is. Deze worden voorgesteld met een dispersieparameter van praktisch 100 (gelijk aan het totaal), Het meest gebruikte systeem in conservatie en restauratie is de fractionele oplosbaarheidsparameter van J.P. Teas, geïntroduceerd in 1968. 76
77
Er is echter geen algemeen geldende correlatie tussen de verdampingssnelheid en het kookpunt van een solvent, maar we kunnen enkele vuistregels geven : • De vluchtigheid van een solvent vermindert meestal bij een stijgend kookpunt. • Indien de solventen chemisch verwant zijn, stijgt het kookpunt met toenemende moleculaire massa. • Solventen die een tendens hebben om waterstofverbindingen aan te gaan (water, alcoholen, amines) zijn minder vluchtig dan andere solventen met hetzelfde moleculaire massa. Er moet immers meer energie toegevoerd worden om de waterstofbindingen te verbreken alvorens naar een gasvormige toestand kan overgegaan worden.
Figuur 02 : solvent gegroepeerd volgens klasse Binnen elke klasse zal een toenemende moleculaire massa het solvent naar rechts doen verschuiven, wat overeenkomt met een toename in dispersie bijdrage t.o.v. polaire bijdragen.
1.4 Chemische eigenschappen
De trend van minder polariteit bij toenemende moleculaire massa bevestigt de waargenomen eigenschap dat laagmoleculaire solventen dikwijls “sterker” zijn dan hoogmoleculaire solventen van dezelfde klasse. Een andere reden voor de “sterkere” werking van laagmoleculaire solventen ligt in het feit dat kleinere moleculen vlugger kunnen disperseren doorheen de vaste stoffen, dit in vergelijking met hun omvangrijker groepsleden.
Aan een vloeistof die als solvent wordt gebruikt, dient een hoge chemische inertie als een belangrijke eis gezien worden. Het is volslagen ongewenst, indien er een reactiviteit tussen solvent en opgelost product zou optreden. Dit kan immers tot zeer gevaarlijke situaties kunnen leiden. Bij het gebruik voor het reinigen van oppervlakken, dient aldus de eventuele reactietijd veel groter te zijn dan de contacttijd voor het reinigen. Alle solventresten dienen dan verdampt te zijn van het oppervlak en uit de onderliggende lagen. Een studie uitgevoerd door Masschelein-Kleiner beschrijft de retentietijd van de belangrijkste solventen. In ons onderzoek zijn enkel terpentijn, EP biosol, glycerol en solventen die wegens hun extreem lange retentietijd een risico inhouden bij gebruik.
1.3 Verdamping De verdamping van een solvent (of solventmengsel) is een belangrijk kenmerk, dat ondermeer de inwerkingstijd beïnvloed, maar ook een grote rol speelt in de toxiciteit en gezondheidsrisico’s voor de gebruiker.
Zo kunnen we terug enkele vuistregels formuleren : • Alifatische, gechloreerde koolwaterstoffen en aromatische koolwaterstoffen zijn voldoende inert en voldoen dus aan deze voorwaarde. • Alcoholen zijn chemisch reactief, maar ze verdwijnen voldoende snel door verdamping. • Solventen die meerdere hydroxyl groepen bevatten (bv. glycolen, glycol esters) kunnen beter niet gebruikt worden als solvent. • Indien langdurig bewaard zullen de meeste ethers en glycol ethers peroxiden gaan vormen met atmosferische zuurstof. In het geval van glycol ethers leidt dit tot zuuraanmaak als gevolg van oxidatie; dit kan voorkomen worden door stabilisatoren toe te voegen. • Esters en ketonen zijn chemisch zeer resistent onder normale omstandigheden. Maar esters kunnen gehydroliseerd worden om alcoholen en zuren te gaan vormen. • Amines vallen buiten ons onderzoek, wegens de grote toxiciteit en hun reactief vermogen..
Op de vraag hoe snel de verdamping van een bepaalde stof in een bepaalde situatie plaatsvindt, kan men geen eenvoudig antwoord geven. De verdampingssnelheid van een solvent hangt in de eerste plaats af van de dampspanning bij de temperatuur waarbij het proces plaatsvindt. Maar ook van specifieke verdampingswarmte, de enthalpie van de verdamping, de mate van moleculaire associatie, de snelheid van de warmtetoevoer, de oppervlaktespanning, de moleculaire massa van het solvent, de omgevingsturbulentie en de omgevingsvochtigheid spelen een rol. Het bepalen van de vluchtigheid van een solvent is een gecompliceerde taak, omdat het van zoveel parameters afhangt en we zullen in het kader van dit werk niet dieper op ingaan. In industriële middens wordt de vluchtigheid van een solvent uitgedrukt aan de hand van zijn kookpunt. Dit is echter geen vast gegeven en geeft enkel een eenvoudige indicatie aan. Bij dit systeem deelt men de solventen in drie klassen : • Laag kookpunt : kp < 100 °C • Medium kookpunt : kp tussen 100 en 150 °C • Hoog kookpunt : kp > 150 °C
Er zijn slechts weinig industriële solventen die maar 1 component bevatten. De meeste solventen (en in het bijzonder de ethanol en koolwaterstof solventen) worden geproduceerd als mix.
