COMISIÓN NACIONAL DE ENERGÍA ATÓMICA

UNIVERSIDAD NACIONAL GRAL SAN MARTIN

“Instituto de Tecnología Prof. Jorge Sabato”

Degradación de Materiales I

INGENIERÍA EN MATERIALES

DEGRADACIÓN Y RESTAURACIÓN DE TELAS DE ORIGEN VEGETAL

CONSERVACIÓN DEL PATRIMONIO CULTURAL

Junio 2005

Resumen

Se presentan en este trabajo los principales tipos de degradaciones de telas de origen vegetal que corresponden al patrimonio cultural. Se analizan los mecanismos por el cual se producen los distintos tipos de degradaciones, mostrando los principales factores. Además, se discute los diferentes procesos de restauración para poder preservar dicho patrimonio cultural.

1. Introducción

Según Williams [1], la preservación incluye todas las actividades que contribuyen a garantizar la vida de los objetos de los museos, ya sea que estén en exhibición, en depósito o siendo manipulados. Esencialmente, es un estudio de la compatibilidad química, física y fotoquímica del objeto en relación con todos los aspectos de su medio ambiente y un esfuerzo por controlar la interacción entre estos para mantener la calidad intrínseca del objeto. Los tejidos son altamente susceptibles a la degradación causada por acción física, química, mecánica y biológica. La asignación de un área independiente, el mantenimiento de condiciones climáticas óptimas, mínima exposición a la iluminación, buena organización y el establecimiento de procedimientos de mantenimiento para minimizar la manipulación y la contaminación son, por lo tanto, esenciales. El personal responsable de su cuidado debe tener sensibilidad visual y táctil, ser pulcro, limpio y no dejar de ejecutar las rutinas tediosas necesarias para su cuidado.

Siendo materiales orgánicos, los tejidos responden más críticamente a los procedimientos de mantenimiento y medio ambiente, de la respuesta esperada en la mayoría de las obras de arte en otros medios. Su cuidado se basa en consideraciones tanto microscópicas como macroscópicas de las fibras y de los tintes. Sus características físicas y químicas, flexibilidad y absorbancia son extremadamente sensibles a las fluctuaciones de la humedad relativa ambiente. También son altamente susceptibles a la degradación por suciedad, luz, clima y movimiento físico.

El primer paso en el cuidado de los tejidos de museo, es entenderlos como materiales: las propiedades físicas y químicas de las fibras, hilos y tejidos, el método y técnica de fabricación, la disposición del diseño y la selección de los colores, los factores relacionados al uso, y el estado anterior y posterior a su adquisición, todo ello para que la preservación sea exitosa.

2. Las fibras vegetales

El componente principal de las fibras vegetales es la celulosa, que es el constituyente básico.

2.1. Celulosa

La celulosa es un polímero natural, un polisacárido construido por unidades ð-D-glucosa. La D-glucosa (C6H12O6) es un sacárido que contiene cinco grupos funcionales hidroxil y un grupo aldehído en el carbono 1. Esta cadena se cierra formando un anillo en el cual el carbono 5 alcanza el carbono 1, el hidrógeno del grupo hidroxil es transferido al oxígeno del grupo funcional aldehído,

Figura 2.1. D-glucosa y el anillo cerrado formando el grupo hidroxil glucosídico, respectivamente

formando un nuevo grupo hidroxil en el carbono 1, que se llama grupo hidroxil glucosídico. Esto se puede apreciar en la Figura 2.1.

En ð-D-glucosa el grupo hidroxil glucosídico se encuentra por debajo del anillo, mientras que el ð-D-glucosa se encuentra por arriba, como se ve en la Figura 2.2.

Figura 2.2. ð-D-glucosa y ð-D-glucosa, respectivamente

Finalmente, la celulosa se forma por una reacción de condensación entre las moléculas de ð-D-glucosa, que se observan en las Figuras 2.3. y 2.4.

