Masarykova Univerzita Přírodovědecká fakulta

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi

Masarykova Univerzita Přírodovědecká fakulta Ústav chemie

VLASTNOSTI LEPIDEL POUŽÍVANÝCH V MUZEJNÍ PRAXI

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Anna Vitešníková

Brno 2007 6


Prohlašuji, že jsem na této práci pracovala samostatně a uvedla veškerou použitou literaturu.

V Brně 22.5.2007

_________________________ Anna Vitešníková 7


Ráda bych poděkovala svému školiteli Mgr. Ivanu Bergerovi za odborné vedení a pomoc při řešení problémů během vypracování bakalářské práce a konzultantovi prof. RNDr. Jiřímu Příhodovi, CSc. za cenné rady a připomínky. Dále patří mé poděkování Ing. Miroslavu Gregorovi za poskytnutí vzorků lepidel a za odborné rady v oblasti lepení.

8


Obsah 1.ÚVOD

6

2. TEORETICKÁ ČÁST

7 7

2.1. Lepení 2.1.1. Teorie lepení

7

2.1.2. Předpoklady a podmínky lepení

7

2.1.3. Rozdělení lepidel

11 21

2.2. Chemická podstata lepidel 2.2.1. Vznik, struktura a vlastnosti polymerů

21

2.2.1.1. Vznik polymerů

21

2.2.1.2. Struktura polymerů a jejich vlastnosti

23

2.3. Vlastnosti a struktura lepidel používaných k lepení kovů

26

2.3.1. Epoxidová lepidla

26

2.3.2. Kyanoakrylátová lepidla

28

2.3.3. Polymethylmethakrylátová lepidla

29

2.3.4. Polyuretanová lepidla

29

2.4. Mechanické vlastnosti lepidel a lepených spojů

30

2.4.1. Pevnostní charakteristiky

30

2.4.2. Tvrdost

32

2.4.3. Křehkost a houževnatost

33

2.5. Životnost spoje a faktory životnost ovlivňující 2.5.1. Fyzikální změny v lepených spojích 2.5.1.1. Difúze v polymerech

34 35 35

2.5.2. Chemické změny v lepených spojích 2.6. Organická rozpouštědla a rozpouštění 2.6.1. Mechanismus rozpouštění v organických rozpouštědlech 2.6.1.1. Průběh rozpouštění

36 38 38 39

2.6.2. Rozdělení organických rozpouštědel

40 41

3. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST 3.1. Příprava vzorků

41

3.2. Rozpouštění lepených spojů

42

3.3. Odstranění nánosu lepidla

45

9


46

4. VÝSLEDKY A DISKUZE 4.1. Zkouška rozpustnosti lepidel v acetonu

46

4.2. Zkouška rozpustnosti lepidel v parách acetonu

47

4.3. Zkouška rozpustnosti lepidel v toluenu

47

4.4. Zkouška rozpustnosti lepidel v parách xylenu

48

4.5. Zkouška rozpustnosti lepidel v ethylalkoholu

48

4.6. Zkouška rozpustnosti lepidel v nitroředidle

49

4.7. Odstranění nánosu lepidla

50

5. SHRNUTÍ VÝSLEDKŮ

51

6. ZÁVĚR

52

7. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY A ZDROJŮ

53

8. SEZNAM TABULEK, OBRÁZKŮ A ZKRATEK

54

8.1. Tabulky

54

8.2. Obrázky

55

8.3. Zkratky

55 56

9. PŘÍLOHY

10


1. Úvod Lepení se jako účinná technika spojování materiálů používá již více než 6000 let. Lepení a zvláště pak látky k lepení používané prošly od té doby obrovským vývojem. Zpočátku se používaly pouze přírodní látky, zejména pryskyřice. Velký pokrok pro lepení přinesla výroba syntetických polymerů ve 20. století a tak dnes používáme širokou škálu lepidel určených k lepení nejrůznějších materiálů. Cílem teoretické části bakalářské práce bylo především formulovat zásady správného lepení. Dále si autorka klade za úkol popsat vlastnosti lepidel a změnu těchto vlastností vlivem stárnutí materiálu. Pro lepší pochopení vlastností lepidel je nutné zabývat se jejich strukturou. V bakalářské práci je věnována pozornost struktuře a vlastnostem zejména moderních syntetických lepidel určeným k lepení anorganických i organických materiálů. Lepidla patří k důležitým látkám používaných profesionály při konzervaci a restaurování památek. Z pohledu dlouhodobé stability ošetřovaných předmětů je velmi důležité pochopení degradační procesů lepidel a vlivů, které na ně působí. Lepidla mají omezenou životnost a musí se počítat s tím, že je bude třeba v budoucnu nahradit. Proto bude v bakalářské práci věnována pozornost také životnosti lepených spojů a faktorům, které ji ovlivňují. Lepení v praxi konzervátora-restaurátora musí odpovídat zásadám vyplývajícím z etických zásad profese. Podle těchto doporučení má konzervátor-restaurátor používat pouze takové materiály a postupy, které nepoškodí kulturní dědictví a bude je možné snadno a kompletně z předmětu kulturního dědictví odstranit.1 Z uvedeného vyplývá, že i lepené spoje musí být možné rozlepit a nános lepidla z lepených povrchů zcela odstranit. Jelikož se rozlepení předmětů a odstranění lepidel provádí rozpouštěním ve vhodných rozpouštědlech, věnuje se autorka v teoretické části také této problematice. Experimentální část bakalářské práce byla zaměřena na lepení kovových vzorků různými druhy lepidel určených k aplikaci na kovy a na testování jejich rozpustnosti v běžně používaných rozpouštědlech. Výsledky by měly posloužit k zhodnocení, zda je či není daný druh lepidla vhodný k především při konzervaci a restaurování archeologických kovových nálezů.

1

E.C.C.O. Professional Guidelines – Basic Requierements for Education in Conservation-Restoration Victoria&Albert Museum Conservation Department Ethics, Checklist Backround Document 2004

11


2. Teoretická část 2.1. Lepení 2.1.1. Teorie lepení Lepení je jednou z mnoha technik spojování materiálů (adherendů), přičemž pevného spojení materiálů je dosaženo použitím lepidel (adheziv). Princip lepení spočívá v působení sil, které se souhrnně označují jako koheze a adheze.2 Koheze (soudržnost lepidla) je schopnost jakéhokoli předmětu, v našem případě filmu lepidla, držet pohromadě v jednom kusu díky působení kohezních sil, které jsou důsledkem iontových, kovalentních či kovových jednoduchých vazeb mezi atomy či dvojných vazeb mezi molekulami předmětu. Adheze (přilnavost) lepidla k adherendu je důsledkem působení adhezních sil mezi adherendem a lepidlem a její podstatou je vytvoření vazeb mezi molekulami adheziva a molekulami či atomy slepovaných povrchů.3 Na webových stránkách nazvaných Lepidla a tmely – odborné poradenství se uvádí: „V praxi rozeznáváme mechanické adhezní sily, které mají původ v mechanickém uchycení lepidla v nerovnostech a pórech spojovaných materiálů, a specifické adhezní síly, skládající se z chemických a fyzikálních sil. Koheze je teoreticky definována jako stav, ve kterém jsou částice jednoduché látky drženy pohromadě valenčními a mezimolekulárními silami (van der Waalsovo přitahování).“4 Součet adheze a koheze je lepivost lepidla. Ta závisí na mnoha okolnostech, především na povrchu lepených materiálů, na jejich povaze, struktuře, pórovitosti, na době klížení, schnutí, na teplotě a vlhkosti, na použitém rozpouštědle apod.5

2.1.2. Předpoklady a podmínky lepení Při lepení v oblasti konzervace a restaurování je velmi důležité znát nároky na vlastnosti spoje a lepeného předmětu, znát vlastnosti lepeného materiálu a lepených povrchů, zvolit správné lepidlo a správně provést lepení a vytvrzení lepidla. Vytvrzení 2

BOFF, Ruth; NEWEY, Charles a kol.: Science for consevators. Volume 3: Adhesives and Coatings. London: Museum & Galleries Commission, 1987. 140 s., s. 8 3 BOFF, Ruth; NEWEY, Charles a kol.: Science for consevators. Volume 3: Adhesives and Coatings. London: Museum & Galleries Commission, 1987. 140 s., s. 13 4 www.oblibene.cz/lepidla ( Ing. Gregor : Lepidla a tmely – odborné poradenství)

12

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi lepidla dosáhneme utvořením vhodných fyzikálně-chemických podmínek pro vznik vazeb. Před započetím lepení je tedy důležité vědět, jakému zatížení bude slepený předmět vystaven, jaké má spoj vykazovat mechanické vlastnosti, jakou má mít pevnost a odolnost vůči chemikáliím a teplotám. Musíme rozhodnout, zda požadujeme reverzibilitu spoje a jaké jsou požadavky na životnost a stálost spoje. Reverzibilita spoje úzce souvisí s jeho pevností. Obecně platí, že lepicí systémy s největší pevností spoje jsou nejhůře odstranitelné. V konzervátorské a restaurátorské praxi je reverzibilita spoje velmi důležitá. Aby bylo možné vytvořit spoj požadovaných vlastností, musí být zvoleno vhodné lepidlo. Výběr lepidla je ovlivněn výše uvedenými požadavky na vlastnosti spoje. Při výběru lepidla je důležité vzít v úvahu vlastnosti materiálu lepeného předmětu neboli adherendu (struktura, pórovitost apod.) a míru jeho poškození. Z toho vyplývá, že je nutné zvolit

lepidlo s optimální viskozitou a povrchovým napětím. Dále je

důležité vědět, zda je dané lepidlo určeno k nanášení na hladký nebo drsný povrch a do jaké míry má být tento povrch očištěný a odmaštěný. Souhrnně lze označit jako nejdůležitější kritéria při výběru lepidla tato: •

jeho chemické a mechanické vlastnosti

•

povrchové napětí

•

viskozitu

•

způsob vytvrzování

•

tepelnou roztažnost

Na vytvoření kvalitního spoje mají vliv zejména následující vlastnosti adherendů a lepidla:

a) Čistota povrchu lepeného materiálu Čistota povrchu nám zaručuje dokonalý styk lepidla s povrchem lepeného materiálu. Na znečištění jsou velmi citlivé zejména spoje hladkých a neporézních materiálů (např. kovů, skla a porcelánu). Nově vytvořené povrchy předmětu (rozbitím, rozřezáním předmětu apod.) jsou okamžitě znečištěny kyslíkem, vodou a dalšími látkami z prostředí. Lze to vysvětlit tak, 5

OSTEN, Miloš: Práce s lepidly a tmely, 3. vyd. Praha: Grada Publishing, 1996. 136 s., s. 16

13

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi že atomy a molekuly byly před rozbitím předmětu spojeny kohezními silami, ale po rozbití předmětu jsou atomy a molekuly nově vytvořeného povrchu okamžitě ochotny vytvořit vazby s atomy a molekulami kontaminantu. Jak již bylo zmíněno, lepené povrchy musí být odmaštěny. Pokud by byly lepené povrchy znečištěny nepolární látkou, jako je například tuk, lepidlo by se nemohlo kvůli polárním skupinám ve svých molekulách vůbec na lepené povrchy přichytit. Plochy pro lepení se čistí různými způsoby v závislosti na druhu znečistění a materiálu.

b) Hladkost povrchu lepeného materiálu Pro vznik pevného spoje mezi tuhými materiály je vhodné, aby byly plochy adherendu jemně opracované, nikoli leštěné nebo hlazené. Mírné zdrsnění lepeného povrchu totiž zvětšuje plochu možného styku s lepidlem a tím i pevnost spoje. Každý lepený povrch, který však nebyl po rozbití předmětu dále opracován, je v mikroskopickém měřítku velmi nepravidelný. Jsou na něm pozorovatelné četné brázdy a rýhy. Lepené povrchy díky své nepravidelnosti na sebe nasedají pouze v některých bodech, mezi nimiž bývá uzavřen vzduch. Proto je i u nejpečlivěji provedeného spoje pozorovatelná tenká linie spoje.

c) Poréznost a nasákavost povrchu lepeného materiálu Poréznost a nasákavost lepeného materiálu zvětšují styčnou plochu lepidla a lepeného materiálu, což je, jak bylo vysvětleno výše, pozitivní. Avšak nevýhodou porézních materiálů je jejich schopnost rychle vsáknout lepidlo, což vede ke vzniku nesoudružného „chudého“ spoje. Zvýšená poréznost a nasákavost podkladu tedy znamenají nutnost použít lepidlo správné viskozity v dostatečném nánosu.

d) Povrchové napětí lepidla Dokonalou přilnavost k podkladu lze předpokládat u lepidel, která dobře smáčejí povrch lepeného materiálu. Čím je povrchové napětí lepidla menší, tím lepidlo snadněji pokryje povrch lepeného materiálu a je schopné vyplnit veškeré jeho nerovnosti. Tvoříli se na povrchu lepeného materiálu kapičky nebo shluky lepidla, je to znak špatné smáčivosti lepidlem a lepivosti lepidla pro daný materiál.

