RIJKSDIENST IR DE IJSSELMEERPOLDERS SMEDINGHUIS L E L Y S T A D BiBLIOTHEEK RIJKSDIE.'-ST VOOR DE IJSSEUMEERPOLD^RS W E R K D O C U M E N T RESULTATEN VAN EEN ONDERZOEK NAAR DE IMPREGNATIE VAN ARCHEOLOGISCH NATHOUT MET POLYETHYLEEN GLYCOL 4000 door R A . J . M . Wevers 1 9 7 6 - 1 4 5 Bbw tf088 R I J . WST VOOR DE I J S juni S E L M E E R P O L D E R S S M E D I N G H U I S X -V 3710 lo % - 1- INLEIDING Regelmatig komt in het museum te Ketelhaven archeologisch nathout binnen, dat opgevist is uit de Noordzee, het IJsselmeer of opgegraven ergens in Nederland. Dit hout is niet alleen verzadigd met water, maar vaak ook van slechte kwaliteit. De functie van het water in het hout is tweeledig (lit. 1) a) het doet dienst als zwelmiddel b) het is alsriipoolgebonden aan al dan niet afgebroken houtbestanddelen. Gaat men dit hout zonder voorbehandeling drogen, dan geeft dit grote problemen (lit. 1,2,3). Doordat het water verdwijnt, ontstaat celcollaps. Zelfs al wordt zeer langzaam, onder gecontroleerde omstandigheden gedroogd, dan nog ontstaat deformatie van het hout (lit. 4). Om schade door drogen tegen te gaan, wordt het hout voorlopig onder water bewaard of regelmatig besproeid met water. In dit zuurstofrijke milieu kunnen schimmels en andere micro-organismen aanzienlijke schade veroorzaken. Boorzuur/Borax- mengsels (lit. 2) worden gebruikt ter bestrijding van deze micro-organismen, maar bieden weinig bescherming. Aan andere middelen zijn bezwaren verbonden i.v.m. latere impregnatie of uit het oogpunt van milieuzorg. Het is dus belangrijk een geschikte impregneringsmethode te vinden, die eenvoudig uit te voeren is en zo mogelijk reversibel. Het impregneringsmiddel moet bestand zijn tegen de klimatologische omstandigheden in het museum (lit. II). Er waren reeds kleine stukjes hout geimpregneerd met polyethyleenglycol 1000 (lit. 3,5) wat goed voldeed. Brorson Christensen (lit. 2) koos echter voor de impregnatie van de Deense vikingschepen PEG 4000, om zeker te zijn dat het hout na impregnatie niet hygroscopisch zou zijn. PEG met een molekuulgewicht lager dan 1000 is namelijk erg hygroscopisch (lit. 6), en is daardoor niet bruikbaar. Op advies van G. van der Heide en E. van Denzel(lit. 7) werd besloten een hoeveelheid archeologisch hout in Ketelhaven met PEG 4000 te im~ pregneren. Aan deze impregnatiemethode zijn enige bezwaren verbonden zoals de lange duur en de matige verbetering van de mechanische eigenschappen van het hout (lit. 8). Daartegenover staat dat de impregnatie gemakkelijk uit te voeren is. Bovendien kan de PEG weer uit het hout verwijderd worden, als een betere impregneringsmethode gevonden zou worden. In 1972 werd met deze impregnatie begonnen Circa 40 grote en 60 kleine houtblokken werden in een 10%-PEG-oplossing gebracht. In een tijdsbestek van 18 maanden werd de concentratie opgevoerd tot 56 gew. %, terwijl de temperatuur op ca. 60 °C gehouden werd. Daarna werd het hout te drogen gelegd in een droge ruimte (R.V. ca. 50%). Na de opslag steeg de R.V. tot 80%. Tijdens het drogen zakte ze weer tot 50%. In het proefhout zijn de volgende bepalingen verricht: I penetratie van de PEG loodrecht op de vezelrichting. II penetratie van de PEG evenwijdig aan de vezelrichting. III vochtgehalte. IV gewichtsafname van het hout. V stabiliteit van het geimpregneerde hout. JK/17-2-'76/ - 2- Werkwijze T. Penetratie van PEG loodrecht op de vezelrichting De penetratie van PEG