16 December 2014. An-organische Materialen. Plastic.

16 December kon ik er helaas niet bij zijn wegens ziekte. Hierdoor heb ik blijkbaar een van de meest interessante lessen van het jaar gemist! De lezing werd namelijk gegeven door Pieter Keune, chemicus en voormalig docent conservering aan de AHK Reinwardt. Hij vertelde mijn collega’s alles over het behoud en beheer en het verval van kunstoffen.Pieter Keune. Foto: Tony Jonges

Gelukkig heeft hij een aantal artikelen achter gelaten waardoor ook ik mijn kennis van plastics kon bijspijkeren.
Artikelen:
Preservation of Plastic Artefacts in museum Collections. schadeatlas-plastic
Getty Conservation Institute Conservation-of-plastics
pieter-keune Artikel

Kunststoffen of plastik

De eerste kunststoffen ontstonden in de 19de eeuw toen men op zoek ging naar vervangers van steeds schaarser en duurder wordende natuurstoffen zoals: schildpad, barnsteen, hoorn, ivoor, natuurrubber, schellak en Chinese lak en papier mache. Deze materialen werden gebruik vanwege hun plastische en/of isolerende eigenschappen. Voorlopers van de eerste echte kunststoffen waren de halfsynthetische stoffen zoals cellofaan en rayonvezels. Deze bestaan uit cellulose dat chemisch gewijzigd is maar de natuurlijke cellulosestructuur heeft behouden. Of caseïne of kunsthoorn, dat wordt gemaakt van chemisch bewerkte eiwitten.

De eerste volledige synthetische kunststof is Bakeliet. Deze door de Amerikaanse Belg Leo Hendrik Baekeland ontwikkelde kunststof kwam in 1907 op de markt. Deze kunststof wordt gemaakt met fenol en formaldehyde. Bakeliet is een brosse fenolhars die werd versterkt met vezels of houtmeel. Deze hars werd tot poeder gemalen en samen met houtvezel. Dit mengel werd vervolgens in een mal gedaan en onder een hoge temperatuur en druk tot de gewenste vorm geperst. De met deze techniek gemaakte voorwerpen waren donkerbruin tot zwart. De fenolhars zelf was amberkleurig en transparant. Het kon worden gekleurd met een pigment, maar is echter weinig lichtecht. De hars kon gegoten worden en is veel gebruikt voor het maken van servetringen, de heften van messen, vorken en lepels.

Kunststoffen zijn stoffen die bestaan uit polymeren. Uit olie, kolen of zand worden chemicaliën gewonnen, die onder invloed van warmte een lang molecuul vormen . Een dergelijk groot molecuul bestaat uit veel deeltjes. Dus van daar de naam polymeer (poly=veel, meros=deeltje). Door kunststoffen met elkaar te mengen krijgt materialen met zeer specifieke, ‘op maat gemaakte’ eigenschappen. Een ander manier is om verschillende zuivere stoffen (monomeren) zo met elkaar te laten reageren, zodat er zich een kunststof ontwikkeld met de eigenschappen van meerdere kunsstoffen. Deze polymeren worden copolymeren genoemd.

Soorten kunststof

De kunststoffen kunnen worden opgedeeld in drie grote groepen. Thermoplasten zijn kunststoffen die met behulp van warmte kneedbaar of plastisch worden. Deze kunststoffen kan men vormgeven door ze te verwarmen of ze te smelten. Voorbeelden van veel gebruikte thermoplasten zijn:

