Met infraroodtechnieken kun je in een vroeg stadium vaststellen of schilderijen worden aangetast door hun eigen witte pigment. Dan kun je wellicht nog tijdig ingrijpen, schrijven Delftse onderzoekers in ACS Applied Materials & Interfaces.

Het speelt bij doeken van na 1920, toen het eerste ‘titaanwit’ op de markt kwam. Daar zat titaandioxide in, dat niet alleen intens wit is maar in combinatie met uv-licht ook een prima fotokatalysator. Het onttrekt elektronen aan zijn omgeving en genereert zo organische radicalen of reactieve zuurstof. Hoe hard dit gaat is mede afhankelijk van de kristalvorm. In verf kom je zowel rutiel tegen als anatase, en soms zijn de TiO₂-kristallen ook nog gecoat. Het lijkt er op dat pure anatase verreweg het meest agressief is.

In olieverf wordt hun omgeving gevormd door lijnolie die dient als bindmiddel. Die olie bestaat grotendeels uit onverzadigde vetzuren en de uitharding is vooral een kwestie van crosslinking tussen de ketens. Je kunt het zien als een vorm van radicaalpolymerisatie. Je mag verwachten dat dat proces onder invloed van titaandioxide veel verder doorgaat dan de bedoeling is, met als gevolg dat de verf hard en bros wordt. Maar radicaalvorming heeft ongetwijfeld ook tot gevolg dat ketens worden doorgeknipt en de binder in kleine stukjes uit elkaar valt.

Probleem is alleen dat de doeken in kwestie (als voorbeeld worden Mondriaans, Picasso’s en Pollocks genoemd) nog vrij recent zijn, en meestal zorgvuldig bewaard in musea. Je kunt er op wachten dat het misgaat, maar voorlopig is de schade nog niet zichtbaar.

Om te bepalen in hoeverre de lijnolie al is aangetast en wat die aantasting precies inhoudt, hebben Joris Dik en collega’s nu een manier bedacht om de precieze moleculaire samenstelling van de binder te achterhalen.

De techniek heet AFM-IR; ze bestaat al langer maar is voor zover de auteurs weten niet eerder voor dit doel gebruikt. Het komt er op neer dat je het verfoppervlak aftast met de naald van een atomic force-microscoop, en tegelijk dat oppervlak bestookt met infraroodpulsen. Die verwarmen de aanwezige moleculen, zodat ze uitzetten en de AFM-naald optillen. En de mate waarin dat gebeurt blijkt om te rekenen naar de IR-absorptie bij de gebruikte golflengte.

In feite doe je dus ongeveer hetzelfde als bij klassieke FTIR-spectrometrie, maar dan met de veel hogere resolutie van een AFM-naald. Zo kun je afzonderlijke moleculen ‘zien’ rond een TiO₂-deeltje, in plaats dat je een gemiddelde krijgt van wat er in een groter stuk verf zit.

Het is uitgeprobeerd met zelf bereide witte verf op basis van pure anatase of gecoat rutiel. Er werden polyesterplaatjes mee gecoat die twee weken mochten drogen en toen onder sterke uv-lampen werden gezet. Daarna werden ze gescand met zowel FTIR als AFM-IR.

De resultaten laten zien dat het met anatase inderdaad veel harder gaat dan met gecoat rutiel, dat na korte tijd uitgewerkt lijkt te raken. Ook geven ze een idee van de afbraakproducten die je krijgt, zoals lactonen en carbonzuren. Met AFM-IR kun je daarbij zoals verwacht zien hoe de concentraties verlopen naarmate je verder van een pigmentdeeltje af gaat.

Er kwam ook een simpele doch bruikbare indicator uit voor de mate van degradatie: de verhouding tussen de IR-absorpties van aldehyden, carbonzuren en esters. Daar heb je geen gedetailleerd AFM-plaatje voor nodig; met een FTIR-scan kom je genoeg te weten.

Het wachten is nu op de ontwikkeling van betaalbare, draagbare IR-scanners waarmee musea eens in de zoveel jaar hun collectie kunnen scannen om te zien of ze al moeten gaan investeren in uv-arme belichting.

bron: TU Delft