14

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi e) Viskozita lepidla Viskozita je mírou odolnosti kapaliny vůči tečení. Čím jsou molekuly kapaliny větší, tím jsou mezi nimi pevnější vazby a tím je viskozita kapaliny větší. Kapaliny s nižší viskozitou se po povrchu pevné látky šíří mnohem snadněji než kapaliny s vyšší viskozitou. Při volbě viskozity lepidla musíme vzít v úvahu samozřejmě pórovitost materiálu.

f) Tloušťka vrstvy naneseného lepidla U naprosté většiny lepidel platí, že nanesená vrstva má být co možná nejtenčí. U silných nánosů jsou podmínky mezi jednotlivými vrstvami lepidla odlišné od podmínek ve vrstvách mezi lepidlem a lepeným materiálem. To může mít za následek usnadnění destrukce spoje. Při lepení je nutné dodržet postup předepsaný výrobcem lepidla. Po nanesení lepidla, na jeden lepený povrch nebo na oba v závislosti na druhu lepidla, následuje spojení lepených povrchů. To se děje u většiny lepidel bezprostředně po nanesení lepidla. Výjimkou jsou lepidla kontaktní, která se nanáší na oba lepené povrchy a nechají se před slepením částečně zaschnout. Po spojení adherendů dochází k tuhnutí čili vytvrzování lepidla, které vede k vytvoření pevných vazeb. Vytvrzení lepidla docílíme utvořením vhodných fyzikálně-chemických podmínek. Vytvrzení probíhá různě dlouhou dobu v závislosti na druhu lepidla. Po určitém čase vytvrzení dosáhne spoj manipulační pevnosti, to znamená, že v této době je ještě možné s předmětem manipulovat. Po dalším časovém intervalu dosáhne spoj konstrukční pevnosti. Předmět již může být zatížen a mechanicky namáhán. Některá lepidla se vytvrzují i po dosažení konstrukční pevnosti a spoj tak nabývá tzv. maximální pevnosti. Maximální pevnost může hrát roli v konstrukčním lepení, pro lepení v konzervátorské a restaurátorské praxi však není důležitá. Všechny podstatné informace týkající se lepení, vytvrzování lepidla a vlastností lepidla a spoje (tj. způsob nánosu lepidla, doba a způsob vytvrzení, pevnost spoje apod.) udávají výrobci lepidel buď na etiketě lepidla nebo v technických listech přístupných na webových stránkách firem.

15


2.1.3. Rozdělení lepidel (podle knihy Miloš Osten: Práce s lepidly a tmely) Lepidla je možné dělit podle mnoha kritérií: podle účelu, k němuž jsou určena, podle fyzikálního stavu, podle původu, podle principu tuhnutí ve spoji, podle obsahu rozpouštědel aj. Podle původu se lepidla rozdělují na přírodní, tj. rostlinná a živočišná, a syntetická.6 Nejčastěji se používá rozdělení lepidel podle principu tuhnutí ve spoji.

Rozdělení lepidel podle principu tuhnutí ve spoji:

A. Lepidla tuhnoucí vlivem vsáknutí a odtěkání rozpouštědel Základní složkou těchto lepidel je přírodní nebo syntetická polymerní filmotvorná látka, která je rozpuštěná nebo dispergovaná ve vodě nebo rozpuštěná v organických rozpouštědlech. Obsah této látky v lepidle bývá 20 až 60 %. Pro použití lepidel této kategorie je důležité, aby alespoň jeden ze spojovaných materiálů byl propustný pro plyny (vodní páru nebo páry rozpouštědla). Lepidla spadající do této kategorie lze dále rozdělit na: A.1. Lepidla roztoková tuhnoucí vsáknutím a odpařením obsažené vody A.2. Lepidla disperzní tuhnoucí vsáknutím a odpařením obsažené vody (latexy) A.3. Lepidla roztoková tuhnoucí odtěkáním organických rozpouštědel

Přehled lepidel podle principu tuhnutí ve spoji a jejich použití:

A.1. Lepidla roztoková tuhnoucí vsáknutím a odpařením obsažené vody

LEPIDLA KASEINOVÁ (ALBUMINOVÁ) Jedná se o lepidla z mléčné bílkoviny kaseinu. Jejich nevýhodou je malá odolnost vůči plísním a snadné botnání. Pro zlepšení odolnosti proti vodě nebo pružnosti se kaseinová lepidla modifikují močovinoformaldehydovými pryskyřicemi, latexy aj. Kasein bývá používán v nástěnném malířství jako pojivo pigmentů.

6

KOTLÍK, Petr; ŠIMŮNKOVÁ, Eva; ZELINGER; Jiří: Chemie v práci konzervátora a restaurátora. 1. vyd. Praha: Academia, 1982. 216 s., s. 14

16

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi LEPIDLA KLIHOVÁ (GLUTINOVÁ) V praxi se používají vodné roztoky kostního a kožního klihu. Nejčistším klihem je želatina, která je často používaná k lepení celofánu. V oblasti konzervování a restaurování se jsou často používány živočišné klihy ke zpevnění povrchu maleb. Do klihových roztoků se pro zlepšení mechanických vlastností přidávají plastifikátory (zejm. glycerin) a antiseptika.

LEPIDLA ŠKROBOVÁ A DEXTRINOVÁ Základní surovinou pro jejich přípravu je škrob bramborový, pšeničný, kukuřičný aj. Dextriny vznikají odbouráváním škrobu pražením za přítomnosti minerální

kyseliny

nebo

kamence.

Škrobová

lepidla

se

používají

zejména

v polygrafickém, papírenském a textilním průmyslu. Škrob vždy býval hojně používán při konzervování a restaurování děl na papíře. Lepené spoje jsou pevné, avšak bývají často napadány mikroorganismy. Proto se v současné době od jeho používání v restaurátorství upouští.

LEPIDLA NA BÁZI DERIVÁTŮ CELULÓZY Z vodorozpustných

derivátů

celulózy

se

k lepení

nejčastěji

používá

karboxymethylcelulóza a methylcelulóza. Používají se především k lepení papíru a to jak v papírenském průmyslu tak v restaurátorské praxi. Při použití pro restaurátorské účely je dobré k derivátům celulózy přidávat antiseptika.

LEPIDLA NA BÁZI POLYVINYLALKOHOLU Polyvinylalkohol se získává alkoholýzou polyvinylacetátu za katalýzy kyselinou nebo zásadou. Je rozpustný ve vodě a po přidání změkčovadel a zhušťovadel slouží k lepení papíru, celofánu a pro přípravu lepicích pásek a etiket.

LEPIDLA ANORGANICKÁ (MINERÁLNÍ) Do této skupiny lepidel patří vodní sklo, sádra a cementy. Vodní sklo je vodný roztok křemičitanu sodného nebo draselného. Jako lepidlo jej lze použít v koncentraci 33-60 %. Používáno je zejména k lepení vlnité lepenky a při přípravě různých anorganických tmelů. Sádra běžně slouží jako výplňový materiál a cementy se používají do tmelů sloužících k lepení různých stavebních materiálů.

17

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi Tmely, jejichž základem jsou minerální lepidla se používají k restaurování děl kamenných, betonových, keramických a porcelánových.

OSTATNÍ LEPIDLA Patří sem přírodní pryskyřice rozpustné (nebo schopné botnat) ve vodě. Jako je na příklad arabská guma a klovatina. Lepidla tohoto typu slouží k lepení papíru. Používají se taktéž v malířství, kde slouží jako pojiva pro zhotovování některých barev.

A.2. Lepidla disperzní tuhnoucí vsáknutím a odpařením obsažené vody (latexy)

Jedná se disperze polymerů ve vodě, u nichž po vsáknutí a odpaření vody dojde ke slinutí malých polymerních částeček v souvislý film. Jako lepidla jsou z takových disperzí

nejrozšířenější

disperze

polyvinylacetátové

a

kopolymerní

disperze

vinylacetátové a akrylátové. Ve srovnání s rozpouštědlovými lepidly mají latexy některé přednosti: •

mají nízkou viskozitu i při poměrně vysokém obsahu sušiny (50 - 60 %)

•

obsahují jen nepatrné množství hygienicky a požárně nebezpečných organických rozpouštědel

•

lze je ředit vodou

•

zpracovávají se obdobně jako jednosložková lepidla za normální teploty (bez tvrdidel)

ASFALTOVÉ EMULZE Asfaltové emulze slouží především jako vodotěsné izolační nátěry, dále k lepení dlaždic a stavebních materiálů. Obsahují přídavek polymerního nebo kaučukového latexu a plniv.

KAUČUKOVÉ LATEXY Vodné disperze syntetických kaučuků, případně i přírodního kaučuku, se používají hlavně jako pomocná lepidla v obuvnictví a galanterii.

18

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi POLYVINYLACETÁTOVÉ DISPERZE Polyvinylacetátové disperze jsou vhodné k lepení dřeva, korku, papíru, textilu, kůže, laminátů, podlahovin a obkládaček.

POLYAKRYLÁTOVÉ DISPERZE Tato lepila vytvářejí pružné a tažné filmy. Používají se k lepení stejných materiálů jako polyvinylacetátové disperze.

A.3. Lepidla roztoková tuhnoucí odtěkáním organických rozpouštědel

Základní výhodou roztokových lepidel tohoto typu je vysoká adheze k mnoha materiálům a nízký obsah sušiny, což má za následek tvorbu tenkého filmu lepidla. Film lepidla však ve spoji zadržuje déle zbytky rozpouštědla a spoj se proto vytvrzuje delší dobu.

LEPIDLA KAUČUKOVÁ Roztoková kaučuková lepidla vykazují dobrou adhezi k mnoha materiálům a poskytují pružné a odolné spoje. Bývají nejčastěji jednosložková.

LEPIDLA NA BÁZI PŘÍRODNÍHO KAUČUKU Jedná se o roztoky přírodního kaučuku ve směsi aromatických rozpouštědel a chlorovaných uhlovodíků s vulkanizačními a modifikačními přísadami. Tyto přísady mají zásadní vliv na pevnost spoje ve smyku. Lepidla na bázi přírodního kaučuku se používají k slepování pryže a kůže navzájem nebo v kombinaci s textilem.

LEPIDLA NA BÁZI NITRILOVÉHO KAUČUKU Jako rozpouštědlo obsahují tato lepidla nitrilové kaučuky, estery a ketony. Často se lepidla na bázi nitrilového kaučuku kombinují s chlorovaným PVC a kopolymerem vinylchlorid – vinylacetát. Jsou vhodná ke spojování pryže s kovy nebo PVC a pryže navzájem.

19

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi LEPIDLA NA BÁZI CHLOROPRENOVÉHO KAUČUKU Jsou to roztoky chloroprenového kaučuku a přísad ve směsi ketonů nebo aromatických a chlorovaných uhlovodíků. Polychloroprenová lepidla jsou lepidly kontaktními, to znamená, že lepidlo nanesené vždy na obě spojované plochy se nechá určitou dobu

částečně zaschnout neboli „zavadnout“ a spoj vznikne přiložením

lepených ploch k sobě (tj. kontaktem filmů lepidla). Výhodou použití lepidel na bázi chloroprenového kaučuku je jejich dobrá adheze k lepeným povrchům. K vlastnostem lepených spojů patří u lepidel tohoto druhu vodovzdornost, pružnost a vysoká pevnost. Tato lepidla jsou vhodná k lepení pryže, textilu a kůže navzájem a také k nalepování těchto materiálů na kovy, dřevo, sklo. Používají se především v obuvnictví. Komerčně jsou polychloroprenová lepidla známá pod názvem Chemoprén či Alkaprén.

LEPIDLA ZE SLOUČENIN CELULÓZY Jedná se o lepidla acetátcelulózová a acetobutyrátcelulózová. Lepidla této báze jsou určena zejména ke spojování fólií z acetátu a acetobutyrátu celulózy a celuloidu.

LEPIDLA NITRÁTCELULÓZOVÁ Nitrátcelulózová lepidla se nanáší na obě slepované plochy. Rozpouštědlem obsaženým v tomto druhu lepidel je aceton a ethylacetát. Výhodou použití nitrátcelulózových lepidel je, že spoje dobře odolávají vodě, alkáliím a kyselinám. Tato lepidla lze použít především k lepení papíru, kůže, textilu, celuloidu a dřeva.

LEPIDLA POLYAKRYLÁTOVÁ A POLYMETHAKRYLÁTOVÁ Tato lepidla jsou vyráběna z roztokových polymerů esterů kyseliny akrylové a methakrylové. Lepidlo se nanáší na obě slepované plochy a nechá se částečně zaschnout, pak se plochy k sobě přiloží a zatíží se mírným tlakem po dobu nejméně 12 hodin. Polyakrylátová a polymethakrylátová lepidla jsou určena zpravidla pro širší použití – k lepení papíru, lepenky, koženky, kůže navzájem i na kovy, sklo a porcelán. Jsou také vhodná ke slepování organického skla, styrenových plastů i k slepování skla s pórovitými materiály. 20

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi LEPIDLA POLYAMIDOVÁ Postup při slepování je u polyamidových lepidel stejný jako u předchozí skupiny, ale zatížení by mělo trvat po dobu 16 hodin. Tato lepidla jsou vhodná k lepení polyamidových výrobků navzájem nebo k jejich kombinaci s textilem, kůží, dřevem aj.

LEPIDLA POLYSTYRENOVÁ Jsou to roztoky polystyrenu nebo kopolymerů styrenu v toluenu, acetonu aj. se změkčujícími a adhezními přísadami. Lepidla tohoto typu jsou určena k lepení výrobků z polystyrenu.

