Protection of the marble monument surfaces by using biodegradable polymers

Abstract

Hava kirlilii son yüzyılda endüstriyel gelimelere paralel olarak giderekartmıtır. Bu artı günümüzde sadece insan salıını etkilememekte, aynı zamandatarihi anıtlarda kullanılan mermerler malzemenin bozulmasının artmasına da nedenolmaktadır. En önemli hava kirlilii etmenlerinden sayılan kükürt dioksit gazı (SO2),mermer yapısını oluturan kalsit kristalleri (CaCO3) ile reaksiyona girerek alçı taını(CaSO4. 2 H2O) oluturmaktadır. Alçı taı kristalleri kalsit kristallerine göre suda dahakolay çözündüü için yamura açık bölgelerde mermer yüzeylerinde aınmalargörülmektedir. Yamurdan korunan bölgelerde ise mermer yüzeylerindekabuklanmalar olumakta ve bu kabuklar dökülerek mermer yüzeyinde bozulmalaraneden olmaktadır. Geçmite mermerlerin korunmasına yönelik olarak gerek anıtlardanalınan mermerler üzerinde gerekse laboratuar ortamlarında kirli havaya tabi tutulanmermerler üzerinde birçok çalıma yapılmıtır. Mermerlerin polimerlerle kaplanarakyapılan aratırmalarda polimerlerin SO2-kalsit reaksiyonunu azaltmak yerine daha daartırdıı tespit edilmitir.Bio-bozunur polimerler geri dönüebilir ve baka müdahalelere olanaktanımayabilmektedirler aynı zamanda düük gaz ve su buharı geçirgenlikleri vardır. Buözellikleri göz önüne alarak, projede ta yüzeylerinin bio-bozunur polimerler ilekaplanarak hava kirliinden korunması aratırılmıtır. Çalıma laboratuarkoullarında kurulan gaz odasında yürütülmütür. Çalımada mermer yüzeylerindepolylactide (PLA), polyhydroxybutyrate (PHB), zein ve chitosan gibi bio polimerlerkullanılmıtır. Polimer kaplanmı ve kaplanmamı olarak düzgün kesilmi mermerplakalar ve yüzey koruyucu olarak mermer yüzeylerinde kükürt dioksitin etkisi ileoluan ürünlerin mineralojik yapıları FTIR kullanarak belirlenmitir. Mermeryüzeylerinde oluan ürünlerin miktarları FTIR ve iyon kromotografisi kullanılarakbelirlenmitir. Yüzey morfolojilerindeki deiimler ve oluan ürünler ise taramalıelektron mikroskop (SEM) kullanılarak belirlenmitir. Çalımanın sonucunda, PLA vePHB polimerlerinin mermer yüzeylerinde alçı taı oluumunu azalttıkları ve buözellikleri ile korumada kullanılabilecekleri görülmütür.

The deterioration of historic buildings and monuments constructed by marble hasbeen accelerated in the past century due to the effects of air pollution. The main pollutantSulphur dioxide (SO2) reacts with marble composed primarily of calcite (CaCO3), the firsstep of decay which called gypsum (CaSO4.2H2O) crust is formed and this process can beaccelerated when the surfaces exposed to the rain.In this study, the possibilities of slowing down the SO2-marble reactions wereinvestigated by coating the surface of marble with some bio-degradable polymers: zein,chitosan, polyhydroxybutyrate (PHB) and polylactic acid (PLA) as protective agents.Uncoated control marbles and biodegradable polymer coated marbles were exposed atnearly 8 ppm SO2 concentration at 100 % relative humidity conditions in a reactionchamber for several days. The extent of reaction was determined by leaching sulphate fromthe marble surface into deionized water and measuring the total concentration of sulphatewith ion chromatography (IC). Then, gypsum crust thickness, polymers % protectionfactor and average deposition velocity were calculated. Concurrently, the ratio and amountof calcium sulfite hemihydrate (CaSO3.½H2O) and gypsum (CaSO4.2H2O) were determinedby FT-IR analysis. The surface morphology of SO2 exposed marble to distinguished calciumsulfite hemihydrate and gypsum crystals were determined by Scanning ElectronMicroscope (SEM).The results of the study showed that SO2-calcite reaction increased in the use of zein,glycerol added zein and chitosan polymers on the surface of marble. While, PHB treatedmarble surfaces had 5 % increases in the protection factor. The low molecular weight PLAprotection factor was 45 % after 85 days exposure. Similar results were observed when thehigh molecular weight of PLA used. The protection was extended to more than 90 dayshaving 60 % protection factor.