Ziek glas: Glasdegradatie bedreigt museale collecties

Een ongeneeslijke aandoening waart door museale glascollecties: de glasziekte. De symptomen zijn een vettig uiterlijk gevolgd door een doffe aanblik. Een behandeling is er nog niet, maar de oorzaak is bekend. Het water in de lucht zorgt ervoor dat het glas langzaam wordt aangetast.

10 juni 2015

Glaswerk dat in je keuken staat, zeker als het dichtbij het fornuis is, krijgt een vette waas. Geen reden tot paniek natuurlijk. Even schoonmaken en misschien weer eens de filters in de afzuigkap vervangen. Maar als kostbare glazen voorwerpen uit een zorgvuldige bewaarde museale collectie eruit zien alsof ze naast een walmende frituurpan hebben gestaan, is het andere koek. Hier is meer aan de hand dan een onschuldig laagje vuil. De doffe waas kan betekenen dat het glas langzaam degradeert. In museumkringen staat dit bekend als de glasziekte. Guus Verhaar, promovendus aan de Universiteit van Amsterdam werkt bij het Rijksmuseum aan een methode om te voorspellen welk glas vatbaar is voor deze aandoening.

Huilend en zwetend

Glas is zo’n materiaal waarvan je denkt dat het onaantastbaar is. Ja, het is breekbaar, maar tegelijkertijd kan het veel hebben. Archeologische opgravingen hebben ons glazen kralen en scherven van duizenden jaren oud opgeleverd. Chemici gebruiken glaswerk voor experimenten met de meest agressieve stoffen. Ramen staan jarenlang zonder problemen bloot aan grote temperatuurverschillen en luchtvervuiling.

Toch kan ook glas degraderen. Simpelweg door het contact met water uit de lucht. “Als de luchtvochtigheid hoog is, kunnen bepaalde componenten in het glas reageren met water uit de lucht. Hierdoor worden op het glasoppervlak zouten gevormd. Daardoor ontstaan druppeltjes aan het oppervlak van het glas. Gelachtige druppeltjes waardoor het lijkt alsof er een vette laag op het glas zit. Dit wordt wel ‘zwetend’ of ‘huilend’ glas genoemd”, zegt Verhaar.

“Als het glas vervolgens in een veel drogere omgeving wordt geplaatst, drogen die druppeltjes uit en ontstaan er zoutkristallen op het oppervlak. Een ander probleem ontstaat als er ook heel kleine druppeltjes water worden opgenomen in de buitenste laag van het glas. In een drogere omgeving kan dat water verdampen en dat zorgt voor heel fijne scheurtjes in de toplaag. Dit noemen we crizzling. Het glas ziet er dan dof uit.”

Eerst kleurloos, nu roze

Verhaar pakt een krat met daarop het label ‘zieke glazen’. Met die aanduiding heeft hij wel wat moeite. “Als je zegt ‘ziekte’, dan impliceert het dat er een behandeling of herstel mogelijk is, maar dat is niet het geval. De schade is blijvend en in het beste geval kunnen we het proces vertragen.” Uit het krat tovert hij een elegant kannetje van mat, roze glas. De crizzling is overduidelijk, maar het is zo egaal verdeeld dat het nauwelijks stoort. “Niet alleen was dit kannetje ooit transparant, het was ook kleurloos”, zegt Verhaar bijna achteloos terwijl hij verder in het krat zoekt.

Tuitkan met eivormig lichaam, anoniem, ca. 1700, collectie Rijksmuseum — Tuitkan met eivormig lichaam, anoniem, circa 1700, collectie Rijksmuseum. Dit kannetje was ooit transparant en kleurloos, voordat de glasziekte toesloeg.
Rijksmuseum

Kleurloos? Dat is nauwelijks voor te stellen bij dit overduidelijk roze object. Is kleurverandering ook een symptoom van de glasziekte? “Hier is het een indirect gevolg. Dit glas bevat mangaan en dat werd toegevoegd om het glas kleurloos en mooi helder te maken. Toen het degradatieproces op gang kwam door het contact met water uit de lucht is het mangaan geoxideerd. En mangaanoxide is roze.”

De luchtvochtigheid en vooral veranderingen daarin spelen een belangrijke rol bij het ontstaan van de glasziekte, maar dat is niet het enige. “We weten dat bepaalde soorten glas een veel grotere kans lopen op degradatie en dat komt door de specifieke samenstelling.” De grondstof voor glas is zand, dat voor een groot deel uit silica (siliciumdioxide, SiO₂) bestaat. Silica is de zogeheten netwerkvormer in het glas. De additieven zorgen voor een verlaging van de smelttemperatuur van silica, zodat het materiaal beter bewerkbaar wordt.

Van oudsher worden hiervoor stoffen gebruikt die veel zouten met natrium (Na) of kalium (K) bevatten, zoals soda of de as van verbrande planten. “Het probleem zit in deze zouten”, legt Verhaar uit. “De natrium- en kaliumionen zijn relatief mobiel binnen het silicanetwerk. Aan het oppervlak kunnen ze reageren met water uit de atmosfeer.”

Historische glasproductie in houtgestookte ovens. Afbeelding uit de Encyclopédie van Denis Diderot en Jean Le Rond d’Alembert (Paris-Briasson, 1751-1765) — Historische glasproductie in houtgestookte ovens. Afbeelding uit de *Encyclopédie* van Denis Diderot en Jean Le Rond d’Alembert (Paris-Briasson, 1751-1765).
Corning Museum of Glass

Stabiliserende kalk

Wat glasverwerkers al heel lang weten is dat de additieven het glas instabieler maken en daarom worden tot slot stabilisatoren toegevoegd, zoals kalk. “Bij verhitting van kalk komt calcium vrij en dat zorgt voor stabiliteit in het netwerk.” In tegenstelling tot Na⁺ en K⁺ is calcium (Ca) tweewaardig, je schrijft Ca²⁺. De positieve ladingen trekken relatief negatief geladen atomen aan, in het silicanetwerk is dat het zuurstof (O). Ca²⁺ kan twee zuurstofatomen aantrekken en zorgt daarmee voor meer structuur in het netwerk, waardoor Na en K minder makkelijk rond kunnen zwerven.