Figura 2.3. Reacción de condensación entre dos ð-D-glucosa

Figura 2.4. Estructura de la celulosa

2.2. Generalidades de las fibras vegetales

Entre las diversas fibras procedentes del liber de las plantas y utilizadas en los tejidos, el lino fue en tiempos antiguos la más común. Siendo esta fibra de celulosa, es resistente a las condiciones alcalinas moderadas (sólo ataca la última unidad de la cadena), pero es afectada fácilmente por los ácidos (rompe la unión del oxígeno con el carbono 1). Las características microscópicas morfológicas del lino incluyen relieves a lo largo de la fibra, marcas en cruz en varios puntos, y un canal que corre por el centro. Para funcionar como portador de agua del suelo a las hojas en los tallos de las plantas de lino, sus fibras (y el tejido hecho de ellas) son sensibles a la humedad: ésta penetra y se esparce rápidamente en la tela, cambiando sus dimensiones, peso y resistencia. El lino no tiene casi ninguna afinidad con los óxidos metálicos y con la mayoría de los tintes.

El algodón es pelo de semilla que la protege en su vaina de la desecación en la estación seca y de la humedad en la época lluviosa. Bajo el microscopio, el algodón aparece como una fibra tubular, colapsada, torcida a intervalos regulares. En su estado natural, la fibra repele el agua porque está recubierta de una sustancia cerosa. Una vez quitada la cera, el algodón se vuelve la fibra más absorbente conocida por el hombre. El algodón es celulosa, resiste condiciones alcalinas moderadas, pero los ácidos lo afectan con facilidad. Al algodón le falta brillo a causa de la torsión natural de la fibra.

3. Los procesos de degradación

Los procesos de degradación están agrupados en cuatro categorías generales: físicos, químicos, mecánicos y biológicos. En verdad, los cuatro grupos no actúan independientemente, sino que hay una interacción entre ellos, deteriorando el material y su estructura. Este capítulo es un extracto de la obra Tímár - Balázsy [2].

3.1. Degradación física

Los procesos físicos incumben deterioros de propiedades por la humedad, y cambios en la dimensión y en la estructura molecular por energía lumínica y térmica.

3.1.1. Humedad

Cuando las fibras vegetales están en contacto con agua líquida o vapor, penetran en los capilares y en los poros, y difunde dentro de las regiones amorfas.

La celulosa puede contener distintas cantidades de agua según el medio ambiente que lo rodea. Puede ligarse con el agua de tres maneras diferentes:

• Agua estructural, que se refiere a una capa de agua de una molécula, que está presente desde la formación de la fibra.

• Agua de borde, que se refiere a la humedad absorbida por la celulosa.

• Agua de exceso, que se refiere al agua líquida que penetró en el material.

Una excesiva cantidad de agua produce un hinchamiento del material, que acelera la degradación química y biológica, y en el secado de las fibras una contracción, reduciendo la flexibilidad.

3.1.2. Fotodegradación

En concordancia con la primera ley de la fotoquímica, la luz y la radiación ultravioleta deben ser absorbidas por los enlaces dentro de las moléculas. Se produce una reacción fotoquímica cuando hay suficiente energía para romper dichos enlaces, por ejemplo, la luz ultravioleta puede romper los enlaces C - C, C - O y C - H.

Después de absorber la radiación electromagnética, comienzan reacciones fotoquímicas de radicales libres en la celulosa, cuyos pasos se analizan a continuación:

• Fotólisis: polímero - H
  polímero. + .H

• Reacción con una molécula de oxígeno activada: polímero. + .O - O. ! polímero - O - O.

• Propagación: polímero - O - O. + polímero - H ! polímero - O - O - H + polímero.

• Terminación: polímero - O - O. + .OO - polímero ! polímero - O - O - polímero + O2

polímero. + .polímero ! polímero - polímero

polímero - O - O. + .polímero ! polímero - O - O - polímero

El daño más común en la celulosa es la fotooxidación, cuyos procesos pueden ocurrir de dos maneras diferentes:

• Oxidación de los grupos hidroxilos, que cambia el color, polaridad, solubilidad y absorción o desorción del agua

• Ruptura de las uniones glucosídicas entre las unidades de celulosa, causando cambios en las propiedades mecánicas.

3.1.3. Degradación térmica

Denominamos degradación térmica a la absorción de energía térmica. Dicha energía, cuando se absorbe por una molécula, se distribuye en tres modos: energía vibracional, rotacional y traslacional. En el caso de las fibras vegetales, la energía calórica se distribuye en esos tres modos aleatoriamente, es decir, algunas moléculas tienen poca energía absorbida, y otras una cantidad elevada, llegando a los valores de la energía de enlace entre los elementos, produciéndole la rotura.