Polyetheen (PE) (eerst op de markt 1935) Het meest gebruikte kunststof ter wereld. Het wordt in vele verschillende kwaliteiten gemaakt. Er zij twee hoofdgroepen: het flexibele lage dichtheid PE (LDPE). Landbouwplastik, wegwerpbestek, wegwerptasjes en ‘tupperware’. Het stootvaste hoge dichtheid PE (HDPE) , ontwikkeld in 1953 wordt gebruikt in kratten en emmers. PE is chemisch inert.
Polytetheentereftalaat (PET) (eerst op de markt 1947) is een thermoplastische polyester. Het heeft een lage gasdoorlatendheid en wordt daardoor veel gebruikt voor frisdrankflessen. Als folie ook bekend onder de merknaam Melinex. Een folie die we veel in musea gebruiken. Polyvinylchloride (PVC) (eerst op de markt 1930). Deze kunststof word in een harde vorm gemaakt en gebruikt voor o.a. dakgoten en grammofoonplaten. In zachte vorm (met weekmaker)wordt het gebruikt in folies, badkamergordijnen en speelgoed.
Polyamide (PA) (eerst op de markt 1938), bekend als Nylon; toegepast in lagers en tandwielen, visdraad, kousen.
Polymethylmethacrylaat (PMMA) (eerst op de markt 1934) Een glasachtig product. Ook bekend als Plexiglas, Perspex en Lucite.
Thermoharders worden gevormd door een vloeistof bij een hogere temperatuur te laten reageren. Daarvoor is een tweede stof als katalysator nodig. Wanneer thermoharders uitgehard zijn, zijn ze niet meer te vervormen door warmte. Ze kunnen niet worden gesmolten of opgelost worden in een oplosmiddel. De polymeren hebben zich onderling met elkaar verbonden tot een vaste drie dimensionale structuur. Deze verbindingen worden cross-links genoemd. Aan thermoharders kan een weekmaker worden toegevoegd om ze zachter te maken. In de loop der tijd zal deze , vaak giftige, weekmaker naar de oppervlakte van het object migreren en daar de omgeving en het voorwerp zelf aantasten.Tot de thermoharders behoren de volgende kunststoffen:

luidspreker Bakeliet

Fenolformaldehyde (Bakeliet) (PF) (eerst op de markt 1907). Versterkt met houtvezels heeft het een donkerbruine tot zwarte kleur en word het gebruikt voor o.a. asbakken en radiokasten. De fenolhars zelf is amberkleurig en transparant en werd gebruikt in veel art-deco voorwerpen zoals, armbanden, servetringen en heften van bestek.
Melamineformaldehyde (MF) (eerst op de markt 1935) en ureumformaldehyde (UF) (eerst op de markt 1929). Beide kunststoffen zijn ontwikkeld als kleurigere alternatieven van Bakeliet. Deze plastics zijn veel gebruikt voor serviezen. Een bekend voorbeeld van UF serviesgoed is het merk ‘Bandelasta’. MF is ontwikkeld om beter tegen vocht en krassen bestendig te zijn dan UF. In de jaren vijftig was het ‘Mepal’ serviesgoed bekend.
Thermohardend Polyester (UP) (eerst op de markt 1941). De meest gebruikte kunststof door kunstenaars, vele toepassingen en kwaliteiten; versterkt met glas- of carbonvezels heeft het goede constructie-eigenschappen. Lichtdoorlatende UP wordt ook gebruikt voor lichtkoepels. Polyurethaan (PUR) (eerst op de markt 1937). Grote verscheidenheid van hard tot rubberachtig, van massief tot schuim. Veel toegepast in de beeldende kunst omdat het schuim gemakkelijk in allerlei vormen gesneden kan worden. Een bekende thermoplastische variant van PUR is Lycra. Veel gebruikt in badkleding.

De derde groep zijn de Rubbers of de Elastomeren. Deze kunststoffen hebben eigenschappen van beide groepen. De polymeren van rubbers hebben cross-links maar bezitten die in veel mindere mate dat de thermoharders. Elastomeren hebben daardoor de elasticiteit van thermoplasten maar kunnen niet smelten.

Styreen-Butadieenrubber (SBR). Dit is de belangrijkste synthetische rubber. Net zoals natuurlijke rubber heeft dit de materiaal de mogelijkheid tot vulcanisatie (toevoeging van zwavel waardoor het rubber minder elastisch en harder word). Het heeft een grotere slijtvastheid dan natuurrubber, maar is minder goed bestand tegen hitte. Wordt gebruikt bij het maken van o.a. autobanden en rubberen slangen.
Butylrubber. Goed bestand tegen ozon en zuurstof. Laat weinig gassen door. Veel gebruikt voor binnenbanden.
Chloropeenrubber (neopreen). Goed bestand tegen chemicaliën. Veel gebruikt in lijmen en kitten.
Nitrilrubber. Laat weinig gassen door. Wordt o.a. gebruikt in gasmakers en rubber handschoenen (nitril-handschoenen worden aanbevolen voor het hanteren van museumvoorwerpen).
Siliconen (SI) (eerst op de markt 1931). Uitzondering onder de kunststoffen omdat het silicium (kwarts) als belangrijkste element heeft ipv koolstof. Zeer goed bestand tegen hitte. Vind zijn toepassingen in gietmallen, lijmen en medische apparatuur. Siliconen nemen details in af te vormen voorwerpen zeer nauwkeurig over.

