Artesis Hogeschool Antwerpen

Smartplasma – ontwikkeling van een innovatieve methode voor het reinigen van zilveren onderdelen in kunstwerken die uit gecombineerde materialen zijn opgebouwd 

Looptijd: 2005-2007

Dit project ontwikkelde een innovatieve reinigingsmethode voor het reinigen van zilveren onderdelen in kunstwerken die uit gecombineerde materialen zijn opgebouwd. Het is juist door deze complexe combinatie aan materialen dat traditionele reinigingsmethodes –zoals bijvoorbeeld reiniging met werktuigen, schurende middelen of chemische producten- die normaal op massief zilveren objecten worden toegepast, niet kunnen worden aangewend zonder schade aan het oppervlak te veroorzaken. Het is aan de restaurator om steeds opnieuw de meest geschikte (combinatie aan) reinigingstechniek(en) te selecteren waarmee ongewenste oppervlaktelagen kunnen worden verwijderd om de schade tot een minimum te beperken. Deze minimale schade werd als een noodzakelijk kwaad getolereerd. Toch zoekt men naar technologieën die het object minder schade toebrengen. Een mogelijke techniek is plasmareiniging.

 Intermezzo: Wat is een plasma? Een plasma is een deels geïoniseerd gas: het bevat onder meer elektronen, positief en negatief geladen ionen, radicalen en neutrale deeltjes. Natuurkundigen noemen dit de vierde aggregatietoestand van een stof: naast een vaste, een vloeibare en gasvormige toestand bestaat dus een plasmatoestand. In de natuur vind je er heel wat voorbeelden van: de zon en de andere sterren zijn enorme plasmabollen, net zoals 90% van alle materie in het heelal. Een plasma kan ontstaan door de temperatuur enorm te verhogen: een vaste stof wordt zo achtereenvolgens een vloeistof, een gas en tenslotte bij enkele duizenden graden een plasmatoestand. Een plasma kan ook opgewekt worden met behulp van een elektrisch veld. Door een kettingreactie van botsingen tussen elektronen en gasmoleculen in zo’n elektrisch veld, ontstaat een “koud” plasma. Een TL-buis is hier een voorbeeld van.

Het SMARTPLASMA project had als einddoel om een nieuw reinigingstoestel te ontwikkelen dat met behulp van atmosferisch plasma de zwarte sulfidelagen op metaaloppervlakken kan verwijderen. Om deze doelstelling te bereiken, werden de onderzoeksactiviteiten in drie grote delen opgesplitst.

 
Ontwikkeling van het plasmareinigingstoestel: In dit project werd een toestel ontwikkeld waarmee gesulfideerde objecten met behulp van een reducerend plasma bij atmosferische druk en bij een temperatuur lager dan 45°C kunnen worden gereinigd: de zogenaamde plasmatoorts. Dit is een toestel dat aan zijn uitgang een bundel atmosferische plasma opwekt en speciaal ontwikkeld is voor de behandeling van niet-vlakke voorwerpen. Door toevoeging van de juiste componenten krijgt het reactief plasma reducerende eigenschappen, die de zwarte zilversulfide aanslag kunnen verwijderen. Het reinigend vermogen van de toorts, die door het VITO werd ontworpen, werd gemaximaliseerd. Tevens werd de hoeveelheid gas nodig voor het ontsteken van het plasma drastisch verminderd door gebruik te maken van een gesloten handschoenkast waarin het gas kon worden rondgepompt. Daarnaast werden er tal van veiligheidsmechanismen ingebouwd zodat het toestel zonder gevaren kan worden gebruikt.

Aanmaak van gesulfideerde metaalplaatjes: Er werden dummies vervaardigd waarop reinigingsexperimenten konden worden uitgevoerd. Hiervoor werd vertrokken van zilver- en koperlegeringen met een gelijkaardige chemische samenstelling als veel historische objecten. Hierop werd vervolgens artificieel een laagje zwarte sulfide-aanslag aangebracht, wat voor zilverlegeringen goed lukte maar voor koper moeilijker bleek. Het productieproces van deze dummies werd gestandaardiseerd en geoptimaliseerd aan de hand van analyse van het metaaloppervlak tijdens de opeenvolgende fases in het productieproces. 