loodrecht op de vezelrichting is nagegaan door het percentage PEG 4000 ten opzichte van de droge stof te bepalen. Uit verschillende proefblokken werden monsters geboord met een holle boor (0 25 mm). Om beinvloeding van de resultaten van het onderzoek vanaf de buitenzijden van het hout zoveel mogelijk te voorkomen, werden de monsters uit het midden van het proefblok genomen. De monsters zijn in lagen verdeeld, 3 x 0,5 cm aan de buitenzijden, dan 2 x 1 cm, en het binnenste gedeelte in stukken van 2 cm. Eike laag afzonderlijk is gedroogd voor de bepaling van het drooggewicht en is vervolgens in een soxhlet met water geextraheerd. De geextraheerde PEG is neergeslagen met een overmaat kaliumhexacyanoferraat (II) en atgetiltreerd. Door de overmaat van dit reagens te bepalen kan de concentratie van het PEG worden berekend. De overmaat kaliumhexacyanoferraat (ll) werd eerst titrimetrisch met Ce ^ + en later spectrofotometrisch bepaald. II. Penetratie van PEG evenwijdig aan de vezelrichting Om informatie te krijgen over de penetratie evenwijdig aan de vezelrichting, is een 5 cm dikke eiken huidplank bemonsterd. De plank was aan een zijde dwars op de vezelrichting afgezaagd, waarschijnlijk tijdens de bouw van het schip. Kort voor de impregnatie is van de andere kant een stuk afgezaagd om de plank passend te maknn voor de impregneerbak. Vanaf deze beide kopse kanten zijn 4 monsters gezaagd, evenwijdig aan de vezelrichting, en op een afstand van 2 cm van elkaar (zie fig. 1). De afmetingen van de monsters waren 2 x 2 x 5 cm (longitudinale lengte 2 cm). De vulgraad kon daardoor over een afstand van 14 cm bepaald worden. De monsters zijn in 5 lagen verdeeld en elke laag afzonderlijk is met water geextraheerd. In deze extracten is het PEG-gehalte spectrofotometrisch bepaald, waarna de percentages PEG t.o.v. drooghout berekend zijn. Uit een grote knie (35 x 35 cm) is een plankje gezaagd van ongeveer 2| cm dik. Het midden van dit plankje is over een lengte van ca. 15 cm gebruikt voor PEG-bepalingen. Doordat de knie was aangetast door boormossel is de indringing van PEG waarschijnlijk onregelmatig verlopen. III. Vochtgehalte Nadat de houtmonsters geextraheerd zijn, is een vochtbepaling aangezet. Het hout werd daartoe gedroogd in een stoot met geforceerde luchtcirculatie bij 105 C gedurende 24 uur. Enkele proefbepaiingen toonden aan, dat langer drogen voor deze monsters m e t noodzakelijk was. Het vochtpercentage is van belang voor de klassificatie van het hout. jy# Gewichtsafname van het ge'fmpregneerde hout De ruimte waarin het hout te drogen is gelegd, is een droge ruimte, zonder geforceerde ventilatie, zodat het hout langzaam kon drogen. De R.V. in de ruimte was na de opslag van het hout ca. 80%, en zakte geleidelijk naarmate het hout droogde tot ca. 50%. Een gedeelte van de houtblokken werd regelmatig gewogen om de gewichtsafname te kunnen voigen. v> Stabiliteit van het geimpregneerde hout De scheuren die in het hout ontstonden, zijn geraerkt en elke week gemeten, zodat de toename of de eventuele afname van de afmetingen van de scheuren vastgelegd is. - 3 - Resultaten I. Penetratie van PEG loodrecht op de vezelrichting Om een duidelijk beeld van de impregnatie te krijgen, zijn de monsters naar grootte en houtsoort in vier groepen verdeeld: groep A: grote stukken eikenhout (knieen en huidplanken) groep B: middelgrote stukken eikenhout (spilwangen en ankerstokken) groep C: kleine