Projekt NAKI - grant podporovaný Ministerstvem kultury

Název projektu:

Nové materiály a technologie pro konzervaci materiálů památkových objektů a preventivní památkovou péči

Reg. číslo projektu: DF11P01OVV012 (Informace o projektu v databázi projektů CEP)

Období řešení: 2011-2015

Abstrakt: Projekt je zaměřen na vývoj nových materiálů a technologií pro uchování hodnot hmotného kultur. dědictví v ČR s hl. zaměřením na objekty z vápence, pískovce, opuky, dále na omítky, fresky, štuky, sgrafita ap. Nově vyvinuté čistící postupy umožní šetrně a přitom účinně odstranit nečistoty, korozní produkty a pozůstatky dřívějších, někdy nevhodných nebo již dožilých, konzervačních zásahů. Dokonalé vyčištění povrchu ošetřovaného objektu je nutnou podmínkou pro efektivní restaurátorský zásah. Nově vyvinuté zpevňující materiály zajistí vysoce stabilní konsolidaci materiálů staveb. památek degradovaných vlivem povětrnosti, biologickým napadením ap. Konsolidace bude založena na impregnaci porézního anorg. substrátu soli a nanočásticemi na bázi anorg. oxidů a hydroxidů, které zajistí výrazně lepší mechanické vlastnosti a odolnost vůči povětrnosti než běžně užívané prostředky. Velká pozornost bude věnována prevent. ochraně povrchů památek před účinky povětrnosti (zejm. vody) a biodegradací ošetřením povrchů novými hydrofobizačními a biocidními prostředky. Budou vypracovány takové úpravy povrchu konzervovaných materiálů, aby docházelo k minimálnímu zachycování mikroflóry a mikrofauny na povrchu hist. i moderních památkově chráněných objektů. Biocidní prostředky budou založeny na nanostrukturách kovů a budou modifikovány tak, aby bylo zajištěno řízené uvolňování aktivní složky ve vhodné koncentraci po velmi dlouhou dobu. Metodiky navrhované v tomto projektu vycházejí z převratného vývoje v oboru nanomateriálů a nanotechnologií, což vytváří předpoklady pro nové přístupy v ochraně památek. S nově vyvinutými materiály bude dosaženo vyšší účinnosti čistících, konsolidačních a preventivních zásahů v porovnání s materiály dostupnými v současnosti při zajištění maximální šetrnosti k ošetřovaným artefaktům a k životnímu prostředí. Nově vyvinuté materiály i technologie ochrany památek budou zcela jistě využitelné i pro uchovávání řady významných objektů světového kulturního dědictví.

Příjemce dotace: Ústav fyzikální chemie J.Heyrovského AV ČR, v.v.i.

2 partneři:

Ústav teoretické a aplikované mechaniky AV ČR, v. v. i.

Vysoká škola chemicko-technologická v Praze - Fakulta chemické technologie a Fakulta  technologie ochrany prostředí.

Odkazy, kde naleznete další informace o projektu a jeho řešení:

Cíle projektu

Cílem projektu je vývoj nových materiálů a technologií a ověření jejich funkčnosti pro následující účely:

A) účinné a zároveň šetrné odstraňování nežádoucích sekundárních, především polymerních a olejovitých vrstev z povrchů materiálů památek;

B) konsolidace stavebních památek, degradovaných povětrností, impregnací porézního anorganického substrátu inovovanými zpevňujícími materiály;

C) preventivní ochrana povrchů památek před účinky povětrnosti, zejména vody, a před jejich biodegradací ošetřením novými hydrofobizačními a biocidními prostředky.

Nově vyvinuté materiály a technologie budou zaměřeny na dosažení zvýšené účinnosti a šetrnosti k ošetřovanému materiálu i k životnímu prostředí, prodloužené životnosti, reversibility a kvality procesů památkové preventivní, restaurátorské i konzervátorské činnosti. Jejich vývoj bude využívat nové poznatky základního výzkumu o materiálech, zejména nanomateriálech a nanotechnologiích včetně kombinace s dnes již tradičními materiály a technologiemi.