5 Paints, coatings and solvents, uitg. door Dieter Stoye, VHC Publishers, Inc., New York, 1993.
6 Masschelein-Kleiner,L.(1961), Les solvants, Institut royale du patrimoine artistique (Bruxelles). 78
79
Bovendien bevatten solventen ook onzuiverheden. Voor vele industriële toepassingen is een zeer hoge zuiverheid niet echt vereist.
een elektrisch veld. Om deze reden vormen ze geen waterstofbindingen. Alkanen vertonen meestal een lage reactiviteit omdat hun koolstof-waterstof en hun koolstof-koolstof bindingen relatief stabiel zijn. Ze kunnen niet gemakkelijk gebroken worden. De moleculen van de verzadigde koolwaterstoffen hebben geen permanent dipoolmoment en ze hebben een lage diëlektrische constante. Ze worden moeilijk gepolariseerd; in de praktijk kan men stellen dat ze inert zijn.
Het is aan te raden dat men, alvorens een solvent te gaan gebruiken, zich informeert over de chemische eigenschappen ervan, zodat men kan anticiperen op ongewenste evoluties. Het is eveneens aan te raden dat solventen opgeslagen worden in volle donkergekleurde (glazen) flessen, liefst op een koele plaats en in een solventkast.
Ze zijn veel minder toxisch dan de aromatische koolwaterstoffen. In hoge dosissen kunnen ze bedwelmend werken en irritant zijn voor de huid. Onverzadigde koolwaterstoffen (alkenen of de “olefinen” en alkynen) In ons onderzoek werden geen alkynen (C=C) opgenomen. Alkenen, ook olefinen of vinylen genoemd, zijn samenstellingen die minimaal één koolstof – koolstof dubbele binding (C=C) hebben. Alkenen kunnen acylisch of cyclisch zijn. De aanwezigheid van dubbele bindingen maken de molecule instabiel en werken daarbij oxidatie en polymerisatie reacties in de hand. Het solvent terpentijn is het meest gekende voorbeeld. Het wordt sterk vermeden in het conservatie/restauratiewerkveld omwille van de latente reactiviteit. Ze worden vervangen door white spirit solventen.
2 Onderzochte Solventgroepen 2.1 Koolwaterstof solventen (KWS) Een koolwaterstof is een chemische samenstelling, die enkel bestaat uit koolstofatomen (als ruggengraat) en waterstofatomen (gehecht aan de koolstofatomen). Er zijn drie types van koolwaterstoffen : • Verzadigde koolwaterstoffen (alkanen) • Niet-verzadigde koolwaterstoffen (alkenen en alkynes) • Aromatische koolwaterstoffen (de “aromaten”)
Aromatische koolwaterstoffen Aromatische koolwaterstoffen worden gedefinieerd door hun moleculaire structuur. Deze bevat één of meer vlakke ringstructuren met zes koolstofatomen, die verbonden worden met gedelokaliseerde elektronen. Hierdoor ontstaan drie covalente dubbele bindingen verdeelt over de benzeenring (C6H6).
Verzadigde koolwaterstoffen (alkanen, alifatische KWS, of “parafines”) Alkanen zijn koolwaterstoffen met een lange koolstofketen verbonden met enkelvoudige bindingen. Het zijn alifatische samenstellingen. Hun koolstofatomen kunnen een enkele, acyclische, niet-vertakte keten (paraffine) of vertakte keten (isoparaffine) vormen, of ze kunnen samenstellingen vormen met een of meerdere ringen (cycloparaffine).
Figuur 04 : structurele voorstelling van een benzeenring Deze bijzondere verdeling van de elektronen veroorzaakt een kleine polariteit. Ze vertonen dan ook enkele karakteristieken, zeer typisch voor de aromatische koolwaterstoffen : zoals geur en toxiciteit. Sommige voorbeelden zijn tolueen, ortho-, meta- en para-xyleen en benzeen (carcinogeen!). Aromatische koolwaterstoffen hebben in het algemeen een snelle verdamping. De lage viscositeit en de hoge oppervlaktespanning verschaffen een goede indringbaarheid en geven ze een sterker oplossend vermogen. Door een lage diëlektrische constante en een zwak dipoolmoment zijn de interacties met de op te lossen stof aan de geringe kant.
Figuur 03 : Enkele koolwaterstof structuren De moleculaire structuur en vooral dan het oppervlak van de molecule, bepaalt het kookpunt van het alkaan. Hoe kleiner het oppervlak, hoe lager het kookpunt, omdat de Van der Waals krachten tussen de moleculen dan zwakker zijn. Een verkleining van het oppervlak kan bekomen worden door ketenvertakking of door cirkelstructuur. In de praktijk betekent dit, dat de alkanen met een groot aantal koolstofatomen meestal hogere kookpunten hebben dan diegene met een kleiner aantal koolstofatomen en dat de vertakte keten (isoalkanen en cycloalkanen) meestal een lager kookpunt hebben dan de gestrekte equivalenten.