stukjes eikenhout, die dienst gedaan hebben als proefblokjes groep D: iepen- en essenhout Van elke groep is het gemiddelde van de percentages PEG t.o.v. droog hout in de overeenkomstige lagen berekend. De gemiddelden, vanaf de buitenzijde van het hout tot midden in, staan weergegeven in fig. 2. II. Penetratie van PEG evenwijdig aan de vezelrichting De uitkomsten van de overeenkomstige lagen van elk monster zijn samengevat in een grafiek. Zodoende ontstonden 5 figuren van de monsters genomen vanaf de nieuwe zaagsnede en 5 figuren van de monsters vanaf de oude zaagsnede. DE PEG percentages van de kant van de oude zaagsnede zouden lager kunnen liggen, dan die van de kant van de nieuwe zaagsnede. De oude zaagsnede is waarschijnlijk meerdere malen behandeld met teer of een ander conserveringsmiddel. Bij de beoordeling van de resultaten bleek echter, dat er geen verschillen tussen beide zijden bestonden. Alle gegevens van de buitenste laag (0 tot 0,5 cm) de daaropvolgende laag (0,5 tot 1,5 cm) en ae binnenste laag t.1,5 tot 3,5 cm) zijn weergegeven in figuur 3. III. Vochtgehalte De vochtpercentages van het proefhout zijn per houtsoort en per laag uitgerekend. De gemiddelden en de standaardafwijking zijn per groep vermeld in tabel 1. De vochtpercentages zijn uitgerend t.o.v. de droge stof. IV. Gewichtsafname van het geiropregneerde hout Van elk blok hout dat is gewogen, is de procentuele gewichtsafname berekend. Alle uitkomsten zijn per week gemiddeld en samengevat in figuur 4, waaruit duidelijk blijkt hoe de gewichtsafname over 40 weken verlopen is. De laatste 10 weken geven een wat vertekend beeld, omdat toen de metingen verricht zijn aan een kleiner aantal objecten. Bespreking resultaten I. Penetratie van PEG loodrecht op de vezelrichting ]_. De verschillen in het PEG-gehalte per laag en per blok zijn erg verschillend. Oorzaken daarvan zijn: - 4 -. Tabel I. Vochtgehalten op verschillende dieptes, van hout, loodrecht op de vezelrichting bemonsterd, dat met PEG 400U geimpregneerd is. (De getallen tussen haakjes zijn de standaard afwijking) Gem. diep- Knieen en huidplante in cm ken spilwangen en ankerstokken iepen- en essenhout proefblokjes 0,25 0,75 178 148 (60) (40) 152 133 (24) 218 (225) (21) 153 ( 92) 179 134 (88) (18) 1,25 1,50 1,75 131 119 150 (49) 129 (12) ( 5) 147 (23) 257 (181 163 ( 39) (23) 160 ( 23) 135 (21) 2 2,25 2,50 2,75 108 82 153 (13) (53) (48) 119 (17) 149 132 (18) (29) 144 110 (26) 106 (21) ( 4) 3 3,25 3,50 3,75 109 97 (17) 118 96 102 (14) 127 (41) 4,25 4,50 1 15 ( 8) 1 12 ( 6) 133 5 5,25 5,75 92 260 119 ( 1) ( 5) 108 138 160 128 180 ( 7) (ID ( 2) 192 (34) (35) ( :; (135) (19) 6 6,50 7 220 (58) (56) (12) 155 (25) ( 8) - 5 - aL de variatie in de indringsnelheid per blok. b\ bij berekeningen voor de grafische weergave van de resultaten is ervan uitgegaan dat het PEG-gehaite overal in een laag gelijk is. Dit zal in het algemeen niet het geval zijn, waardoor een afwijking wordt gelntroduceerd die afhankelijk is van de laagdikte. Door het verschil in afmetingen van de monsters is op diverse dieptes gewerkt met lagen van verschillende afmetingen, dus met verschillendp afwijkingen. Bovendien zijn op een aantal dieptes soms maar twee bepalingen verricht. c^ voor de extractie wordt het hout gedroogd, waarbij vervormingen in de objecten optreden. Het is mogelijk dat een deel van het PEG daardoor moeilijker toegankelijk wordt bij de extractie, waardoor dit niet voor de voile 100% wordt geextraheerd. 