Metodika řešení

Pro dosažení cílů projektu je nutná koordinovaná a komplementární spolupráce všech tří partnerů, modifikovaná podle plánovaných dílčích úkolů a očekávaných aplikací. Měla by zahrnovat následující typické základní kroky: i) vývoj a přípravu nového materiálu včetně vývojových testů pro nalezení vhodného řešení, ii) aplikace nových materiálů na testovací povrchy a tělesa (modelová i reálná), iii) testování vlivu aplikace na strukturní a mechanické parametry i na životnost ošetřovaných historických materiálů, včetně ověření vyvinutých postupů na reálných objektech, iv) vyhodnocení testů a formulaci výsledků a doporučení pro jejich praktické použití. Pro testování některých charakteristik budou vyvinuty i nové zkušební metody a vyhodnocovací software.

i) Vývoj a příprava nových materiálů

Dílčí cíl A.1: Metody přípravy a studium vlastností mikroemulzí rozpouštědel nemísitelných s vodou stabilizovaných vhodnou povrchově aktivní látkou, která nepoškozuje čištěný materiál, je šetrná k životnímu prostředí a je biologicky odbouratelná. Výzkum se zaměří na stanovení vlivu použité s vodou nemísitelné fáze, dalších rozpouštědel a povrchově aktivních látek na vlastnosti mikroemulzí, zejména na jejich stabilitu a velikost mikrokapiček.

Dílčí cíl A.2: Metody přípravy a studium vlastností micelárních roztoků neionických povrchově aktivních látek. Vývojové testy zahrnou studium a stanovení vlivu dalších složek roztoků na vlastnosti micel (např. polární aprotická rozpouštědla).

Dílčí cíl A.3: Metody přípravy a studium vlastností čisticích prostředků založených na organických kvarterních bázích a systému rozpouštědel a zahušťovadel.

Dílčí cíl B.1: Příprava/získání nanočástic anorganických hydroxidů (především vápenatého) o velikosti částic vhodné pro penetraci do porézního systému ošetřovaných artefaktů z různých typů anorganických materiálů (kámen, omítky, nástěnné malby apod.).

Dílčí cíl B.2: Příprava organicky modifikovaných gelů oxidu křemičitého z alkoxidů křemíku a alkylalkoxysilánů s vhodnou hydrofilní funkční skupinou v řetězci, zajišťující vnitřního změkčení produktu a řízené ovlivnění smáčecích vlastností gelů.

Dílčí cíl B.3: Příprava gelů oxidu křemičitého z alkoxidů křemíku s přídavkem nanočástic, které omezují smršťování výsledného gelu a tak výrazně zlepšují jeho mechanické vlastnosti. Stanovení vlivu přídavku nanočástic na smršťování a mechanické vlastnosti tenkých vrstev nanostrukturního oxidu křemičitého.

Dílčí cíl C.1: Příprava nanočástic stříbra/mědi s výraznou biocidní schopností. Součástí tohoto cíle budou vývojové testy studující možnosti ukotvení nanočástic kovů na nebo ve vhodných nosičích (částice SiO2, apod.), umožňující řízené uvolňování aktivní složky.

Dílčí cíl C.2: Vývoj a příprava inovovaných prostředků pro hydrofobizaci karbonátových hornin na bázi silikonů, vosků a polymerů.

ii) Aplikace nových materiálů na testovací povrchy

Podle zkušenosti navrhovatelů je vhodné testovat nově vyvíjené materiály nejen na modelových, ale i na reálných substrátech, zejména horninách s přiměřeně homogenní strukturou a vlastnostmi, v modelových (laboratorních) i reálných podmínkách. Vlastnosti substrátů se budou lišit podle jednotlivých cílů projektu, stejně tak testované způsoby aplikace. Výběr použitých substrátů bude řízen strukturou a chemickým složením odpovídajícím typickým materiálům ošetřovaných artefaktů (silikátové materiály, vápence, omítky, nástěnné malby). U použitých substrátů bude kladen důraz na homogenitu vlastností a bude provedena podrobná analýza jejich porozity (otevřenost porézního systému, distribuce pórů podle velikosti, velikost měrného povrch), aby bylo možno věrohodně interpretovat účinek čistících nebo konsolidačních zásahů.