LEPIDLA POLYVINYLACETÁTOVÁ Jedná se o polyvinylacetát rozpuštěný v některém z organických rozpouštědel. Nevýhodou těchto lepidel je pouze krátkodobá odolnost proti vodě a neodolnost proti působení kyselin a alkálií a také dlouhá doba potřebná k zavadnutí lepidla před spojením ploch. Polyvinylacetátová lepidla se používají především k lepení výrobků z derivátů celulózy navzájem, nebo v kombinaci s papírem, lepenkou, dřevem apod. Lze je ale také použít pro ke spojování skla, keramiky, a kovů se dřevem, papírem a plasty. Některé typy těchto lepidel nacházejí použití v obuvnické a brašnářské výrobě.

LEPIDLA NA BÁZI POLYVINYLCHLORIDU (PVC) A CHLOROVANÉHO POLYVINYLCHLORIDU Rozpouštědlem vhodným k získání tohoto typu lepidel je jedině tetrahydrofuran či methylcyklohexanon. Lepidla se nanášejí na obě lepené plochy, které se hned spojí a zatíží mírným tlakem na 5 až 10 hodin. Lepidla na bázi chlorovaného PVC se používají k lepení výrobků z PVC na dřevo, kovy a beton.

B. Reaktivní lepidla Reaktivní lepidla tuhnou vlivem chemických reakcí, jež probíhají během vytvrzování. Podle úpravy, v jaké jsou k dispozici na trhu, rozlišujeme lepidla jednosložková a vícesložková. Z vícesložkových lepidel jsou používaná nejčastěji lepidla dvousložková, u kterých je jednou složkou tvrdidlo a druhou plnidlo. Jednosložková reaktivní lepidla jsou vytvrzována chemickou reakcí vyvolanou vnějšími 21

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi vlivy (teplotou, vzdušnou vlhkostí, stykem s kovy, UV zářením apod.). U reaktivních vícesložkových lepidel je nutné smísit jednotlivé složky lepidla těsně před použitím. Jednou ze složek vícesložkového lepidla je vždy tvrdidlo. Spoj vytvořený reaktivním lepidlem je velmi pevný. Reaktivní lepidla se používají tehdy, když je nevhodné použít roztoková a disperzní lepidla. Tato lepidla je vhodné použít k lepení předmětů, u kterých budou spoje zatěžovány vlastní hmotností lepeného předmětu. Jsou tady vhodné zejména k lepení těžší keramiky a kovů. Spoje provedené reaktivními lepidly se obecně vyznačují dobrou tepelnou odolností a také odolností vůči vodě a rozpouštědlům.

Reaktivní lepidla lze rozdělit na: B.1. Reaktivní lepidla tuhnoucí vlivem zvýšené teploty B.2. Reaktivní lepidla tuhnoucí vlivem vlhkosti prostředí B.3. Reaktivní lepidla tuhnoucí kontaktem s kovy B.4. Reaktivní lepidla tuhnoucí po přidání tvrdidel

B.1. Reaktivní lepidla tuhnoucí vlivem zvýšené teploty

Tato lepidla se dodávají v jednosložkové formě a vytvrzují se pouze za zvýšené teploty.

Reaktivní

lepidla

na

bázi

epoxidových,

fenolformaldehydových,

močovinoformaldehydových a melaminformaldehydových pryskyřic se používají ve velkém rozsahu v průmyslu, ne však pro drobné práce, jelikož jsou dodávaná ve velkých baleních.

B.2. Reaktivní lepidla tuhnoucí vlivem vlhkosti prostředí

KYANOAKRYLÁTOVÁ LEPIDLA (VTEŘINOVÁ LEPIDLA) Monomerní akryláty tuhnou polymerací aktivovanou vzdušnou vlhkostí prostředí během několika vteřin až minut podle typu lepidla, druhu spojovaného materiálu a teploty. Spoj je elastický, houževnatý s širokou adhezní účinností. Kyanoakrylátová lepidla jsou určena k lepení hladkých nesavých a odmaštěných povrchů malých rozměrů (do 1 cm2).

22

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi Tato lepidla jsou vhodná především pro spojování plexiskla, pryže a skla. Velmi dobré výsledky mívá také spojování oceli a duralu. Naproti tomu nejsou příliš vhodná k lepení měkčeného PVC, polystyrenu a často i dřeva.

SILIKONOVÁ LEPIDLA (TMELY) Silikonové tmely vulkanizované vzdušnou vlhkostí mají výbornou přilnavost k řadě čistých a odmaštěných materiálů jako jsou sklo, keramika, smalt, hliník, tvrdý PVC a nátěry na dřevě a kovech. Nejčastěji používaným tmelem je Lukopren dodávaný v mnoha typech. V restaurátorské praxi se Lukopren používá pro zhotovování forem pro kopie.

B.3. Reaktivní lepidla tuhnoucí kontaktem s kovy

LEPIDLA AKRYLÁTOVÁ Tato jednosložková lepidla tuhnou ve spáře mezi kovy za nepřístupu vzdušného kyslíku. Mají vysoký kapilární účinek umožňující vyplnění i velmi malých spár ve spojích. Základem výroby těchto lepidel je polymerace esterů kyseliny akrylové. V praxi se uplatňují zejména při zajišťování šroubů, matic, hřídelí apod.

B.4. Reaktivní lepidla tuhnoucí po přidání tvrdidel

LEPIDLA EPOXIDOVÁ Epoxidová lepidla jsou většinou používaná jako dvousložková, vždy se tedy zpracovávají ve směsi s tvrdidly (zejm. ethylentriaminem a aminoamidy). Díky své stálosti a výborným mechanickým vlastnostem se tato lepidla používají k lepení nejrůznějších materiálů, především kovů, skla, keramiky, pryže, dřeva, skelných laminátů, fenolických, močovinových a melaninových výlisků a vrstvených hmot. Nejsou použitelná k lepení plexiskla, PVC, neupraveného polyethylenu, polypropylenu a některých dalších termoplastů.

LEPIDLA FENOLICKÁ (FENOL- A FENOLRESORCINFORMALDEHYDOVÁ) Jako tvrdidlo se u těchto lepidel používají roztoky silných kyselin, především kyseliny p-toluensulfonové. Vytvrzené spoje jsou tmavé, odolné proti vodě, povětrnosti

23

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi a plísním. Fenolická lepidla slouží jako montážní lepidla k lepení dřeva, vrstvených hmot a výlisků z bakelitu. U nás se používá fenolické lepidlo Umacol B.

LEPIDLA MOČOVINOFORMALDEHYDOVÁ Jedná se o čiré nebo bělavé viskózní kapaliny, které se zpracovávají výhradně ve směsi s tvrdidly kyselé povahy, hlavně chloridem amonným. Při lepení se postupuje tak, že se na jednu lepenou plochu nanese čisté lepidlo a na druhou roztok chloridu amonného. Spoje mají jen omezenou odolnost vůči vodě. Tato lepidla se používají především k lepení dřeva, aglomerovaných desek, dýhování a k montážnímu lepení.

LEPIDLA POLYESTEROVÁ Tato lepidla jsou směsí polyesterové pryskyřice s urychlovači popř. dalšími aditivy. Polyesterovými lepidly je možné slepovat dílce a opravovat výrobky ze skelných laminátů, plexisklo, keramické materiály, eternit a beton. LEPIDLA POLYMETHAKRYLÁTOVÁ Dvousložková methakrylátová lepidla jsou založena na kombinaci jemného perličkového polymeru s peroxidem a kapalného methylmethakrylátu s urychlovačem. Nejužívanějším z těchto lepidel je Dentakryl, jež je vhodný k lepení organického skla, a to hlavně v případech, kdy nelze zajistit rovnost spojovaných ploch nebo jejich dotyk.

LEPIDLA POLYURETHANOVÁ Tato lepidla jsou používaná buď jako jednosložková (využívající k vytvrzení vzdušnou vlhkost) nebo jako dvousložková. Tato lepidla jsou dobře zpracovatelná i za nízkých teplot, a poskytují spoje mechanicky pevné, pružné a odolné proti dynamickému namáhání, vodě a povětrnosti. Jsou používaná k lepení mnoha druhů materiálů, především kovů, dřeva, pryže, porcelánu, keramiky a řady plastů. Dále se uplatňují v obuvnictví ke spojování měkčeného PVC navzájem, s usněmi, pryží, tkaninami, plasty aj.

C. Tavná lepidla Tavná lepidla jsou za normální teploty termoplastické látky v pevném skupenství, které se nanášejí na spojovaný materiál ve formě taveniny a to vždy pouze

24

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi na jeden spojovaný povrch. Ochlazením dojde k vytvrzení lepidla, přičemž pozitivní je skutečnost, že se film lepila po ochlazení nesmršťuje.

TAVNÁ LEPIDLA POLYAMIDOVÁ Polyamidy na bázi dimerních mastných kyselin a různých přísad slouží k rychlému spojování kůže (přírodní i syntetické).

TAVNÁ LEPIDLA POLYESTEROVÁ Tato lepidla jsou určená k lepení plechových obalů, některých druhů plastů, kovů, porcelánů, textilií i dřeva.

TAVNÁ LEPIDLA Z KOPOLYMERŮ ETHYLEN-VINYLACETÁT Lepidla tohoto typu jsou často používaná k lepení papíru, kartonu a dřevěných dílů. A lze je použít také jako montážní lepidla k lepení kovů.

DALŠÍ TAVNÁ LEPIDLA Jedná se zejména o tavná lepidla z polyvinylacetátu, ethylcelulózy a polyethylenu.

D. Lepidla stále lepivá Jedná se o lepidla která jsou stále vláčná a lepivá a jsou označována jako lepidla se samolepicím účinkem. Lepení je možné pouze tehdy, pokud je vrstvička takového lepidla nanesena na vhodném nosiči (páska, folie). Spojení pásky či folie s povrchem se dosáhne přitlačením. Lepidla se samolepicím účinkem obsahují tyto složky: termoplastický polymer nebo kaučuk, přírodní nebo syntetickou pryskyřici, změkčovadlo a další aditiva. Existuje velké množství druhů samolepicích pásek, fólií a štítků. Používají se k lepení papíru, plsti a pěnových hmot. Slouží také k výrobě samolepicích tapet a podlahových krytin.

25


2.2. Chemická podstata lepidel Základem lepidel běžně používaných k lepení nejrůznějších materiálu jsou látky polymerní struktury. Z tohoto důvodu je pro pochopení chování lepidel důležité zabývat se vlastnostmi polymerů.

2.2.1. Vznik, struktura a vlastnosti polymerů Polymer je tvořen makromolekulami, které mají charakter samostatných řetězců nebo řetězců navzájem spojených v souvislou síť. Základní kostru řetězce makromolekul obyčejně tvoří atomy uhlíku, v menší míře atomy křemíku, kyslíku, dusíku a síry. Podle původu je možné polymery rozdělit na přírodní a syntetické. Syntetické polymery jsou v dnešní době používány mnohem více než přírodní. Jsou podstatou plastů, nátěrových hmot, lepidel apod.

2.2.1.1. Vznik polymerů Syntetické polymery se připravují z nízkomolekulárních sloučenin, tzv. monomerů, třemi základními typy reakcí: •

polymerací

•

polykondenzací

•

polyadicí

Polymerace je reakce, při níž se spojují nenasycené nízkomolekulární látky obsahující dvojnou vazbu a vytváří polymery. Příkladem polymerační reakce je polymerace polyethylenu.

Obr. č. 1 Polymerace polyethylenu

26

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi Polymerace může probíhat několika mechanismy v závislosti na druhu monomeru a druhu polymeračního katalyzátoru. Rozlišujeme polymeraci radikálovou, iontovou (kationtovou a aniontovou) a koordinační.7 Polymerací se připravuje polyethylen (PE), polystyren (PS), polyvinylacetát (PVAc),

polyvinylalkohol

(PVAl),

polyvinylbutyral

(PVB),

polymethakryláty,

polyakryláty.

Polykondenzace je reakce, při níž se z výchozích nízkomolekulárních látek, které musí obsahovat alespoň dvě reakce schopné skupiny, tvoří makromolekulární sloučeniny.8 Při této reakci se uvolňují jednoduché látky (např. voda, alkohol, chlorovodík, amoniak). Polykondenzační reakce musí být katalyzována. Většinou se tak děje přídavkem kyselin či zásad. Příkladem

polykondenzace

je

příprava

polyesterové

pryskyřice

reakcí

dikarboxylové kyseliny s dvojsytným alkoholem za odštěpení vody.

Obr. č. 2 Příprava polyesterové pryskyřice

Příkladem

látek

vzniklých

polykondenzací

jsou

fenol-formaldehydové,

močovinoformaldehydové a melaninoformaldehydové pryskyřice, cyklohexanové pryskyřice, polyamidy (PA) a silikony (SI).

Polyadice je reakce, při níž postupnou adicí vhodných monomerních jednotek, tj. jednotek majících alespoň dvě reakce schopné skupiny, vzniká polymer bez tvorby nízkomolekulární sloučeniny. Příkladem polyadice je vznik polyurethanů reakcí diisokyanátů s glykoly.

7

KOTLÍK, Petr; ŠIMŮNKOVÁ, Eva; ZELINGER; Jiří: Chemie v práci konzervátora a restaurátora. 1. vyd. Praha: Academia, 1982. 216 s., s. 15 8 KOTLÍK, Petr; ŠIMŮNKOVÁ, Eva; ZELINGER; Jiří: Chemie v práci konzervátora a restaurátora. 1. vyd. Praha: Academia, 1982. 216 s., s. 17

27

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi Obr. č. 3 Vznik polyurethanů reakcí diisokyanátů s glykoly

Polyadicí

vznikají

epoxidové

pryskyřice,

polyurethany

(PUR),

polyethylenglykol (PEG).