2_. Figuur 2 geeft een overzicht van de gemiddelde vulgraden van de vier verschillende groepen. groep A: knieen en huidplanken " B: spilwangen en ankerstokken " C: proefblokjes " D: iepen- en essenhout Opvallend is, dat het PEG-percentage van de proefblokjes hoger ligt dan het PEG-percentage van het andere eikenhout. Dit komt waarschijnlijk doordat in deze kleine blokjes (afmetingen 1 0 x 5 x 5 cm) de indringsnelheid evenwijdig met de vezels sterk overheerst heeft. Het is bekend dat de inrichting evenwijdig aan de vezelrichting veel sneller verloopt dan die loodrecht op de vezelrichting. 3. Tussen de PEG-percentages van spilwangen/ankerstokken enerzijds en knieen/huidplanken anderzijds, bestaat na ca. 1 cm een verschil van 10% (figuur 2). Een verklaring hiervoor zou het verschil in grootte tussen beide groepen kunnen zijn. 4._ De vulgraad van iepen- en essenhout (figuur 2) is veel hoger dan die van eikenhout. Dit wordt veroorzaakt door de meer open structuur van dit hout, waardoor PEG gemakkelijker en sneller kan binnendringen. 5. In grote eikenhouten stukken is de impregnatie alleen in de eerste cm goed verlopen. Daarna is er veel te weinig PEG aanwezig om het hout een goede stabilisatie te kunnen geven. Het gevolg is dan ook, dat in eikenhouten voorwerpen vervorming en zelfs scheurvorming is opgetreden. Om een goede dimensie stabilisering te krijgen, is volgens stamm (lit 5) 30 - 40% PEG 1000 of hoger en volgens Ambrose (lit 1 ) 1 5 - 2 5 % PEG 400 t.o.v. droog hout vereist (lit 12). 6. De vochtpercentages, zoals die bepaald zijn, zijn niet erg nauwkeurig, redenen daarvoor kunnen zijn dat : a) de stukjes erg klein zijn ( 2 x 2 x 2 cm), b) het aanhangende water na afloop van de extractie afgevloeid wordt. Deze methode is niet te standaardiseren, zodat even te lang afvloeien, of iets te hard drukken reeds verschillen geven. Dit zal mede, naast de dishomogeniteit van het hout, hoge standaardafwijkingen veroorzaken. Gaat men er van uit dat: a) de PEG tijdens de extractie vrijwel volledig door water is vervangen, b) het hout na de extractie weer vrijwel volledig met water verzadigd is dan geven de vocht % van tabel 1 een redelijk goed beeld van de werkelijke situatie. Dat is dan ook een verklaring dat de meeste houtblokken zo slecht geimpregneerd zijn. Volgens Pot e.a. (lit 10) is hout - 6 - met een vochtpercentage <185%van de droge stof, vrijwel niet in redelijke tijd via de uitwisselingsmethode met PEG oplossingen in water te impregneren. De snelheid van indringen, vooral vanuit de radiale en tangentiale richting is te langzaam. De indringing in longitudinale richting (evenwijdig aan de vezelrichting) verloopt sneller dan in de andere richtingen. Daardoor zijn de proefblokjes (10 x 5 x 5 cm, long x rad x tang) de enige eikenhouten objecten die goed geimpregneerd zijn, ondanks hun lage vochtpercentage. Hier heeft blijkbaar de indringing evenwijdig aan de vezelrichting overheerst. Ook het verschil in impregnatie tussen de andere groepen zou veroorzaakt kunnen zijn door verschil in grootte. II. Penetratie van PEG evenwijdig aan de vezelrichting 1• Uit figuur 3 blijkt duidelijk dat de impregnatie evenwijdig aan de vezelrichting beter verlopen is dan de impregnatie dwars op de vezelrichting (zie figuur 2). Daar daalde het PEG percentage vanaf de oppervlakte naar binnen toe, in 2 cm tot waarden tussen 5 en 10%. 