Sommige aromatische koolwaterstoffen zijn zeer toxisch en hebben sterke effecten op het centraal zenuwstelsel. Ze hebben ook een irritant effect op de huid en de slijmvliezen. Indien mogelijk moet het gebruik ervan vermeden worden om deze redenen. Men vindt dikwijls (geringe) gehaltes aanwezig in de
Alkanen geleiden geen elektriciteit. Ze worden ook niet erg gepolariseerd door 80
81
doorsnee white spirits en thinners. . Opmerking : koolwaterstoffen zijn brandstoffen
vermogen voor inkten. Glycerol (of glycerine) is het eenvoudigste drievoudig poly-alcohol en wordt bekomen door hydrolyse van plantaardige of dierlijke vetten. Het komt bvb voor in handzepen en crèmes. Het is een kleurloze, reukloze, viskeuze vloeistof en smaakt zoet. De stof komt van nature voor in het menselijk lichaam, is niet giftig en oplosbaar in water. Het kookpunt bedraagt 290°C, wat het een ideale antiVOS zou kunnen maken, ware het niet dat het een zeer lange retentietijd heeft in poreuze materialen.
2.2 Zuurstofgebonden KWS solventen Zodra zuurstof (enkel of dubbelgebonden) aan de koolstofketen wordt toegevoegd, verandert de eigenschap van het molecule grondig. Niet alleen wordt een polaire groep ingevoerd, ook stijgt het chemisch reagerend vermogen. Binnen ons onderzoek namen we producten op uit volgende klassen : • Alcoholen • Poly-alcoholen • Olieën
Figuur 07 : glycerol Olieën (plantaardig) Plantaardige olie wordt verkregen uit zaden of een andere plantaardige bron. Het bestaat uit een mengsel van allerlei esters van glycerol en vetzuren. Niet alle plantaardige olie is voor consumptie geschikt. Het zijn uiteraard hydrofobe producten, meestal (licht) geel gekleurd, met een hoge viscositeit en een hoog kookpunt (meestal boven verbrandingspunt). Vetzuren zijn organische carbonzuren bestaande uit een KWS-keten en een carboxylgroep (COOH-groep). Enkele bekende vetzuren zijn palmitinezuur, stearinezuur, oliezuur, linolzuur, arachidonzuur, … . Zuivere vetzuren worden gebruikt in kaarsen, maar vooral als grondstof voor cosmetica, verf en schoonmaakmiddelen.
Alcoholen Een alcohol is in de chemie een organische verbinding, die een hydroxylgroep (C-OH groep) bevat, naast de gebruikelijke KWS-keten (zie hoger). Het bekendste alcohol is ethanol met als formule C2H5-OH, in het dagelijks leven als “alcohol”.
Figuur 05 : methanol
ethanol 2-propanol
Aantal koolstofa- Dubbele Komt onder andere voor in tomen bindingen Verzadigde Laurinezuur 12 Kokosolie en palmpitolie vetzuur Palmolie, kokosolie, verder Verzadigde Palmitinezuur 16 ook in alle dierlijke vetten en vetzuur oliën Zeer veel in olijfolie, verder Oliezuur 18 Cis-9 ook in alle dierlijke en plantaardige vetten en oliën Saffloerolie, zonnebloemolie, Linolzuur 18 Cis-9,12 maisolie, sojaolie, arachideolie Lijnzaadolie, walnootolie, caAlfa-linoleenzuur (ALA) 18 Cis-9,12,15 nola-olie, perillazaadolie, hennepzaadolie Vetzuur
tert. butanol
Alcoholen kenmerken zich als solvent, door een gedrag tussen lipofiele en hydrofiele middelen in. Ze laten zich zowel met water als met hydrofobe stoffen goed mengen. De hydrofiele eigenschap neemt echter binnen de klasse af naarmate grootte van de koolstofketen toeneemt. Methanol (of methylalcohol, brandspiritus, houtgeest, …) is het eenvoudigst en kleinst mogelijke alcoholmolecule, met de beste solventwerking van de klasse. De structuurformule is CH3-OH en het kookpunt bedraagt 65°C, wat het een typische VOS maakt. Verder is methanol giftig bij inname (letale dosis : 25 gr), met kans op blindheid en eventueel de dood ten gevolg.
2.3 Detergenten (in waterfase) Een detergent is een oppervlakte actief reinigingsmiddel van synthetische oorsprong, dit in tegenstelling met een zeep. De (organische) molecule bestaat uit een hydrofiel en een lipofiel deel. Hierdoor kunnen vettige (lipofiele) stoffen en aan vet klevende stoffen in een waterige fase verspreid worden. Er worden micellen dan gevormd, welke onder emulsievorm in het water rondzweven.