Bewerking van kunststoffen

Persen: De te verwerken grondstof wordt in een verwarmde matrijs gebracht en dan door druk van buitenaf in de gewenste vorm geperst. Deze techniek word gebruikt voor de vorming van thermoharders en rubbers. De voorwerpen die op deze manier gemaakt zijn, zijn te herkennen aan hun persnaden. Spuitgieten: Hierbij wordt de kunststof in korrelvorm via een trechter in een ronde buis gebracht waarin een Archimedes schroef ronddraait. Door de wrijving smelten de korrels. De schroef beweegt de gesmolten massa naar een nauwe spuitmond. Door deze spuitmond word de kunststof in vorm gespoten. Wanneer het product (bijna) is afgekoeld word het product met een pen uit de spuitvorm gedrukt. Het product is herkenbaar aan de indruk van de uitsteekpen (meestal op een onopvallende plek). Ook kan men sporen van de spuitmond vinden en gietnaden. Deze techniek wordt gebruikt voor thermoplasten. Extruderen: een continue stroom van gesmolten plastik word door een speciaal gevormde opening geperst. Op deze manier kunnen buizen, profielen, platen, staven en draden worden gemaakt. Deze producten kunnen verder worden bewerkt. Dunwandige buizen kunnen worden opgeblazen tot folie, draden kunnen worden uitgetrokken tot garen, buisjes kunnen ook tot flessen geblazen worden.
Vacuümvormen: Een plaat kunststof word verwarmt, waardoor het zacht en vervormbaar wordt. Deze plaat word boven een plaat geplaatst en vervolgens vacuüm getrokken. Na afkoeling word het voorwerp uit de vorm gelost en worden de overtollige randen weggesneden. Door de snijranden kan men deze voorwerpen dus herkennen.
Gieten: Gesmolten plastik word zonder druk in een vorm gegoten. Een bijzondere vorm is rotatiegieten. Waarbij men gesmolten plastik in een ronddraaiende vorm giet. Deze vorm draait totdat de kunststof is uitgehard. Op deze manier worden holle voorwerpen gemaakt. Omdat de druk lager ligt dan bij spuitgieten zijn er nauwelijks deelnaden van de gietvorm te zien.
Schuimen: De grondstof word gemengd met een stof die onder een bepaalde vorm en temperatuur gasbelletjes gaat vormen. Dit kan in een vorm worden gedaan. Een bekend voorbeeld is piepschuim.
Dompelen: een relatief eenvoudige vorm word in de vloeibare kunststof of rubber gehangen. Op het voorwerp zet zich een laagje kunststof of rubber af. Na het drogen of uitharden kan de mal verwijderd worden. Deze methode wordt vooral gebruikt voor objecten van natuurrubber (handschoenen, condooms) of weekgemaakt PVC (speelgoed, huishoudhandschoenen).
Impregneren: een vezelmassa (bv. glasvezel of textiel) wordt geïmpregneerd met een onverzadigde polyester, een epoxy, een melaminehars of iets dergelijks. Het geheel wordt daarna met of zonder druk uitgehard.

Schade aan kunststoffen en preventieve conservatie. Men heeft lang gedacht dat kunststoffen onvergankelijk waren. Maar hoewel kunststoffen niet biologisch afbreekbaar zijn, degraderen ze wel degelijk. Kunststoffen zijn zeer zelden bedoelt om een eeuwigheid mee te kunnen gaan. De eerste periode van het verval gaat vaak zo langzaam dat we met het blote oog weinig gevolgen zien. Als na deze ‘inductietijd’ de degradatie inzet zie we vaak een periode van versnelt verval. Een bekend voorbeeld is celluloid. De eerste 40 tot 60 jaar zal men weinig merken van verval. Daarna zet de degradatie in. Veroorzaakt door zuurresten achtergebleven bij het productieproces, of door verontreinigingen. Bij het degradatieproces worden nieuwe zuren gevormd die het verval versnellen. Een vorm van autokatalyse, een zichzelf versnellend proces. Deze degradatie gaat het snelst als de gevormde zuren niet weg kunnen, zoals bij afgesloten blikken of verpakte objecten.

