Συντήρηση ένυδρου ανασκαφικού ξύλου με μελαμίνη-φορμαλδεΰδη: Μελέτη επιπτώσεων της μεθόδου στις ιδιότητες του ξύλου

Βλατά, Μαρία

Conservation of waterlogged wood with melamine – formaldehyde: Investigating the impact of the method on wood properties

Μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία

Author

Βλατά, Μαρία

Date

2022-07-12

Advisor

Pournou, Anastasia

Μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία (10.41Mb)

Keywords

Συντήρηση ; Ένυδρο ξύλο ; Μελαμίνη φορμαλδεΰδη ; Λυοφιλίωση ; Conservation ; Waterlogged wood ; Melamine formaldehyde ; Kauramin 800 ; Freeze drying

Abstract

Η παρούσα Διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μελέτη των επιπτώσεων της μεθόδου ¨μελαμίνης – φορμαλδεΰδης¨ (ΜΦ) στις ιδιότητες του αρχαιολογικού ξύλου. Η εν λόγω μέθοδος έχει εφαρμοσθεί στο παρελθόν στη συντήρηση ένυδρου ανασκαφικού ξύλου με αξιοσημείωτα προβλήματα. Παρά ταύτα, τις τελευταίες δεκαετίες έχει αναβιώσει σε διάφορες χώρες, χωρίς όμως να έχουν περεταίρω μελετηθεί οι αρνητικές συνέπειές της στο ξύλο. Στόχος της εργασίας ήταν η εκ νέου αξιολόγηση της μεθόδου με βάση τις φυσικοχημικές και μορφολογικές ιδιότητες του ξύλου μετά την εφαρμογή της ΜΦ. Χρησιμοποιήθηκαν δοκίμια από ένυδρο ανασκαφικό ξύλο Ελάτης Κεφαλληνιακής (Abies cephallonica, Loud.). Η κατάσταση διατήρησής του αξιολογήθηκε με βάση τις φυσικές του ιδιότητες, βαρυμετρικά και ογκομετρικά, τις χημικές με FT-IR και EDS, και τις μορφολογικές με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM). Στη συνέχεια, τα δοκίμια συντηρήθηκαν με τη μέθοδο ΜΦ, όπου εμποτίστηκαν σε υδατικό διάλυμα 25%v/v ρητίνης Kauramin 800®, 10%v/v τριαιθυλενικής γλυκόλης, 5%w/v ουρίας και 0,5%v/v τριαιθανολαμίνης. Για συγκριτικούς λόγους εφαρμόστηκε σε δοκίμια και η μέθοδος της λυοφιλίωσης με προεμποτισμούς σε υδατικά διαλύματα πολυαιθυλενικής γλυκόλης (PEG) σε μοριακά βάρη 400/4000, η οποία θεωρείται ως η πλέον επιτυχημένη και καθιερωμένη μέθοδος συντήρησης. Οι δυο μέθοδοι αξιολογήθηκαν με βάση την διαστασιακή σταθερότητα που παρείχαν στο ανασκαφικό ξύλο, τις αλλαγές στην χημική σύστασή του, την μικρο-μορφολογία του και τις οπτικές ιδιότητες της επιφάνειάς του, όπως το χρώμα και η στιλπνότητα. Τα αποτελέσματα που ελήφθησαν έδειξαν ότι και οι δύο μέθοδοι συντήρησης παρείχαν διαστασιακή σταθερότητα στο υλικό. Παρά ταύτα, το ξύλο που συντηρήθηκε με ΜΦ εμφάνισε ευθρυπτότητα σε κυτταρικό επίπεδο η οποία παρατηρήθηκε στο SEM ως παρουσία υπολειμμάτων θραύσης των κυτταρικών στρώσεων. Επίσης, τα δοκίμια με ΜΦ παρουσίασαν σημαντική αλλαγή του χρώματός τους (ΔΕ*), η οποία στο σύστημα CIELab εμφανίστηκε ως μετατόπιση σε πιο κίτρινους τόνους (b*) και ως αύξηση της φωτεινότητας (L*) σε σχέση με τα λυοφιλιωμένα δοκίμια. Παρόμοιες τιμές στιλπνότητας καταγράφηκαν και για τις δύο μεθόδους. Τα πιο σημαντικά ευρήματα της μελέτης αυτής θεωρούνται ότι είναι τα αποτελέσματα που αφορούν τόσο την υπερδομή όσο και την χημική σύσταση του συντηρημένου ξύλου με ΜΦ, τα οποία υπέδειξαν ότι η μέθοδος ΜΦ έχει προκαλέσει σοβαρή αλλοίωση στο υλικό. Η χημική αλλοίωση παρουσιάστηκε ειδικότερα στη λιγνίνη, και πιθανότατα συντελέσθη κατά τη διάρκεια των εμποτισμών λόγω του αλκαλικού pH των διαλυμάτων ή/και κατά τον πολυμερισμό της ρητίνης που πιθανότατα τροποποίησε χημικά το αυθεντικό υλικό δημιουργώντας αναντίστρεπτους νέους χημικούς δεσμούς μεταξύ ξύλου και ΜΦ. Περεταίρω έρευνα θεωρείται αναγκαία ώστε να κατανοηθεί ο μηχανισμός αυτής της χημικής αλλοίωσης και οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ της μεθόδου μελαμίνης – φορμαλδεΰδης και ένυδρου ξύλου.

Abstract

The present dissertation is a study on the effects of the "melamine-formaldehyde" (MF) method on the properties of archaeological wood. Although this method has been used is the past in the conservation of waterlogged excavated wood with significant drawbacks, in recent decades it has been revived in various countries, nonetheless it hasn’t been further studied for its negative effects on wood. The aim of this study was to reevaluate the method based on the physicochemical and morphological properties of wood after the MF application. For comparative reasons the method was evaluated in relation to the most common and successful conservation method, which is the impregnation with polyethylene glycol (PEG) and freeze–drying. Waterlogged samples of Greek fir (Abies cephallonica, Loud.) were used in this study. The state of preservation of the material was evaluated based on its physical properties gravimetrically and volumetrically, its chemistry with FT-IR and EDS analysis and its morphological properties with Scanning Electron Microscopy (SEM). Samples were conserved with the MF method using an aqueous solution of 25% v/v Kauramin® 800 resin, 10%v/v triethylene glycol, 5%w/v urea and 0.5%v/v triethanolamine. For comparative reasons the freeze-drying method was applied on samples that have been pre–impregnated in a PEG aqueous solution of 400 and 4000 molecular weights. Both methods were evaluated based on the dimensional stability of the conserved wood, its chemical composition, its micro-morphology and its surface optical properties, such as color and gloss. Results obtained showed that both methods provided dimensional stability to the material. Nevertheless, the MF-treated wood exhibited brittleness at the cellular level, which was shown in SEM as fractured layers’ debris. Furthermore, MF-treated samples presented a significant change in their (ΔE*), which in the CIELab color space appeared as a shift to more yellow tones (b*) and as an increase in brightness (L*) compared to the freeze-dried samples. Similar values of gloss were recorded for both methods. The most important findings of this study are considered to be the results concerning both the ultrastructure and the chemical composition of the MF-treated wood, which indicated that MF has seriously altered the original material. Chemical alteration was mostly evident in lignin and it is assumed that was caused either during impregnation due to the alkaline pH of the solutions and/or due to the polymerization of the resin which chemically modified the original material by the creation of irreversible bonds between wood and MF. Further research is considered necessary to understand the mechanism of this chemical modification and the interactions between the MF resin and waterlogged archaeological wood.