Стеклянная болезнь
Болезнь стекла , также называемая больным стеклом или стеклянной болезнью , представляет собой процесс деградации стекла, который может привести к расплыванию , образованию трещин , растрескиванию , растрескиванию и фрагментации. [1] [2] Болезнь стекла вызвана присущей ему нестабильностью химического состава исходной формулы стекла . [3] Свойства конкретного стекла будут варьироваться в зависимости от типа и пропорций кремнезема , щелочи и щелочноземельных металлов в его составе. [4] Если повреждение уже произошло, оно необратимо, но процессы распада можно замедлить с помощью климат-контроля, регулирующего окружающую температуру, влажность и поток воздуха.
Химический состав и распад
[ редактировать ]Болезнь стекла вызвана дефектом химического состава исходной формулы стекла . [3] Стекло содержит три типа компонентов: сеткообразователи создают базовую структуру, сеткостабилизаторы делают стекло прочным и водостойким, а флюс снижает температуру плавления, при которой может образовываться стекло. [5] Обычные рецептуры стекла могут включать диоксид кремния (SiO 2 ) в качестве основы, оксиды щелочных металлов, такие как сода (Na 2 O) или поташ (K 2 O) в качестве флюса, и оксиды щелочноземельных металлов, такие как известь (CaO) для стабилизации. [4] [5]
Структурно стекло состоит из сети SiO 4 -тетраэдров. Помимо кремния, образующего сетку , который определяет ее основную структуру, стекло содержит агенты, модифицирующие сетку, такие как щелочные ионы Na. + и К + и ионы щелочноземельных металлов Ca 2+ и мг 2+ . Стекло не имеет определенной стехиометрии , скорее, сеть является гибкой. Он может включать в себя другие ионы, в зависимости от таких факторов, как основной состав и условия обжига стекла. [6] Это приводит к тому, что почти все стекло в той или иной степени химически нестабильно. [7]
Различия электронного заряда ионов внутри структуры составляют основу ее связи. И вязкость, и температура перехода связаны с наличием кислородных связей в составе стекла. Модифицирующие агенты имеют тенденцию снижать температуру плавления кремнезема. Более высокое содержание SiO 2 увеличивает кислотность стекла. Более высокие содержания CaO, Na 2 O и K 2 O повышают основность . [6] Химическая стабильность стекла снижается при только Na 2 O и K 2 добавлении в качестве флюса O, поскольку связь становится слабее. Химическую стабильность стекла можно повысить добавлением CaO, MgO, ZnO и Al 2 O 3 . Чтобы быть стабильным, состав стекла должен содержать баланс между понижающими температуру агентами и стабилизаторами. [6]
Воздействие на поверхность стекла влаги, либо в растворе, либо в атмосфере, вызывает химические реакции, происходящие на поверхности стекла и под ним. Обмен ионами щелочных металлов (изнутри стекла) и ионами водорода (снаружи) может вызвать химические и структурные изменения в стекле. Когда катионы щелочных металлов в приповерхностном слое заменяются более мелкими ионами водорода, структурные различия между затронутым поверхностным слоем и незатронутыми нижними слоями стекла вызывают увеличение растягивающего напряжения, что, в свою очередь, может вызвать растрескивание. [7] [8]
Вероятность деградации из-за болезни стекла зависит от количества и пропорции щелочных соединений, смешанных с кремнеземом, а также от окружающих условий. [3] Недостаточное количество оксида кальция приводит к тому, что щелочи в стекле остаются водорастворимыми при низком уровне влажности. Воздействие более высокого уровня относительной влажности во время хранения или демонстрации приводит к гидратации и выщелачиванию щелочи из стекла. Повторяющиеся изменения влажности могут быть особенно разрушительными. Любой стеклянный предмет может испортиться, если подвергнется воздействию неподходящих условий окружающей среды. [9] Хрусталь, историческое стекло или ценные семейные предметы никогда не следует подвергать воздействию высоких температур и давления воды в посудомоечной машине. [10] [11]
