Síntese, identificação dos produtos de degradação e importância do pigmento azul da Prússia para o patrimônio cultural no Brasil
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tese de doutorado
Título alternativo
Synthesis, identification of degradation products and importance of Prussian blue pigment for cultural heritage in Brazil
Primeiro orientador
Membros da banca
Carlos Alberto Lombardi Filgueiras
Renata Diniz
Marina Furtado Gonçalves
Luiz Fernando Cappa de Oliveira
Renata Diniz
Marina Furtado Gonçalves
Luiz Fernando Cappa de Oliveira
Resumo
Neste trabalho foi realizada uma ampla pesquisa bibliográfica em fontes do século XVIII até os dias atuais a respeito do pigmento azul da Prússia. Esse pigmento foi sintetizado a partir das metodologias descritas no tratado inglês The Handmaid to the Arts Teaching, v.1 e 2 (1758) e de métodos atuais. As primeiras sínteses do azul da Prússia publicadas no início do séc. XVIII se baseavam em cinco reagentes principais: matéria animal, álcali, alúmen, vitríolo de Marte e espírito de sal. Para uma reprodução mais próxima à que era realizada nessa época, utilizou-se sangue de boi in natura, pearl-ashes, álcali obtido neste trabalho a partir da lixívia de cinzas de candeia (Eremanthus erythropappus), e recipiente de ferro durante a calcinação, o que não foi relatado em nenhum outro trabalho consultado na literatura. Nas amostras de pearl-ashes sintetizadas foram caracterizados os compostos K2CO3, KHCO3, K2SO4, K2O, KCl e SiO2 pelas técnicas de espectroscopia na região do infravermelho (IR), microscopia eletrônica de varredura acoplada com espectroscopia de raios X por dispersão de energia (MEV-EDS), difração de raios X (DRX) e fluorescência de raios X por dispersão de energia (EDXRF). Nas sínteses realizadas seguindo metodologia do séc. XVIII foi obtido o pigmento azul da Prússia com maior rendimento utilizando recipiente de ferro na etapa de calcinação. O rendimento também está relacionado com a proporção HCl:alúmen empregada na última etapa da síntese, no entanto, os rendimentos obtidos foram menores do que os descritos na literatura do século XVIII. Pela técnica de espectroscopia Raman foi observada a presença de carbono amorfo junto ao azul da Prússia, e pelas técnicas de MEV-EDS, DRX, termogravimetria (TG) e IR foram identificados KCl, alúmen, compostos de sulfato/sulfeto e hidróxido de alumínio como impurezas. Nas sínteses atuais o KCl também foi um subproduto de síntese, sendo obtido o azul da Prússia insolúvel e solúvel apenas variando a proporção entre os reagentes. Desse modo, apenas alúmen, carbono amorfo e hidróxidos de alumínio podem ser indicativos de um pigmento produzido a partir de uma metodologia do séc. XVIII. Protótipos de aquarela sobre papel (séc. XIX e aquarela comercial) e de óleo sobre madeira utilizando azul da Prússia foram preparados e submetidos a teste de atmosfera anóxia por 45 dias e a teste de envelhecimento acelerado. Após teste de envelhecimento acelerado, os protótipos apresentaram mudanças irreversíveis das tintas e dos suportes, enquanto medidas colorimétricas dos protótipos submetidos a atmosfera anóxia indicaram mudanças reversíveis. No entanto, os espectros do azul da Prússia obtidos por espectroscopia Raman indicaram possível degradação do pigmento. Por ser sensível à radiação, potências de laser abaixo de 0,067 mW devem ser empregadas para análise do azul da Prússia por espectroscopia Raman. Um estudo bibliográfico em registros de comércio do séc. XVIII e análises físico-químicas em diversas obras do patrimônio cultural brasileiro foram realizados. Nesse contexto, equipamentos portáteis para realização de análises in situ foram essenciais, como a EDXRF, macro mapeamento por fluorescência de raios X (MA-XRF) e FTIR. A fonte mais antiga e que pode ser associada ao comércio do Azul da Prússia é o livro “Pauta e Alvará: de sua confirmação do Consulado Geral, da saída, e entrada na Casa da Índia. Lisboa, do ano de 1744” e as obras mais antigas contendo azul da Prússia no Brasil identificadas neste trabalho são o Compromisso da Irmandade de N.S. do Pilar do Mosteiro de São Bento do Rio de Janeiro (1740), e o Compromisso da Irmandade de São Miguel e Almas de Prados da Comarca do Rio das Mortes (1722-1746). A presença do azul da Prússia em obras que compõem o patrimônio apresenta particularidades quanto aos procedimentos de conservação que podem causar modificações na cor nas tintas, como o tratamento anóxia. Além disso, a identificação de elementos como K, S e Al em obras datadas do séc. XVIII podem ajudar na datação de obras que compõem o patrimônio cultural e estar associados a impurezas do azul da Prússia, afetando o processo de degradação do pigmento e o esmaecimento da cor.