2.2.1.2. Struktura polymerů a jejich vlastnosti Jak již bylo uvedeno výše polymery se rozdělují na přírodní a syntetické. Vzhledem k různorodosti struktur a vlastností makromolekulárních látek se tyto látky rozdělují do určitých skupin majících stejnou charakteristiku. Rozdělení polymerů9 Polymery a) přírodní -

proteiny

-

polysacharidy

-

nukleové kyseliny

-

přírodní elastomery

b) syntetické - termoplasty - termosety -

syntetické elastomery

Elastomery jsou látky, které snadno podléhají velké reverzibilní deformaci při aplikaci malého napětí, např. styren-butadienový kaučuk, polyurethany.10 Termoplasty jsou polymery, které při zahřátí nad určitou teplotu měknou a lze je vytvarovat ve formě, v níž po vychladnutí ztvrdnou a tento proces lze opakovat. Patří k

nim

např.

polyethylen,

polypropylen,

polyvinychlorid,

polystyren,

polymethylmethakrylát. 11 Termosety se stávají permanentně tvrdými nad určitou teplotu a opětovným zahřátím neměknou, protože jsou obvykle síťované. Typickými termosety jsou polyesterové a fenolformaldehydové pryskyřice. 12 9

NÁLEPA, Karel: Stručné základy chemie a fyziky polymerů. 1. vyd. Olomouc: rektorát Univerzity Palackého v Olomouci, 1990. 163 s., s. 9 10 NÁLEPA, Karel: Stručné základy chemie a fyziky polymerů. 1. vyd. Olomouc: rektorát Univerzity Palackého v Olomouci, 1990. 163 s., s. 10 11 viz. 9 12 viz. 9

28

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi Syntetické polymery lze také dělit na organické a anorganické. Anorganické polymery mají ve svém řetězci zastoupeny jiné atomy, než jsou H, C, N, O, např. Si. Typickými zástupci těchto polymerů jsou polysiloxany (silikony), které je možné zesíťovat na silikonové kaučuky. Jako základní charakteristika makromolekulárních látek bývá uváděna jejich molekulová hmotnost charakterizující velikost makromolekuly. Molekulová hmotnost je dána součtem atomových hmotností všech atomů v makromolekule. U makromolekul vzniklých polymerací nebo polyadicí je dána součinem molekulové hmotnosti monomeru a polymeračního stupně.

13

Molekulová hmotnost výrazně ovlivňuje

vlastnosti polymerů. S rostoucí délkou řetězce stoupá pevnost v tahu a houževnatost. Ale na druhou stranu větší molekulová hmotnost vyvolává vyšší viskozitu taveniny polymeru a ztěžuje tak jeho zpracování. Navíc jsou polymery s vyšší molekulovou hmotností hůře rozpustné v rozpouštědlech. Vlastnosti plastických hmot jsou do značné míry ovlivněny strukturní stavbou makromolekul polymeru. Makromolekuly polymeru mohou být lineární, větvené nebo prostorově síťované. Lineární molekuly tvoří základ termoplastů, jelikož jsou při vhodné teplotě schopny vzájemného posunu. Polymery s lineární strukturou jsou většinou rozpustné ve vhodných rozpouštědlech a snadno krystalizují. Naproti tomu větvené molekuly, jež mají ve svém základním řetězci postranní řetězce různého charakteru a různé délky, krystalizují hůře. Prostorově síťované makromolekuly jsou dvojího typu: řídce síťované a hustě síťované. Řídce síťované polymery jsou v rozpouštědlech nerozpustné, pouze bobtnají a jejich řetězce jsou mírně pohyblivé, což způsobuje pružnost polymeru. Hustě síťované polymery mají nepohyblivé řetězce a jsou tvrdé, křehké a v rozpouštědlech téměř nerozpustné. 14 Makromolekulární

látky

jsou

tvořeny

nepravidelně

uspořádanými

makromolekulami, jež jsou navzájem propletené a vykazují i v pevném stavu určitou pohyblivost. Důsledkem toho je u plastů jejich odolnost vůči nárazu – houževnatost. Je-li amorfní polymer v pevném stavu zahříván, vzrůstá pohyblivost částí makromolekul do té míry, že při určité teplotě, nazvané teplota zeskelnění Tg, vzorek změkne a přejde do tzv. kaučukovitého stavu. V kaučukovitém stavu je pohyblivost makromolekul omezena a to má za následek, že polymer nad teplotou zeskelnění netaje

13

KOTLÍK, Petr; ŠIMŮNKOVÁ, Eva; ZELINGER; Jiří: Chemie v práci konzervátora a restaurátora. 1. vyd. Praha: Academia, 1982. 216 s., s. 19 14 viz. 12

29

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi prudce, ale pouze měkne v širokém teplotním intervalu. V kaučukovitém stavu se polymer snadno deformuje. Tato deformace je do značné míry vratná. Při dalším vzestupu teploty stoupá pohyblivost makromolekul tak, že se mohou pohybovat nezávisle na sobě jako molekuly kapaliny. Polymer přechází do plastického stavu. U krystalických polymerů se chování při zahřívání liší tím, polymer přechází do taveniny teprve po překročení teploty tání krystalitů Tm. 15

Obr. č. 4 Idealizovaný tvar termomechanické křivky. Závislost deformace polymeru na teplotě.

V souvislosti s tepelnou deformací polymerních látek lze uvést také jejich tepelné vlastnosti. Měrná tepelná vodivost polymerů v pevném stavu se pohybuje kolem 0,2 W.m-1.K-1, je tedy v porovnání s jinými materiály, jako je porcelán či kovy, mnohokrát nižší. Tepelné vlastnosti polymerů vykazují zlom případně diskontinuitu při teplotě skelného přechodu Tg nebo teplotě tání Tm. V oblasti skelného přechodu při rostoucí teplotě klesá vodivost a vzroste měrné teplo a lineární tepelná roztažnost.16

15

KOTLÍK, Petr; ŠIMŮNKOVÁ, Eva; ZELINGER; Jiří: Chemie v práci konzervátora a restaurátora. 1. vyd. Praha: Academia, 1982. 216 s., s. 21-22 16 NÁLEPA, Karel: Stručné základy chemie a fyziky polymerů. 1. vyd. Olomouc: rektorát Univerzity Palackého v Olomouci, 1990. 163 s., s. 149

30


2.3. Vlastnosti a struktura lepidel používaných k lepení kovů Kovy jsou materiály zcela nepropustné, proto se pro jejich lepení používají pouze taková lepidla, jež zaručují, že se v průběhu lepení neuvolní žádné těkavé látky, které by snižovaly kohezi a adhezi filmu lepidla. Z toho důvodu nelze použít roztoková a disperzní lepidla (výjimkou jsou pouze lepidla na bázi chloroprenového a polyurethanového kaučuku). Pro běžné lepení kovů se používají lepidla reaktivní. Z reaktivních lepidel se pro lepení kovových předmětů používají zejména lepidla epoxidová, kyanakrylátová, polymethymethakrylátová a polyurethanová.

2.3.1. Epoxidová lepidla Epoxidová lepidla tvoří nejrozšířenější skupinou lepidel pro lepení kovů. Základní složkou epoxidových lepidel jsou epoxidové pryskyřice, které vznikají reakcí polyalkoholů nebo vícefunkčních fenolů s dichlordihydrinem nebo epichlorhydrinem.17

Obr. č. 5 Struktura typických monomerů pro tuto reakci – 1-chlor-2,3epoxypropanu (neboli epichlorhydrinu) [a] a 4, 4‘-(propan 2,2- diyl) difenolu (neboli difenylolpropanu) anglicky nazvaného jako bis-phenol A [b]. Navázání těchto struktur [c].

17

NÁLEPA, Karel: Stručné základy chemie a fyziky polymerů. 1. vyd. Olomouc: rektorát Univerzity Palackého v Olomouci, 1990. 163 s., s. 149

31

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi Iniciační reakce je v podstatě kondenzace mezi těmito dvěma strukturami. Kondenzace je následována adicí, při které se dojde k otevření epichlorhydrinového cyklu a navázání na hydroxylovou skupinu difenylolpropanu. Produkt této reakce je zakreslen v obrázku č. 5 [c]. Poté dojde k navázání tohoto produktu s jiným monomerem polymerizační reakcí a vznikne epoxidová pryskyřice. 18 Nevytvrzené epoxidové pryskyřice jsou kapaliny s různou viskozitou a jsou dobře rozpustné v běžných organických rozpouštědlech. Nerozpouští s v ethanolu a vodě. U epoxidových lepidel jsou rozlišovány dva způsoby vytvrzování. Jedná se o vytvrzování probíhající za studena, tedy při pokojové teplotě, a za tepla tj. při zvýšené teplotě. Podle způsobu vytvrzování se volí typ tvrdidla. K vytvrzování za studena se používají tvrdidla polyamidová a k vytvrzování za tepla tvrdidla na bázi anhydridů dikarboxylových kyselin. 19 Epoxidová lepidla jsou komerčně dostupná jako jednosložková, dvousložková a vícesložková. U epoxidových lepidel je nutné dodržet poměr mísení epoxidové pryskyřice s tvrdidlem přesně podle návodu, protože jak nedostatek tak přebytek tvrdidla výrazně snižuje pevnost spoje. Také je důležité epoxid s tvrdidlem důkladně promísit. Epoxidová lepidla se zpravidla nanášejí na jednu z lepených ploch v 0,1 až 0,2 mm silném filmu.Vytvrzování epoxidového lepidla probíhá různě dlouhou dobu (několik sekund až několik hodin) v závislosti na jeho složení. Rychleschnoucí lepidla, to jest lepidla dosahující manipulační pevnosti po 2 až 10 minutách, se používají pro lepení a opravy malých ploch. Pro konstrukční spoje a renovační technologie se používají epoxidová lepidla s dobou zpracovatelnosti 30 minut až 3 hodiny, u nichž bývá manipulační pevnosti dosaženo po 5 až 6 hodinách a funkční pevnosti po 24 hodinách. Pevnost (smyková pevnost v tahu) lepidel pro domácí použití bývá kolem 1315 MPa. Pro konstrukční lepení se většinou používají lepidla vysokopevnostní (s pevností nad 20 MPa).20 Vytvrzené epoxidové pryskyřice dobře odolávají vodě, zředěné kyselině chlorovodíkové a sírové, alkoholům, aromatickým a alifatickým uhlovodíkům. Jejich tepelná odolnost je v rozmezí od –70 do +250 °C. Jsou odolné proti povětrnostním podmínkám. Pro zlepšení některých vlastností epoxidových lepidel, např. tepelné odolnosti, křehkosti spoje, korozní odolnosti, adheze k některým 18

BOFF, Ruth; NEWEY, Charles a kol.: Science for consevators. Volume 3: Adhesives and Coatings. London: Museum & Galleries Commission, 1987. 140 s., s. 54 19 GREGOR, Miroslav: Svět lepení. Interní firemní dokument. 2007. 17 s. 9 20 GREGOR, Miroslav: Svět lepení. Interní firemní dokument. 2007. 17 s. 9

32

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi adherendům atd., se provádí modifikace termoaktivními, termoplastickými lepidly a elastomery. Výhodou epoxidových lepidel je to, že oproti lepidlům rozpouštědlovým vykazují v průběhu vytvrzování pouze malou kontrakci.21 Výhodou jejich použití v oblasti konzervování a restaurování je to, že se vytvrzují bez vzniku těkavých podílů (neobsahují totiž žádná rozpouštědla). Nevýhodou je však špatná reverzibilita spoje. Epoxidová lepidla jsou v běžných rozpouštědlech obtížně rozpustná.

