Guardare la vernice secca può sembrare un passatempo noioso, ma capire cosa succede dopo che la vernice si asciuga può essere la chiave per preservare preziose opere d'arte.

La formazione di saponi metallici nelle opere d'arte composte con colori ad olio può causare "l'acne artistica" - compresi i brufoli e il deterioramento più grave - che rappresenta una sfida urgente per la conservazione dell'arte in tutto il mondo.

Sta interessando le opere di Georgia O'Keefe, Vincent Van Gogh, Francesco di Goya, e Jackson Pollock, tra tanti altri, e i ricercatori non hanno ancora trovato una buona soluzione per fermarne gli effetti.

Per saperne di più sui processi chimici coinvolti nell'invecchiamento delle pitture ad olio in dettaglio microscopico e su scala nanometrica, un team internazionale guidato da ricercatori della National Gallery of Art e del National Institute of Standards and Technology (NIST) ha condotto una serie di studi che includevano l'imaging a raggi X 3-D di un campione di vernice presso l'Advanced Light Source (ALS), un sincrotrone presso il Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell'energia.

"Si stima che il 70% dei dipinti ad olio potrebbe già avere o avrà questi problemi con il sapone metallico, " disse Xiao Ma, Charles E. Culpeper Fellow della National Gallery of Art, autore principale dello studio del team, pubblicato sulla rivista Angewandte Chemie Edizione Internazionale .

"Nelle nostre collezioni vediamo saponi nei dipinti, direi che non è raro, " ha osservato. "Potrebbero non mostrarsi già in superficie, ma esistono al 'terra, ' o strati di innesco."

La stessa chimica dannosa, che studi precedenti hanno ricondotto alla miscelazione di acidi grassi con ioni metallici presenti nei pigmenti delle vernici tra cui il piombo, zinco, rame, cadmio, e manganese, è stato trovato in alcuni rivestimenti organici, pure, come quelli usati per le sculture in bronzo e nell'industria, Ma ha notato.

L'ultimo studio si è concentrato su una vernice chiamata "Soft Titanium White" che è stata dipinta su una tela nel 1995 da un produttore di vernici. Oltre al biossido di titanio (TiO ₂ ), contiene ossido di zinco (ZnO), che è noto per formare saponi. Vernici come se fossero in uso dal 1930 circa, ha detto la mamma. Il campione invecchiato non è stato trattato in alcun modo ed è rimasto in ambiente controllato.

Lo studio ha scoperto che i gruppi di un composto chiamato stearato di alluminio sono distribuiti casualmente nella vernice, e che carbossilati di zinco, conosciuti come saponi, sono mescolati al loro interno. L'analisi ad alta risoluzione spaziale ha mostrato che un tipo di sapone di zinco, stearato di zinco, aggregati in prossimità di questi cluster.

E mentre il campione di vernice non mostrava ancora un deterioramento fisico, i ricercatori hanno scoperto segni che la frammentazione della vernice e la scheggiatura (scheggiatura) potrebbero eventualmente verificarsi se i saponi di zinco diventano più concentrati e localizzati all'interno della vernice nel tempo.

"Stiamo cercando di gestire i processi iniziali per capire dove potrebbero formarsi i saponi e dove potrebbero muoversi, se si stanno muovendo, " ha detto Barbara Berrie, che guida il dipartimento di ricerca scientifica presso la National Gallery of Art ed è stato co-leader dello studio. "Vogliamo essere sicuri di capire cosa sta succedendo nei dipinti più contemporanei in modo che queste opere siano qui per il futuro".

Lo studio potrebbe avere implicazioni più ampie per lo sviluppo di metodi migliori per la conservazione basati sulla chimica osservata nei colori ad olio, lei disse. "Vedo che questo può essere applicato in generale a questioni di conservazione e trattamenti per tutti i tipi di opere d'arte, " lei disse.

Dula Parkinson, uno scienziato dello staff della SLA che ha partecipato allo studio, ha detto che i raggi X hanno rivelato le dimensioni, forma, e la distribuzione di piccoli punti simili a bolle in un campione di vernice che misurava solo un paio di millimetri di diametro.

"Volevano capire la chimica di base e i processi di base di ciò che stava accadendo, " ha detto. "Queste strutture che vedono sono molto comuni in molti dipinti, e quindi stanno cercando di vedere perché queste strutture sono qui." L'imaging, utilizzando una tecnica chiamata microtomografia a raggi X, ha mappato vari spessori nella vernice e ha rivelato alcune crepe microscopiche.

La microtomografia presso l'ALS è stata utilizzata anche per fornire viste microscopiche di un'ampia gamma di campioni, dagli steli delle piante agli scudi termici dei veicoli spaziali.

Oltre all'esplorazione ai raggi X di un campione di vernice alla microscala, il team ha anche utilizzato una tecnica nota come risonanza fototermica indotta (PTIR) che ha superato i limiti di ingrandimento dei microscopi a luce convenzionale. PTIR accoppia i laser a infrarossi (IR) con un microscopio a forza atomica per fornire una finestra su scala nanometrica nella chimica della vernice su una scala molto più piccola di quella ottenibile con i microscopi IR convenzionali.

Un'altra tecnica, chiamata microspettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FTIR), ha fornito una visione più ampia della composizione chimica attraverso vari strati di campioni di vernice.

Andrea Centroni, un capo progetto per il gruppo di spettroscopia su nanoscala del NIST che ha co-diretto lo studio con Berrie, ha osservato che la tecnica PTIR fornisce una mappatura chimica con una risoluzione simile a quella della microscopia a forza atomica, che offre una scansione del campione tramite un processo simile all'ago di un giradischi che si muove su una superficie e la mappa.

Mentre la punta scansiona il campione, gli impulsi infrarossi vengono assorbiti localmente e il campione si riscalda e si espande rapidamente. Questo "calcia" la punta come un diapason colpito e fornisce informazioni chimicamente specifiche sul campione.

Il campione di vernice aveva un aspetto molto ruvido, superficie appiccicosa che era difficile da mappare chimicamente, quindi Centrone ha lavorato con i collaboratori del NIST per adattare la tecnica in modo che la punta di scansione oscillasse sopra la superficie del campione, toccandolo dolcemente invece di trascinarlo su di esso, consentendo l'acquisizione di dati ad alta risoluzione.

"Siamo in grado di catturare dettagli molto piccoli fino a 10 o 20 nanometri, " o miliardesimi di metro, ha detto Centrone. "Siamo stati in grado di rilevare quale tipo di sapone metallico si era formato nei campioni di vernice".

Lo studio rileva che le stesse tecniche utilizzate in combinazione per esplorare la chimica delle vernici potrebbero essere applicate in modo più ampio in altri campi in cui i campioni sono difficili perché la loro chimica non è uniforme, ed è richiesta una conoscenza dettagliata della chimica su diverse scale, come nella biomedicina e nello stoccaggio di energia.

Berrie ha detto che attende con impazienza studi futuri che applichino le stesse tecniche per esplorare diversi tipi e strati di pittura e altri problemi per la conservazione delle opere d'arte.

"Speriamo di essere in grado di confrontare e confrontare diverse combinazioni di interazioni olio-pigmento, " ha detto. "Saremo in grado di esplorare parte della chimica sottostante dei dipinti di cui non sappiamo ancora molto, " per fornire informazioni per la conservazione dell'arte, pure. "E, stiamo cercando di aiutare a informare la gamma di scelte che i conservatori d'arte hanno".