Энергодисперсионный рентгеновский анализ (ЭРА), [1] [8] сканирующая электронная микроскопия (SEM) и масс-спектрометрия вторичных ионов (SIMS) могут быть использованы для изучения обменных реакций в различных типах стекла. Путем количественной оценки и изучения химической структуры и реакций в приповерхностном слое можно лучше понять механизмы заболевания стекла. [7] Измерение pH стеклянных поверхностей особенно важно, если стеклянные предметы имеют матовую поверхность или подверглись воздействию каолина или других веществ. В случае очень маленьких объектов, таких как стеклянные шарики, может потребоваться измерение pH, чтобы определить, присутствуют ли щелочные соли и происходят ли изменения в стекле. [9] [12]
Стадии ухудшения состояния
[ редактировать ]Процессы, связанные с болезнями стекла, могут снизить прозрачность стекла или даже поставить под угрозу целостность конструкции. Болезнь стекла вызывает сложное разрушение стекла, которое можно идентифицировать по множеству симптомов, включая расплывание, растрескивание, растрескивание, растрескивание и фрагментацию. [3]
Пример
[ редактировать ]Следующее описание стеклянных бус из предмета из коллекции Британского музея эффективно иллюстрирует спектр симптомов, которые могут возникнуть при стеклянной болезни:
«Два фактора указывали на то, что ухудшение было результатом явления, обычно называемого «болезнью стекла»; во-первых, повреждение ограничивалось шариками одного определенного цвета (бледно-желтого), а во-вторых, видимые признаки всех различных стадий болезни стекла. На этих бусинах присутствовали мелкие белые кристаллы, а также наличие мелкой сети равномерных трещин или «извилистости», пересекающей поверхность 55 из 69 бусин. Эта извилистость оказалась более распространенной. вокруг отверстий для бусин в общей сложности 32 бусины имели участки сколов или выраженной сморщенности, где трещины распространялись дальше в структуру стекла... Многие имели участки, которые уже раскололись, а фрагменты были утрачены. Вертикальные трещины, проходящие через стекло. присутствовало на 37 бусинах, а четыре бусины оторвались из-за полной фрагментации». [1]
Этап первый
[ редактировать ]Начальная стадия болезни стекла возникает, когда влага вызывает выщелачивание щелочи из стекла. Это становится очевидным, когда гигроскопичные щелочные отложения на стекле придают ему мутный или мутный вид. [7] [13] Это может произойти всего через пять-десять лет после производства стекла. Стекло может показаться скользким или скользким. [10] а крошечные капли или мокнущие капли можно увидеть при высокой влажности (выше 55%). [14] Гидратированная щелочь может образовывать мелкие кристаллы на поверхности стекла при низкой относительной влажности (ниже 40%). [4]
На этом этапе можно аккуратно вымыть стекло и удалить с поверхности щелочь. [14] Это поможет стабилизировать стекло за счет снижения pH поверхности и удаления пыли, загрязнений и гигроскопических компонентов, которые притягивают дополнительную влагу. [9]
Второй этап
[ редактировать ]Если щелочь накапливается в результате ионного обмена и остается на поверхности стекла, процесс гниения ускорится. Присутствие ионов натрия или калия в образовавшейся щелочи повысит pH на поверхности стекла, в результате чего оно станет щелочным. Это растворит кремнезем из стекла, а также высвободит больше ионов щелочи. [10] [7]
Матовость, видимая на стекле, может не исчезнуть полностью после мытья и сушки. При внимательном рассмотрении под углом при слабом освещении могут быть видны мелкие трещины, похожие на крошечные серебристые линии или мерцающие лучи. [13] Микроскоп может подтвердить наличие трещин. Трещины возникают из-за потери щелочи, которая оставляет микроскопические разрывы в структуре стекла. [14]
Этап третий
[ редактировать ]Поскольку большее количество щелочи выщелачивается из стекла, трещины, вероятно, станут глубже. Кризлинг – это характерная сеть мелких трещин на стекле, видимая невооруженным глазом. [3] [15] В некоторых случаях трещины могут приобретать более однородный вид. [13] Однако волнение может быть неравномерным из-за создания микроклимата на стекле. [14]
Этап четвертый