En la oxidación térmica la reacción es por radicales libres igual a la fotooxidación, que rigidiza y fragiliza al material, además de reducirle la resistencia mecánica. La temperatura, contenido de humedad y otros factores pueden acelerar la velocidad de esta degradación.

3.2. Degradación química

Las reacciones de deterioro también pueden deberse a compuestos químicos. La hidrólisis es probablemente el proceso de degradación químico más común, pero también hay procesos por polución ambiental y por tratamientos previos.

3.2.1. Hidrólisis ácida

La presencia de compuestos ácidos y de humedad pueden comandar la degradación por hidrólisis. Esas reacciones (que da lugar a un incremento de la temperatura y contenido de humedad a una alta velocidad) disminuyen el grado de polimerización de la celulosa, en el cual estos polímeros más cortos son menos capaces de resistir cargas.

El proceso es el siguiente: cuando un compuesto ácido dona un ión hidrógeno, se rompe la unión C1-O. La unión rota deja un ión cíclico positivo, que puede unirse con una molécula de agua disponible para formar una nueva unión con el C1. Este proceso se puede ver en la Figura 3.1.

La velocidad de la hidrólisis depende de varios factores: concentración de iones hidrógeno, contenido de humedad, temperatura y número de sitios disponibles para la migración ácida.

Unión glucosídica entre dos protón ión cíclico final de cadena (más corta)

unidades de la cadena celulósica positivo

agua final de cadena (más corta)

Figura 3.1. Proceso de la hidrólisis ácida de la celulosa

3.2.2. Polución ambiental y tratamientos previos

Hay diversos agentes que se utilizan para tratamientos previos que cambian las características del material, como son los aceites, glicerol, mezclas (pueden ser combinaciones de solventes, resinas, ceras o humectantes), fumigantes (se usan como insecticidas), y halógenos (son muy oxidantes). En el medio ambiente hay además gases polutivos, como son el óxido de nitrógeno y ozono. Todo lo nombrado anteriormente produce una reducción en las propiedades mecánicas del material.

3.3. Degradación mecánica

La degradación mecánica es una categoría amplia que típicamente se superpone a otros tipos de degradación. Puede tomar varias formas: desgaste, aspereza, desgarro, fracturas, agujeros, pliegues, arrugas, distorsiones, cortes, abolladuras, que se aumenta por la presencia de polvo, tierra o tizne. El polvo es higroscópico, contiene la humedad necesaria para que se favorezca la reproducción de insectos y de otros microorganismos. Las partículas minerales es el origen de la abrasión al manipulear o limpiar el material.

3.4. Degradación biológica

Hay seis categorías generales del origen de la degradación biológica: humanos, roedores, aves, reptiles, infestación de hongos y bacterias, e insectos.

• Humanos: Son el mayor agente degradante biológico. Cada vez que un humano manipulea una tela vegetal, existe una oportunidad de que ocurra un daño de tipo mecánico, físico o químico.

• Roedores: Los ratones y las ratas no son extraños en los museos. El daño que producen son marcas de mordeduras, con la consecuente pérdida de material, además de los que también son producidos por la orina y los excrementos, que acelera la aparición de hongos y bacterias.

• Aves: No producen daño por sí mismos, sino que lo hacen por transportar del exterior del museo hacia adentro insectos o microorganismos que destruyen las fibras.

• Reptiles: Como los reptiles se alimentan de insectos, se dirigen hacia las telas, dejando excrementos que pueden ser ácidos.

• Hongos y bacterias: Descomponen la celulosa por medio de sus enzimas. El proceso de degradación incluye ruptura de las uniones glucosídicas, que tiende a romper la celulosa en pequeños productos, de los cuales los microorganismos se alimentan. La reacción química más común, acelerada por una enzima particular (hidrolasa) es la hidrólisis, acompañada por oxidación, debido a que estos microorganismos producen peróxido de hidrógeno en el proceso de degradación.

• Insectos: Los insectos típicos que se pueden encontrar en las telas vegetales son cucarachas, grillos, escarabajos y polillas, que se alimentan de las mismas fibras, con su pérdida de material.

