Nanomaterials for the conservation of iron gall ink-induced corrosion on paper

Abstract

This research work aims to evaluate the effectiveness of laboratory synthesised nanoparticles for the conservation of iron gall ink induced corrosion on paper. Nanoparticles of Ca(OH)2 and Mg(OH)2 were synthesized in HERCULES Laboratory and characterized using X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). Three types dispersions of nanoparticles (NPs) (Ca(OH)2, Mg(OH)2 and a combination of Ca(OH)2 / Mg(OH)2) in 2-propanol were prepared and applied on IGI paper samples by spraying. A set of untreated and treated samples were aged in ambient conditions while another set of treated samples were artificially aged in order to observe the longer-term effect of treatment with NPs dispersions. The paper samples were characterized using technical photography, 3D-digital microscopy, scanning electron microscopy coupled with energy dispersive spectroscopy (SEM-EDS), pH measurement, colorimetry and Fourier transform infrared spectroscopy- attenuated total reflectance (FTIR-ATR). The paper samples were characterized before and after treatment (and after accelerated aging, to study the effectiveness of the NPs dispersions towards paper deacidification. The presence of NPs on the paper samples was confirmed by SEM images, EDS and FTIR analysis. 3D-digital microscopy confirms the absences of changes in surface texture of the ink after treatment. The initial acidic pH values of IGI papers have increased to an alkaline level after treatment with NPs dispersions as determined by the pH measurements. Colorimetric studies indicate there is a change in lightness and yellowness of the samples after treatment but it is not perceived by the naked eye. This study projects the potential of the use of the laboratory synthesised NPs dispersions for deacidification of paper samples containing IGI induced corrosion. This project also aims to contribute to the Development Goal 11 (SDG11) of 2030 Agenda for Sustainable Development. Within this goal, Target 11.4 pursues to “strengthen efforts to protect and safeguard the world’s cultural and natural heritage”; - Resumo: O trabalho apresentado teve como principal objetivo a avaliação da eficácia de dispersões de nanopartículas, sintetizadas no laboratório HERCULES, para a conservação de documentos de papel degradados por ação da tinta de ferrogálica. Nanopartículas de hidróxido de cálcio, Ca(OH)2, e de hidróxido de magnésio, Mg(OH)2, foram sintetizadas e caracterizadas por recurso às técnicas analíticas de difração de raios X (DRX), análise termogravimétrica (ATG), microscopia eletrónica de varrimento acoplada a espectroscopia de raios X dispersiva de energia (MEV-EDS) e espectroscopia de infravermelho com transformadas de Fourier (FTIR). Foram preparados três tipos de dispersões de nanopartículas (Ca(OH)2, Mg(OH)2 e uma mistura de Ca(OH)2 / Mg(OH)2) em 2-propanol e aplicadas, por pulverização, em amostras de papel manuscritas com tinta ferrogálica. Um conjunto de amostras (não tratadas e tratadas) foi envelhecido em condições de temperatura e pressão ambiente enquanto um outro conjunto de amostras tratadas foi submetido a envelhecimento artificial acelerado a fim de se observar o efeito, a longo prazo, do tratamento com as dispersões de NPs. As amostras de papel foram caracterizadas, antes e após tratamento, por recurso às técnicas de fotografia, microscopia digital 3D, microscopia eletrónica de varrimento acoplada a espectroscopia de raios X dispersiva de energia (MEV-EDS), potenciometria com elétrodo de vidro combinado, colorimetria e espectroscopia de infravermelho com transformadas de Fourier de reflectância total atenuada (FTIR-ATR). Após tratamento com as dispersões de NPs foi possível confirmar a presença das NPs nas amostras de papel, pelas técnicas de SEM-EDS e FTIR. Foi também possível inferir a ausência de alteração da textura superficial da tinta ferrogálica, por microscopia digital 3D, e uma ligeira variação de luminosidade e do aumento do contributo da cor amarela, por colorimetria, não sendo estas percetíveis a olho nu. Os valores iniciais de pH das amostras de papel manuscritas com tinta ferrogálica aumentaram, após tratamento com as dispersões da NPs, para valores situados na zona básica. Este estudo evidencia a potencial utilização de dispersões NPs, sintetizadas em laboratório, para desacidificação de amostras de papel contendo tinta ferrogálica permitindo a sua estabilização e preservação. Adicionalmente o trabalho realizado pretende contribuir para o objetivo de desenvolvimento sustentável 11 (ODS11) da Agenda 2030 da ONU, nomeadamente, para a meta 11.4 que preconiza o fortalecimento de esforços para proteger e salvaguardar o património cultural e natural do mundo.