iii) Zkoušení vlivu nových produktů na strukturní a mechanické parametry a životnost ošetřovaných historických materiálů

Pro zkoušení vlivů nových produktů a technologií na historické materiály budou použity jednak ověřené techniky a metody vyvinuté v minulosti na řešitelských pracovištích, jednak nové metodické postupy. Jedná se zejména o nové diagnostické metody pro stanovení míry znečištění povrchu substrátů, založené na analýze obrazu a na topografii jejich povrchů, měřené metodou kódovaného fotografického stereo záznamu. Budou využity i nové metody pro stanovení penetrace konsolidačních a ochranných prostředků do porézního systému, založené na rentgenové mikrotomografii, případně neutronografii.

Dílčí cíl A.1: Testování schopnosti mikroemulzí/micel solubilizovat vybrané polymery nebo olejovité látky. Pozornost bude soustředěna zejména na polyakryláty, polyestery, silikony, vosky, přírodní pryskyřice a rostlinné oleje.

Dílčí cíl A.2: Testování schopnosti mikroemulzí/micel/kvarterních bází odstranit vrstvy polymerů nebo organických látek z povrchu modelového substrátu (např. porézního silikagelu, textilií apod.).

Dílčí cíl A.3: Testy účinnosti vyvinutých prostředků při odstraňování modelových znečištění z povrchu vybraných substrátů - modelových nebo reálných historických povrchů. Pozornost bude soustředěna zejména na anorganické látky - přírodní kámen, nástěnné malby i organické látky - textilie, papír apod.

Dílčí cíl B: Testování penetrace anorganických hydroxidů ve formě nanočástic a nově vyvinutých organokřemičitých konsolidantů do porézního systému materiálu a sledování vlivu na jeho fyzikálně-mechanické vlastnosti. Zkoušky budou prováděny na vybraných typech přírodního kamene a modelových maltách s rozdílnou porézní strukturou a mineralogickým složením. Tyto zkoušky zahrnou i zjišťování odolnosti konsolidovaných materiálů vůči stárnutí.

Dílčí cíl C.1: Testování biocidních vlastností nanočástic stříbra/mědi na vybraných modelových a reálných systémech, včetně testu zrychleného stárnutí.

Dílčí cíl C.2: Testování hydrofobizační účinnosti nově vyvinutých prostředků a jejich vlivu na vlastnosti ošetřených modelových a reálných substrátů, včetně testu zrychleného stárnutí.

iv) Vyhodnocení testů a formulace výsledků

Výsledky provedených testů budou korelovány se způsobem přípravy a fyzikálně-chemickými vlastnostmi vyvíjených materiálů. Na základě těchto porovnání budou postup přípravy a vlastnosti materiálů optimalizovány s ohledem na způsob jejich aplikace v reálných podmínkách památkové péče a na možnost průmyslové produkce (dostupnost prekurzorů, náročnost na technické vybavení, minimální toxicita a dopad na životní prostředí, cena).

Přínos projektu

Základním přínosem navrhovaného projektu je vývoj nových prostředků a technologií pro uchování hodnot hmotného kulturního dědictví v ČR.

Metodiky navrhované v tomto projektu vycházejí z převratného vývoje v oboru nanomateriálů a nanotechnologií, což vytváří předpoklady pro nové přístupy v ochraně památek. S nově vyvinutými materiály bude dosaženo vyšší účinnosti čistících, konsolidačních a preventivních zásahů v porovnání s materiály dostupnými v současnosti při zajištění maximální šetrnosti k ošetřovaným artefaktům a k životnímu prostředí. Nově vyvinuté materiály i technologie ochrany památek budou zcela jistě využitelné i pro uchovávání řady významných objektů světového kulturního dědictví.