2.3.2. Kyanoakrylátová lepidla Základní složkou kyanoakrylátových lepidel jsou alkylkyanoakryláty nebo alkyl2-kyanoakryláty,

z

kterých

se

nejčastěji

používají

methylkyanoakrylát,

ethylkyanoakrylát, iso-butylkyanoakrylát apod.22

Obr. č. 6: Vzorec alkyl-2-kyanoakrylátového monomeru

R - znamená methyl (-CH3), ethyl (-C2H5) nebo butyl (-C4H9) Když je uhlovodíkovým zbytkem –methyl, monomer je velmi podobný monomeru polymethylmethakrylátu. Jediným rozdílem je, že kyanoakryláty mají k uhlíkovému řetězci připojenou namísto methylu kyanoskupinu. Čím je uhlovodíkový zbytek menší tím je spoj pevnější. Čím je uhlovodíkový zbytek větší, tím rychleji se spoj vytvrzuje. Ačkoli se pevný spoj vytvrdí již za pár vteřin, úplné vytvrzení může trvat několik hodin a během této doby je možné spoj rozlepit a lepidlo odstranit acetonem. 23 Při lepení kyanoakrylátovými lepidly je důležité vzít na vědomí, že slepované povrchy musí být slabě alkalické anebo neutrální. Činitelem způsobujícím polymerizaci 21

OSTEN, Miloš: Práce s lepidly a tmely, 3. vyd. Praha: Grada Publishing, 1996. 136 s., s. 36 GREGOR, Miroslav: Svět lepení. Interní firemní dokument. 2007. 17 s. 11 23 BOFF, Ruth; NEWEY, Charles a kol.: Science for consevators. Volume 3: Adhesives and Coatings. London: Museum & Galleries Commission, 1987. 140 s., s. 56 22

33

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi kyanoakrylátových lepidel je vzdušná vlhkost. Polymerizace nastane až za nepřístupu kyslíku po uzavření lepeného spoje. Spoje vytvořené kyanoakrylátovými lepidly se vykazují houževnatostí, plasticitou a elasticitou a dobrou smykovou pevností v tahu. Tepelná odolnost těchto lepidel je maximálně do 80 °C. Použití kyanoakrylátových lepidel je v oblasti konzervace a restaurování omezeno jejich obtížnou odstranitelností a požadavky na čistotu a výbornou přiléhavost lepených povrchů. Výhodné je jejich použití při lepení skla a keramiky. Jedno z možných použití kyanoakrylátových lepidel u těchto materiálů je lepení, kdy jsou střepy k sobě fixovány pomocí kyanoakrylátového lepidla. Kyanoakrylátové lepidlo není na lepený povrch naneseno celoplošně, ale pouze bodově, a po jeho aplikaci se předmět lepí epoxidovým lepidlem, které se natáhne do lomů kapilárním vzlínáním a vytvoří pevný spoj fragmentů.24

2.3.3. Polymethylmethakrylátová lepidla Jedná se o lepidla na bázi polymerních esterů kyseliny methakrylové. Tato lepidla se používají zejména ke konstrukčnímu lepení, jelikož vykazují velkou smykovou pevnost v tahu, rázu a odlupování. Mají vysokou chemickou odolnost a jejich teplotní odolnost je v rozmezí -55 až +120 °C. 25

2.3.4. Polyurethanová lepidla Pro lepení kovů se uplatňují dvousložková polyurethanová lepidla. Jednou jejich složkou je nízkomolekulární polyisokyanát a druhou nízkomolekulární polyalkohol. Tato lepidla se používají pro lepení kovových konstrukcí. Jsou zpracovatelná i za nízkých teplot a lepené spoje jsou pevné, pružné a odolné dynamickému namáhání. Smyková pevnost je cca 16 MPa a teplotní odolnost do 100 °C. 26

24

BOFF, Ruth; NEWEY, Charles a kol.: Science for consevators. Volume 3: Adhesives and coatings. london: Museum & Galleries Commission, 1987. 140 s., s.55 25 GREGOR, Miroslav: Svět lepení. Interní firemní dokument. 2007. 17 s. 11 26 GREGOR, Miroslav: Svět lepení. Interní firemní dokument. 2007. 17 s. 11

34


2.4. Mechanické vlastnosti lepidel a lepených spojů Abychom mohli předpovědět, jak se bude chovat lepený spoj v budoucnu, při manipulaci, mechanickém namáhání apod., musíme poznat jeho mechanické vlastnosti. Pro porozumění mechanickým charakteristikám lepených spojů, je nezbytné znát definice určitých veličin, jako je síla (tažná, tlaková), tlak, napětí, mez pevnosti v tahu, Youngův modul pružnosti, pevnost, křehkost, elasticita a plasticita.

2.4.1. Pevnostní charakteristiky Pevnost (ang. strength) spoje závisí na síle a množství vaze vytvořených mezi lepidlem a adherendem. S pevností spoje souvisí tloušťka vrstvy lepidla. Pokud je vrstva vytvrzeného lepidla příliš silná, pevnost spoje pak závisí na pevnosti samého lepidla spíše než na pevnosti styčných ploch. Nátěr má být tedy velmi tenký, jen několik molekulových vrstev, aby bylo dosaženo co největší pevnosti spoje.27 Obecně platí, že spoj má mít vlastnosti podobné slepovanému materiálu. Spoje mezi kovem, sklem a keramikou musí být tuhé, nejlépe tak jako materiál. Pokud je však slepovaným materiálem papír, useň nebo textil, spoje musí být dostatečně pružné. Pevnost spoje měříme jako mez pevnosti v tahu, kterou určíme jako mezní velikost tahové síly28 dělenou plochou spoje. Na tomto místě je důležité zmínit to, že čím je plocha spoje větší, tím více obsahuje vazeb, a tím větší je potřeba síly k rozlepení předmětu. Pevnost v tahu je u každého materiálu, tedy i u každého lepeného spoje, jiná. V každém materiálu je jiné uspořádání stavebních jednotek a vyskytují se zde vazby jiného typu. Vnitřní stavba materiálu závisí na jeho historii - jak byl vytvořen a následně zpracován. Všechny materiály vždy obsahují strukturní defekty, kterými je ovlivněno jeho pevnostní chování. Přičemž pevnostní chování je ovlivněno zejména defekty většími než 1 µm. Ve složité a nehomogenní struktuře polymerů se vyskytují defekty mnoha druhů, např. místa nedokonalého kontaktu sousedních struktur, oblasti s řetězci přetrženými v důsledku chemických degradačních procesů (termooxidace, fotooxidace), inkluze jiných pevných materiálů. Nejčastějšími inkluzemi jsou plniva, nečistoty, částečky katalyzátorů apod.

27

BOFF, Ruth; NEWEY, Charles a kol.: Science for consevators. Volume 3: Adhesives and coatings. london: Museum & Galleries Commission, 1987. 140 s., s. 67 28 BOFF, Ruth; NEWEY, Charles a kol.: Science for consevators. Volume 3: Adhesives and coatings. london: Museum & Galleries Commission, 1987. 140 s., s. 67

35

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi Z experimentálních poznatků vyplývá, že nejčastěji se v polymerních materiálech vyskytují malé defekty a koncentrace defektů klesá exponenciálně s jejich velikostí.

2.4.1.1. Měření pevnosti lepeného spoje U lepených materiálů se provádí několik typů pevnostních zkoušek. Při měření pevnostních vlastností jakéhokoli materiálu je důležité, aby testované vzorky byly identické co do velikosti a tvaru a testování probíhalo vždy za stejných podmínek. I při dodržení těchto podmínek se všechna fyzikální měření vyznačují rozptylem dat. To je způsobeno hlavně tím, že každý materiál nese ve své struktuře jiné defekty. K porušení vzorků při pevnostních zkouškách pak dochází nahodile, při různých napětích nebo časech, a v rozdílných místech. Pevnostní vlastnosti je třeba charakterizovat průměrnou hodnotou a rozptylem (nebo směrodatnou odchylkou). Chování materiálu při pevnostních zkouškách je ovlivněno tím, že materiál obsahuje kritickou trhlinu, či více trhlin, nejméně odolnou namáhání. Kritická trhlina se začne šířit, až se z ní vytvoří lomová plocha v celém průřezu vzorku. Zbývající části tělesa většinou zůstávají téměř nepoškozeny, což svědčí o lokálním poškození vzorku. Z hlediska šíření trhlin se rozdělují pevné materiály na křehké a houževnaté. Křehký materiál je není schopen pohlcovat mechanickou energii, odpor proti šíření trhlin je malý a lomová plocha je hladká. V houževnatých materiálech jsou rozvinuty mechanismy bránící růstu trhlin a vznikající lomová plocha je zvrásněná a ční z ní vlákna orientovaného materiálu. Obecně platí, že heterogenní materiály mají podstatně lepší pevnostní vlastnosti než materiály homogenní. Existuje řada metod používaných pro stanovení pevnostních vlastností, ale nejvýznamnější jsou tyto: jednoosá tahová zkouška, rázové zkoušky, dynamické únavové zkoušky. Jednoosá tahová zkouška Jednoosá tahová zkouška spočívá v tom, že při dosažení určité velikosti zatížení neboli určité hodnoty napětí, dojde po jisté době k porušení vzorku. Ze získaných dat lze určit závislost životnosti materiálu na napětí. Zkonstruuje křivka životnosti a lze předpovědět tzv. bezpečné napětí, při němž by měla být životnost vzorku prakticky

36

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi neomezená.29 Existují také víceosé tahové zkoušky, avšak jednoosou tahovou zkoušku je možné mnohem snadněji realizovat a interpretovat než zkoušku víceosou. Rázové zkoušky Při rázové zkoušce je zkušební těleso přeraženo nárazem padajícího kyvadla (kladiva) a stanovuje se pohlcená mechanická energie. Tato zkouška je experimentálně jednoduchá, ale lze ji použít pouze jako kvalitativní metodu vhodnou k porovnání různých materiálů.30 Dynamické únavové zkoušky K iniciaci a růstu trhlin v polymerech dochází při opakovaném namáhání hluboko pod mezí pevnosti. Základní charakteristikou jsou tzv. Wöhlerovy křivky vyjadřující nepřímou úměrnost mezi cyklujícím napětím oc < ou a počtem cyklů Nc do porušení materiálu. Poškozené struktury materiálu při počtu cyklů N menším než Nc se projeví

poklesem pevnostních charakteristik, např. pevnosti v tahu a rázové

houževnatosti.31

2.4.2. Tvrdost Další charakteristikou lepeného spoje je jeho tvrdost (ang. stiffness). Každé pevné těleso je schopné měnit neboli deformovat svůj tvar působením tíhové síly nebo síly jiného typu. Některé materiály mají větší tvrdost než ostatní a jsou proto odolnější vůči tvarovým změnám. Tvrdost materiálu je dána pevností vazeb mezi atomy a molekulami v jeho struktuře a závisí na geometrii tělesa. Vazby mezi atomy a molekulami se chovají podobně jako pružina. Když je materiál natahován nebo stlačován, mění se jeho celkový tvar v důsledku malých změn v jeho mikrostruktuře. Vnitřní tvrdost materiálu je vlastně mírou odolnosti uspořádání atomů a molekul v jeho mikrostruktuře vůči stlačení či oddálení v důsledku působení sil.32 Změna tvaru tělesa vyvolaná vnější silou např. tahem, tlakem, ohybem, smykem, kroucením je označována jako deformace. Deformace může být reverzibilní (elastická), nebo nereverzibilní

29

NÁLEPA, Karel: Stručné základy chemie a fyziky polymerů. 1. vyd. Olomouc: rektorát Univerzity Palackého v Olomouci, 1990. 163 s., s. 146 30

NÁLEPA, Karel: Stručné základy chemie a fyziky polymerů. 1. vyd. Olomouc: rektorát Univerzity Palackého v Olomouci, 1990. 163 s., s. 146 31 NÁLEPA, Karel: Stručné základy chemie a fyziky polymerů. 1. vyd. Olomouc: rektorát Univerzity Palackého v Olomouci, 1990. 163 s., s. 146 32 BOFF, Ruth; NEWEY, Charles a kol.: Science for consevators. Volume 3: Adhesives and coatings. london: Museum & Galleries Commission, 1987. 140 s., s. 71

37

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi (plastická). Elastická neboli pružná deformace je v případě některých materiálů předstupněm deformace plastické. S přechodem elastické deformace v plastickou souvisí mez pružnosti σE, která je charakterizována jako nejvyšší hodnota napětí, kdy je deformace ještě pružná.33 Těleso se tedy po skončení působení síly nevrátí do původního stavu, pokud byla tato hodnota překročena. Mez pevnosti σP je vždy vyšší než mez pružnosti. Při jejím překročení se těleso rozdrtí nebo roztrhne (podle druhu působící síly). Mez pružnosti a pevnosti jsou materiálové konstanty. Tvrdost materiálu je vlastně odolnost proti elastické deformaci, je dána podílem tlaku a napětí. Formálně je tvrdost materiálu označována jako modul pružnosti. Existuje několik druhů modulů v závislosti na typu deformace. Deformaci tělesa v tahu popisuje Hookův zákon, který říká, že deformace je úměrná napětí materiálu. Hookův zákon pro tah má tuto podobu:

kde E je modul pružnosti v tahu neboli Youngův modul.34 Modul pružnosti závisí již pouze na vlastnostech materiálu nikoli na jeho rozměrech tělesa.

2.4.3. Křehkost a houževnatost Dalšími vlastnostmi, které je nutné zmínit jsou křehkost a houževnatost (ang. brittleness, toughness). Křehké materiály nevykazují obvykle plastickou deformaci před tím, než se rozlomí. V konzervátorské a restaurátorské praxi je křehkost materiálů (jako je např. kámen, keramika ale také lepidla, nátěry a konsolidanty vyrobené z termosetů) výhodná proto, že jsou snadno mechanicky odstranitelné z předmětu. Křehké materiály jsou zvláště citlivé na rozrušení vyvolané tahovou silou, ale jsou za to pevnější pod tlakovým zatížením. Defektní místa v materiálu, tedy veškeré trhliny, škrábance, póry apod., vykazují vysoké lokální napětí. V těchto místech dojde snadno k rozrušení materiálu, což bylo popsáno již v souvislosti s pevností. Proti materiálům, jež nevykazují plastickou deformaci, jsou materiály jako např. kovy či termoplasty při teplotě vyšší než je jejich teplota skelného přechodu schopné být plasticky deformovány. Plastická deformace činí tyto materiály houževnatými, jelikož způsobuje vyhlazení trhlin a prasklin a redukuje u koncentraci napětí v těchto místech.

