Development of biotechnological processes for the restoration of historical textiles

Abstract

This research presents an extensive study on using enzymes in the conservation of historical textiles as one of the most modern methods in the restoration of ancient textiles. The effectiveness of the use of enzymes to remove tough dirt and adhesives that cannot be removed by the traditional methods, and the impact of these enzymes on the mechanical, chemical and color parameters of the fibers naturally dyed by natural dyes were studied. Furthermore, the PhD theses present a first study on using the enzyme lipase to remove the oily dirt from historical textiles. The effectiveness of the enzyme lipase to remove the oily dirt, as well as the removal of the enzyme molecules from the textile following the enzymatic treatment was studied. The effect of the enzyme on the mechanical and the optical parameters of fabric dyed with natural dyes were studied using SEM, FTIR, XRD, CIE-Lab values and ASTM method D5035. The study showed that the enzyme has high efficiency in removing fatty dirt without any negative effect on the fibers and dyes of the textile. Based on these results, the enzyme was used to clean from fatty dirt Coptic Tunic, which is a piece of exhibition in the Museum of Ismailia - Egypt. Another aim of this work was the application of α- amylase in order to remove the odd starch from historical textiles in an attempt to conserve them under mild conditions. An extensive study was undertaken using various types of textiles in order to identify the optimum condition for the use of the enzyme, in relation to time, concentration, temperature and pH, before any other attempt. A first attempt was to simulate the textile ageing. For this the fabrics were coated with starch paste adhesive, and then a process of artificial thermal ageing was made on the samples for different periods of time. Following this procedure the enzyme was applied on the samples, at different concentrations and at different intervals and its effectiveness was extensively investigated. This study also presents interesting results about the effect of the enzymatic treatment on the mechanical and optical parameters of Linen, Silk and Cotton, dyed with Madder, safflower, mixture of madder and safflower or Turmeric dye mordanted with CuSO4 or Ferric Citrate. Finally, the removal of the enzymatic residues from the teated textiles has been studied. The application section contains information concerning the best conditions found about the enzymatic activity on a piece of a historical carpet from fabric adhered with starch. This piece of carpet is in the museum of the Faculty of Applied Arts, Helwan University in Egypt. Finally the use of proteases for the removal of animal glue from various textile pieces was investigated in details. Animal glue, which is of protein origin, has been used to fix historical textiles on paper, wood panels, or other rigid support materials. Often it is present in shrunk, cracked, rigid and brittle form due to the aged condition, and does not provide enough adhesion for effective support. By this way it causes big damage on the historical textiles. The biotechnological application of enzymes seems to be a very promising approach in the restoration of historical objects. The enzyme protease has become widely accepted as some of the most useful reagents available to conservators. The main advantage of using this enzyme is its specificity and efficiency to catalyze the hydrolytic cleavage of peptide bonds in proteins. The results showed that using protease in adhesive removal presented good results in a safe and a short treatment time when compared to the conventional method which would offer a significant saving in energy/water/other use of resource. No significant changes on the linen and silk dyed fabrics were observed.

Η έρευνα αυτή παρουσιάζει μια εκτενή μελέτη για τη χρήση ενζύμων στην διατήρηση των ιστορικών Υφασμάτων ως μία από τις πιο σύγχρονες μεθόδους για την αποκατάσταση των έργων της αρχαίας κλωστοϋφαντουργίας. Συγκεκριμένα μελετήθηκε η αποτελεσματικότητα της χρήσης των ενζύμων για την απομάκρυνση λεκέδων και συγκολλητικών υλών που δεν μπορούν να αφαιρεθούν με παραδοσιακές μεθόδους, καθώς και η επίδραση αυτών των ενζύμων στις μηχανικές, χημικές και χρωματικές ιδιότητες των ινών που έχουν επεξεργαστεί με φυσικές βαφές. Επιπλέον, η διδακτορική διατριβή παρουσιάζει μια πρώτη μελέτη σχετικά με τη χρήση του ενζύμου λιπάση για την απομάκρυνση των λιπαρών ακαθαρσιών από τα ιστορικά υφάσματα. Μελετήθηκε η αποτελεσματικότητα του ενζύμου λιπάση στην απομάκρυνση των λιπαρών ακαθαρσιών καθώς και η απομάκρυνση του ενζύμου από το ύφασμα μετά την επεξεργασία. Επίσης, η επίδραση του ενζύμου στις μηχανικές και οπτικές ιδιότητες των υφασμάτων που είχαν βαφτεί με φυσικές χρωστικές ουσίες μελετήθηκε με SEM, FTIR, XRD, CIE-Lab values και τη μέθοδο ASTM D5035. Η μελέτη αυτή απέδειξε ότι το ένζυμο έχει υψηλή απόδοση στην αφαίρεση λιπαρών ακαθαρσιών χωρίς αρνητικές συνέπειες στις ίνες και τις βαφές. Σύμφωνα με αυτό το αποτέλεσμα, το ένζυμο χρησιμοποιήθηκε για τον καθαρισμό παιδικού Κοπτικού χιτώνα που τώρα εκτίθεται στο Μουσείο της πόλης Ismailia στην Αίγυπτο. Ο στόχος της μελέτης αυτής ήταν επίσης η εφαρμογή της α-αμυλάσης προκειμένου να απομακρυνθεί το άμυλο που δημιουργεί προβλήματα σε ιστορικά υφαντά, σε μια προσπάθεια για τη συντήρησή τους υπό ήπιες συνθήκες. Μια εκτεταμένη μελέτη πραγματοποιήθηκε με τη χρήση διαφόρων τύπων υφασμάτων προκειμένου να εντοπιστούν οι ιδανικές συνθήκες για τη χρήση του ενζύμου σε σχέση με το χρόνο, τη συγκέντρωση, τη θερμοκρασία και το pH, πριν από οποιαδήποτε άλλη απόπειρα. Το πρώτο βήμα ήταν η προσομοίωση της γήρανσης του υφάσματος. Τα υφάσματα καλύφτηκαν με κόλλα αμύλου, και στη συνέχεια μια διαδικασία τεχνητής θερμικής γήρανσης έγινε σε δείγματα για διαφορετικές χρονικές περιόδους. Μετά τα διάφορα δείγματα επεξεργάσθηκαν με το ένζυμο σε διαφορετικές συγκεντρώσεις και σε διαφορετικά χρονικά διαστήματα. Η μελέτη αυτή παρουσιάζει επίσης ενδιαφέροντα αποτελέσματα σχετικά με την επίδραση της ενζυμικής επεξεργασίας στις μηχανικές και οπτικές παραμέτρους των εξής υφασμάτων: λινό, μετάξι και βαμβάκι, βαμμένα με MADDER, Safflower , μείγμα MADDER και Safflower ή Turmeric βαφή «στερεωμένα» με CuSO4 ή σίδηρος Κιτρικό. Τέλος, μελετήθηκε η απομάκρυνση των ενζυμικών μορίων από τα υφάσματα μετά την επεξεργασία. Τέλος οι βέλτιστες συνθήκες που βρέθηκαν από τις μελέτες αυτές εφαρμόσθηκαν στην επεξεργασία ενός τμήματος ιστορικού τάπητα που έχει συντηρηθεί με άμυλο. Αυτό το κομμάτι του τάπητα βρίσκεται στο μουσείο της Σχολής Εφαρμοσμένων Τεχνών του Πανεπιστημίου Helwan στην Αίγυπτο.