Figuur 06 : methanol Polyol (poly-alcohol) Een polyol is een organische verbinding, die gekenmerkt wordt door de aanwezigheid van meerdere (poly = veel) hydroxylgroepen (C-OH groepen). Het zijn meestal bioproducten met een hoog kookpunt en een zeker oplossend 82
83
geur. De toxiciteit van solventdampen op een werkplek werd onderzocht in dierlijke experimenten en door mensen te observeren.
Figuur 08 :
lipofiel hydrofiel deel
De MAC waarde (Maximum Allowable Concentration, Maximaal Aanvaardbare Concentratie, Maximal Arbeitsplatz Konzentration) is de maximum toegelaten concentratie van een stof in de werkatmosfeer die niet schadelijk is voor de gezondheid van de medewerkers en die niet beschouwd wordt als onverdraagbaar (ook na langdurig en herhaaldelijke blootstelling van bijvoorbeeld 8 uur per dag).
micel
Een stof heeft een oppervlakte-actieve werking (tenside, tensio-actieve stof of surfactant), als het de oppervlaktespanning van een vloeistof (water) kan verlagen. Hierdoor heeft deze vloeistof minder energie nodig om zich te mengen met andere (hydrofobe) stoffen. Vetzuren (zepen) en synthetische sulfonzuren (detergenten) met een koolstofketen rond de C12 à C16 komen hiervoor o.a. in aanmerking.
Figuur 09 : detergentmolecule
Meestal zijn MAC-waarden gemiddelden over de periode van een volledige dag of shift. Omdat de werkelijke concentratie van de stoffen in de ingeademde lucht zal variëren, worden blootstellingspieken gespecificeerd voor individuele categorieën volgens korte termijn waarden, korte termijn duur en frequentie per werkshift. • Categorie I : lokaal irritante stoffen : 2 * MAC • Categorie II : stoffen die minder dan 2 uur na absorptie een aanval geven : 2-5 * MAK • Categorie III : stoffen die meer dan 2 uur na absorptie een aanval geven : 10 * MAK • Categorie IV : zeer zwakke potentiële impact : 2 * MAK • Categorie V : stoffen met een intense geur : 2 * MAK Ventilatieapparatuur op de werkplek moet zo gedimensioneerd en ontworpen zijn dat de MAC-waarden van de individuele solventen niet overschreden worden. Er kunnen geen MAC-waarden gespecificeerd worden voor een aantal carcinogene en mutagene stoffen. Sommige van deze stoffen kunnen nochtans niet vermeden worden en blootstelling kan niet uitgesloten worden. Technische RichtKonzentration (TRK; Laagste technisch haalbare niveaus) waarden werden gedefinieerd om zo het gezondheidsrisico op de werkplek te minimaliseren.
detergentwerking
Het in dit project onderzochte product : VGA: Vegetable Agent Avison (Merk ‘Papermill’) behoort tot de chemische groep van de detergenten.
3. Risico’s bij het gebruik van solventen
In de Verenigde Staten is het equivalent van de MAC-waarde de TLV. Deze TLV-waarde drukt de concentratie uit van een stof in de werkatmosfeer, waaraan alle medewerkers de hele dag kunnen blootsgesteld worden zonder schadelijke effecten. Deze waarde wordt onderverdeeld in TLV-twa (time weighted average concentration) en TLV-stel (Short Term Exposure Limit), en TLV-c (ceiling limit).
De meeste solventen hebben een karakteristieke geur. Menselijke waarneming en gevoeligheid aan solventdampen hangt af van de gewenning en die varieert van persoon tot persoon. Geuren die aangenaam ruiken in kleine concentraties kunnen als hinderlijk ervaren worden bij hoge concentraties. Andere dampen die eerst enige weerstand oproepen kunnen later als verdraagbaar ervaren worden. Daarom is het onmogelijk om objectieve regels te geven voor de limietwaarde waarop een damp onverdraaglijk wordt.
TLV-twa heeft betrekking op de normale 8-urige werkdag in een 40-uur werkweek. TLV-stel is de maximum blootstelling gedurende een periode van 15 minuten en TLV-c is de concentratie die nooit mag overschreden worden. De TLV-waarden worden gepubliceerd door het ACGIH (American Conference of Government Industrial Hygienists) en gelden als aanbevelingen.
Geurintensiteit wordt in 4 categorieën opgesplitst : • Niet waarneembaar • Zwak waarneembaar • Gematigd waarneembaar • Sterk waarneembaar
Bij het werken met toxische solventen moet de gebruiker in de eerste plaats een aantal voorzorgsmaatregelen in acht nemen zoals goede ventilatie, dragen van handschoenen en beschermende bril, minimale stockageduur van de solventen en dit in hermetisch gesloten en gelabelde recipiënten, een lokale afzuiginstallatie die de dampen capteert bij de bron en een solventenkast.
