Beter inzicht in de vorming van metaaloxalaten in olieverflagen met het MetOx-project
Licht, vochtigheid en restauratieproducten kunnen chemische reacties in verfmaterialen veroorzaken. In sommige gevallen worden alteratieproducten zoals metaaloxalaten gevormd, die een grijze sluier kunnen vormen. Via het MetOx-project heeft het Labo polychromie van het KIK, in samenwerking met nationale en internationale partners, deze verschijnselen bestudeerd.
Oxalaten op het oppervlak en in de verflaag
Toen de panelen van Christus met zingende en musicerende engelen van Hans Memling in het atelier van het KMSKA werden gerestaureerd, werd een grijsachtige laag waargenomen die als een sluier het schilderij ontsierde. Deze laag was onoplosbaar in de courante oplosmiddelen. Analyses van deze korst toonden aan dat zij hoofdzakelijk bestond uit calciumoxalaat, dat elders soms ook wordt aangetroffen in bindmiddelrijke lagen zoals vernissen of glacislagen. Dit probleem werd ook ontdekt tijdens de eerste fase van de restauratie van het Lam Gods. Transparante vlekken op het werk van de gebroeders Van Eyck bevatten een mengeling van verfmaterialen, metaaloxalaten, en andere alteratieproducten. Het probleem zat dus niet alleen aan de oppervlakte van het schilderij, in een laag die verwijderd kon worden. De oxalaten drongen dus ook door tot de originele verflagen!
Onze experten van het Labo polychromie coördineerden daarom het project MetOx, dat in 2017 werd gelanceerd in het kader van de BRAIN-projectoproep van Belspo, in samenwerking met nationale en internationale partners: UAntwerpen, UCLouvain, Koninklijke Musea voor Schone Kunsten van België, de National Gallery in Londen en de Europese synchrotron in Grenoble (ESRF-EBS). Het doel van het project was bepalen in hoeverre metaaloxalaten zich in de verflagen verspreiden en de chemische mechanismen die leiden tot de vorming ervan in Zuid-Nederlandse olieverfschilderijen geproduceerd van de 15de tot en met de 17de eeuw.
Metaaloxalaat, een kleine molecule met complexe relaties
De laboratoria die zich toeleggen op scheikunde van erfgoed hebben een bevoorrecht zicht op de materialiteit van kunstwerken. Het Labo polychromie van het KIK is gewijd aan het begrijpen van picturale materialen, d.w.z. pigmenten en bindmiddelen, en hun interactie. Een metaaloxalaat is een zeer kleine molecule, die behoort tot de familie van de metaalcarboxylaten. Oxaalzuur komt van nature voor als kalium- of calciumoxalaat in de wortels en wortelstokken van veel planten, zoals rabarber of planten van de Oxalis-familie (vandaar de naam). Het MetOx-project onderzocht het mechanisme van de vorming van metaaloxalaten in een olieverflaag. Er werd verondersteld dat deze moleculen ontstaan door chemische interacties tussen pigmenten en het oliebindmiddel, aangewakkerd onder invloed van licht en vochtigheid, en bepaalde bewaaromstandigheden. Na verloop van tijd ontstaan deze alteratieproducten dus spontaan in de olieverflaag. Deze interacties tussen pigmenten en bindmiddelen zijn uiterst complex en omvatten een hele reeks chemische mechanismen die moeten worden bestudeerd.
Een databank van historische monsters
De kennis rond dit verschijnsel bouwt op een geschiedenis die teruggaat tot de 18de eeuw, maar de introductie van instrumenten als de Fourier-transform infraroodspectroscopie (FTIR), een analysetechniek die vandaag algemeen gebruikt wordt en die ook bij dit project is gebruikt, laat nieuwe inzichten toe. Deze techniek, die het mogelijk maakt om als het ware in het materiaal te duiken, is complementair met de macroscopische analysemethoden, die geïnteresseerd zijn in het oppervlak van objecten, en die ook in dit project zijn gebruikt. Het KIK gebruikte ook zijn rijke reserve van stalen, uniek in België, om talrijke microanalyses uit te voeren op honderden verflagen in een zeer groot aantal monsters. Deze studie maakte het mogelijk om met een statistische benadering bepaalde fundamentele kenmerken van dit verschijnsel in kaart te brengen, zoals de samenstelling van de metaaloxalaten in de verflagen, hun ruimtelijke verdeling binnen de verflagen of het verband van hun voorkomen met bepaalde specifieke verfmaterialen (pigmenten, onzuiverheden, vulstoffen, enz.).
