Επιστήμη Υλικών ΙΙ (Θ)

Σταμάτιος Μπογιατζής

Περιγραφή

Στο μάθημα Επιστήμη των Υλικών ΙΙ  εξετάζονται οι χημικές και φυσικές ιδιότητες των οργανικών υλικών που απαντώνται στα μουσειακά αντικείμενα και χρησιμοποιούνται στη συντήρησή τους.

Σκοπός του μαθήματος είναι να κατανοήσουν οι φοιτητές τη μοριακή δομή, τις ιδιότητες, τη συμπεριφορά των συνθετικών και των φυσικής προέλευσης υλικών της συντήρησης και των αντικειμένων τέχνης. Επίσης, να προβλέπουν τις ιδιότητες των οργανικών υλικών των έργων τέχνης και των αρχαιοτήτων, καθώς και εκείνων που χρησιμοποιούνται στη συντήρηση.

Δομή και δράση των διαλυτών: εσωτερική ενέργεια των μορίων. Διαμοριακές δυνάμεις. Διπολική ροπή των μορίων κι διηλεκτρική σταθερά. Δυνάμεις διασποράς και δυνάμεις λόγω πολικότητας των μορίων. Δεσμοί υδρογόνου και ξηρή πολικότητα. Παράμετροι διαλυτότητας του Hildebrand και του Hansen. Κλασματικές παράμετροι διαλυτότητας. Τριγωνικό διάγραμμα του Teas.

Επιλογή του κατάλληλου διαλύτη: Συσχέτιση της δομής των μορίων των διαλυτών με τις τιμές των παραμέτρων διαλυτότητας. Κατηγορίες διαλυτών. Υπολογισμός των παραμέτρων διαλυτότητας για μίγματα διαλυτών. Η χρήση του τριγωνικού διαγράμματος Teas στην επιλογή του κατάλληλου διαλύτη. Τοξικότητα των διαλυτών. Εκτίμηση των τιμών LD50 και TLV από τα δεδομένα της βιομηχανικής παραγωγής των διαλυτών.

Λίπη και έλαια: χημική σύσταση και ιδιότητες των  λιπιδίων. Ξηραινόμενα έλαια. Μηχανισμοί ξήρανσης-πολυμερισμού των ξηραινόμενων ελαίων. Παράγοντες και μηχανισμοί φθοράς των ζωγραφικών στρωμάτων. Μεθοδολογία και παραδείγματα χημικής ανάλυσης λιπιδίων, σε έργα τέχνης και αρχαιολογικά ευρήματα.

Φυσικά κεριά: είδη φυσικών κεριών και χρήση αυτών στη ζωγραφική και τη συντήρηση των έργων τέχνης. Ανίχνευση και αναγνώριση των φυσικών κεριών, σε έργα τέχνης και αρχαιολογικά ευρήματα.

Φυσικές ρητίνες: είδη φυσικών ρητινών και χημική σύσταση αυτών. Βερνίκια από φυσικές ρητίνες. Μεθοδολογία χημικής ανάλυσης των φυσικών ρητινών. Παραδείγματα ανάλυσης και χαρακτηρισμού των φυσικών ρητινών σε έργα τέχνης και  αρχαιολογικά ευρήματα.

Πρωτεϊνικά υλικά:  δομή των μακρομορίων των πρωτεϊνών. Φυσικές και χημικές ιδιότητες (διαλυτότητα, μετουσίωση, αντιδράσεις χρώσης, αντιδράσεις υδρόλυσης και οξείδωσης). Πρωτεϊνικά συνδετικά μέσα ζωγραφικής (ζωικές κόλλες, αυγό κλπ.). Πρωτεϊνικά υλικά μουσειακών αντικειμένων (δέρμα, οστά, ζωικές ίνες κλπ.). Παραδείγματα ανάλυσης και χαρακτηρισμού των πρωτεϊνικών υλικών σε έργα τέχνης και  αρχαιολογικά ευρήματα.

Πολυσακχαρίτες: άμυλο, κυτταρίνη, κόμεα. Δομή των μακρομορίων. Φυσικές και χημικές ιδιότητες. Αντιδράσεις αποδόμησης των μακρομορίων. Μέθοδοι ανάλυσης.