We zien bij kunststoffen de volgende vormen van schade:

Chemische schade: De kunststof word dof en verkleurt. Er kunnen zich craquelures vormen. Het kunststof kan ook bros worden en verkruimelen. Weekmakers en stabilisatoren komen aan het oppervlak. Vooral PVC is hier berucht om (mede omdat deze kunststof zoveel voorkomt). Er vormen zich druppeltjes op het oppervlak en/of de kunststof word zacht en plakkerig. Het voorwerp gaat hierdoor extra stof en vuil aantrekken. Het object begint te stinken (azijn of camfer).
Fysische schade: De kunststof barst en scheurt door krimpen en uitzetten ten gevolge van temperatuurwisselingen. Vloeistoffen en gassen kunnen worden geabsorbeerd waardoor spanningen in het materiaal kunnen ontstaan. Soepele kunststoffen worden minder flexibel.
Mechanische schade: Krassen en slijtage.
Biologisch: schimmelgroei op door de kunststof aangetrokken stof en vraat door knaagdieren.

Oorzaken van schade en preventieve conservatie.

Schade door een verkeerde luchtvochtigheid: De meeste kunststoffen zullen versneld degraderen bij een hoge luchtvochtigheid. Cullulosenitraat, celluloseacetaat eb polyurethaan in het bijzonder moeten bij een zo laag mogelijke luchtvochtigheid bewaard worden. Voor de overige kunststoffen wordt een RV van rond de 50% aanbevolen. De uitzonderingen zijn Nylon en caseïne . Deze drogen bij een lage RV uit. Deze kunststoffenbij een RV van 60% of hoger bewaard worden.

Schade door een verkeerde temperatuur: Bij hoge temperaturen kunnen thermoplasten zich gaan vervormen. Ook de sterkte eigenschappen zullen drastisch wijzigen. Celluloid kan bij hoge temperaturen zelfs spontaan ontbranden. Uit PVC kan zoutzuur vrijkomen. Over het algemeen wordt aanbevolen om kunststoffen bij lage temperaturen te bewaren.

Schade door licht en UV straling: Licht en met name UV-straling doet gekleurd plastic verbleken. Ook bevorderen ze de reactie van zuurstof met de kunststof. Hierdoor vormen zich crosslinks in de polymeren van het plastik waardoor de eigenschappen veranderen en het plastic bros word. Houdt kunststoffen zoveel mogelijk uit het zonlicht en sluit UV-straling door halogeenlampen of TL-buizen uit.

Schade door verontreinigen: Zure bestanddelen uit de lucht en die uit het materiaal zelf komen kunnen de kunststoffen aantasten. Zorg voor voldoende ventilatie en gebruik bij voorkeur geen gesloten verpakkingen (zeker niet luchtdicht). Uitzondering op deze regel zijn voorwerpen van PVC waar de weekmaker naar het oppervlak is gemigreerd. Om de verdere verdamping van deze weekmakers te voorkomen kunnen deze luchtdicht verpakt worden . Gebruik hiervoor geen materiaal dat de weekmaker kan opnemen (zoals een plastic zak), maar bij voorkeur een glazen pot of vitrine. Verder zijn kunststoffen elektrostatisch waardoor ze stof aantrekken. Dit stof kan chemische reacties opgang brengen (o.a. omdat water aantrekt). Bij Thermoplasten kan stof gelijkelijk in het oppervlakte trekken. Houdt kunststof stofvrij, maar gebruik geen antistatische schoonmaakmiddelen. Deze bevatten stoffen die slecht zijn voor het plastik. Dek de voorwerpen in het depot af met hoezen van dichtgeweven ongebleekt katoen of Tyvek. Afstoffen doet men bij voorkeur met een zachte borstel en een stofzuiger.

Hanteren van plastic voorwerpen.

Draag bij het hanteren van de voorwerpen altijd handschoenen. Niet alleen om het voorwerp te beschermen, maar ook jezelf. Plastic in een gedegradeerde toestand kan immers giftige stoffen uitwasemen. Draag geen juwelen aan handen en armen om krassen op de voorwerpen te voorkomen. Til de voorwerpen altijd met twee handen op, en nooit bij uitstekende onderdelen omdat deze kunnen afbreken.

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s