2. In de oppervlaktelaag, 0 tot 0,5 cm (zie fig. 3) van de plank is nog geen afname van het PEG percentage in longitudinale richting waarneembaar. Hier heeft de penetratie dwars op de vezelrichting overheerst. Conslusie Penetratie van PEG en stabilisatie van het geimpregneerde hout . a. Kikenhout Doordat het hout slechts gedeeltelijk geimpregneerd is met PEG, is er scheurvorming opgetreden. Bestaande scheuren zijn breder geworden en soms zijn nieuwe scheuren ontstaan. Vooral in ronde stukken hout is de breedte van de scheuren soms met 300% toegenomen. Sommige scheuren kwamen nadat ze eerst sterk waren toegenomen weer tot hun oorspronkelijke breedte terug of werden zelfs smaller. De wat dunnere stukken zoals planken, trokken krom of draaiden om hun lengte as. De kleine eikenhouten proefblokjes vertoonden geen vervorming. Uit de PEG bepaling loodrecht op de vezelrichting is gebleken dat deze blokjes (10 cm longitudinaal) een hoger . PEG percentage vertonen dan de grote eikenhouten stukken (zie figuur 2). Ze zijn voldoende geimpregneerd om stabiel te blijven. Aangenomen mag worden dat hier de impregnatie evenwijdig met de vezels overheerst heeft. Bij nadere bestudering van de structuur van het hout (figuur 5 en figuur 6) blijkt dat vooral het voorjaarshout voornamelijk uit grote houtvaten bestaat. Via deze vaten die enkele meters lang kunnen zijn (lit. 9) en in het spinthout open zijn, kan een impregnatiemiddel gemakkelijk in het hout doordringen. In het kernhout echter zijn deze vaten dichtgegroeid met thyllen (lit. 9 en 10). Daardoor wordt de penetratie via deze vaten moeilijk, hooguit een tiental centimeters in 18 maanden zoals uit deze proeven is gebleken. De resultaten die daardoor ontstaan worden duidelijk getoond door figuur 7. Het hier afgebeelde plankje is aan de kopse zijde goed geimpregneerd, maar in het midden niet, daar is na drogen een tangentiale krimp van 40% opgetreden. Om storing door impregnatie vanaf de kopse zijden van het hout, bij de PEG bepaling uit te sluiten, dienen impregnatieproeven zoveel mogelijk met grote stukken hout te gebeuren. Afmetingen bijvoorbeeld 10 cm (radiaal) x 10 cm (tangentiaal) x 40 cm (longi tud inaal). Het is daarom onjuist de te verwachten impregneringsresultaten van grote stukken hout te relateren aan experimenten met kleine proefblokjes. - 7 - b. Iepen- en essenhout In iepen- en essenhout (figuur 8) blijven de houtvaten open, waardoor dit hout gemakkelijk geimpregneerd kan worden, wat uit de PEG bepalingen gebleken is. Toen na ongeveer 30 weken drogen een stabiel evenwicht was bereikt tussen de omgevingsvochtigheid en de hoeveelheid water in het hout bleek dat de iepen- en essenhouten voorwerpen zo goed als geen scheuren vertoonden. De bestaande scheuren werden niet of uauwelijks brcdcr. Samenvatting Verschillende stukken eiken-iepen- en essenhout, groot en klein, goed en slecht hebben 18 maanden bij 50-60 °C in een PEG 4000 oplossing in water gelegen, terwijl de concentratie werd opgevoerd van 10 naar 56 gew. Iepen- en essenhouten voorwerpen zijn bevredigend geimpregneerd, en hebben een goede dimensie stabilisering. Eikenhouten voorwerpen daarintegen, voor zover het kernhout betreft, zijn slecht of zelfs helemaal niet geimpregneerd. Eikenhouten voorwerpen via de houtvaten vol laten zuigen, zou mogelijk zijn (zie figuur 5) maar erg lang duren. Het is dus belangrijk dat er gezocht wordt naar een betere methode van impregneren van eikenkernhout. De methode dient tevens sneller en geschikt te zijn voor alle houtsoorten. - 8 - Literatuur 1. Ambrose, W.R. 1972 The treatment of swamp degraded wood by freeze-drying. Report to the ICOM, Committee for Conservation, Madrid 1972. 