Οργανικές χρωστικές (βαφές): κατηγορίες οργανικών χρωστικών: φυσικές και συνθετικές χρωστικές. Χημική σύσταση, φυσικές, φασματοσκοπικές και χημικές ιδιότητες των οργανικών χρωστικών. Βαφές, λάκες.

Η δομή των συνθετικών πολυμερών: Μέθοδοι παραγωγής των πολυμερών. Μονομερή, και ομάδες μονομερούς σε μια πολυμερική αλυσίδα. Μήκος αλυσίδας. Μέσο μοριακό βάρος πολυμερούς κατ’ αριθμό (Mn) και κατά βάρος (Mw). Ισομέρεια πολυμερών: πολυμερή γραμμικής, διακλαδιζόμενης, διασταυρούμενης και δικτυακής δομής. Ομοπολυμερή και συμπολυμερή. Κατηγορίες  συμπολυμερών.

Ιδιότητες των πολυμερών: Κρυσταλλικότητα και σημείο τήξης. Θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης. Θερμοπλαστικά και θερμοσκληραινόμενα πολυμερή. Ελαστομερή. Στερεωτικά και συγκολλητικά υλικά – κόλλες. Μηχανικές ιδιότητες: εφελκυσμός, θλίψη και στρέψη των πολυμερικών υλικών. Χημικές ιδιότητες και αντοχή των πολυμερών στο χρόνο. Σχέση της δομής των πολυμερών με τις ιδιότητές τους.

Ειδικές κατηγορίες πολυμερών: Πολυμερείς ρητίνες με βάση το ακρυλικό οξύ. Ακρυλικές ρητίνες της οικογένειας Acryloid (ή Paraloid). Πολυμερή με βάση την βινυλική αλκοόλη. Οξικός πολυβινυλεστέρας. Πολυαιθυλενογλυκόλη (PEG). Συνθετικά παράγωγα κυτταρίνης. Πολυκαρβονικά υλικά.

Η χρήση των διαλυτών στα συνθετικά πολυμερή: Μηχανισμός διαλυτοποίησης των πολυμερικών υλικών. Διόγκωση. Ακτίνα αλληλεπίδρασης βάσει των παραμέτρων διαλυτότητας Hansen. Περιοχή ενός πολυμερούς στο τριγωνικό διάγραμμα Teas.

Λέξεις Κλειδιά: Διαμοριακές δυνάμεις. Διαλυτότητα. Οργανικοί διαλύτες. Παράμετροι διαλυτότητας. Διάγραμμα Teas. Τασιενεργά. Απορρυπαντική δράση. Οργανικές χρωστικές. Πιγμέντα, βαφές, λάκες. Φωτοσταθερότητα. Καλυπτική ικανότητα. Λίπη. Τριγλυκερίδια. Ακόρεστα λίπη και λιπαρά οξέα. Υδρολυτική φθορά. Φωτο-οξείδωση. Τερπενικές ρητίνες. Ρητίνες κωνοφόρων, πευκίδων και αρωκαριδών. Ήλεκτρο, κοπάλια. Πολυμερή. Μονομερή. Μακρομόρια. Βαθμός πολυμερισμού. Μέσο μοριακό βάρος. Τήξη. Υαλώδης μετάβαση. Ακρυλικά, βινυλικά πολυμερή. Πολυμερή συμπύκνωσης. Υδατάνθρακες, μονοσακχαρίτες, πολυσακχαρίτες. Άμυλο. Κυτταρίνη. Πρωτεϊνικά υλικά. Αμινοξέα. Πεπτίδια. Πρωτοταγής, δευτεροταγής, τριτοταγής, τεταρτοταγής δομή πρωτεϊνών. Κολλαγόνο. Κυτταρίνη. Πρωτεΐνες αβγού.

Θεματικές Ενότητες

 

Η γεωμετρία των μορίων στις οργανικές χημικές ενώσεις. Η διπολική ροπή των μορίων ως αίτιο άσκησης διαμοριακών δυνάμεων. Μέθοδοι πρόβλεψης της διπολικής ροπής από τη γεωμετρία των οργανικών μορίων.

