I molekylär skala, det finns överraskande likheter mellan det yttre skalet på en golfboll och den vita oljefärg som används av Van Gogh och hans samtida. I båda fallen, växelverkan mellan zinkjoner och polymerkedjor ligger till grund för viktiga materialegenskaper. I en nyligen publicerad publikation i den vetenskapliga tidskriften Vetenskapens framsteg , Forskare från Rijksmuseum och University of Amsterdam beskriver zinkjonernas roll i oljefärgens molekylära nätverk. Deras studier kan förklara varför målningar gjorda med zinkvitt pigment är så känsliga för hög luftfuktighet.

Vincent van Gogh och andra målare på hans tid använde ofta zinkvitt (zinkoxid, ZnO), ett vitt pigment som ger en bra ogenomskinlig oljefärg. Dock, zinkvitt kan lätt reagera med oljebindemedlet då det polymeriserar och omvandlas till ett nätverk av molekylkedjor under färgtorkning. Som en konsekvens, zinkjoner lägger sig mellan oljans molekylkedjor. Tidigare forskning visade att denna process inte är utan fara - jonerna kan påskynda nedbrytningen av oljan, och de bildar problematiska kemiska föreningar med nedbrytningsprodukterna.

Golfbollar

För att hjälpa konservatorer att minimera skador och bromsa sådan oljefärgs åldrande, Dr Joen Hermans och kollegor har nu löst molekylstrukturen runt zinkjonerna i oljefärg. Forskningen har också gett viktiga insikter i plastens värld. Vissa plaster innehåller zinkjoner så att de kan smältas och bearbetas vid lägre temperaturer, samtidigt som den är stark och hållbar. Därför, denna typ av plast är mycket lämplig för det yttre skalet av golfbollar, till exempel. Forskare hade ännu inte bestämt exakt hur zinkjonerna håller ihop polymerkedjorna i dessa plaster.

Forskarna vid universitetet i Amsterdam och Rijksmuseum har nu besvarat dessa frågor om polymermiljön kring zinkjoner i en avancerad analys som kombinerar infrarött ljus med kvantmekaniska beräkningar. De använde tvådimensionell infraröd spektroskopi (2-D-IR), en komplex teknik som kan mäta växelverkan mellan kemiska bindningar och deras orientering i rymden. 2-D-IR har aldrig tidigare använts för att studera molekylstruktur i fasta polymerer.

Vattnets roll

Forskningen visade att zinkjonernas polymeromgivning kan anta två helt olika strukturer. Exakt samma två strukturer finns för zinkjonerna i det yttre plastskalet på golfbollar och liknande material. Dessutom, forskarna upptäckte att mycket små mängder vatten i en oljefärg eller plast avgör vilken av de två omgivningarna som är mer sannolikt att inträffa. Med tanke på att en av strukturerna är mer aktiv i de kemiska reaktioner som orsakar färgåldring, denna forskning ger en potentiell molekylär förklaring till det faktum att oljemålningar gjorda med zinkvitt tenderar att åldras snabbare vid hög luftfuktighet.

Dessa nya insikter är mycket viktiga för uppföljande forskning om fuktens inverkan på en målnings livslängd. Dessutom, de är en utgångspunkt för att avgöra vilka målningar som är mest känsliga för framtida förändringar. Forskare vid Rijksmuseum och universitetet i Amsterdam kommer att fortsätta denna forskning under de närmaste åren.