[ редактировать ]На поверхности стекла могут появиться отчетливые трещины, а поверхностный материал может отслаиваться или отслаиваться – этот процесс называется растрескиванием. [14] [13]
Этап пятый
[ редактировать ]На самой серьезной стадии разрушения структурная целостность стекла теряется, и стекло может распасться на куски. [14]
Распространенность
[ редактировать ]Исследование стеклянных предметов в Музее Виктории и Альберта в Лондоне в 1992 году показало, что более 1 из 10 предметов в коллекции пострадали от испепеления, начиная от венецианского стекла 16-го века и заканчивая скандинавским стеклом 20-го века. [3] [16] Венецианское стекло особенно уязвимо, поскольку ремесленники свели к минимуму использование извести, чтобы сделать стекло максимально прозрачным. Работы современных производителей стекла, которые экспериментируют с рецептурами стекла, таких как Этторе Соттсасс , также могут подвергаться высокому риску повреждения. [10]
Такие музеи, как Национальный музей американских индейцев, могут считать болезнь стекла очень важной проблемой, поскольку многие культурные материалы коренных американцев в их коллекциях содержат стеклянные бусины . [9] [17] Маленькие декоративные стеклянные бусины часто изготавливались дешево, используя рецепты с высоким соотношением флюса и кремнезема. Это делает их более восприимчивыми к стеклянной болезни. Синие, красные и черные цвета часто поражаются болезнью стекла. Сочетание стеклянных бус с другими материалами (веревками, тканью, кожей, металлом, костью, поверхностными красителями, церемониальными веществами, каолином) затрудняет порчу и консервацию этнографических предметов. [12]
Сохранение
[ редактировать ]На самой ранней стадии болезни стекла можно промыть стекло, чтобы удалить поверхностную щелочь. Музей стекла Корнинга рекомендует мыть водопроводной водой (теплой, а не горячей). [18] ) и мягкий (неионный [18] ) Консервационное моющее средство. За этим следует промыть деионизированной или дистиллированной водой и тщательно высушить для удаления влаги. Тщательная мойка поможет удалить поверхностные отложения, восстановить прозрачность стекла и замедлить дальнейшее разрушение. [19] [18] этанол , особенно стеклянных шариков, в зависимости от окружающих материалов, которые могут быть затронуты. Для очистки также рекомендуется использовать [9]
Если возник более серьезный ущерб, его невозможно исправить. Возможным вмешательством является климат-контроль влажности и температуры. Поскольку образование морщин возникает в результате реакции компонентов стекла с водяным паром, контроль влажности и температуры может замедлить его возникновение. [3] В Музее стекла Корнинга предметы коллекции хранятся при стабильном уровне относительной влажности — от 40 до 55 процентов. [10] Внутри корпуса можно использовать вентиляторы, чтобы стимулировать движение воздуха и минимизировать адсорбцию влаги на поверхности стекла. Ухудшение более вероятно произойдет в местах с ограниченным потоком воздуха, где влага может оставаться на стекле. [14] Исследуются химические методы замедления скорости коррозии и стабилизации поверхностей. [4]
Когда составной объект содержит множество материалов, одним из которых является больное стекло, вопросы сохранения и демонстрации объекта усложняются. Например, Британский музей решил сохранить и выставить сибирский шаманский фартук из кожи, стекла и других материалов. Они сопоставили вероятность того, что он распадется быстрее, если его показать, с желательностью сделать уникальный объект видимым и неизбежностью его возможной деградации. «Его сохранение и демонстрация гарантируют, что доступ к этому красивому и уникальному объекту будет максимальным до того, как бледно-желтые бусины, присущие этому объекту, неизбежно будут потеряны без возможности восстановления». [1]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Свифт, Рэйчел; Мик, Эндрю С.; Роде, Николь; Комлосы, Анушка (2012). «Радиоактивный шаманский фартук со стеклянной болезнью» (PDF) . Бюллетень технических исследований Британского музея . 6 :25–32 . Проверено 20 апреля 2018 г.
