Toward thin film organic coatings for corrosion protection of cultural heritage
Abstract
Korrosjon av metall utgjør en betydelig utfordring for bevaring av museumsgjenstander, og vedRingve / Rockheim musikkmuseum i Trondheim er det observert korrosjonsskader p˚a flere musikkinstrumenter. Korrosjon av jern p˚a et taffelpiano, en mandolinbanjo og en indisk surbahar utforskes i denne studien. Korrosjonsbeskyttelse basert p˚a organiske tynnfilmer er ansett som en mulig løsning med stort potensial. I denne studien undersøkes tre forskjellige tynnfilms beleggsystemerbasert p˚a oktadecyltrimethoksysilan (ODTMS), oktadecylfosfonsyre (ODPA) og stearinsyre (SA)p˚a substrater av st˚al p˚aført fra organiske løsninger av etanol, isopropanol og toluen. Overflatemodifikasjon har blitt utforsket ved FT-IR-spektroskopi og røntgen-fotoelektron-spektroskopi. Itillegg har det blitt foretatt en undersøkelse av den korrosive effekten av cellulosenitrat p˚a st˚al.Av de tre tynnfilmbeleggsløsningene viste ODTMS avsatt fra en isopropanol-løsning det mestlovende resultatet, og dannet et lag p˚a st˚alsubstratet med en tykkelse best˚aende av flere monolag.Ingen av belegningssystemene greide ˚a beskytte st˚al tilstrekkelig mot korrosive gassforbindelserfra nedbrytning av cellulosenitrat. Observert korroson i taffelpiano foresl˚as ˚a skyldes organiskeforbindelser p˚a st˚aloverflaten p˚a grunn av kontakt med tekstiler, eller flyktige forbindelser fratreverk. For mandolinbanjo og surbahar ble tilstedeværelsen av aktivt nedbrytende cellulosenitratbekreftet, og presentert som en forklaring p˚a det observerte korrosjonsfenomenet. Corrosion of metallic artifacts poses a significant challenge to the conservation of cultural heritage.At the Ringve / Rockheim Music Museum in Trondheim, Norway, corrosion damage has beenobserved on several musical instruments. Musical instruments pose particular challenges, as theycontain certain material combinations in direct contact by design. The corrosion phenomena of ironon a square piano, a mandolin-banjo, and a surbahar are explored in this study. Corrosion protection systems based on organic thin films have been proposed as a solution with great potential. Inthis study, coating systems based on octadecyltrimethoxysilane (ODTMS), octadecylphosphonicacid (ODPA), and stearic acid (SA) on a steel substrate have been prepared from ethanol, isopropanol, and toluene solutions. Surface modification was verified by FT-IR spectroscopy and X-rayphotoelectron spectroscopy (XPS).Of the three thin film coating solutions, ODTMS deposited from an isopropanol solution showedthe strongest inhibition of rust formation. The absence of substrate peaks in XPS analysis indicates that this system contains a layer that is thicker than a monolayer on the steel substrate.However, none of the coating systems were found to protect steel completely from the corrosivegas compounds from the degradation of cellulose nitrate. Organic compounds on the steel surfacedue to the contact with textiles, or volatile compounds from the wood casing are presented aspossible explanations for the corrosion on the square piano. In the case of the mandolin-banjoand the surbahar, the presence of actively degrading cellulose nitrate was confirmed, providing anexplanation for the observed corrosion phenomenon.