33

BOFF, Ruth; NEWEY, Charles a kol.: Science for consevators. Volume 3: Adhesives and coatings. london: Museum & Galleries Commission, 1987. 140 s., s. 76 34 www.oblibene.cz/lepidla ( Ing. Gregor : Lepidla a tmely – odborné poradenství)

38


2.5. Životnost spoje a faktory životnost ovlivňující Životnost a stabilita spoje je velmi důležitý aspekt. V oblasti konzervování a restaurování je požadována mechanická a chemická odolnost a stabilita lepeného spoje, ale na druhou stanu je nutné zaručit reverzibilitu provedených konzervátorských a restaurátorských kroků. Proto je nutné počítat s tím, že i lepené spoje musí být z adherendů odstranitelné. Jinými slovy řečeno konzervátor-restaurátor musí zvolit takovou látku, která bude dostatečně odolná a stabilní a současně odstranitelná. Životnost spoje se samozřejmě odvíjí od mechanických vlastností daného lepidla a spoje. Míra životnosti spoje přirozeně závisí na tom, jaké degradační reakce ve spoji probíhají a jak intenzivně. Fyzikální a chemické změny probíhají jak ve vrstvě lepidla, tak na slepovaných povrchách a způsobují neschopnost spoje čelit vnějšímu mechanickému zatížení nebo vnitřnímu napětí, které je důsledkem těchto změn. Materiály jsou vystavovány různým degradačním vlivům, mezi něž patří zejména atmosférické vlivy. Lepidla a lepené materiály reagují s chemickými sloučeninami přítomnými ve vzduchu jako je kyslík, oxid siřičitý, sirovodík, oxid uhličitý a voda. Polymerní látky na vzduchu reagují s kyslíkem - oxidují, což vede ke změně barvy (vyblednutí) a zkřehnutí materiálu. Přítomnost velkého množství molekul vody ve vzduchu může vést k její absorpci lepidlem případně i samotným materiálem. Voda způsobuje botnání lepidla, vyvolává v něm vnitřní napětí a může chemicky reagovat s polymerem za tvorby nežádoucích produktů. Lze to doložit příkladem, kdy se z acetátu celulózy a polyvinylacetátu vyvíjí za přítomnosti vody kyselina octová. Degradačně může působit na lepený spoj také vypařování složek lepidla. Týká se to rozpouštědlových lepidel, u nichž dochází k odpařování rozpouštědla, a lepidel, do kterých jsou přidány určité složky schopné evaporace (např. plastifikátory). Změny probíhající v lepených spojích můžeme podle jejich charakteru rozdělit na fyzikální a chemické.

2.5.1. Fyzikální změny v lepených spojích Fyzikální změny obvykle zahrnují změny objemu vlivem nabytí nebo ztráty materiálu nebo změny uspořádání jeho atomů a molekul. Míra a rychlost těchto změn závisí hlavně na dvou jevech: na difúzi a osmóze. Difúze je proces rozptylování se částic v prostoru. Látky mají tendenci přecházet (difundovat) z prostředí s vyšší koncentrací do prostředí s nižší koncentrací. Přirozenou

39

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi vlastností látek je, že pokud se jejich částice mohou pohybovat, tak se rozptylují do celého prostoru a postupně ve všech jeho částech vyrovnají svou koncentraci.35 Osmóza je určitým specifickým případem difúze. Difúze je zároveň podstatou a hybnou silou osmózy a veškerých osmotických jevů. V případě osmózy jsou látky, které mají vysokou koncentraci a jsou rozpuštěné v nějakém rozpouštědle odděleny polopropustnou bariérou (nejčastěji membránou) od směru, kterým by měly difundovat.36

2.5.1.2. Difúze v polymerech Difúze molekul v polymerech se liší od difúze atomů v krystalech. Je to dáno tím, že molekuly polymeru jsou velké, mají komplexovou strukturu a mohou vykonávat pouze malý pohyb. Míra difúze u polymerů závisí na teplotě. Při teplotě vyšší než je teplota skelného přechodu Tg je pohyblivost řetězců polymeru vyšší, což umožňuje otevřít strukturu polymeru pro difúzi molekul. Při teplotě nižší než je Tg je struktura polymeru mnohem více uzavřená a pohyb molekul je podstatně omezený. V důsledku toho

je

difúze

mnohem

obtížnější.37

Mnohé

termoplasty

jsou

rozpustné

v rozpouštědlech pouze částečně. Je to dáno tím, že pouze omezené množství rozpouštědla je schopné proniknout do struktury polymeru. V takovém případě působí rozpouštědlo jako plastifikátor. Plastifikátory snižují tuhost materiálu a v důsledku toho snižují teplotu skelného přechodu. Obdobná situace nastává u termosetů. Termosety jsou síťované polymerní struktury, a proto je schopnost rozpouštědla proniknout do jejich struktury značně omezená. Jev zahrnující difúzi a rozpustnostní vlivy se označuje jako permeabilita (propustnost). Díky permeabilitě látek může dojít k jejich botnání a rozpouštění. Zabývat se rozpustností polymerních nátěrů, lepidel či

konsolidantů je v práci

konzervátora-restaurátora důležité ze dvou hlavních důvodů. Prvním důvodem je fakt, že mnohé polymerní látky musí být rozpuštěny v rozpouštědle, aby bylo vůbec možné je efektivně nanášet.67 A druhým důvodem je potřeba rozpouštědla k odstranění starých nánosů lepidla z předmětu. 35

BOFF, Ruth; NEWEY, Charles a kol.: Science for consevators. Volume 3: Adhesives and coatings. london: Museum & Galleries Commission, 1987. 140 s., s. 95 36

BOFF, Ruth; NEWEY, Charles a kol.: Science for consevators. Volume 3: Adhesives and coatings. london: Museum & Galleries Commission, 1987. 140 s., s. 95 37

BOFF, Ruth; NEWEY, Charles a kol.: Science for consevators. Volume 3: Adhesives and coatings. london: Museum & Galleries Commission, 1987. 140 s., s. 98

40


2.5.2. Chemické změny v lepených spojích Chemické změny jsou obecně vzato procesy, při kterých se stávající vazby mezi atomy a molekulami přeskupí a v důsledku toho se vytvoří nové sloučeniny. Přírodní a syntetické makromolekulární látky jsou oproti látkám nepolymerní povahy relativně stabilní. Poměrně často však podléhají oxidaci. Některé polymery jsou náchylné i k jiným látkám než je kyslík. To je možné doložit na příkladu polystyrenu, který reaguje s kyselinou sírovou či polyethylenu reagujícím s chlorem. Degradaci vzdušným kyslíkem podléhá většina polymerů. Tyto polymery jsou navíc hořlavé. Jejich vzplanutí je způsobeno prudkou oxidací. Míra oxidace za normálních teplot je poměrně nízká a snadno kontrolovatelná. U všech nátěrů, adheziv a konsolidantů se v po určité době projeví v důsledku oxidace změny, a to především křehnutí filmu polymerní látky a změna barvy. Příkladem křehnutí polymerů vyvolaného oxidací je křehnutí přírodního kaučuku a jeho syntetických variant. Kyslík je schopen se navázat do síťované struktury takového polymeru podobně jako síra při vulkanizaci kaučuku. V polymerních strukturách jsou kyslíkem atakovány zejména některé reaktivní skupiny jako C-C a C-H. Ztráta barvy u polymerních materiálu je často vyvolaná oxidací nečistot v materiálu obsažených. Proto by měly být polymerní látky používané v konzervátorské a restaurátorské praxi co možná nejčistší.38 Oxidace polymerních struktur však není jedinou příčinou jejich křehnutí. Velmi častou příčinou tohoto jevu je také ztráta plastifikátoru vypařením. Speciálním případem oxidace polymerních látek je fotooxidace, neboli oxidace vyvolaná působením UV záření. Zvláště náchylné k fotooxidaci jsou polyestery, polyurethany a polyamidy. Fotooxidaci je možné do jisté míry redukovat, nelze ji však zcela zamezit. Možnou cestou, jak omezit fotooxidaci polymerů je začlenění látek s antioxidační schopností do struktury polymeru.39 Pro shrnutí lze uvést několik zásad, které by měli být dodrženy při výběru vhodného polymerního materiálu, tedy materiálu co možná nejvíce odolného oxidaci. •

Vyvarovat se použití polymerních materiálů zahrnujících nenasycené polymerní

řetězce s C=C vazbou, jako jsou kaučuky a nenasycené polyestery. 38

BOFF, Ruth; NEWEY, Charles a kol.: Science for consevators. Volume 3: Adhesives and coatings. london: Museum & Galleries Commission, 1987. 140 s., s. 102 39 BOFF, Ruth; NEWEY, Charles a kol.: Science for consevators. Volume 3: Adhesives and coatings. london: Museum & Galleries Commission, 1987. 140 s., s. 102

41

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi •

Vyvarovat se použití polymerních materiálů s vysoce reaktivními postranními skupinami.

•

Používat polymerní materiály co možná nejčistší.

Degradace nánosu polymerního materiálu je většinou způsobena jak mechanickými tak chemickými vlivy. Mechanické změny se znatelně projevují při vytvrzování rozpouštědlových lepidel. Molekuly takových rozpouštědel obsažených v lepidlech jsou obvykle malé, proto během vytvrzování snadno difundují na povrch a odpařují se. Při odpařování rozpouštědla z lepidla dochází ke smrštění filmu lepidla. Takové smrštění vyvolává vnitřní napětí ve filmu lepidla a v konečném důsledku způsobuje jeho deformaci. Jak již bylo zmíněno v kapitole č. 2.5.1. , vnitřní napětí může způsobit narušení vazeb mezi molekulami a vznik praskliny. Zejména ve

stadiu

elastické deformace jsou lepené spoje velmi náchylné k tomu, aby byly napadány chemikáliemi z prostředí. K poškození vrstvy lepidla může dojít při vytvrzování, ale také při zpětném botnání. Dalším nežádoucím efektem při vytvrzování spoje je vypařování škodlivých produktů, které následně působí degradačně na materiál. Jedná se o těkavé organické sloučeniny tzv. VOC (Volatile Organic Compounds). Mezi tyto látky patří zejména aldehydy, ketony a některé uhlovodíky. Jako příklad VOC lze uvést acetát celulózy a polyvinylacetát uvolňující kyselinu octovou, která má degradační účinky na řadu materiálů. Mnohá rozpouštědla obsažena v adhezivech a nátěrech jsou toxická. Je proto třeba dodržovat správné podmínky práce s lepeným předmětem a zvolit jeho vhodné pozdější uložení, aby nedošlo k degradaci materiálů.

42


2.6. Organická rozpouštědla a rozpouštění Rozpouštědla jsou kapalné organické a anorganické sloučeniny, které jsou schopny rozpouštět různé látky. Organická rozpouštědla jsou kapaliny schopné rozpouštět látky, které zpravidla nejsou rozpustné ve vodě, zejména oleje, tuky, vosky, kaučuk, přírodní pryskyřice a syntetické vysokomolekulární látky.40 Rozpouštěním uvedených látek v organickém rozpouštědle se nemění jejich chemické vlastnosti.

2.6.1. Mechanismus rozpouštění organických vysokomolekulárních látek v organických rozpouštědlech Pochody

při

rozpouštění

vysokomolekulárních

látek

v organických

rozpouštědlech nelze přesně definovat. Při rozpouštění anorganické látky např. ve vodě je stupeň disociace molekul určován především nasyceností, tj. maximální rozpustností anorganické látky. Při rozpouštění organických látek v organickém rozpouštědle však nemůže tento stav nastat. Mechanismus rozpouštění vysvětluje teorie Langmuirova-Hildebrandova, podle níž je předpokladem rozpouštění organické látky v organickém rozpouštědle přítomnost určitých polárních a nepolárních skupin.41 Nepolární sloučeniny jsou chemicky poměrně stálé, jsou málo reaktivní a mají nízkou dielektrickou konstantu. Rozmístění elektrických nábojů v molekule je souměrné. Stejně tak struktura molekuly je souměrná. Typickým zástupcem nepolárních rozpouštědel jsou alifatické uhlovodíky. Polární sloučeniny jsou ve srovnání nepolárními chemicky reaktivnější a méně stálé. Mají vyšší dielektrickou konstantu a větší dipólový moment. Molekula bývá uspořádaná asymetricky. Např. ethylalkohol obsahuje elektropozitivní skupinu –OH a elektronegativní C2H5.

40

GRIMMER, Jiří; MÁLEK, Miroslav; SANTHOLZER, Robert: Organická rozpouštědla. 1. vyd. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1956. 200 s., s. 5 41 GRIMMER, Jiří; MÁLEK, Miroslav; SANTHOLZER, Robert: Organická rozpouštědla. 1. vyd. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1956. 200 s., s. 5

43

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi Rozpouštědla se podle stoupající polarity uvádí v následujícím pořadí:

Alifatické uhlovodíky

Nepolární

Aromatické uhlovodíky

↓

Ethery a acetáty Chlorované uhlovodíky Ketony a estery Alkoholy a nitrované uhlovodíky

↓

Voda

Nejvyšší polarita

2.6.1.1. Průběh rozpouštění Vlastní průběh rozpouštění má několik etap. Prvním krokem je botnání a solvatace. Botnání je proces pronikání rozpouštědla do dutin ve struktuře polymeru. Při solvataci se pak vzájemně přitahují příbuzné skupiny rozpouštěné látky a rozpouštědla. Molekuly rozpouštědla obklopují řetězce či shluky makromolekul jen v určitých místech, podle struktury rozpouštěné látky a podle polohy jejich solvatačních skupin. Dochází

k obalení

solvatačních

skupin

makromolekulární

látky

molekulami

rozpouštědla a tedy k vytvoření solvatačního obalu.42 Při další etapě rozpouštění vnikají molekuly rozpouštědla do svazků řetězovitých molekul nebo shluků kulovitých molekul a postupně je uvolňují od sebe. Při tom si svazky molekul zachovávají přibližně svůj tvar. V konečné etapě rozpouštění jsou makromolekuly látky od sebe již zcela uvolněny a rozptýleny mezi molekulami rozpouštědla. Každé rozpouštědlo obsahuje tři funkční útvary nebo skupiny, které mají vliv na průběh rozpouštění. Jedná se o skupinu vyvolávající botnání, skupinu vyvolávající rozptýlení molekul rozpouštěné látky v rozpouštědle a balastní skupinu. Celý pochod rozpouštění je závislý na teplotě a na druhu a struktuře vysokomolekulární látky, takže nelze stanovit jednoduchá a obecně platná pravidla pro rozpouštění. Obecně platí, že polární látky jsou dobře rozpustné v polárních rozpouštědlech a nepolární látky v nepolárních rozpouštědlech.43

42

KLOUDA, Pavel: Fyzikální chemie. 2. vyd. Ostrava: Pavel Klouda, 2002. 140 s., s. 98 GRIMMER, Jiří; MÁLEK, Miroslav; SANTHOLZER, Robert: Organická rozpouštědla. 1. vyd. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1956. 200 s., s. 7 43 43

44

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi Obr. č. 7 Schéma rozpouštění polymeru v rozpouštědle. Botnání polymeru [a], molekuly polymeru rozptýlené v objemu rozpouštědla [b]

2.6.2. Rozdělení organických rozpouštědel (podle knihy Jiří Grimmel a kol.: Organická rozpouštědla) Organická rozpouštědla lze rozdělit podle různých kritérií. Nejrozšířenější je však rozdělení podle chemického složení.