4. Los procesos de restauración

Existen diversos procesos de restauración, todos con sus efectos y técnicas, en el cual se dan a continuación. Esta parte es un resumen del libro de Mary - Lou Florian [3].

4.1. Documentación

Para poder seguir la evolución de un material, se debe tener guardado en un documento todas sus características, desde el momento en que llegó al museo hasta el presente, quedando registrado todos los cambios que se le realizaron. Dicho documento debe tener lo siguiente:

• Diario de trabajo: Debe contener los datos relevantes de los trabajos realizados.

• Diagramas: Para documentar dimensiones, construcciones y condiciones del objeto.

• Descripción completa: Se registran apariencias, materiales y métodos de construcción.

• Etiquetas: Establece un seguimiento o trazabilidad del objeto.

• Condición al recibir: Informa cómo estaba la tela al ingresar.

• Ensayos: Discusiones de cada ensayo que se realizó.

• Tratamientos: Contiene los procesos que realizó el conservador.

• Almacenamiento: Indica las condiciones de luz y humedad recomendadas.

• Sumario del tiempo de trabajo: Muestra la cantidad de horas envueltas en los tratamientos.

• Documentación fotográfica: Guarda un registro visual del material.

4.2. Limpieza

La limpieza comprende la remoción de polvo, tizne, manchas y otras alteraciones que puede tener una tela vegetal. Es un proceso irreversible que debe hacerse con precaución, porque puede resultar dañino para el material. Es de suceder que sea dificultoso y hasta imposible remover todo lo extraño al objeto, pues las pequeñas partículas de suciedad pueden quedar atrapadas en las fibras o en los poros, o puede que sean sólo solubles en solventes que causan deterioro en el material. Por esto, a continuación se muestran varios procesos de limpieza, como es la limpieza mecánica, limpieza con solvente y remoción de alteraciones previas.

4.2.1. Limpieza mecánica

• Succión con vacío: Permite remover la suciedad o insectos de la superficie aplicando vacío con el instrumental diseñado para ello. Si el vacío está propiamente controlado, retira dicha suciedad sin distorsionar las fibras.

• Cepillo y vacío: El cepillo se usa para hacer más fácil la tarea con el vacío, deja la suciedad más débilmente ligada con la superficie, siendo más fácil su remoción. Este método es mejor que el anterior, pero se debe tener cuidado de no distorsionar las fibras o de no colocar más suciedad dentro del material.

• Aire o gas comprimido: Se utiliza un chorro de aire o gas comprimido para soplar la suciedad y retirarla de la superficie. Este método no puede ser usado si las fibras están muy degradadas, debido a que es moderadamente agresivo.

• Herramientas: En algunos casos, es más seguro remover ciertos cuerpos extraños mecánicamente que con solventes líquidos. Para ello se usan agujas o pequeños cuchillos para cortar o romper dichos cuerpos. También se pueden usar herramientas, como agujereadoras o amoladoras pequeñas

4.2.2. Limpieza con solvente

Abarca la remoción de suciedad por la actuación de suspensiones o soluciones acuosas o no acuosas. Se debe tener en cuenta los siguientes puntos:

• Consideraciones iniciales: Se deben considerar muchos factores, como qué remover, a qué no se le debe aplicar solvente y qué solvente y qué método de aplicación es el más seguro y eficiente.

• Daño potencial de los solventes: Alguno de ellos son hinchamiento, disolución y extracción de componentes solubles que pertenecen al material, mayor degradación o cambio de las propiedades de la tela.

• Método de aplicación: Cómo es aplicado el solvente puede ser un factor determinante, pues depende de la cantidad de solvente que actúa, del tiempo de exposición y de la cantidad de acción mecánica necesaria para remover la suciedad. Generalmente, los solventes pueden ser aplicados por inmersión, mediante vapor o sectorizado.

• Ensayos de limpieza: Se hacen para determinar cuál es el solvente más eficiente, y para conocer si es posible aplicarlo sobre el material. Para ello se ensaya una tela vegetal con la suciedad de las mismas características.

4.2.3. Remoción de alteraciones previas

Se refiere a la remoción de etiquetas, marcas de lápiz, lapicera, crayón, cintas o adhesivos que provienen desde antes de la llegada de la tela al museo, pero que no pertenecen al material en sí. Se pueden remover utilizando técnicas mecánicas, usando solventes o con métodos combinados.