De geurlimiet wordt gedefinieerd als de dampconcentratie in 1 kubieke meter lucht (ppm) die nog net waarneembaar is. Het ligt tussen niveau 1 en 2. Wanneer er met solventen wordt gewerkt moet de geur als een eerste waarschuwing worden gezien. Relatief hoge solventconcentraties kunnen de slijmvliezen irriteren. Er dient op gewezen dat sommige solventen met een milde geur een groter gezondheidsrisico kunnen inhouden dan diegene met een sterke
Daarnaast dient men ook te overwegen of er geen alternatieven zijn die minder 84
85
schadelijk en minder risicovol zijn en die technisch bekeken dezelfde functie kunnen volbrengen. De meest schadelijke solventen moeten zelfs helemaal vermeden worden. Zo hebben bij de enkelvoudige koolwaterstoffen (alkanen) alleen de hexanen een sterk neurotoxisch effect. Het kan vervangen worden door andere alifatische alkanen (pentaan, methylpentaan, heptaan) of door cycloalkanen (cyclohexaan, methylcyclopentaan, methylcylcohexaan).
Uit de commercieel voorhanden zijnde “reinigingsproducten”, werden er 11 geselecteerd op basis van representativiteit, eenvoud van aanschaf voor de doelgroep, kostprijs. Met ieder product werd een gestandaardiseerd reinigingsprocedé uitgevoerd op een aantal testplaatjes (met inktraster). Na afloop werd het glansverschil door inktverlies gemeten en het % glansverlies berekend. Alle mechanische bewerkingen werden uitgevoerd inde ateliers van vrije grafiek/ beeldende kunsten van de Academie voor Schone Kunsten te Antwerpen. De testen en metingen werden uitgevoerd in de labos van de Opleiding Conservatie/Restauratie te Antwerpen.
Solventen met een hoge concentratie aan aromaten, moeten vermeden worden omdat ze te gevaarlijk zijn voor het centraal zenuwstelsel. Lange termijn acties van solventen zijn niet onschuldig, vaak verraderlijk en moeilijk op tijd opspoorbaar.
Alles werd nauwgezet fotografisch gedocumenteerd.
De meeste organische solventen zijn vluchtig en licht ontvlambaar. Hun dampen kunnen soms explosieve mengsels vormen met de lucht. Het brandgevaar van solventen hangt af van hun vluchtigheid en van hun vlampunt.
Het werkschema omvatte vijf fasen : 1 2 3 4 5
Hoe lager het vlampunt, hoe gemakkelijker de damp zal ontvlammen bij kamertemperatuur. In het algemeen worden solventen met een vlampunt beneden de 21°C beschouwd als zeer gevaarlijk, terwijl solventen met een vlampunt van onder de 32°C nog steeds gevaarlijk ontvlambaar zijn. Het dient de aanbeveling te genieten om voorraden aan solvent (d.w.z. meer dan 1 liter) in gesloten stalen kasten (solventkasten) te stockeren. Deze speciale kasten zijn zo geconstrueerd dat zelfs bij een lekkende container, de dampen of vloeistof geen gevaar vormen. Alleen indien men met kleinere hoeveelheden (minder dan 500 ml) solvent werkt, kan deze in een geschikt recipiënt geplaatst worden op een open schap, weliswaar verwijderd van licht en warmtebronnen. Het overhevelen van grote volumes solvent genereert statische elektriciteit waarbij het risico bestaat dat een vonk het geheel doet ontvlammen.
Aanmaak testplaatjes Calibratie & ijkmetingen Uitvoering reinigingsbehandeling Glansmetingen Resultaatevaluatie
4.1 Aanmaak testplaatjes Er werden 60 testplaatjes ontworpen en geproduceerd. De testplaatjes dienden te voldoen aan volgende criteria : • Gepaste afmeting voor de uitvoering van de reinigingsbehandeling en de glansmeting. • Stabiele glanswaarde vooraf het bedrukken en reinigen • Reproduceerbare zwartinggraad.
Solventdampen zijn meestal zwaarder dan lucht. Daardoor verzamelen ze zich naar de bodem, mogelijks in een schacht en mogelijks ook naar plaatsen waar vlammen, sigaretten, elektrische schakelaars, enz. aanwezig kunnen zijn. Daarom zal een routine veiligheidsmaatregel er in bestaan dat de solventen in een afzuigkast te plaatsen.
Om een stabiele zwarting te bekomen, werd gebruik gemaakt van zeefdruk met geselecteerde standaardrasters (van Mecanorma). Dit uitgevoerd met 3 druksystemen : hoogdruk (lino), diepdruk (etsen) en vlakdruk (litho). Alle mechanische bewerkingen werden uitgevoerd in de ateliers van de Academie voor Schone Kunsten te Antwerpen, m.n. de ateliers van vrije grafiek/ beeldende kunsten.
Restanten van solvent moeten in brandveilige, gesloten wastecan bewaard worden tot men ze ontdoet. Zij mogen niet afgevoerd worden via het rioolsysteem, tenzij er expliciete vergunning is van de autoriteiten en dan moeten ze in erg verdunde vorm ontdaan worden.
