V České republice se nachází 39 tisíc registrovaných památek. Tedy zhruba jedna památka na 2 km2. A i přesto, že se u nás restauruje téměř v „každé vesnici“, nové konsolidanty (tj. zpevňující materiály), jejichž potřeba se jeví dosti zásadní, se téměř nevyvíjejí. Na našem pracovišti se snažíme nejen o vývoj nových materiálů (v rámci základního výzkumu), ale i o mezioborovou spolupráci vědeckých pracovníků a restaurátorů (tj. o aplikovaný výzkum a vývoj inovací).
Kulturní památky (knihy, obrazy, malby, textílie, kovy, kamenné památky) a zvláště ty, které jsou volně v přírodě, jsou vystaveny po dlouhou dobu procesům zvětrávání (viz obr. 1).
Rozlišujeme tři typy zvětrávání:
- fyzikální zvětrávání způsobené výkyvy teplot, vlhkostí, erozivní činností větru a vody, UV zářením;
- chemické zvětrávání způsobené povětšinou znečištěným ovzduším a kyselým děštěm (SOx, NOx);
- biologické zvětrávání způsobené mikroorganismy i vyššími organismy.
Vystavením památky dlouhodobému procesu zvětrávání dochází k degradaci materiálu, jež ji tvoří, tj. ke ztrátě soudržnosti, praskání a jeho úbytku. Opakem ztráty soudržnosti materiálu je jeho konsolidace = zpevnění materiálu, za použití pojiva.
Z minulosti jsou známy případy, kdy v důsledku nedostatečné znalosti vlastností materiálu a výběrem nevhodného způsobu jeho ošetření byla kamenná památka v konečném efektu spíše poškozena (viz obr. 2), než zrestaurována. Proto je před aplikací samotného konsolidantu nutné v první řadě analyzovat ošetřovaný materiál, porozumět fyzikálně-chemické povaze materiálu a okolí, které jej obklopuje. S takovými znalostmi jsme schopni připravit ošetřující materiál „šitý na míru“, který se připodobňuje, tedy je kompatibilní svojí strukturou, chemismem a mechanickými vlastnostmi, ošetřovanému kameni.
Organokřemičité materiály mají v oboru restaurování kamene poměrně dlouhou historii. V druhé polovině 19. století byly poprvé ve velkém aplikovány na budovy Houses of Parliament v Londýně. U nás jsou používány asi od roku 1945.
Výhody organokřemičitých prostředků pro zpevňování porézních kamenných materiálů jsou:
- nízká viskozita umožňující dobrou penetraci;
- vznik chemických vazeb konsolidantu s křemičitými složkami horniny;
- chemická stálost, odolnost proti povětrnostním vlivům a UV záření;
- poměrně jednoduchá aplikace;
I přes nesporné výhody vykazují organokřemičité prostředky i několik zásadních nedostatků:
- praskání, smršťování;
- nesourodost některých jejich fyzikálně-chemických vlastností s kamenem (tepelná vodivost, tvrdost, elasticita);
- toxicita některých látek.
Na pracovišti UFCH JH AV v oddělení Nanocentra se malá skupinka studentů VŠCHT oboru Fyzikální chemie snaží tyto nedostatky potlačit, nebo ještě lépe, zcela odstranit. Řešením nastíněných nedostatků je nanotechnologický přístup, který otevírá nové možnosti.
Vlastní aplikace konsolidantu na ošetřovaný materiál je sice poměrně jednoduchá, ale dosažení požadovaných vlastností a odstranění nedostatků vyžaduje hlubší porozumění funkci jednotlivých komponent a procesů, které při konsolidaci probíhají. Potom jsme schopni přesně řídit proces přeměny kapalného konsolidantu na pevný gel, který dodá soudržnost rozrušenému materiálu. Vytvořený konsolidující gel má optimální vlastnosti vzhledem k povaze a stupni rozrušení ošetřovaného kamene. Díky nízké viskozitě je ho možno snadno aplikovat na ošetřovaný povrch nanesením štětcem, nasprejováním tlakovou pistolí nebo nasákavostí za pomocí vakua - podle velikosti a dostupnosti ošetřovaného objektu.
Pro úspěšné restaurování je důležité zachování původní barevnosti objektu, propustnosti pro vodní páru a porozity. Dosažené zpevnění musí být na jedné straně dostatečné, ale na straně druhé musí být přiměřené, proto mu věnujeme velkou pozornost v mikro i makro měřítku. Pomocí speciální laboratorní metody tzv. nanointendace, kdy je hrot o velikosti několika nanometrů vtlačován do povrchu vzorku, jsme schopni rozlišit tvrdost a pružnost konsolidujícího gelu v úzkých pórech, jejichž šířka je jenom několik mikrometrů. Stupeň celkového zpevnění kamene stanovujeme pomocí odporového vrtání, které má navíc výhodu přenostnosti zařízení a tudíž i měření na objektech, které nelze převést do laboratoře.
Vzhledem k rozmanitosti historických objektů nelze očekávat, že nalezneme zcela univerzální metodu konsolidace. Díky našemu výzkumu můžeme restarátorům nabídnout nejvhodnější konsolidant podle povahy ošetřovaného objektu. Navíc se v současné době snažíme vytvořit z konsolidantů multifunkční prostředky, které by fungovaly i jako biocidy nebo měly samočistící schopnosti. Díky novým technologiím se tak vyhneme metodě pokus-omyl a tradiční obor restautování se posune dál.