- ^ Куницки-Голдфингер, Ежи Дж. (2008). «Нестабильное историческое стекло: симптомы, причины, механизмы и сохранение» . Обзоры в Сохранении . 9 : 47–60. Архивировано из оригинала 10 сентября 2018 года . Проверено 19 апреля 2018 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Коннор, Стив (11 октября 1992 г.). «Музей пытается остановить болезнь, поражающую стекло: химиков используют для борьбы с болезнью, которая разбивает экспонаты» . Независимый . Проверено 19 апреля 2018 г.
- ^ Jump up to: а б с д Хогг, Саймон; Макфейл, Дэвид; Окли, Виктория; Роджерс, Филип (1998). «Cracking Crizzling — восемь лет совместных исследований» . Журнал охраны природы (29) . Проверено 19 апреля 2018 г.
- ^ Jump up to: а б Канслер, Клэй (2017). «От античности до модерна». Дистилляции . 3 (2): 24–25.
- ^ Jump up to: а б с Градманн, Рена (2016). Анализ исторических исламских глазурей и разработка их замены . w: Вюрцбургский университет имени Юлиуса Максимилиана . Проверено 20 апреля 2018 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Окли, Виктория; Роджерс, Филип; Макфейл, Дэвид; Амаку, Афи (апрель 1992 г.). «Разрушение стекла сосуда в музейной среде: количественное исследование с помощью анализа поверхности» . Журнал охраны природы (3) . Проверено 21 апреля 2018 г.
- ^ Jump up to: а б «20 лет назад — Расследование кризлинга» . Химический мир . 3 октября 2012 года . Проверено 22 апреля 2018 г.
- ^ Jump up to: а б с д и О'Херн, Робин; Макхью, Келли (2014). «Красное, синее и рана повсюду: оценка изменения состояния и устранение стеклянной болезни на бусах» (PDF) . Объекты Специализированная группа Постпринты . Двадцать один: 205–228 . Проверено 22 апреля 2018 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Лэйдман, Дженни (13 мая 2002 г.). «В поисках лекарства от стеклянной болезни» . Клинок . Проверено 20 апреля 2018 г.
- ^ «Уход за стеклом» . Музей Виктории и Альберта . Проверено 22 апреля 2018 г.
- ^ Jump up to: а б Ловелл, Адам (18 июля 2006 г.). ПОВРЕЖДЕНИЕ ЭТНОГРАФИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ СТЕКЛЯННЫМИ БУСАМИ: ИДЕНТИФИКАЦИЯ, ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ И ЛЕЧЕНИЕ (PDF) . Плезант-Хилл, Калифорния: Университет Джона Ф. Кеннеди. Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 года . Проверено 22 апреля 2018 г.
- ^ Jump up to: а б с д «Кризлинг» . Корнингский музей стекла. 26 апреля 2012 года . Проверено 26 апреля 2012 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Кооб, Стивен (2006). Сохранение и уход за стеклянными предметами . Нью-Йорк: Публикации архетипов. ISBN 1-904982-08-5 .
- ^ Брилл, Роберт Х. (1975). «Кризлинг – проблема консервации стекла» (PDF) . Журнал исследований стекла . 20 : 121–131 . Проверено 20 апреля 2018 г.
- ^ Джордан, Фай; Окли, Виктория (2005). «В поисках четкого ответа: партнерство «Выставочная дорога»» . Журнал охраны природы (50) . Проверено 22 апреля 2018 г.
- ^ Охерн, Робин; Макхью, Келли (2013). «Ухудшение и сохранение нестабильных стеклянных бусин на предметах коренных американцев» (PDF) . Бисерный форум . 63 . Проверено 22 апреля 2018 г.
- ^ Jump up to: а б с Ньютон, Рой; Дэвисон, Сандра (1996). Консервация стекла . Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн. стр. 207–209. ISBN 0750624485 .
- ^ «Мойка стекла» . Корнингский музей стекла . 9 декабря 2011 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Аппельбаум, Барбара (1991). Руководство по охране окружающей среды коллекций . Звуковой просмотр Пресс. ISBN 0-932087-16-7 .
- Ньютон, Рой; Дэвисон, Сандра (1996). Консервация стекла . Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 0750624485 .
- Кооб, Стивен П. (2006). Консервация и уход за стеклянными предметами . Лондон: Архетип. ISBN 1904982085 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
СМИ, связанные с болезнью Стекла , на Викискладе?