Zestig rood koperen plaatjes werden gekapt op tien maal vijf centimeter, daarna aan de zijkanten afgevijld, ontvet d.m.v. methanol en een katoenen lap en aan de achterzijde voorzien van een nummering en gebruikte inkt voor de gebruikte techniek. ( Hetzij ets, litho of lino )
4. Onderzoek In de hoop producten te vinden die ons in staat zouden stellen heel deze problematiek te vermijden, werd het onderzoek ANTI-VOS opgestart. Om tot een uiteindelijke keuze voor een geschikt product te komen, dienden we over te gaan naar een uitgebreide testfase. Hiertoe werd een grote reeks testplaatjes (met inktraster) vervaardigd en onderworpen aan een gestandaardiseerde reinigingsprocedé.
Twintig rood koperen plaatjes werden gedrukt met vlakdruk (litho); inkt via een mechanische transfert raster. Twintig rood koperen plaatjes werden gedrukt met diepdruk(ets); inkt via een mechanische transfert raster. Twintig rood koperen plaatjes werden gedrukt met hoogdruk (lino); inkt via een mechanische transfert raster.
7 Horie, C.V., Materials for Conservation, organic consolidants, adhesives and coatings, Butterworth & Co, England, 1987.
Alle zestig rood koperen plaatjes werden zes uur gedroogd op een droogplaat bij een temperatuur gelijk aan stand 90°C van de weerstand. 86
87
4.2 Calibratie & ijkmetingen
4.3 Reinigingsbehandeling
De homogeniteit van de oppervlakteglans van de testplaten werd vóór de reinigingsbehandeling d.m.v. de glansmeter gemeten. Er zijn verschillende variabelen die de meting kunnen beïnvloeden, vandaar het belang van de opstelling. De parameters werden zodanig ingesteld dat de glansmeter bij elke meting op de zelfde plaats en onder identieke omstandigheden functioneerde. De metingshoek is zestig procent en van elke plaat wordt er van zowel voorals achterzijde vijf metingen genomen op dezelfde plaats. Men neemt telkens de meting in het midden van het plaatje onderaan, op één centimeter van de onderrand. Dit gaf volgende resultaten (de fout op het toestel is experimenteel vastgesteld als : 0,1 en de kamertemperatuur van het labo bedroeg een constante van 19°Celsius).
Plaatje Metingen Standaardafwijking
1 28,5 34,3 28,1 27,3 25,7 22,9 24,1 26 30,7 26,6 3,28
2 24,6 25,1 24,1 24,7 22,8 23,4 24,9 24,7 24,3 25 0,74
3 27,7 27,3 28 28,2 28,4 27,6 27,5 27,9 29,8 27,9 0,70
4 49,4 55,5 50,2 48,5 50,6 49,9 49,9 47,8 47,3 48,7 2,28
5 36,7 37,7 37,3 37,5 37,4 38,2 37,4 37,5 39,3 37,3 0,69
Volgende stappen werden zo conform mogelijk uitgevoerd : • Meting testplaatjes vóór behandeling op hydriturm. • Testplaatjes werden in een pyrex beker ( 250 ml ) geplaatst. • Per beker werd 100 ml testvloeistof toegevoegd. • De pyrexbekers werden vastgekleefd op de schudplaat van de hybriturn en de timer werd op 15 min ingesteld. • Wrijven van de testplaat na schudden met hybriturn.
4.4 Glansmetingen Van volgende producten werd de reinigende werking onderzocht : • • • • • • • • • • •
6 37,3 43,7 43,7 43,1 43,6 45,6 44,8 43,5 44 43,4 2,22
Geconcentreerde ruitenreiniger (Merk ‘Delhaize’) Afwasmiddel (Merk ‘Delhaize’) VGA: Vegetable Agent Avison (Merk ‘Papermill’) Maïskiemolie (Merk ‘Delhaize’) Glycerol (Merk ‘Merck’) Synthetische Thinner (Merk ‘Forever’) White spirit (Merk ‘Forever’) Ethyline (Merk ‘Forever’) Terpentijnolie (Merk ‘Forever’) E.P. Biosol (Merk ‘Eco-paint’) Brandspiritus 85% (Merk ‘Forever’)
Voorbeeld van metingen :
Meting 11: Brandspiritus 85%
1 : Litho fijn 2 : lino fijn 3 : ets fijn 4 : litho grof 5 : lino grof 6 : ets grof
VOOR behandeling 1
Plaatje
Voor de variatie op de oppervlakteglans deed men voor de 6 verschillende soorten testplaatjes, telkens 10 metingen. Hiervan wordt dan de standaardafwijking berekend. De maximale afwijking op de meetresultaten zal hierdoor op 3,3 gesteld worden.