Abstract
This work carried out extensive bibliographic research in sources from the 18th century to the present day regarding the pigment Prussian blue. This pigment was synthesized using the methodology described in the English treatise The Handmaid to the Arts Teaching, v.1 and 2 (1758) and modern methods. The first syntheses of Prussian blue published at the beginning of the 18th century were based on five main reagents: animal matter, alkali, alum, Mars vitriol, and spirit of salt. To achieve reproduction closer to that which was carried out at that time, natural ox blood, pearl ashes, alkali obtained in this work from wood ash lye, and an iron vessel during the calcination step were used, which was not reported in any other work consulted in the literature. In the synthesized pearl-ash samples, the compounds K2CO3, KHCO3, K2SO4, K2O, KCl, and SiO2 were characterized by infrared spectroscopy (IR), scanning electron microscopy coupled with energy-dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS), X-ray diffraction (XRD) and energy-dispersive X-ray fluorescence (EDXRF). In the syntheses carried out following 18th-century methodology, the Prussian blue pigment was obtained with the highest yield using an iron vessel in the calcination step. The yield is also related to the HCl:alum ratio used in the last step of the synthesis; however, the yields obtained were lower than those described in the 18th-century literature. The presence of amorphous carbon in Prussian blue was observed using Raman spectroscopy, and KCl, alum, sulfate/sulfide compounds, and aluminum hydroxide were identified as impurities using SEM-EDS, XRD, thermogravimetric analysis (TGA), and IR. In modern syntheses, KCl was also a synthesis byproduct, with insoluble and soluble Prussian blue were obtained by simply varying the proportions of the reagents. Thus, alum, amorphous carbon, and aluminum hydroxides may be indicative of a pigment produced by 18th-century methodology. Watercolor on paper (19th century and commercial watercolor) and oil on wood prototypes using Prussian blue were prepared and subjected to anoxic atmosphere testing for 45 days and accelerated aging testing. After accelerated aging tests, the prototypes showed irreversible changes in the inks and supports, while colorimetric measurements of the prototypes subjected to an anoxic atmosphere indicated reversible changes. However, the spectra of Prussian blue obtained by Raman spectroscopy indicated possible degradation of the pigment. Since it is sensitive to radiation, laser powers below 0.067 mW should be used to analyze Prussian blue by Raman spectroscopy. A bibliographic study of trade records from the 18th century and physical-chemical analyses of several works of Brazilian cultural heritage were carried out. In this context, portable equipment for performing analyses in situ, such as EDXRF, macro mapping by X-ray fluorescence (MAXRF), and FTIR were essential. The oldest source that can be associated with the trade of Prussian blue is the book “Pauta e Alvará: de sua confirmação do Consulado Geral, da Saída, e Entrada na Casa da Índia. Lisboa, do ano de 1744” and the oldest works containing Prussian blue in Brazil identified in this work are the Compromisso da Irmandade de N.S. do Pilar do Mosteiro de São Bento do Rio de Janeiro (1740), and the Compromisso da Irmandade de São Miguel e Almas de Prados da Comarca do Rio das Mortes (1722-1746). The presence of Prussian blue in cultural heritage presents particularities regarding conservation procedures that can cause color changes in the paints, such as anóxia treatment. In addition, the identification of elements such as K, S, and Al in works dating from the 18th century can help in dating works of cultural heritage and be associated with impurities in Prussian blue, affecting the pigment degradation process and color fading.
Assunto
Química inorgânica, Pigmentos, Patrimônio cultural – Brasil, Calcinação (Metalurgia), Raman, Espectroscopia de, Tintas, Aquarela, Colorimetria, Raios X – Difração, Espectroscopia de infravermelho, Fluorescência de raio X
Palavras-chave
Azul da Prússia, Patrimônio cultural, Conservação preventiva, Espectroscopia, Livro de compromisso
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