Λέξεις Κλειδιά: μόρια, μοριακή γεωμετρία, διπολική ροπή

Εσωτερική ενέργεια των μορίων. Δυνάμεις έλξης μεταξύ μορίων. Διπολική ροπή των μορίων και διηλεκτρική σταθερά. Δυνάμεις Van der Waals. Ενέργεια και πυκνότητα ενέργειας συνοχής των μορίων. Παράμετροι διαλυτότητας του Hildebrand. Δυνάμεις διασποράς London. Διαμοριακές ελκτικές δυνάμεις στους υδρογονάνθρακες.

Λέξεις Κλειδιά: διπολική ροπή, Van der Waals, Ενέργεια συνοχής, Παράμετροι διαλυτότητας, Hildebrand, Δυνάμεις διασποράς.

Δυνάμεις μεταξύ μόνιμων διπολικών μορίων. Διαμοριακές δυνάμεις Debye και Keesom.«Ξηρή» πολικότητα. Δυνάμεις μεταξύ δεσμών υδρογόνου. Παράμετροι διαλυτότητας του Hansen. Κλασματικές παράμετροι διαλυτότητας. Τριγωνικό διάγραμμα του Teas.

Λέξεις Κλειδιά: Παράμετροι διαλυτότητας, παράμετροι διαλυτότητας Hansen, Κλασματικές παράμετροι, Teas.

Θέση των οργανικών διαλυτών στο διάγραμμα Teas. Μίγματα διαλυτών. Κατηγορίες διαλυτών και η θέση τους στο διάγραμμα Teas. Μεθοδολογία εύρεσης του κατάλληλου διαλύτη για άγνωστα υλικά.

Η δομή του νερού στην υγρή και στερεή κατάσταση. Το νερό ως διαλύτης: ενυδάτωση ιοντικών υλικών.

Λέξεις Κλειδιά: οργανικοί διαλύτες, διάγραμμα Teas, δεσμοί υδρογόνου, νερό.

Η αναγκαιότητα για υδατικά μέσα καθαρισμού. Ενέργεια ενυδάτωσης ιόντων. Ενθαλπία διαλυτοποίησης αλάτων. Ενδόθερμες και εξώθερμες διαλυτοποιήσεις. Ο ρόλος της εντροπίας στη διαλυτοποίηση. Υδρόφιλα και υδρόφοβα υλικά. Τασιενεργά υλικά. Σάπωνες και βιομηχανικά απορρυπαντικά. Μικκυλιακές δομές από τασιενεργά υλικά. Μηχανισμός απορρυπαντικής δράσης.  Ανιονικά, κατιονικά και μη ιονικά τασιενεργά. Κρίσιμη μικκυλιακή συγκέντρωση (cmc) και υδρο-λιποφιλική ισορροπία (HLB) στα τασιενεργά υλικά.

 

Λέξεις Κλειδιά: νερό, διαλυτοποίηση, ενθαλπία, εντροπία, τασιενεργά, μικκύλια, σάπωνες απορρυπαντικά

Το χρώμα στην ιστορία και προϊστορία. Ανόργανες και οργανικές χρωστικές. Πιγμέντα, βαφές και λάκες. Η φυσική της χρωματικής αποτύπωσης των ζωγραφικών στρωμάτων. Παράμετροι ποιότητας των χρωστικών: φωτοσταθερότητα, καλυπτική ικανότητα. Απορρόφηση στο υπεριώδες και ορατό. Χημικές προϋποθέσεις για την ύπαρξη χρωστικών μεταξύ των οργανικών μορίων.  Κόκκινες, κίτρινες και μπλε οργανικές χρωστικές. Ανθρακινόνες. Καροτενοειδή. Ινδιγοειδή: ινδικό και πορφύρα.

Λέξεις Κλειδιά: Χρωστική, πιγμέντα, βαφές, λάκες, φωτοσταθερότητα, καλυπτική ικανότητα, ανθρακινόνες, αλιζαρίνη, ινδικό, πορφύρα, καροτένιο.

