看着油漆变干似乎是一种无聊的爱好，但了解油漆变干后会发生什么可能是保存珍贵艺术品的关键

由油画颜料构成的艺术作品中金属皂的形成会导致“艺术痤疮”——包括拉伸和更严重的变质——这对全球艺术保护提出了迫切的挑战。它影响了乔治亚奥基夫、文森特梵高、弗朗西斯科德戈雅和杰森布拉克以及许多其他人的作品。研究人员还没有找到阻止其影响的好办法。

为了更多地了解微观和纳米细节中老化油漆所涉及的化学过程，由美国国家艺术画廊和美国国家标准与技术研究所(NIST)的研究人员领导的国际团队进行了一系列研究，包括从3d高级光源(ALS)对油漆样本进行X射线成像，这是能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的同步加速器。

“据估计，70%的油画可能或将要出现这些金属皂问题，”美国国家艺术画廊的研究员马骁说，他是该研究小组的第一作者，并在该杂志上发表。Angewandte化学国际版。“在我们的收藏中，我们在绘画中看到肥皂——我想说这并不少见，”他指出。“它们可能不会展示在地面上，但它们存在于‘地面’或底部。”

同样的破坏性化学反应，之前有研究发现脂肪酸与涂料颜料中存在的金属离子混合(包括铅、锌、铜、镉、锰)，在一些有机涂料中也有发现，比如马云使用的，用于青铜雕塑和工业。

最新的研究集中在一种叫做“软钛白”的颜料上，这种颜料是由颜料制造商在1995年画在画布上的。除了二氧化钛(TiO 2)，它还包含氧化锌(ZnO)，众所周知，氧化锌可以形成肥皂。马说，它从1930年左右就开始使用了。老化样品未经任何处理，保存在受控环境中。

发现在涂层中随机分布着一个名为硬脂酸铝的化合物簇，其中还混入了名为皂的羧酸锌。高空间分辨率分析表明，一种锌皂硬脂酸锌聚集在这些团簇附近。尽管油漆样本尚未显示出物理退化，但研究人员发现，如果锌皂随着时间的推移变得更加浓缩并局限在油漆中，最终可能会出现油漆碎裂和剥落(剥落)的迹象。

国家美术馆科学研究部门的负责人芭芭拉贝里说：“我们正试图了解肥皂形成的最初过程，以了解它们可能会形成和迁移到哪里——如果它们正在迁移的话。”艺术，并担任这项研究的共同领导人。“我们想确保我们更多地了解当代绘画中正在发生的事情，以便这些作品能够在未来发挥作用。”

她说，这项研究对于开发更好的保护方法具有更广泛的意义，这些方法是基于观察到的油漆中的化学成分。“我可以看到，这可能普遍适用于保存和处理各种艺术品，”她说。参与这项研究的ALS科学家杜拉帕金逊(Michael Parkinson)说，x光显示了一个类似于气泡的微小斑点的大小、形状和分布，而这些斑点的样本只有几毫米。

“他们想知道正在发生的事情的基本化学和过程，”他说。“他们看到的这些结构在许多画作中都很常见，所以他们试图理解这些结构为什么会在这里。”使用一种称为X射线显微断层扫描的技术，绘制出油漆的不同厚度，并显示出一些微裂纹。ALS微地形也用于提供从植物茎到航天器隔热罩的各种样品的微观视图。

除了对微观尺度的油漆样本进行X射线检测，该团队还使用了一种称为光热诱导共振(PTIR)的技术，这种技术超过了传统光学显微镜的放大倍数。PTIR将红外(IR)激光与原子力显微镜相结合，为涂层的化学成分提供了纳米尺度的窗口，其尺寸远小于传统的红外显微镜。另一种称为傅里叶变换红外(FTIR)显微光谱的技术提供了不同涂层样品层的化学组成的更广泛的视图。

NIST纳米光谱学小组的项目负责人Andrea Centrone与Berrie共同领导了这项研究。他指出，PTIR技术提供的化学绘图分辨率类似于原子力显微镜，通过分析方法扫描样本。这个过程类似于记录玩家的针在表面上移动并映射它。当针尖扫描样品时，红外脉冲被局部吸收，样品迅速升温膨胀。这将像尖叫的音叉一样“踢”吸头，并提供关于样品的特定化学信息。

油漆样品的表面非常粗糙，粘性很大，很难进行化学成像。因此，先涛公司与NIST合作伙伴合作调整技术，使扫描尖端在样品表面振荡，并轻轻接触而不是拖动它，从而捕捉到高分辨率的数据。“我们可以捕捉非常小的细节，低至10或20纳米，或十亿分之一米，”森特龙说。"我们可以找出油漆样品中形成的是哪种金属皂."

该研究指出，用于探索涂层化学的相同技术可以更广泛地应用于样品具有挑战性的其他领域，因为它们的化学性质不均匀，需要不同尺度的详细化学知识，如生物医学和储能。贝里说，她预计未来的研究将应用相同的技术来探索不同类型和水平的油漆和其他问题，以保护艺术作品。

“我们希望能够比较和对比不同的油-色素相互作用的组合，”她说。“我们将能够探索一些我们仍然不太了解的绘画的基本化学，”并为艺术保护提供见解。"此外，我们试图帮助理解艺术品保管人的各种选择."