4
5
1
2
3
4
5
Voor 102,1 102,1 102,1 102,1 102,1
155,7 155,7 155,7 155,7 155,6
achter 229,6 229,6 229,2 229,1 229,1
233,1 233,1 233,1 233,0 233,3
Lino 11 dik
Voor 141,5 141,6 141,7 141,7 141,8
239,7 240,5 240,8 240,9 241,1
achter 137,7 144,5 144,7 144,9 144,9
210,6 210,3 210,4 210,3 210,4
Zeef 11 fijn
Voor 160,2 161,1 161,1 161,4 161,7
175,0 175,0 174,9 174,9 174,9
achter 257,7 257,7 257,7 257,7 257,5
261,6 261,6 261,5 261,6 261,5
Voor
110,8 110,8 110,8 110,8 110,8
181,9 181,8 181,9 181,8 181,7
achter 249,9 250,0 250,0 250,0 250,0
241,8 241,8 241,7 241,8 241,8
Litho 11 fijn Voor 107,5 107,6 107,5 107,5 107,6
148,6 148,5 148,4 148,4 148,4
achter 211,0 211,0 211,4 211,4 211,3
220,3 220,8 221,1 220,9 220,6
Litho 11 dik Voor 169,8 170,0 170,0 169,9 169,9
219,1 219,3 219,8 219,8 219,3
89
3
Lino 11 fijn
Zeef 11 dik
88
2
NA behandeling
achter 284,1 284,2 284,2 284,3 284,2
266,1 265,1 265,2 265,5 265,7
Voorbeeld van berekeningen:
5. Conclusie ANTI-VOS Van de hier geteste producten bleek VCA, Vegetable Cleaning Agent Avisol VCA van Papermill het beste resultaat op te leveren.
Meting 11: Brandspiritus 85% 11
Gemiddelde VOOR
NA
Verschil
Ondanks het feit dat maïskiemolie lang moet inwerken, bleek het toch een redelijk interessant alternatief voor inktafname. We kunnen stellen dat inktresten voldoende efficiënt kunnen verwijderd worden met plantaardige olie.
Inktafname Lino 11 fijn
Voor
102,10
155,68
53,58
achter
229,32
233,12
3,80
Lino 11 dik
Voor
141,66
240,60
98,94
achter
143,34
210,40
67,06
zeef 11 fijn
Voor
161,10
174,94
13,84
achter
257,66
261,56
3,90
zeef 11 dik
Voor
110,80
181,82
71,02
achter
249,98
241,78
-8,20
Litho 11 fijn
Voor
107,54
148,46
40,92
achter
211,22
220,74
9,52
Litho 11 dik
Voor
169,92
219,46
49,54
achter
284,20
265,52
-18,68
49,8
In het algemeen geven alle (toxische) solventen een bevredigend resultaat, maar genereren problemen op het vlak van toxiciteit en brandbaarheid. In het navolging van de internationale ontwikkelingen met betrekking tot het gebruik van milieuvriendelijke producten, is het zonder meer aan te bevelen niet langer de vanzelfsprekende solventen te gebruiken.
31,9 9,9
Het hanteren van de in dit onderzoek naar voren gebrachte alternatieven, namelijk plantaardige oliën en nieuwe samengestelde producten als Vegetal Cleaning Agent vormt een volwaardige optie voor de toekomst.
79,2 31,4
Ook wat de economie van het atelier betreft, betekend het gebruik van non toxische reinigingsproducten alleen maar winst . De productie en aanschafkost van plantaardige producten is beduidend lager. De risicofactor, brandbaarheid, ontploffingsgevaar, lekkage enz… bij bewaring is nagenoeg onbestaande. Alle extra kosten van veiligheidskasten en bijzondere kleding vallen weg. Ventilatie van werkomgevingen (met bijhorende energiefactuur!) zijn te herleiden tot het openen van een venster om een mogelijke geurhinder te neutraliseren.
68,2
Interpretatie van de resultaten Het doel van de metingen was het bepalen van de inktafname door de behandeling via de glansverandering. Hiertoe gingen we als volgt tewerk: • Van alle metingen werd telkens het gemiddelde vóór en na behandeling berekend.
Bovendien is de creatieve expressie niet langer afhankelijk van de toelevering van een specifiek synthetisch product maar van een product dat over de gehele wereld gebruikt wordt en overal verkrijgbaar is.
• Daarna werd het verschil genomen tussen het gemiddelde van de voorzijde plaatje na behandeling, minus gemiddelde voorzijde plaatje vóór de behandeling. Dit geeft de inktafname zonder correctiefactor. • Om het effect van glansverandering op het oppervlak zelf te bepalen, werd hetzelfde berekend met de twee gemiddelden van de achterzijde. Dit geeft de correctiefactor op de inktafname. • Het uiteindelijke resultaat werd bekomen uit het verschil van de inktafname (voorzijde van het plaatje) met de correctiefactor (achterzijde van het plaatje).
