A Preliminary Evaluation of the Surfaces of Acrylic Emulsion Paint Films and the Effects of Wet-Cleaning Treatment by Atomic Force Microscopy (AFM)

Abstract

The surfaces of acrylic emulsion (dispersion) paint films were investigated by atomic force microscopy (AFM), with supporting chemical information provided via infrared spectroscopy. The morphological and chemical features of the surfaces of a series of recently cast reference paint films were explored, including characterization of changes induced by exposure to water and mineral spirits. A portable in situ AFM system was also used to document the surfaces of acrylic emulsion paintings in Tate's collection. The complete and partial removal of migrated surfactant was successfully imaged alongside features arising from mechanical action. Differences in paint surfaces and migrated surfactant layers were observed in relation to pigment type, paint brand and exposure to accelerated ageing, in addition to applied wet surface cleaning treatments. The findings contribute to further understanding of the subtle changes occurring at acrylic emulsion paint film surfaces and are relevant to current debates on the removal/disturbance of original surface surfactant from these films through conservation treatment.

The surfaces of acrylic emulsion (dispersion) paint films were investigated by atomic force microscopy (AFM), with supporting chemical information provided via infrared spectroscopy. The morphological and chemical features of the surfaces of a series of recently cast reference paint films were explored, including characterization of changes induced by exposure to water and mineral spirits. A portable in situ AFM system was also used to document the surfaces of acrylic emulsion paintings in Tate's collection. The complete and partial removal of migrated surfactant was successfully imaged alongside features arising from mechanical action. Differences in paint surfaces and migrated surfactant layers were observed in relation to pigment type, paint brand and exposure to accelerated ageing, in addition to applied wet surface cleaning treatments. The findings contribute to further understanding of the subtle changes occurring at acrylic emulsion paint film surfaces and are relevant to current debates on the removal/disturbance of original surface surfactant from these films through conservation treatment.

Les surfaces des films de peinture émulsion acrylique (dispersion) ont été examinées par microscopie à force atomique (AFM), en tenant compte des informations chimiques obtenues par spectroscopie infrarouge. Les caractéristiques morphologiques et chimiques des surfaces d'une série de films de peinture moderne de référence ont été étudiées, y compris la caractérisation des changements causés par l'exposition à l'eau et au minéral spirit. Un système in situ AFM portable a été aussi utilisé pour documenter les surfaces des peintures émulsions acryliques de la collection de Tate en comparaison des films de référence récemment préparés. Le retrait complet et partiel des agents tensioactifs qui ont migré a été imagé avec succès ainsi que les caractéristiques provenant de l'action mécanique. Des différences dans les surfaces des peintures et les couches de tensioactifs ont été observé en fonction du type de pigment, de la marque de peinture et de l'exposition au vieillissement accéléré, en plus des opérations de nettoyage aqueux appliquées aux surfaces. Les résultats contribuent à mieux comprendre les changements subtils des surfaces des peintures émulsions acryliques et sont en rapport avec les débats actuels sur le retrait des tensioactifs d'origine de ces films lors des traitements de conservation.

Die Oberflächen von Malschichten aus Acrylemulsionen (Dispersionen) wurden mit Rasterkraftmikroskopie (AFM) untersucht. Diese Untersuchungen wurden durch chemische Analysen mit Hilfe der Infrarotspektroskopie flankiert. Die morphologischen und chemischen Eigenschaften der Oberflächen einer Referenzserie von modernen Malschichten wurden untersucht, einschließlich der Charakterisierung der Veränderung, die diese durch Einwirkung von Wasser und Benzine erfahren. Ein tragbares in situ AFM – System wurde auch dazu verwendet, die Oberflächen von Acrylmalschichten in der Sammlung der Tate als Vergleich zu unlängst hergestellten Probefilmen zu charakterisieren. Die vollständige und teilweise Entfernung migrierter Tenside konnte ebenso erfolgreich sichtbar gemacht werden wie die Effekte der mit der Reinigung einhergehenden mechanischen Beanspruchung. Es konnten Unterschiede der Oberflächen und der migrierten Tensidschichten in Abhängigkeit von der Pigmentierung, der Herstellerfirma, der Dauer der künstlichen Alterung und darüber hinaus auch der Art der feuchten Reinigung ausgemacht werden. Die Befunde tragen zu einem tieferen Verständnis der in Acrylmalschichten auftretenden subtilen Veränderungen bei und sind daher relevant für die Debatte über die Entfernung / Störung der originalen Oberflächentenside auf diesen Filmen durch Konservierungsmaßnahmen.

En este artículo se presenta el estudio de las superficies de diferentes películas pictóricas a base de emulsión acrílica mediante microscopía de fuerza atómica (AFM), con el respaldo de la información química obtenida por medio de espectroscopía infrarroja. Para ello se estudiaron las características morfológicas y químicas de las superficies de una serie de películas de pintura moderna de referencia, incluyendo la caracterización de los cambios que éstas experimentaron tras ser expuestos a la acción del agua y de hidrocarburos (mineral spirits). Así mismo, se utilizó un sistema AFM portátil in situ para documentar las superficies de las pinturas a base de emulsión acrílica de la colección de la Tate con el fin de poder compararlas con las películas de referencia recientemente elaboradas. En esta investigación se han podido obtener imágenes de la eliminación total y parcial del surfactante migrado junto con los efectos derivados de la acción mecánica. Igualmente se han detectado diferencias en las superficies pictóricas y en las capas de surfactante migradas en base al tipo de pigmento, la marca de pintura y la exposición al envejecimiento acelerado, así como a los efectos del tratamiento de limpieza en húmedo de dichas superficies. Los resultados obtenidos contribuyen a una mejor comprensión de los sutiles cambios que experimentan las superficies pictóricas de las emulsiones acrílicas y son relevantes en los debates actuales que plantean la eliminación/alteración por medio de un tratamiento de conservación del surfactante original presente en la superficie de estas películas.