Uitvoeren van reinigingstesten: Deze dummies werden vervolgens gereinigd met atmosferisch plasma. Er kon worden aangetoond dat artificieel opgewekte sulfidelagen op fijn zilver zich zeer gemakkelijk laten verwijderen. De beste resultaten werden bekomen voor legeringen met hoog zilvergehalte. Daarnaast werd vastgesteld dat natuurlijk aangelopen zilver zich moeilijker laat verwijderen dan het artificieel gesulfideerde zilver. Het lijkt er op dat hoe ouder de sulfidelaag is hoe moeilijker deze zich laat verwijderen. Tot slot werden de dummies ook met een aantal klassieke reinigingstechnieken zoals mechanische reiniging, chemische reiniging en elektrochemische reiniging behandeld. De eindresultaten werden onderling met elkaar vergeleken met een systeem van benchmarking. Hieruit blijkt dat plasmareiniging tot de beste reinigingstechnieken behoorde, zonder de nadelen te hebben van de klassieke reinigingstechnieken zoals onderdompelen of mechanische druk.

Besluit: De goede resultaten die op fijn zilver werden behaald, openen vele mogelijke behandelingen waar klassieke reinigingsmethodes vaak falen. Plasmareiniging is namelijk uitermate geschikt voor de behandeling van fragiele objecten of objecten met een delicaat oppervlak zoals bladzilver op hout, zilverspiegels, zilverdraad tussen textiel (al dan niet verguld), munten, verzilverings-lagen op andere metalen, zilver als ondergrond voor emailleerwerk, enz. 
Het project werd succesvol afgesloten aangezien de vooropgestelde doelen werden bereikt. Toch werden we tijdens de onderzoeksactiviteiten met nieuwe problemen en uitdagingen geconfronteerd die onderwerp zullen zijn van toekomstige onderzoeksprojecten zoals bijvoorbeeld:
• Kunnen de manipulaties in de handschoenkast verbeterd worden door een beweegbare tafel en een robotarm?
• Wat is het verschil tussen een oude en een jonge sulfidelaag en hoe kan plasmareiniging hierop inspelen?
• Hoe snel komt de zwarte sulfidelaag terug na plasmareiniging in vergelijking met andere reinigingstechnieken?
Dit project is dus zeker geen eindpunt maar kan als een belangrijke mijlpaal in de ontwikkeling van een innovatieve reinigingsmethode worden beschouwd.

Meer info over dit project kan u nalezen in het onderzoeksrapport Smartplasma (pdf).

Door

Patrick Storme studeerde Juweelontwerpen/Edelsmeedkunst (1978-1982) en behaalde tevens met grootste onderscheiding de graad van Meester in de Restauratie (1999). Hij leidt binnen de opleiding Conservatie-Restauratie als docent de studio ‘C/R Metalen’ en staat aan het hoofd van verschillende onderzoeksprojecten. Naast een zelfstandige praktijk sinds 1982 als conservator-restaurator van metalen kunstvoorwerpen is hij ook actief als beeldend kunstenaar. 

Olivier Schalm studeerde Natuurwetenschappen – Scheikunde aan de Universiteit Antwerpen, waar hij in 2001 zijn proefschrift over de degradatie van glasverven in 19de eeuwse glasramen finaliseerde. Hij is zowel binnen de onderzoeksgroep CCR als binnen de Universiteit Antwerpen betrokken bij verschillende onderzoeksprojecten en neemt daarnaast ook de coördinatie van het onderzoek CCR op zich.

Kristina Valiulis is Meester in de Conservatie-Restauratie en is als projectmedewerker bij CCR betrokken. Zij werkte onder andere mee aan het Smartplasma-project.