Tab. č. 1 Rozdělení organických rozpouštědel a příklady uhlovodíky alifatické

benziny, petroether, petrolej

uhlovodíky aromatické

benzen, toluen, xylen

uhlovodíky hydrogenované cyklohexan, tetrahydronaftalen, dekahydronaftalen uhlovodíky terpenové

terpentinové silice (balzámová, loučová, dřevná, sulfátová)

uhlovodíky nitrované

nitroparafiny

uhlovodíky chlorované

dichlormethan, chloroform, tetrachlormethan, chlorbenzen

alkoholy a glykoly

methylalkohol,ethylalkohol, isopropylalkohol ,ethylenglykol

ethery

diethylether, glykoethery

ketony

aceton, cyklohexanon, methylethylketon

estery

butylformiát, methyacetát, ethylenglykolmonoacetát

směsná rozpouštědla

hexan-octan ethylnatý, směs diethyletreru a petroetheru apod

45


3. Experimentální část Cílem experimentální práce bylo zjistit, která lepidla určená k lepení kovů vytvářejí odstranitelný spoj, a tudíž která lepidla lze doporučit pro použití v restaurátorské praxi. V experimentální práci bylo důležité se zaměřit nejen na rozlepení spoje, ale dbát také o to, aby byl kompletně odstraněn nános lepidla bez poškození povrchů lepených předmětů. Podle etického kodexu má konzervátorrestaurátor zvolit takový zásah a materiál, který bude kompatibilní s materiály kulturního dědictví a který bude co možná snadno a kompletně odstranitelný. Experiment se sestával ze dvou hlavních částí, tedy z přípravy vzorků a jejich rozpouštění ve zvolených rozpouštědlech. Příprava vzorků zahrnovala slepování kovových předmětů, v našem případě se jednalo o zkorodované kovové plíšky, vybranými lepidly. Lepidla na kovy jsou zpravidla konstruována pro očištěné povrchy. Tento způsob aplikace je ale zcela nemožné použít při konzervaci a restaurování kovových archeologických nálezů. V praxi je totiž nezbytné lepit především korozní produkty, kvůli zajištění mechanické pevnosti předmětu a také pro usnadnění interpretace předmětu pro expoziční účely. Lepení archeologických kovových předmětů nevyžaduje tak vysoké nároky na pevnost lepeného spoje jak v případě průmyslového užití lepidel. Proto byla experimentální část zaměřena na zkoušky lepení zkorodovaného železného plechu a následného rozlepení nejčastěji používanými organickými rozpouštědly.

3.1. Příprava vzorků Jako materiál ke slepování byly použity vzorky z železných plechů o rozměrech 30x20 mm a tloušťce 0,5 mm. Tyto plechy byly součástí betonového mostu a byly oboustranně zkorodované. Jednalo o atmosférickou korozi s typickými korozními produkty železa: trihydrátem oxidu železitého Fe2O3 .3H2O a

oxidem železnato-

železitým Fe3O4. U většiny plechů byla koroze pouze povrchová, ale u některých bylo znatelné, že korozní produkty objemově převažují nad původním materiálem. Z plechů I-IX jsme nastříháním získali 74 dvojic plíšků (viz fotodokumentace). Lepidla byla pro zjednodušení označena písmeny A až M. Lepení bylo provedeno podle zásad správného lepení, které byly popsány v kapitole č. 2.1.2., a podle pokynů pro lepení daným lepidlem uvedených na etiketě

46

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi lepidla. Každým lepidlem bylo lepeno 5 - 6 dvojic plíšků pocházejících z různých původních plechů. Lepidla byla nanášena na celou plochu lepených plíšků. Pouze kyanoakrylátová lepidla, jež jsou určená k lepení malých ploch (do 1 cm2), byla nanášena pouze na roh jednoho plíšku a slepované vzorky byly slepeny v rozích. Některé vzorky jsme se pokoušeli slepit kyanoakrylátovými lepidly v celé ploše, ale ukázalo se, že takto lepené plechy drží při sobě velmi špatně.

Tab. č. 2 Přehled použitých lepidel Název lepidla

Typ lepidla

Výrobce

UHU power universal

Označení lepidla A

kontaktní

UHU metall

B

kontaktní

SuperCeys gel

C

kyanoakrylátové

UHU super power gel

D

kyanoakrylátové

Loctile super bond

E

kyanoakrylátové

UHU GmbH & Co. KG, Herrmannstrasse 7 D - 77815 Bühl/Baden UHU GmbH & Co. KG, Herrmannstrasse 7 D - 77815 Bühl/Baden Ceys, S.A., Av. Carrilet, 293-299, 00907 L´Hospitalet de LI., Barcelona, Espana UHU GmbH & Co. KG, Herrmannstrasse 7 D - 77815 Bühl/Baden Henkel Loctide Ltd - Tallaght Business Park, Dublin 24, Ireland

SuperCeys pincel

F

kyanoakrylátové

EpoxyCeys standart

G

epoxidové

UHU plus schnellfest epoxy UHU metall epoxy

H

epoxidové

I

epoxidové

Pattex repair epoxy universal Alteco 3-ton epoxy

J

epoxidové

K

epoxidové

UHU super power

L

polyurethanové

UHU alleskleber

M

polyurethanové

Ceys, S.A., Av. Carrilet, 293-299, 00907 L´Hospitalet de LI., Barcelona, Espana Ceys, S.A., Av. Carrilet, 293-299, 00907 L´Hospitalet de LI., Barcelona, Espana UHU GmbH & Co. KG, Herrmannstrasse 7 D - 77815 Bühl/Baden UHU GmbH & Co. KG, Herrmannstrasse 7 D - 77815 Bühl/Baden Henkel, Loctide Ltd - Tallaght Business Park, Dublin 24, Ireland Alteco Group of Companies:Alteco Chemical PTE LTD UHU GmbH & Co. KG, Herrmannstrasse 7 D - 77815 Bühl/Baden UHU GmbH & Co. KG, Herrmannstrasse 7 D - 77815 Bühl/Baden

3.2. Rozpouštění lepených spojů Po slepení plíšků a vytvrzení lepidel byly vzorky testovány v rozpouštědlech. Pro experiment byla vybrána tato rozpouštědla: aceton, toluen, xylen, ethylalkohol a nitroředidlo. V případě acetonu bylo použito k rozrušení lepených spojů i jeho par, u xylenu pouze par a u ostatních uvedených látek se rozpouštění provádělo ponorem. Vzorky byly rozděleny a vloženy do nádob s rozpouštědly či do exsikátorů

47

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi s atmosférou par rozpouštědel tak, že v každé nádobě byl od každého použitého lepidla jeden vzorek. Pouze vzorky lepidel označených H, K, L a M nebyly rozpouštěny v nitroředidle. Jelikož zkouška rozpustnosti v nitroředidle vedla u všech ostatních vzorků k jejich dokonalému rozpuštění, dalo se předpokládat, že by u vzorků uvedených lepidel proběhla se shodnými výsledky. Zkoušku tudíž nebylo nutné provádět. Vzorky byly v nádobách zcela ponořeny do rozpouštědel a nádoby byly přikryty fólií, aby nedocházelo k vypařování rozpouštědel. U rozpouštědel byly vzorky kontrolovány v časech 10 min, 20 min, 30 min, 1 h, 2 h, 3-4 h, 24 h a 4 dny v případě par rozpouštědel v časech 24 h, 48 h, 4 dny a 6 dní od uzavření vzorků v exsikátoru. Dále jsou uvedeny některé charakteristiky použitých rozpouštědel, neboť je to žádoucí pro pochopení jejich vlastností.

Aceton (dimethylketon)

Aceton je bezbarvá kapalina, mísitelná s vodou, používaná jako rozpouštědlo především k výrobě nátěrových hmot, odstraňování starých nátěrů, lubrikačních olejů, lepidel, a při čištění a extrakci některých chemických sloučenin. Obsah dimethylketonu se udává 98 %.

Toluen (methylbenzen)

48

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi Toluen je bezbarvá kapalina. Rozpouští dobře oleje, tuky, kumaronové pryskyřice, přírodní a chlorovaný kaučuk, vinylové a alkydové pryskyřice, ethery celulosy, nerozpouští však estery celulózy. Je nejpoužívanějším aromatickým uhlovodíkem v průmyslu nátěrových hmot.

Xylen (dimethylbenzen v poloze orto-, meta- či para-)

Xylen je bezbarvá kapalina charakteristického zápachu, mísitelná téměř se všemi organickými rozpouštědly. Rozpouštěcí schopností se podobá toluenu. Používá se při výrobě syntetických nátěrových hmot. Ve směsi s alkoholem rozpouští některé ethery a estery celulózy.

Ethylalkohol

Je to bezbarvá kapalina zápachu, dobře mísitelná s vodou. Bezvodý ethanol rozpouští četné přírodní pryskyřice, některé syntetické cyklohexanonové a fenolové pryskyřice, ethery, estery celulosy apod. Bezvodý ethanol se používá také v průmyslu

49

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi nátěrových hmot, pro přípravu emailů, politur apod. Ve směsi s jinými rozpouštědly se používá pro rozpouštění vinylových pryskyřic a přípravu mnoha nátěrových hmot.

Nitroředidlo C6000 Nitroředidlo je bezbarvá směs rozpouštědel charakteristického aromatickoacetonového zápachu. Obsahuje aceton (> 30 %), toluen (> 30 %), ethylacetát (5 – 15 %). Nitroředidlo je vhodné zejména k rozpouštění nátěrů. Je použitelné v širokém měřítku k ředění nitrolaků, kombinovaných nitrolaků, laků a barev z umělé pryskyřice, na vzduchu schnoucích i vypalovaných autolaků. Jelikož je nitroředidlo směsí rozpouštědel jeho charakteristiky se udávají v intervalech. Nitroředidlo mívá hustotu 0,81-0,87 g.cm- 3, teplotu varu 56 - 111 °C, teplotu tání nižší než -70 °C a bod vzplanutí cca -9 °C.

3.3. Odstranění nánosu lepidla Vzorky, které se v průběhu zkoušky rozlepily, byly ponechány do konce zkoušky v rozpouštědle tak, aby byly lepené povrchy vystavené působení rozpouštědla. Vzorky, které bylo možno rozlepit až poslední den zkoušky, byly vystaveny účinkům rozpouštědla po dobu 48 hodin. Některé spoje byly zcela odstraněny působením rozpouštědla, jiné bylo nutné odstranit mechanicky za použití kartáčku. Výsledky odstraňování lepidel z lepených povrchů jsou popsány v kapitole 4.7.

50


4. Výsledky a diskuze Vzorky v jednotlivých rozpouštědlech byly sledovány v uvedených intervalech a výsledky pozorování byly zaznamenány do tabulek.

4.1. Zkouška rozpustnosti lepidel v acetonu Průběh rozpouštění lepených vzorků v acetonu je zaznamenán v tabulce č. 4. Nejsnáze bylo možné rozlepit vzorky lepené kontaktními a polyurethanovými lepidly, u nichž bylo již po deseti minutách pozorovatelné botnání. U některých vzorků se lepené plochy při pokusu o jejich rozlepení oddělily nikoli v lepeném spoji, ale v korozních vrstvách. Znamená to, že film lepidla měl větší pevnost než svrchní korozní produkty a zůstal narozdíl od adherendu neporušen (v tabulce je tento jev označen „x“). Po několika hodinách bylo možné rozlepit také vzorky lepené kyanoakrylátovými lepidly C, D, F. Ze vzorků lepených epoxidovými lepidly G - K bylo možné rozrušit pouze vrstvu lepidla Pattex repair epoxy universal označeného J. Z uvedených výsledků vyplývá, že v acetonu jsou snadno rozpustná pouze kontaktní a polyurethanová lepidla. Kyanoakrylátová lepidla lze rozpustit v acetonu řádu několika dní a lepidla epoxidová nelze tímto rozpouštědlem rozpustit vůbec. Symboly použité v tabulkách rozpustnosti spojů: - botnání: b - šlo rozlepit: + - nešlo rozlepit: - odtržení ploch: x - netestováno: 0

Tab. č. 3 Zkouška rozpustnosti v acetonu lepidlo A B C D E F G H I

10 min b b

20 min + +

30 min

1h

2h

3-4 h

24 h

4 dny

+ + x b

+ x -

51

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi J K L M

+ x b b

+ +

4.2. Zkouška rozpustnosti lepidel v parách acetonu U vzorků testovaných v parách acetonu bylo v čase 24 hodin od začátku zkoušky možné velmi snadno oddělit adherendy u vzorků lepených kyanoakrylátovými lepidly D, E, F a polyurethanovými lepidly. Po čtyřech dnech byly rozlepeny spoje vytvořené kontaktními lepidly a lepidlem C. Spoje vytvořené epoxidovými lepidly parami acetonu rozrušit nelze. Máme-li srovnat účinky acetonu a jeho par, musíme zmínit to, že zkouška rozpustnosti v parách acetonu dopadla pozitivně pro stejné skupiny lepidel jako v případě rozpouštědla. Působení rozpouštědla vedlo k rychlejšímu rozlepení spojů vytvořených kontaktními lepidly než tomu bylo u jeho par, avšak u kyanoakrylátových lepidel tomu bylo naopak.

