The fate of collours in the 20th-21st centuries: preserving the organic colorants in plastic artefacts

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The fate of colors in the 20th - 21st centuries: preserving the organic colorants in plastic artifacts

Publication . Angelin, Eva Mariasole; Melo, Maria João; Picollo, Marcello; Nevin, Austin

Objectos modernos e contemporâneos feitos de plástico são amplamente encontrados no património cultural. Presentemente, a sua preservação levanta questões críticas aos conservadores e cientistas uma vez que estes objectos podem facilmente sofrer degradação num curto espaço de tempo. Um dos fenómenos que pode alterar significativamente a aparência de objectos em plástico é a alteração de cor (descoloração). De um modo geral, a descoloração é habitualmente associada à degradação dos polímeros, contudo, os pigmentos, que são parte integrante das formulações do plástico, também podem desvanecer devido à exposição à luz. A identificação de objetos de plástico com pigmentos sensíveis à luz é um exercício bastante exigente devido à sensibilidade dos mesmos a alterações na cor. A caracterização dos corantes nos plásticos é normalmente realizada através de amostragem, métodos de extração e testagem destrutiva. Como alternativa, esta tese apresenta uma abordagem inovadora e multi- analítica baseada em espectroscopias que foi desenvolvida para a identificação in situ dos pigmentos em plásticos históricos. Esta metodologia compreendeu a utilização de microscopia ótica (MO), microespectrometria por fluorescência de raios X dispersiva de energias (μ-EDXRF), espectroscopia UV-Vis-NIR de reflectância, fotoluminescência (PL) e micro-espectroscopia de Raman (μ-Raman) na análise de obras de arte, objetos industriais e de uso diário, datados de 1950-2000s e pertencentes a coleções Portuguesas. Deste estudo resultou a identificação dos pigmentos comumente presentes na paleta de cor dos coloristas da indústria dos plásticos portuguesa: óxido de ferro (PR 101, α-Fe2O3), molibdato de cromato de chumbo (PR 104, Pb(Cr,Mo,S)O4), vermelho de cádmio (PR 108, Cd(S,Se); PR 113, (Cd,Hg)S), amarelo de cádmio (PY 37, CdS; PY 35; (Cd,Zn)S), branco de titânio (PW 6, TiO2 ambos rutilo e anátase), oxicloreto de bismuto (PW 14, BiOCl) e lacas do pigmento orgânico β-naftol (PR 48, PR 49, PR 53). Adicionalmente, foi também identificado um pigmento fora do comum, o pigmento perlascente plumbonacrite Pb5(CO3)3O(OH)2. Para todos os casos de estudo, μ-Raman foi a ferramenta chave para a caracterização dos pigmentos nos objetos de plástico, aportando dados conclusivos para a identificação dos mesmos. A impressão digital vibracional dos pigmentos orgânicos e inorgânicos foi adquirida com sucesso recorrendo à focagem do laser na superfície das partículas. A aquisição de dados espectrais de pigmentos com concentrações muito baixas (0.1 % a 5%, aproximadamente) à escala micro foi possível através de microscopia confocal, que faz parte do sistema do equipamento de μ-Raman. Adicionalmente, foi também possível obter informação sobre o polímero base (principalmente termoplásticos) e cargas. Os métodos analíticos desenvolvidos neste estudo deverão, em trabalhos futuros, facilitar a obtenção de informação complementar sobre estes objetos de plástico e permitir uma melhor identificação e avaliação do seu estado de conservação. Esta tese foca particularmente objectos de plástico vermelhos visto que estes foram identificados como os mais severamente afetados por alterações de cor. O estado avançado de desvanecimento identificado no pigmento β-naftol PR 53 mostrou a sua fraca estabilidade à luz em formulações de plástico. Esta situação, junto com as alterações de cor descritas em literatura para o pigmento PR 48 em objetos de plástico, sugere uma sensibilidade dos pigmentos vermelhos da família dos β-naftol ao desvanecimento. O PR 53 e os pigmentos vermelhos da família dos β-naftóis são pigmentos históricos facilmente encontrados em objetos do património cultural. No entanto, o conhecimento acerca da sua estabilidade a longo prazo e resistência à foto-degradação é limitado, especialmente para os casos onde os mesmos se encontram em polímeros, sendo que este conhecimento é essencial para a sua preservação. Neste estudo, a quantificação da foto-estabilidade para uma série de pigmentos vermelhos da família dos β-naftol foi realizada pela primeira vez, através do cálculo do rendimento quântico de fotodegradação (ΦR). Os valores obtidos variaram entre 3x10-6 e 4x10-5, indicativo de uma estabilidade relativamente boa à luz por parte das moléculas. Tendo em consideração que a estabilidade dos pigmentos não se limita exclusivamente ao pigmento em si, mas também à sua interação com o meio envolvente, foram realizados ensaios de envelhecimento por exposição à luz (λ>300 nm) do pigmento em solução, em pó e incorporado em polímeros de modo a avaliar o papel do meio na estabilidade à luz dos pigmentos e as vias pelas quais estes se degradam. Verificou-se que o ligante tem um impacto significativo na estabilidade do pigmento uma vez que se foi detetada uma maior sensibilidade à luz dos pigmentos PR 48 e PR 53 quando incorporados nos plásticos, comparativamente ao ensaio do pigmento em pó. Este novo conhecimento irá contribuir para o desenvolvimento de novas estratégias na conservação dos plásticos com estes pigmentos vermelhos fotossensíveis através da previsão do desvanecimento. Espectrometrias de massa (MS) por cromatografia em fase líquida e gasosa foram utilizadas na caracterização dos principais subprodutos da degradação. Observou-se uma fotodegradação significativa e a formação de compostos ftálicos e ftalatos nos pigmentos em solução e em pó.

2021-07-28Tese de doutoramento

Acesso aberto

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Entidade financiadora

Fundação para a Ciência e a Tecnologia

Programa de financiamento

OE

Número da atribuição

PD/BD/114412/2016