ガラス病

ガラス病（病んだガラス、ガラス疾患とも呼ばれる）は、ガラスの劣化プロセスであり、滲み、ひび割れ、剥離、亀裂、破片化を引き起こす可能性があります。^{[ 1 ] [ 2 ]}ガラス病は、元のガラス の化学組成の固有の不安定性によって引き起こされます。^{[ 3 ]}特定のガラスの特性は、その組成に含まれるシリカ、アルカリ、アルカリ土類 の種類と割合によって異なります。^{[ 4 ]} 一度損傷が発生すると不可逆ですが、周囲の温度、湿度、空気の流れを調整する気候制御によって劣化プロセスを遅らせることができます。

ガラス病は、元のガラスの化学組成の固有の欠陥によって引き起こされます。^{[ 3 ]} ガラスには、ネットワーク形成剤が基本構造を確立し、ネットワーク安定剤がガラスを強く耐水性にし、ネットワーク改質剤（フラックスとも呼ばれる）がガラスを形成できる融点を下げるという 3 種類の成分が含まれています。^{[ 5 ]} 一般的なガラスの組成には、形成剤としてシリカ(SiO _{2 )、フラックスとして}ソーダ(Na ₂ O) やカリ(K _{2 O) などのアルカリ酸化物、安定化剤として}石灰(CaO)などのアルカリ土類酸化物が含まれる場合があります。 ^{[ 4 ] [ 5 ]}

_{構造的には、ケイ酸塩ガラスはSiO 4}四面体のネットワークで構成されています。ガラスは、その主要な構造を確立するネットワーク形成剤であるケイ素に加えて、アルカリイオンNa + およびK +、アルカリ土類イオンCa 2+ およびMg 2+などのネットワーク修飾剤を含んでいます。ガラスに^は明確^な化学^量論^はなく、ネットワークは柔軟です。ガラスの主成分や焼成条件などの要因に応じて、他のイオンを取り込むことができます。^{[ 6 ]}このため、ほとんどすべてのガラスはある程度化学的に不安定ですが、準安定性と呼ばれる現象により、使用可能な時間スケールにわたって物理的および化学的特性を維持します。^{[ 7 ] [ 8 ]}

構造内のイオンの電子電荷の差が結合の基礎を形成します。粘度と転移温度はどちらも、ガラスの組成中の酸素結合の存在量に関係しています。改質剤はシリカの融点を下げる傾向があります。SiO ₂の含有量が多いほど、ガラスの酸性度が高くなります。CaO、Na ₂ O、および K ₂ Oの含有量が多いほど、塩基性が高くなります。^{[ 6 ]}フラックスとして Na ₂ O と K _{2 O のみを添加すると、結合が弱くなるため、ガラスの化学的安定性が低下します。CaO、MgO、ZnO、および Al 2} O ₃を添加すると、ガラスの化学的安定性を高めることができます。ガラスの組成が安定するためには、温度低下剤と安定化剤のバランスが取れている必要があります。^{[ 6 ]}

ガラス表面が溶液中の水分または大気中の湿度による水分にさらされると、ガラス表面および表面下で化学反応が起こります。アルカリ金属イオン（ガラス内部から）と水素イオン（外部から）の交換により、ガラスに化学的および構造的な変化が生じる可能性があります。表面近傍層のアルカリ金属陽イオンがより小さな水素イオンに置き換わると、影響を受けた表面層と影響を受けていない下層ガラスとの構造的な違いにより引張応力が増加し、ひいては亀裂が生じる可能性があります。^{[ 7 ] [ 9 ]}

ガラスの劣化の可能性は、シリカと混合されたアルカリ化合物の量と割合、および周囲の環境に依存します。^{[ 3 ]}酸化カルシウム が不足すると、ガラス中のアルカリが低湿度で水溶性のままになります。保管中または展示中に相対湿度が高くなると、アルカリが水和してガラスから溶出します。湿度の繰り返しの変化は特に損傷を与える可能性があります。不適切な環境条件にさらされると、あらゆるガラス製品が劣化する可能性があります。^{[ 10 ]}クリスタル、歴史的なガラス、または大切な家宝は、食器洗い機の高温と水圧にさらしてはなりません。^{[ 11 ] [ 12 ]}

ガラス病に関連するプロセスは、ガラスの透明度を低下させたり、構造の完全性を脅かしたりする可能性があります。ガラス病は、ガラスの複雑な崩壊を引き起こし、滲み、ひび割れ、剥離、亀裂、破片化など、さまざまな症状によって識別できます。^{[ 3 ]}