Door het gebruik van mock-ups, die historische olieverfschilderijen simuleerden, konden deze molecules beter begrepen worden: bij dit deel van het onderzoek konden verflagen van gekende en gecontroleerde samenstelling worden gemaakt, en kunstmatig verouderd om het oxalaatvormingsproces te observeren, om zodoende te bevestigen wat op macro- en microniveau eerder werd waargenomen in de historische schilderijen en hun stalen. Het team besluit dat het oliebindmiddel in de verflaag de "chemische reactor" kan zijn die de metaaloxalaten vormt, door interacties met, of door de blootstelling aan, licht en vocht, in aanwezigheid van bepaalde pigmenten. Door de hoeveelheid licht die een schilderij ontvangt te beheersen en te werken in condities van gemiddelde relatieve vochtigheid kan de vorming van deze alteratieproducten dus vertraagd worden.
Samenwerking, de reden voor het succes van het project
Onze teams hadden dit onderzoek niet kunnen uitvoeren zonder de wetenschappelijke vooruitgang die dagelijks in dit domein plaatsvindt. Vertrouwen op de ervaring en de kennis van elk van de partners was dan ook essentieel voor het succes van het project. Het project heeft eveneens de vorming mogelijk gemaakt van een netwerk van wetenschappers die geïnteresseerd zijn in het fenomeen van alteraties in oude schilderijen. Marika Spring en Catherine Higgitt van de National Gallery in Londen toonden de weg naar het meer algemene onderzoeksdomein van carboxylaten in olieverflagen, zepen en metaaloxalaten. De macroanalyses van het oppervlak, verzorgd door het team van professor Koen Janssens van de Universiteit Antwerpen, gaf overzicht in de samenstelling en de verdeling van deze moleculen over grote oppervlakten van de schilderijen. Professor Arnaud Delcorte van de UCLouvain onderzocht het gebruik van een nieuwe analysetechniek, ToF-SIMS, voor de opsporing van metaaloxalaten in olieverflagen. Het KIK is dankbaar voor de inspanning en de motivatie van alle medewerkers van het project, dat bijdraagt aan een betere kennis en begrip van de degradatie van olieverf in de loop der tijd. De resultaten van het project worden nu gepubliceerd.
Nieuwe hypothesen
Uit de resultaten van het MetOx-project blijkt dat metaaloxalaten in de meeste gevallen binnenin de verflaag worden aangetroffen en dat zij, zolang zij daar rustig blijven zitten, niet al te veel problemen veroorzaken. Als zij echter naar het oppervlak migreren of zich in grote hoeveelheden aan het oppervlak vormen, kan het probleem van de grijze sluier ontstaan, en de daaruit volgende problemen voor de conservatie-restauratie van deze schilderijen. Daarom zullen onze onderzoekers zich nu concentreren op de migratie van deze verbindingen en metaalcarboxylaten in het algemeen. Er zijn reeds nieuwe onderzoekshypothesen voor toekomstig onderzoek op dit gebied: hoe deze verbindingen onderling met elkaar interageren, hoe ze binnen de verflaag bewegen, enz.
Climate2Preserv
Energiebesparingen in culturele erfgoedinstellingen zijn een actueel onderwerp. Door de diversiteit van de types gebouwen, collecties en internationale klimaatzones, is het nemen van duurzame beslissingen gemakkelijker gezegd dan gedaan. Climate2Preserv is een project dat een protocol ontwikkelt om culturele instellingen te helpen verschillende energiebesparende strategieën te onderzoeken, rekening houdend met hun collecties, gebouw, systemen en meer. Het project draagt bij aan de lopende internationale inspanningen op het gebied van preventieve conservering en duurzaamheid.