4.3. Remodelación

El principio de remodelación es acondicionar el material en una nueva forma sin causarle daño. A continuación se enumeran los puntos básicos:

• Condiciones generales: Las telas que han sido distorsionados en su forma deben ser restaurados como estaban originalmente. Dicha distorsión puede causar rotura de las fibras y tensiones, y en el caso en que el material sea frágil, no se debe remodelar.

• Acondicionamiento: Se pueden acondicionar mediante agentes acondicionantes, como son algunos solventes (polares o semipolares), o se pueden aplicar métodos como el embebido, aplicaciones locales de líquido o vaporizado, que reducen la fragilidad.

• Conformado: Una vez acondicionado, la tela es llevada a su forma original y se la mantiene así bajo ciertas condiciones. El conformado puede ser hecho de varias maneras diferentes, dependiendo de la forma y carácter del material.

• Remodelado con solventes plastificantes: Las fibras son acondicionadas para poseer mayor plasticidad por medio de la aplicación de solventes plastificantes.

• Remodelado con deformación pasiva: El peso del material causa una deformación lenta, que permite el movimiento de las moléculas de agua dentro de las fibras, que le causa una distorsión mecánica. Este mismo proceso se usa para remodelar telas que no están extremadamente degradadas. Este proceso lleva mucho más tiempo que el anterior, pero le es menos traumática porque no se usan líquidos de ningún tipo.

4.4. Deacidificación

La remoción de ácido se puede hacer lavando el material con agua, pero sólo en algunos casos porque se produce el hinchamiento del material, como se explicó en la sección 3.1.1. También se puede realizar una neutralización del ácido introduciendo un buffer alcalino en un medio polar no acuoso, por ejemplo alcohol, aunque tampoco resulta satisfactorio pues se producen precipitaciones dentro de las fibras, y además el alcohol daña los pigmentos.

Para que la deacidificación no degrade al material, es necesario conocer la tolerancia al pH, los efectos de la deacidificación en componentes no celulósicos, y el grado de penetración de los buffers alcalinos.

4.5. Consolidación y recuperación de la flexibilidad

Los materiales que están altamente fragmentados requieren una consolidación para prevenir pérdida de material. El tratamiento incluye la unión de fragmentos por la adición de material de soporte (consolidantes), que no debe ser abundante para no alterar la apariencia de la tela.

4.5.1. Consolidación local

Se realiza si se quiere consolidar algunos sectores del material que se encuentran muy deteriorados, como pueden ser los bordes. Para ello se usan resinas acrílicas, ceras de polietilenglicol o metilcelulosa como consolidantes.

4.5.2. Consolidación de todo el material

Si la degradación es muy severa y abarca todo el objeto, la tela se encuentra muy débil para

soportar su propio peso o su manipuleo. En estos casos, se necesita una consolidación de todo el material. Como consolidantes se usan resinas sintéticas, resinas acrílicas, dispersiones coloidales acrílicas o metilcelulosa.

Una efectiva penetración de los consolidantes puede ser alcanzado si se realiza una inmersión, preferentemente en vacío. Además, como se dijo anteriormente, se pueden dañar los pigmentos.

4.5.3. Recuperación de la flexibilidad

Los solventes usados en las técnicas anteriormente citadas pueden causarle fragilidad al material. Por ello, se le aplican aceites o humectantes de bajo peso molecular, que le proveen flexibilidad, pero tienen la desventaja de atraer polvo en períodos de alta humedad relativa.

4.6. Remendado

El remendado abarca la unión y el refuerzo de roturas y áreas débiles por degradación, uso y abuso. Es necesario para evitar mayores daños, pero no es imprescindible si no se reduce la estabilidad del material, y además puede no ser agradable por razones estéticas. Para preservar la integridad visual, estructural y funcional del material, el remendado tiene que ser lo más preciso posible.

Las técnicas de remendado pueden ser con o sin adhesivo.

4.6.1. Remendado sin adhesivo

Implica el uso de hilos o filamentos para coser, atar o unir los elementos del material, que puede hacerse en telas que permitan el paso de una aguja. Si la tela se encuentra en muy mal estado, ésta se debe reforzar con cordones o plásticos, o si se encuentra rota se la une a una tablilla, para darle resistencia mecánica.