2. Brorson Christensen, B. 1970 The conservation of waterlogged wood in the National Museum of Denmark, Kopenhagen (1970). 3. Stamm, A.J. 1956 Dimensional Stabilization of wood with Carbowaxes. Forest Prod. J. 6 (5) 201-204 (1956). 4. Mekerrel, H. Roger, E., Varsanyi, A. The Acetone/Rosin method for conservation of waterlogged wood. Studies in Conservation, 17 (1972) 111-125. 5. Stamm, A.J. 1964 Factors affecting the bulking and dimensional stabilization of wood with polyethylene glycols. Forest Prod. J. Ut_, 403-408 (1964). 6. Moren, R. 1965 Die Polyifthylenglycol-impregnierung von Holz und ihre Auswirkung bei Holz trocknung und Holzbearbeitung. Holz als Roh- und Werkstoff 23^ (1965) 142-152. 7. Heide, G.D. van der, Denzel, E. van, 1966 Aantekeningen betreffende de conservering van archeologisch hout, mede naar aanleiding van behandeling van het wrak van het oorlogsschip "Wasa" in Stockholm. R.IJ.P. Lelystad Intern rapport no. 169. 8. Jong, J. de, Touw, J.J. van Advies van de commissie "Nathout" voor Zeevalking, J.A., 1974 de conservering van nathout te Ketelhaven. 9. Reinders, E. 1937 Planten anatomie, handleiding. Landbouwhogeschool, Wageningen. 10. Pot, H.F. Varossieau W.W. 1950 Handboek voor de Houtanalist. 11. MUhlethaler, B. 1973 Conservation of waterlogged wood and wet leather. Parijs ICOM (1973). The conservation of old waterlogged wood at Ketelhaven. Venice ICOM (1975). 12. Jong, Dr. J. de 1975 Fig. 1 Vanaf de kopse kant van een vlakplank zijn 4 monsters gezaagd, evenwijdig aan de vezelrichting en op een afstand van 2 cm van elkaar, Fig. 2 Penetratie van PEG 4000, loodrecht op de vezelrichting, in eiken-, iepen- en essenhout van verschillende afmetingen. % PEG t.o.v. droog hout 160 O knieen en huidplanken D 80 spilwangen en ankerstokken A proefblokjes >1 * iepen- en essenhout + c \ V+ 60 ' r-V\. 1 1\ A \ _________________ +\ ^ ^ J i 40 A a' \ 20 ^ + • "^s.,^^ ' » OD\ D \ c» t 11 o diepte in cm o o O o o o o » t Fig. 3 Penetratie van PEG 4000 in eikenhout, evenwijdig aan de vezelrichting, op verschillende afstanden van de oppervlakte 00 I PEG t . o . v . droog hout O 0 80 n - 0,5 cm 0,5 - 1,5 cm A 1,5 - 3,5 cm 60 O O o 40 _i t> D 20 _ 1 ^ a""** 2 diepte in cm 6 K 14 o i CN en CN o o o O O ""> w t-l V 9 B g -a > u oi • OJ > C • 00 Q i 0 rt OJ 9 0 9 >rt as •—i CiD'rs' _3 •U c r_ CO - H > _ QI OO OJ B > cd c £ U-l T J ca M g cn <JJ 4J - •_ °£ •H 3 cu O O u-i cu 00 CB u C CO «* < l>S 00 •l-l t_ o o o CO s o O Fig. 5 radiaal voorjaarshout Eikenspinthout * (ca. 40x vcrgrcct) , najaarshout Het voorjaarshout bestaat, in tegenstelling tot het najaarshout, uit grote houtvaten, die in het spinthout open zijn. Fig. 6 radiaal II .T: Eikenkernhout voorjaarshout najaarshout (ca. 40x vergroot) OOOOO UOsToo De houtvaten in het kernhout zijn klein, en zijn dichtgegroeid met thyllen. Fig. 7 Voorbeeld van mislukte PEG impregnatie In 18 maanden is het PEG slechts enkele centimeters via de kopse zijde het hout binnen gedrongen. Na drogen is grote tangentiale krimp opgetreden. Fig. 8 Essenhout (ca. 40x vergroot) ^voorjaarshout * najaarshout Essenhout heeft een open structuur en de houtvaten in het kernhout groeien niet dicht.
© Copyright 2024 ExpyDoc