Tab. č. 4 Zkouška rozpustnosti v parách acetonu lepidlo A B C D E F G H I J K L M

24 h b b b + + +

48 h

4 dny + + +

6 dní

x + +

4.3. Zkouška rozpustnosti lepidel v toluenu Lepidla polyurethanová začala okamžitě v toluenu botnat, takže spoj bylo možné rozlepit už po deseti minutách. Po jedné až dvou hodinách byly rozlepeny vzorky slepené kontaktními lepidly. Touto zkouškou bylo dokázáno, že kyanoakrylátová a epoxidová lepidla nejsou v toluenu rozpustná.

52

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi Tab. č. 5 Zkouška rozpustnosti v toluenu lepidlo A B C D E F G H I J K L M

10 min

20 min

30 min

1h +

2h

3-4 h

24 h

4 dny

+ x + +

4.4. Zkouška rozpustnosti lepidel v parách xylenu Jak vyplývá z tabulky v parách xylenu lze rozpustit pouze lepidla kontaktní.

Tab. č. 6 Zkouška rozpustnosti v parách xylenu lepidlo A B C D E F G H I J K L M

24 h

48 h

4 dny + +

6 dní

x -

4.5. Zkouška rozpustnosti lepidel v ethylalkoholu Zkouška rozpustnosti v ethylalkoholu byla u všech lepidel vyjma dvou kyanoakrylátových lepidel (D, E) a lepidla polyurethanového (M) negativní.

53

Vlastnosti lepidel používaných v muzejní praxi Tab. č. 7 Zkouška rozpustnosti v ethylalkoholu lepidlo A B C D E F G H I J K L M

10 min

20 min

30 min

1h

2h

3-4 h

24 h

4 dny -

+ + x x x +

4.6. Zkouška rozpustnosti lepidel v nitroředidle Zkouška rozpustnosti v nitroředidle vedla k rozlepení všech testovaných vzorků. V nitroředidle nebyly testovány vzorky lepené lepidly H, K, L, M. Nejdříve bylo možné rozlepit vzorky lepené kontaktními lepidly a po 24 hodinách také vzorky lepené kyanoakrylátovými a epoxidovými lepidly. Nejdéle odolávalo účinkům nitroředidla lepidlo UHU metall epoxy. U netestovaných vzorků s epoxidovými lepidly lze předpokládat rozlepení po 24 hodinách a o u lepidel polyurethanových lze na základě předchozích zkoušek tvrdit, že by je bylo možné rozlepit již po 10 minutách.

Tab. č. 8 Zkouška rozpustnosti v nitroředidle lepidlo A B C D E F G H I J K, L,M

10 min

20 min

30 min +

1h

2h

3-4 h

24 h

4 dny

+ + + + + + 0 + + 0

54


4.7. Odstranění nánosu lepidla V případě vzorků rozpouštěných v acetonu se lepidlo zcela rozpustilo u vzorků lepených polyurethanovými a kyanoakrylátovými lepidly. U lepidel kontaktních rozpouštěných v acetonu musel být film lepidla odstraněn mechanicky pomocí kartáčku, ale ani tak nebylo lepidlo z povrchu zcela odstraněno. Vzorky které byly rozlepeny působením par acetonu byly po rozlepení vystaveny jejich účinkům ještě čtyři dny, ale páry nedokázaly odstranit tenkou vrstvu lepidla z lepených povrchů. Kdybychom chtěli tuto vrstvu zcela odstranit, museli bychom ji rozpustit v acetonu. U vzorků, které byly rozlepeny působením toluenu, se vrstvičku rozpouštědla podařilo odstranit úplně. V případě xylenu nános lepidla na adherendech zůstává. Ethanol a stejně nitroředidlo rozpustil lepidlo u rozlepených vzorků zcela. Jediným lepidlem, které se nepodařilo působením nitroředidla zcela z adherendů odstranit bylo lepidlo UHU metall epoxy.

55


5. Shrnutí výsledků Zkouškami rozpustnosti lepených spojů v běžně používaných rozpouštědlech bylo dokázáno to, že za nejlépe odstranitelná lepidla používaná k lepení kovů lze obecně považovat lepidla kontaktní a polyurethanová. Avšak z hlediska reverzibility spojů lze pro použití v konzervátorské a restaurátorské praxi doporučit spíše lepidla polyurethanová. Předměty lepené polyurethanovými lepidly lze rozlepit acetonem, toluenem, parami acetonu a nitroředidlem. Kyanoakrylátová lepidla lze použít pro rychlé lepení menších ploch kovových předmětů. Nelze je však doporučit k lepení příliš nerovných povrchů, jelikož jsou málo viskózní. Pro lepení nerovných povrchů, např. korozních vrstev, jsou vhodnější gelová kyanoakrylátová lepidla. Kyanoakrylátová lepidla lze poměrně snadno rozpustit v acetonu, a to jak v jeho kapalné formě tak v i parách, a v nitroředidle. Jedinými lepidly, jejichž použití v konzervátorské a restaurátorské praxi doporučit nelze, jsou lepidla epoxidová. Tato lepidla vytváří velmi pevný spoj, který lze odstranit pouze v nitroředidle. Lepidla epoxidová lze v konzervátorské a restaurátorské praxi výjimečně použít při tmelení, ve směsi s vhodným plnidlem. Nicméně tyto doplňky jsou velmi obtížně odstranitelné a z hlediska profesní etiky se nedoporučují. Volba jaké lepidlo použít pro spojení částí sbírkových předmětů záleží na konkrétním případě.

56


6. Závěr V teoretické části byly popsány zásady správného lepení. Pro dosažení spoje požadovaných vlastností je důležité zvolit vhodné lepidlo určené k lepení daného materiálu a správným způsobem provést jeho aplikaci a vytvrzení spoje. Lepidlo volíme podle nároků na kvalitu lepeného spoje. Při lepení kovových konstrukcí je kladen důraz na pevnost a odolnost spoje, kdežto v oblasti muzejní konzervace a restaurování je preferována jeho chemická stálost a reverzibilita. U lepidel dochází při jejich vytvrzování a stárnutí ke změnám, vedoucím k jejich degradaci. Lepidla reagují na vlivy vnějšího prostředí různými způsoby v závislosti na vlastnostech lepidla a intenzitě působení faktorů. Proto míra životnosti spoje závisí na tom, jaké degradační reakce ve spoji probíhají a jak intenzivně. Nejčastěji působí na lepený spoj atmosférické vlivy, vedoucí často ke změnám ve struktuře lepidla a tím pádem k jeho narušení. V experimentální části věnované testování rozpustnosti lepidel byly testovány čerstvě vytvrzené spoje, u kterých byla zjišťována ochota rozpouštět se v různých rozpouštědlech. Je ale pravděpodobné, že kdybychom prováděli stejné zkoušky u předmětů se starými lepenými spoji, došli bychom k jiným závěrům. Lze předpokládat, že lepidla narušená degradačními vlivy prostředí by se rozpouštěla snáze. Experimentální částí práce jsme dokázali, že kovové sbírkové předměty není vhodné lepit epoxidovými lepidly. Epoxidová lepidla jsou určená především k lepení takových předmětů, u kterých je požadována vysoká pevnost spoje. V konzervátorské a restaurátorské praxi jde o dosažení takové pevnosti lepeného spoje, aby bylo možné s předmětem manipulovat. Jde spíše o to zachovat předmětu jeho dokumentační hodnotu, popřípadě usnadnit návštěvníkům komunikaci s předmětem, což se snadněji děje, pokud je artefakt celistvý než skládá-li se z několika fragmentů. Vždy musí být použité lepidlo ze sbírkového předmětu odstranitelné.

57


7. Seznam použité literatury a zdrojů Publikovaná literatura: ATKINS, Peter, De PAULA, Julio: Atkins physical chemistry. 7. vyd. New York: Oxford University Press, 2002. 1150 s. BOFF, Ruth; NEWEY, Charles a kol.: Science for consevators. Volume 3: Adhesives and coatings. London: Museum & Galleries Commission, 1987. 140 s. GRIMMER, Jiří; MÁLEK, Miroslav; SANTHOLZER, Robert: Organická rozpouštědla. 1. vyd. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1956. 200 s. KÁLAL, Jaroslav; MLEZIVA, Josef: Základy makromolekulární chemie. 1. vyd. Praha: Státní nakladatelství technické literatury; ALFA, 1986. 380 s. KLOUDA, Pavel: Fyzikální chemie. 2. vyd. Ostrava: Pavel Klouda, 2002. 140 s. KOTLÍK, Petr; ŠIMŮNKOVÁ, Eva; ZELINGER; Jiří: Chemie v práci konzervátora a restaurátora. 1. vyd. Praha: Academia, 1982. 216 s. Mc MURRY, Susan: Organic chemistry. 5. vyd. CA: Brooks/Cole, 2000. 845 s. NÁLEPA, Karel: Stručné základy chemie a fyziky polymerů. 1. vyd. Olomouc: rektorát Univerzity Palackého v Olomouci, 1990. 163 s. OSTEN, Miloš: Práce s lepidly a tmely. 3. vyd. Praha: Grada publishing, 1996. 136 s.

Nepublikovaná literatura: E.C.C.O. Professional Guidelines – The Profession I E.C.C.O. Professional Guidelines – Basic Requierements for Education in Conservation-Restoration GREGOR, Miroslav: Svět lepení. Interní firemní dokument. 2007. 17 s. Victoria&Albert Museum Conservation Department Ethics, Checklist Backround Document 2004

Internetové odkazy: www.oblibene.cz/lepidla www.fch.vutbr.cz www.uhu.de

58


8. Seznam tabulek, obrázků a zkratek 8.1. Tabulky Tab. č. 1 Rozdělení organických rozpouštědel a příklady Tab. č. 2 Přehled použitých lepidel Tab. č. 3 Zkouška rozpustnosti v acetonu Tab. č. 4 Zkouška rozpustnosti v parách acetonu Tab. č. 5 Zkouška rozpustnosti v toluenu Tab. č. 6 Zkouška rozpustnosti v parách xylenu Tab. č. 7 Zkouška rozpustnosti v ethylalkoholu Tab. č. 8 Zkouška rozpustnosti v nitroředidle

59


8.2. Obrázky Obr. č. 1 Polymerace polyethylenu Zdroj: KOTLÍK, Petr; ŠIMŮNKOVÁ, Eva; ZELINGER; Jiří: Chemie v práci konzervátora a restaurátora. 1. vyd. Praha: Academia, 1982. 216 s., s. 15 Obr. č. 2 Příprava polyesterové pryskyřice Zdroj: KOTLÍK, Petr; ŠIMŮNKOVÁ, Eva; ZELINGER; Jiří: Chemie v práci konzervátora a restaurátora. 1. vyd. Praha: Academia, 1982. 216 s., s. 17 Obr. č. 3: Vznik polyurethanů reakcí diisokyanátů s glykoly Zdroj: KOTLÍK, Petr; ŠIMŮNKOVÁ, Eva; ZELINGER; Jiří: Chemie v práci konzervátora a restaurátora. 1. vyd. Praha: Academia, 1982. 216 s., s. 18 Obr. č. 4: Idealizovaný tvar termomechanické křivky. Závislost deformace polymeru na teplotě. Zdroj: NÁLEPA, Karel: Stručné základy chemie a fyziky polymerů. 1. vyd. Olomouc: rektorát Univerzity Palackého v Olomouci, 1990. 163 s., s. 135 Obr. č. 5 Struktura typických monomerů pro tuto reakci Zdroj: BOFF, Ruth; NEWEY, Charles a kol.: Science for consevators. Volume 3: Adhesives and coatings. London: Museum & Galleries Commission, 1987. 140 s., s. 53, 54 Obr. č. 6: Vzorec alkyl-2-kyanoakrylátového monomeru Zdroj: BOFF, Ruth; NEWEY, Charles a kol.: Science for consevators. Volume 3: Adhesives and coatings. London: Museum & Galleries Commission, 1987. 140 s., s. 55 Obr. č. 7: Schéma rozpouštění polymeru v rozpouštědle Zdroj: BOFF, Ruth; NEWEY, Charles a kol.: Science for consevators. Volume 3: Adhesives and coatings. London: Museum & Galleries Commission, 1987. 140 s., s. 100

8.3. Zkratky PA

polyamid

PE

polyethylen

PEG

polyethylenglykol

PS

polystyren

PUR

polyurethan

PVAc polyvinylacetát PVAl

polyvinylalkohol

PVB

polyvinylbutyral

PVC

polyvinychlorid

60

Masarykova Univerzita Přírodovědecká fakulta

Recommend Documents