90
91
92
93
Eddy Verhaeven (°1954, Gent) is licentiaat scheikunde. Hij doceert sinds 1982 aan de Koninklijke Academie voor Schone Kunsten Antwerpen (KASKA), en sinds 1994 specifiek binnen de opleiding Conservatie/Restauratie. Hij is (co-)promotor van verschillende masterscripties en uitvoerder van verschillende onderzoeksprojecten.
Growing environmental awareness and the relatively recent environmental legislation have prompted lecturers and students to give increased consideration to the harmful effects of the products they use in the workshop. It was against this background that two research projects were instigated at the printmaking studio at the Royal Academy of Fine Arts, Antwerp. In both projects the cooperation between a visual artist and a chemist resulted in new insights that have impacted on health and safety issues in daily artistic practice.
Lou Gils (°1962, Turnhout) heeft een Master in de Vrije Grafiek. Sinds 1988 is hij als lesgever verbonden aan de KASKA, waar hij tot 2007 zeefdruk doceerde. Momenteel doceert Gils metaalgravure, tekenen naar model, waarnemingstekenen en is hij betrokken bij de lerarenopleiding. Daarnaast toonde hij zijn werk op verscheidene tentoonstellingen in binnen- en buitenland.
The first project ‘DUTCH MORDANT’ examined the optimal composition of chemicals for etching in metal. The second project ‘ANTI-VOS’ embarked on finding alternatives to the harmful Volatile Organic Solvents, which occur in inks, cleaning agents and auxiliary substances.
Peter Bosteels (°1963, Sint Niklaas) studeerde af aan het NHISK als graficus. Sinds 1991 doceert hij grafiek aan de KASKA, waar hij ook de opleidingen in de vrije kunsten coördineert en het academiseringsproces actief ondersteunt. Hij toonde zijn werk op verscheidene individuele en groepstentoonstellingen in binnen- en buitenland.
Both projects emerged from the environmental and health and safety concerns without compromising the efficiency of the agents used. The findings of both projects were systematically recorded and the results were circulated amongst the users of these chemicals in the artistic sector. For example, the research team advised etchers to consider alternatives to Dutch mordant. As for the cleaning agents, the researchers established that vegetable oils and newly formulated products like ‘vegetal cleaning agents’ are a reliable option. Even from an economical point of view, the use of non-toxic cleaning products has short and long term advantages. Vegetable products are significantly cheaper to produce and purchase.
TR 09/03 Dutch Mordant / Anti-Vos Tekst: Eddy Verhaeven, Peter Bosteels, Lou Gils Beeld: Peter Bosteels, Lou Gils
The risk factors during storage (combustibility, danger of explosion, leakage, etc.) are almost non-existent, thereby eliminating the extra cost of safety cabinets and clothing. Ventilation of the working environment can be reduced to opening a window to neutralize any unpleasant smells. Moreover, creative expression no longer depends on the obtainability of a specific synthetic product but can be replaced by a product that is used all over he world and that is widely available.
Met dank aan Raf Coorevits, Gert Govaerts, Alex Verhaeven, Guido Lenaers, TR 09/03 Dutch Mordant / Anti-Vos Caroline Meert, en Jean-Luc Wittewrongel. Tekst: Eddy Verhaeven, Peter Bosteels, Lou Gils Beeld: Peter Bosteels, Lou Gils Track Report is het cahier voor onderzoek in de beeldende kunsten van de Koninklijke Academie voor Schone Kunsten Antwerpen - Artesis Hogeschool Met dank aan Raf Coorevits, Gert Govaerts, Alex Verhaeven, Guido Lenaers, Caroline Meert Mutsaardstraat 31, 2000 Antwerpen http://www.track-report.be en Jean-Luc Wittewrongel. Verantwoordelijke uitgever: Eric Ubben Crombez, Bertbeeldende Danckaert, Els Devan bruyn, Nico Dockx, Track Report isRedactie: het cahierThomas voor onderzoek in de kunsten de Koninklijke Academie voor Schone Spank Moons Kunsten Antwerpen - Artesis Hogeschool Johan Pas MutsaardstraatHoofdredactie: 31, 2000 Antwerpen, www.track-report.be Coördinatie: Els De bruyn Vormgeving: Peter Bosteels Verantwoordelijke uitgever: Eric Ubben Drukwerk: GuidoMaes.Printingdeluxe Redactie: Thomas Crombez, Bert Danckaert, Els De bruyn, Nico Dockx, Spank Moons Hoofdredactie: Johan Pas Coördinatie: Els De bruyn D/2009/411/4 Vormgeving: Peter Jean-Michel Meyers Bosteels NUR646 Drukwerk: GuidoMaes.Printingdeluxe ISBN9789490521035 D/2009/411/4 NUR646 ISBN 9789490521035 All rights reserved. No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system or transmitted, in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording or otherwise, without the prior permission of the publisher.
54
Every effort has been made to determine and acknowledge the copyright ownership of individual works. If any proper acknowledgment has not been made, or permission not received, we invite copyright holders to inform us of the oversight.
94
55
95
96