Η γλυκερίνη και οι εστέρες της. Λιπαρές ύλες: τριγλυκερίδια ή τριεστέρες γλυκερίνης. Κορεσμένες και ακόρεστες λιπαρές ύλες. Ζωικά και φυτικά λίπη και έλαια. Είδη φυτικών λιπαρών υλών. Ακορεστότητα και αριθμός ιωδίου. Φυσικές ιδιότητες ελαίων: σημείο τήξης, πυκνότητα, δείκτης διάθλασης, ιξώδες. Φυσικοχημικές ιδιότητες:  διαλυτότητα. Χημικές ιδιότητες: υδρολυτική διάσπαση και βαθμός οξύτητας, μετεστεροποίηση και σαπωνοποίηση

Τερπενικά μόρια. Ισοπρένιο και καουτσούκ. Μονοτερπενικές ρητίνες. Διτερπενικές ρητίνες: ρητίνες κωνοφόρων, κυπαρισσίδων και αρωκαρίδων. Τριτερπενικές ρητίνες: δάμμαρη και μαστίχα. Ζωικής προέλευσης ρητίνες: γομαλάκα. Ορυκτές (απολιθωμένες) ρητίνες: ήλεκτρο και κοπάλια.

 

Λέξεις Κλειδιά: Εστέρες, τριγλυκερίδια, «ξήρανση» λαδιών, πολυμερισμός, οξείδωση, ελεύθερα λιπαρά οξέα, βαθμός οξύτητας, τερπενικές ρητίνες, ισοπρένιο, μονοτερπενικές ρητίνες, διτερπενικές ρητίνες, κολοφώνιο, τριτερπενικές ρητίνες, δάμμαρη, μαστίχα, γομαλάκα,  ήλεκτρο, κοπάλια.

«Ξήρανση»-πολυμερισμός των λαδιών.  Ξηραινόμενα έλαια στη ζωγραφική και ιδιότητές τους. Λινέλαιο, καρυδέλαιο, παπαρουνέλαιο. Οξειδωτική φθορά των ξηραινόμενων λαδιών. Κιτρίνισμα, φθορισμός. Μη σαπωνοποιουμένα συστατικά των λαδιών.

 

Λέξεις Κλειδιά: Εστέρες, τριγλυκερίδια, «ξήρανση» λαδιών, πολυμερισμός, οξείδωση, ελεύθερα λιπαρά οξέα, βαθμός οξύτητας, τερπενικές ρητίνες, ισοπρένιο, μονοτερπενικές ρητίνες, διτερπενικές ρητίνες, κολοφώνιο, τριτερπενικές ρητίνες, δάμμαρη, μαστίχα, γομαλάκα,  απολιθωμένες ρητίνες, ήλεκτρο, κοπάλια.

 

Φυσικά και συνθετικά πολυμερή. Τα βιομηχανικά πολυμερή στην υπηρεσία της συντήρησης. Συνθετικές ρητίνες. Σύνθεση και δομή των πολυμερών. Πολυμερισμός προσθήκης. Γραμμικά, διακλαδιζόμενα, διασταυρούμενα και δικτυωμένα πολυμερή. Πολυαιθυλένιο υψηλής και χαμηλής πυκνότητας. Στερεοϊσομέρεια γραμμικών πολυμερών. Πολυμερισμός συμπύκνωσης. Ναίλον.

 

Λέξεις Κλειδιά: Μακρομόρια, μονομερές, πολυμερές, γραμμικά πολυμερή, διακλαδιζόμενα πολυμερή, διασταυρωμένα πολυμερή, τρισδιάστατες δομές, πολυμερισμός προσθήκης, πολυμερισμός συμπύκνωσης, πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας, πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας, πολυπροπυλένιο, νάιλον.

 

Μεγέθη μακρομορίων και βαθμός πολυμερισμού. Μέσο κατ’ αριθμό ()και μέσο κατά βάρος () μοριακό βάρος.  Θερμικές μεταβάσεις διαφόρων τύπων πολυμερών. Τήξη και υαλώδης μετάβαση. Η σημασία της θερμοκρασίας υαλώδους μετάβασης (Tg). Διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης.

 

Λέξεις Κλειδιά: Μακρομόρια, βαθμός πολυμερισμού, μέσο μοριακό βάρος, θερμικές μεταβάσεις, υαλώδης μετάβαση, θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης (Tg), ημικρυσταλλικά πολυμερή, θερμοκρασία τήξης (Tm), διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης.