エネルギー分散型X線分析（EDXA）^{[ 1 ] [ 9 ]} 、走査型電子顕微鏡（SEM）および二次イオン質量分析法（SIMS）は、さまざまな種類のガラスの交換反応を研究するために使用できます。表面近傍層の化学構造と反応を定量化して研究することにより、ガラス病のメカニズムをよりよく理解することができます。^{[ 7 ]} ガラス表面のpH測定は、ガラス製品がマットな表面を持っている場合、またはカオリンや他の物質にさらされている場合に特に重要です。ガラスビーズなどの非常に小さな物体の場合、アルカリ塩が存在するかどうか、およびガラスに変化が生じているかどうかを判断するためにpH測定が必要になる場合があります。^{[ 10 ] [ 16 ]}

ガラス腐食の研究は、高レベル放射性廃棄物の長期処分にホウケイ酸ガラスが使用されるため、放射性廃棄物管理の分野で非常に重要視されている。^{[ 17 ]}この目的のために、国際単純ガラス（ISG）など、核廃棄物ガラス腐食の研究専用の特定のガラス組成物が開発されている。

1992年にロンドンのヴィクトリア・アンド・アルバート博物館で行われたガラス製品の調査では、16世紀のヴェネツィアガラスから20世紀のスカンジナビアガラスまで、コレクションの10個に1個以上のガラス製品にクリズリングが見られることが判明した。^{[ 3 ] [ 18 ]}ヴェネツィアガラスは、職人がガラスをできるだけ透明にするために石灰の使用を最小限に抑えたため、特にクリズリングの影響を受けやすい。エットレ・ソットサスなど、ガラスの配合を実験する現代のガラス職人の作品も、損傷のリスクが高い。^{[ 11 ]}

国立アメリカインディアン博物館のような博物館では、所蔵するネイティブアメリカンの文化資料の多くにガラスビーズが使われているため、ガラス病は非常に重要な問題となる可能性がある。^{[ 10 ] [ 19 ]} 小さな装飾用ガラスビーズは、シリカに対する融剤の比率が高い製法で安価に作られることが多く、そのためガラス病にかかりやすくなっている。青、赤、黒のガラスビーズはガラス病の影響を受けやすい。ガラスビーズと他の材料（紐、布、皮革、金属、骨、表面着色剤、儀式用物質、カオリン）の組み合わせは、民族誌的対象物の劣化と保存を複雑にする。^{[ 16 ]}

ガラスの劣化の初期段階では、ガラスを洗って表面のアルカリを除去することが可能です。コーニングガラス博物館では、水道水（熱湯ではなくぬるま湯^{[ 20 ]}）と中性（非イオン性^{[ 20 ]}）の保存用洗剤で洗うことを推奨しています。その後、脱イオン水または蒸留水ですすぎ、水分を落とすために丁寧に乾燥させる必要があります。丁寧に洗うことで、表面の沈着物を取り除き、ガラスの透明度を回復させ、劣化の進行を遅らせることができます。^{[ 21 ] [ 20 ]}また、特にガラスビーズの場合、周囲の素材が影響を受ける可能性があるので、エタノールも洗浄に推奨されています。^{[ 10 ]}

より深刻な損傷が発生すると、元に戻すことはできません。湿度と温度の気候制御は可能な対策です。クリズリングはガラスの成分と水蒸気の反応によって発生するため、湿度と温度を制御することでその発生を遅らせることができます。^{[ 3 ]}コーニングガラス美術館では、コレクションの品々は相対湿度40～55パーセントの安定したレベルで保管されています。^{[ 11 ]} ケース内でファンを使用して空気の流れを促進し、ガラス表面への水分の吸着を最小限に抑えることができます。空気の流れが制限され、水分がガラス上に残る場所では、劣化が発生しやすくなります。^{[ 14 ]}腐食速度を遅らせ、表面を安定させるための化学的方法が研究されています。^{[ 4 ]}

複合的な物体が、病んだガラスを含むさまざまな材料で構成されている場合、その物体の保存と展示に関する考慮事項はより複雑になります。たとえば、大英博物館は、革、ガラス、その他の材料で作られたシベリアのシャーマンのエプロンを保存して展示することにしました。彼らは、展示すると劣化が早まる可能性と、ユニークな物体を目に見えるようにすることの望ましさ、そして最終的にはその劣化が避けられないこととを比較検討しました。「その保存と展示により、この美しくユニークな物体へのアクセスが最大限に確保され、物体に固有の淡黄色のビーズが修復不可能なほど失われる前に、そのアクセスが確保されます。」^{[ 1 ]}

• アッペルバウム、バーバラ（1991）。コレクションの環境保護ガイド。サウンドビュープレス。ISBN 0-932087-16-7。
• ニュートン、ロイ；デイヴィソン、サンドラ（1996）。ガラスの保存。オックスフォード：バターワース＝ハイネマン。ISBN 0750624485。
• Koob, Stephen P. (2006).ガラス製品の保存と手入れ. ロンドン: Archetype. ISBN 1904982085。

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