Vincent van Gogh en zijn tijdgenoten maakten veel gebruik van 'zinkwit' (zinkoxide, ZnO), een wit pigment dat een mooie dekkende witte olieverf oplevert. Maar tijdens het drogen van de verf, als de olie polymeriseert en een netwerk van moleculaire ketens vormt, kan zinkwit gemakkelijk met de olie reageren. Zink-ionen nestelen zich dan tussen de moleculaire ketens van de olie. Uit eerder onderzoek is bekend dat dit niet zonder gevaar is: de ionen kunnen het afbreken van de olie versnellen en nieuwe verbindingen vormen met de afbraakproducten. Zo kunnen ze in de loop der tijd veel schade veroorzaken aan de olieverf.

Golfballen

Om conservatoren te helpen die schade te beperken en deze vormen van olieverfveroudering te kunnen vertragen, hebben scheikundige Joen Hermans en collega's nu de moleculaire structuur rond de zink-ionen van witte olieverf in kaart gebracht. Het toeval wil dat dit onderzoek ook belangrijk inzicht oplevert in de wereld van de kunststoffen. Sommige plastics bevatten namelijk zink-ionen zodat ze bij lage temperatuur smelten en gemakkelijk te verwerken zijn, terwijl ze toch een sterk en slijtvast product opleveren. Dit soort plastic is daarom bijzonder geschikt voor bijvoorbeeld de buitenkant van golfballen. Hoewel er veel onderzoek naar is gedaan, was het nog niemand gelukt om te bepalen hoe zink-ionen de polymeerketens precies bij elkaar houden.

De onderzoekers van de UvA en het Rijksmuseum hebben de vraagstukken over de polymeeromgeving van zink nu opgelost door geavanceerde analyse met infraroodlicht te combineren met quantumchemische berekeningen. Ze gebruikten 'tweedimensionale infraroodspectroscopie' (2D-IR), een complexe techniek waarmee de interacties tussen chemische bindingen en hun oriëntatie in de ruimte onderzocht kunnen worden. 2D-IR werd nog nooit eerder gebruikt om de structuur van vaste polymeren te onderzoeken.

De rol van water

Het onderzoek bracht aan het licht dat rond de zink-ionen in olieverf twee compleet verschillende moleculaire structuren kunnen bestaan. Precies dezelfde structuren bestaan voor het zink in de kunststof buitenlaag van golfballen en soortgelijke plastics. Bovendien ontdekten ze dat minuscule hoeveelheden water in een olieverf of plastic grote invloed hebben op welke van de twee moleculaire omgevingen het meest voorkomt. Aangezien een van de twee structuren actiever is in chemische reacties die verfveroudering veroorzaken, geeft dit onderzoek een mogelijke moleculaire verklaring voor het feit dat schilderijen met zinkwit bij hoge luchtvochtigheid sneller verouderen.

Deze nieuwe kennis is belangrijk voor verder onderzoek naar de invloed van luchtvochtigheid op de levensduur van een schilderij. Daarnaast geeft het aanknopingspunten om te bepalen welke schilderijen het meest gevoelig zullen zijn voor verdere veroudering. Bij het Rijksmuseum en UvA wordt dit onderzoek de komende jaren voortgezet.

Publicatiegegevens

Joen Hermans, Lambert Baij, Mark Koenis, Katrien Keune, Piet Iedema, Sander Woutersen: ‘2D-IR spectroscopy for oil paint conservation: Elucidating the water-sensitive structure of zinc carboxylate clusters in ionomers’, in: Science Advances 5, eaaw3592 (21 juni 2019).