Θερμοπλαστικά και θερμοσκληρυνόμενα πολυμερή. θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης (Tg) σε συγκεκριμένα είδη πολυμερών. Πολυαιθυλενογλυκόλες. Ακρυλικά πολυμερή. Πολυηλεκτρολύτες και ιοντομερή: πολυακρυλικό οξύ. Ακρυλικά συμπολυμερή. Οικογένεια των Paraloid. Συμπολυμερή τυχαίας δομής, Εναλλασσόμενα συμπολυμερή, κατά συστάδες ή συσταδικά συμπολυμερή, ενοφθαλμισμένα συμπολυμερή ή εμβολιασμού. Κρυσταλλικότητα στα πολυμερή. Μηχανικές ιδιότητες: μέτρο ελαστικότητας, και συσχέτισή του με τη θερμική κατάσταση μιας ρητίνης. Ελαστομερή: φυσικό και βουλκανισμένο καουτσούκ. Διαλυτότητα πολυμερών: παράμετροι Hansen.

 

Λέξεις Κλειδιά: Μακρομόρια, θερμοπλαστικά, θερμοσκληρυνόμενα, θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης, θερμοκρασία τήξης, πολυαιθυλενογλυκόλες , πολυακρυλικό οξύ, πολυακρυλικοί εστέρες, ομοπολυμερή, συμπολυμερή , Paraloid, βινυλικές ρητίνες, κρυσταλλικότητα, μέτρο ελαστικότητας.

Η χημική φύση των υδατανθράκων. Μονοσακχαρίτες: εξόζες. Στερεοϊσομερείς δομές στους μονοσακχαρίτες. Οπτικοί αντίποδες. Οπτική στροφική ικανότητα. Κυκλική (ημιακεταλική) μορφή μονοσακχαριτών. Γλυκόζη, άμυλο και κυτταρίνη. Λιγνίνη. Συνθετικά παράγωγα κυτταρίνης: μεθυλοκυτταρίνη.

 

Λέξεις Κλειδιά: Πολυδύναμες αλκοόλες (πολυόλες), μονοσακχαρίτης, αλδόζες, κετόζες, εξόζες, ανάγοντα σάκχαρα, οπτική δραστικότητα, πολυσακχαρίτης, αμυλόζη, αμυλοπηκτίνη , κυτταρίνη , λιγνίνη , μεθυλοκυτταρίνη , αναγεννημένη κυτταρίνη.

 

Πώς δομούνται οι πρωτεΐνες. α- και β-Αμινοξέα. Πρωτονιωμένη και αλκαλική μορφή αμινοξέων. Διπλή ιοντική (zwitterion) μορφή. Το ισοηλεκτρικό σημείο των αμινοξέων. Τα 22 βασικά αμινοξέα. Στερεοϊσομέρεια και οπτική στροφική ικανότητα στα πρωτεϊνικά υλικά. Πεπτιδικός δεσμός: πεπτίδια και πρωτεΐνες. Σχήμα των πρωτεϊνικών μορίων: ινοπρωτεϊνες και σφαιρίνες (γλοβουλίνες). Επίπεδα δόμησης πρωτεϊνών. Πρωτοταγής δομή, δομή, δομή και τεταρτοταγής δομή. Λειτουργικές πρωτεΐνες, δομικές πρωτεΐνες. Κολλαγόνο. Κερατίνη. Πρωτεΐνες του αβγού. Φυτικές πρωτεΐνες.

 

Λέξεις Κλειδιά: α-Αμινοξέα, διπλή ιοντική μορφή (zwitterion) , ισοηλεκτρικό σημείο, οπτική στροφική ικανότητα, ρακεμικά μίγματα, ολιγοπεπτίδια, πολυπεπτίδια, πεπτιδικός δεσμός, πρωτεΐνη, όξινη υδρόλυση, ινοπρωτεΐνες, σφαιρίνες (γλοβουλίνες), πρωτοταγής δομή, δευτεροταγής δομή, τριτοταγής δομή, τεταρτοταγής δομή, λειτουργικές πρωτεΐνες, δομικές πρωτεΐνες, κολλαγόνο, κερατίνη, καζεΐνη , φωσφοπρωτεΐνες, λιποπρωτεΐνες.

Ανοικτό Ακαδ. Μάθημα

Ημερολόγιο

Ανακοινώσεις

  • - Δεν υπάρχουν ανακοινώσεις -