Verhaar onderzoekt de relatie tussen de bestanddelen van een glas, de degradatieproducten aan het oppervlak en de bevattelijkheid voor degradatie. “De hoeveelheid natrium/kaliumzouten is belangrijk, maar wellicht is de verhouding tot het calciumgehalte een goede indicator van de stabiliteit van een glas.” Door te meten welke degradatieproducten aangetast glas bevatten, hoopt hij een voorspellende methode te maken.

“Als we kunnen aantonen dat bepaalde degradatieproducten karakteristiek zijn voor de glasziekte en we kunnen die producten aantonen op een glas dat op het oog nog niet is aangetast, kunnen we bepalen welk glas instabiel is en risico’s loopt.” Conservatoren en restauratoren kunnen dan maatregelen nemen om de risico’s te beperken, zegt Verhaar. “Dat kan zijn door een glas onder bepaalde condities te bewaren en ten toon te stellen. De luchtvochtigheid is een belangrijke omgevingfactor, maar het kan ook betekenen dat een glas niet uitgeleend wordt of niet in de buurt van andere materialen mag staan.” Hout is bijvoorbeeld berucht vanwege de zuren die daar uit vrijkomen. Voor een kwetsbaar glas kan dat grote problemen opleveren.

Venetiaans glas

Glasblazers wisten heel goed hoe ze de eigenschappen van hun glas konden beïnvloeden, maar hun streven naar steeds mooier glas heeft, ironisch genoeg, desastreuze gevolgen gehad. Verhaar: “Het beroemde Venetiaanse glas vormt een van de belangrijkste probleemgroepen voor musea. De glasblazers in Venetië wilden heel helder glas maken en daarom zuiverden ze de verschillende grondstoffen voordat ze die toevoegden. Dat leverde prachtig helder glas op, maar het werd ook veel minder stabiel. Waarschijnlijk zijn door dat zuiveren ook stabiliserende ingrediënten verdwenen.”

Overigens kan de glasziekte ook hedendaags glas treffen. Verhaar pakt een modern Irish Coffee-glas erbij. Er zit een vette laag met druppeltjes op. “Het voelt ook vettig aan”, bevestigt Verhaar. “De zuren uit de omgeving migreren het glas in, waardoor het oppervlak relatief basisch wordt. Dat geeft een zepig laagje.” Voor Verhaar vormen deze glazen dankbaar onderzoeksmateriaal. Aan museaal glas mag je niet zomaar komen, ook niet als je voor het Rijksmuseum je onderzoek uitvoert.

Wattenstaafje

Om te komen tot een werkbare methode om (museaal) glas te testen moet het een techniek zijn die het glas niet beschadigt. Maar je hebt wel iets nodig om te kunnen analyseren wat er precies op het glasoppervlak zit. Verhaar zoekt bewust naar een methode die eenvoudig toepasbaar is. Zijn gereedschap is verfrissend low-tech: een wattenstaafje! Daarmee bemonstert hij het glas, wat wil zeggen dat hij een klein beetje van de vettige laag of van de kleine kristallen aan het oppervlak er zachtjes afveegt. “Het kan gewoon een wattenstaafje van de drogist zijn hoor, niks speciaals.”

Vervolgens gaat het wattenstaafje in gede-ioniseerd water om het monster los te weken. De laatste stap is het monster analyseren in een ion-chromatograaf die twee typen scheidingskolommen bevat: een voor de positief geladen kationen (zoals Na⁺, K⁺, Ca²⁺) en een voor de negatief geladen anionen (vooral acetaat CH₃COO^– en formiaat HCOO^–). “Ik heb gekozen voor ion-chromatografie omdat dit een heel gevoelige techniek is. Je hebt maar een heel klein beetje monster nodig. Slechts zeven microliter. Dat is essentieel voor dit onderzoek, want er is heel weinig materiaal om mee te werken.”

Dummies

Verhaar heeft inmiddels veel modelmetingen verricht aan aangetaste, maar niet museale stukken, waaronder op het Irish Coffee-glas. Hij laat het resultaat zien en een enorme Na-piek springt in het oog, terwijl bij de anionen formiaat duidelijk overheerst. “Je kunt met deze techniek dus iets zeggen over de samenstelling en de concentraties van de degradatieproducten op het glasoppervlak, concludeert Verhaar. “De aanwezigheid van natriumformiaat op een glas kan duiden op een risicofactor.” Maar om tot een betrouwbare meetmethode te komen is nog veel meer werk nodig. De volgende stap in zijn onderzoek is het meten aan een serie dummies.

“Ik ga verschillende zoutoplossingen in verschillende concentraties maken en die aanbrengen op modelglaasjes. Dan ga ik ieder glaasje bemonsteren en analyseren met ion-chromatografie. Zo kan ik bepalen of je met deze techniek betrouwbaar kunt bepalen welke zouten een monster bevat en in welke verhouding tot elkaar.” Als dat lukt, is het tijd voor het werken met echte monsters van museale stukken in verschillende stadia van degradatie. “Dat zou een eerste stap betekenen om een relatie te leggen tussen de concentraties van de risicovolle zouten en de schade aan het glas.” Op welke objecten hij zijn metingen los mag laten, dat moet nog blijken. Want zelfs een zachte aai met een wattenstaafje is voor kwetsbaar glas een riskante operatie.

Reageer