4.6.2. Remendado con adhesivo

Se usan adhesivos para unir las partes del material que se encuentran rotas. Pueden aplicarse siendo una solución o una dispersión en un líquido, o en estado sólido en láminas muy finas sobre la tela, que luego son catalizadas por calor o por solvente. La elección de la forma de aplicación depende del material, de su grado de porosidad, y de la elección del adhesivo dependiendo de su resistencia, flexibilidad, temperatura de transición vítrea, solubilidad y viscosidad.

Los adhesivos que comúnmente se usan son, para los que están en solución o dispersión, almidones, éteres de celulosa, acrílico o resinas de acetato de vinilo, y para los que se encuentran en estado sólido, resinas sintéticas (BEVA 371, Acryloid B-72 [4], etc.) que son catalizadas con calor (entre 50 ºC y 100 ºC, según el adhesivo) o con solventes (acetona, etc.).

4.7. Reemplazo de faltantes

Implica el llenado por pérdidas de material por razones estéticas. La idea es alcanzar la integridad visual de la tela, o en algunos casos para lograr la estabilidad estructural del objeto. Se debe hacer sólo si se encuentra muy diferente del estado original. Además, se debe tener en cuenta que el material de relleno debe ser igual al material base.

4.8. Repintado

A través del tiempo los materiales pierden los colores que originalmente tenían. Por ello, se pintan con los mismos tonos usando pinturas de la misma naturaleza, para no contaminar la tela. Las pinturas están hechas de mezclas de resinas o de acrílico. La densidad del color se controla según la concentración de pigmento.

En las Figuras 4.1. y 4.2. se muestra The King's Colours (una bandera de 1868) antes y después del tratamiento de restauración, respectivamente.

Figura 4.1. The King's Colour antes del tratamiento Figura 4.2. Después del tratamiento

Las figuras fueron tomadas del libro de Ágnes Tímár - Balázsy [2]

5. Conclusiones

En el presente trabajo se muestran los diferentes tipos de degradación:

• Física, que incumben deterioros de propiedades por la humedad, y cambios en la dimensión y en la estructura molecular por energía lumínica y térmica.

• Química, en el cual las reacciones de deterioro se deben a compuestos químicos. La hidrólisis es el proceso más común, además de otros procesos, como por ejemplo polución ambiental y tratamientos previos.

• Mecánica, que puede tomar varias formas: desgaste, aspereza, desgarro, fracturas, agujeros, pliegues, arrugas, distorsiones, cortes, abolladuras, aumentado por la presencia de polvo, tierra o tizne.

• Biológica, en el cual hay seis categorías generales de su origen: humanos, roedores, aves, reptiles, infestación de hongos y bacterias, e insectos.

Además se exponen los diferentes procesos de restauración:

• Documentación, que sique la evolución de un material, contiene todas sus características.

• Limpieza, que comprende la remoción de polvo, tizne, manchas y otras alteraciones.

• Remodelación, que es un reacondicionamiento del material en una nueva forma.

• Deacidificación, que es la remoción de ácido dentro de las fibras.

• Consolidación y recupero de la flexibilidad, en los materiales que están altamente fragmentados y se encuentran frágiles.

• Remendado, que abarca la unión y el refuerzo de roturas y áreas débiles por degradación, uso y abuso.

• Reemplazo de faltantes, que implica el llenado por pérdidas de material por razones estéticas.

• Repintado, que es pintar sobre la tela con los mismos tonos usando pigmentos de la misma naturaleza.

6. Bibliografía

• [1] J. C. Williams, Preservation of Paper and Textiles of Historic and Artistic Value, Advances in Chemistry Series 164, American Chemical Society, Washington DC, 1977.

• [2] Ágnes Tímár - Balázsy, Dinah Eastop, Chemical Principles of Textile Conservation, Butterworth - Heinemann, Oxford, 1998.

• [3] Mary - Lou Florian, Dale Paul Kronkright, Ruth E. Norton, The Conservation of Artifacts Made from Plant Material, Third printing, The Getty Conservation Institute, 1997.

• [4] http://nautarch.tamu.edu/class/anth605/File8.htm (14-06-2005)