Research on dimensional stability in waterlogged archaeological wood dried in a non-cooled vacuum chamber connected to a laboratory freeze-dryer

The article presents changes in the dimensions of well-preserved, waterlogged archaeological oak and pine wood, untreated and treated with PEG 300, after drying in the air and in vacuum conditions. The effectiveness of wood conservation was evaluated on the basis of wood shrinkages in tangential and radial directions, cross-section shrinkages and anti-shrink efficiencies (ASE). The changes in the dimensions of the oak wood samples treated with a 25% solution of PEG 300 and dried in vacuum conditions were distinctly lower than the results obtained after the drying of the wood in the air. The shrinkage in the treated and vacuum-dried pine wood was lower than the shrinkage in the oak wood, but it did not differ much from the results obtained in the case of the treated wood, dried in the air.

W wielu ośrodkach konserwatorskich przyjmuje się, że drewno archeologiczne impregnowane poliglikolami etylenowymi (PEG) i suszone liofilizacyjnie wymaga nie tylko odpowiedniego wchłonięcia impregnatu, ale także stałego utrzymywania niskiej temperatury zamrożonego obiektu. Wiąże się to z koniecznością stosowania instalacji z chłodzoną komorą suszenia, zaprojektowaną do konserwacji materiałów nasyconych poliglikolami. Celem przeprowadzonych badań było porównanie stabilności wymiarów nieimpregnowanego i impregnowanego dobrze zachowanego drewna archeologicznego, które poddano suszeniu w warunkach próżni w niechłodzonej komorze połączonej z liofilizatorem i w chłodzonej komorze liofilizatora oraz zmian wymiarów drewna, niezamrożonego, suszonego w próżni i w powietrzu. Badania wykonywano na próbkach mokrego drewna archeologicznego o wymiarach 50 × 50 × 10 mm (T × R × L) wycinanych z twardzieli dębu (Quercus sp.) i twardzieli sosny zwyczajnej (Pinus sylvestris L.). W pracy określano zmiany wymiarów drewna nieimpregnowanego suszonego w powietrzu i w warunkach próżni, drewna impregnowanego 25% wodnym roztworem PEG 300 i suszonego w powietrzu i w próżni oraz drewna impregnowanego 45% roztworem PEG 300 i suszonego w powietrzu według wariantów impregnacji i suszenia podanych w tabeli 1. Próbki suszone w próżni zamrażano (poza wariantem 4) w temperaturze –27°C. Suszenie przeprowadzano w niechłodzonej komorze połączonej z liofilizatorem Alpha 1–4 (Christ) i dwustopniową pompą próżniową Duo 020 (Pfeiffer). Próbki wysuszone w powietrzu i w próżni sezonowano do wilgotności równowagowej przy względnej wilgotności powietrza 50% i temperaturze 18°C. Zmiany wymiarów drewna przedstawiono jako częściowy skurcz styczny, promieniowy i przekroju poprzecznego od stanu maksymalnego nasycenia wodą do stanu bezpośrednio po suszeniu w próżni i do stanu po sezonowaniu próbek w powietrzu. Porównanie skurczów sezonowanego drewna w stosunku do skurczów nieimpregnowanych próbek kontrolnych suszonych w powietrzu przeprowadzono przy pomocy odpowiednich wskaźników stabilizacji wymiarowej ASE. Podstawowe cechy makroskopowe i właściwości fizyczne badanego drewna podano w tabeli 2. Po impregnacji próbek wchłonięcie PEG 300 do drewna poddawanego suszeniu w próżni wynosiło od 29,0 do 30,9% (dąb) oraz od 40,5 do 42,3% (sosna) s.m. drewna. Zawartość wody w drewnie dębowym zmniejszyła się do 73–77%, a w drewnie sosnowym do 95–101%. Po suszeniu drewna w próżni zawartość wody w próbkach była niższa niż równowagowa wilgotność drewna nieimpregnowanego i impregnowanego, suszonego w próżni a następnie sezonowanego (tabela 3). Znaczny stopień wysuszenia próbek w próżni łączył się z większym skurczem drewna (tabela 4) niż wartości uzyskane po sezonowaniu wysuszonego drewna (tabela 5 i 6). W przypadku próbek dębowych skurcze drewna nieimpregnowanego i suszonego w próżni oraz skurcze drewna nasyconego 25% PEG 300 i suszonego w powietrzu były po etapie sezonowania o około połowę mniejsze w porównaniu ze skurczami próbek kontrolnych (nieimpregnowanych i suszonych w powietrzu). Wskaźniki zmniejszenia skurczu ASE w kierunku stycznym i skurczu przekroju poprzecznego wynosiły wówczas około 50%, a w kierunku promieniowym poniżej 30% (wariant 2 i 3) lub ponad 70% (wariant 8). Zdecydowanie mniejsze zmiany początkowych wymiarów mokrego drewna odnotowano dla wszystkich próbek nasyconych 25% PEG 300 i suszonych w próżni. Dotyczyło to w równym stopniu drewna suszonego liofilizacyjnie w sposób ciągły i przerywany, jak i próbek niezamrożonych (wariant 4). Oznaczane w badaniach skurcze były wówczas około 10-krotnie mniejsze niż skurcze nieimpregnowanych próbek kontrolnych wysuszonych w powietrzu. Zmiany wymiarów próbek sosnowych impregnowanych poliglikolem i suszonych w próżni były bardzo niewielkie w obydwu badanych kierunkach anatomicznych. W większości przypadków odnotowano nieznaczne spęcznienie drewna w stosunku do jego wymiarów w stanie mokrym (wartości ujemne w tabeli 6). Zmiany wymiarów próbek zawierały się głównie w przedziale od 0,1 do –0,1%. Drewno impregnowane 25% PEG 300 i suszone w powietrzu nie wykazywało także większych odkształceń wilgotnościowych. Porównanie wyników uzyskanych dla drewna impregnowanego 25% PEG 300 i suszonego w próżni lub w powietrzu wskazuje na podobny poziom stabilizacji badanego materiału – niezależnie od warunków jego suszenia. Przeprowadzone badania wykazały, że wysoka stabilność wymiarów dobrze zachowanego drewna archeologicznego zależy głównie od optymalnej ilości wprowadzonego środka modyfikującego, a w mniejszym stopniu od temperatury drewna suszonego w próżni. Porównywalną stabilność wymiarów jak w przypadku drewna modyfikowanego 25% PEG 300 i suszonego w próżni można uzyskać po jego wysuszeniu w powietrzu przy takim samym wchłonięciu poliglikolu do drewna sosny i około dwukrotnie większym wchłonięciu do drewna dębu. Zestawy składające się z liofilizatora i niechłodzonej komory suszenia mogą być wykorzystywane do konserwacji małych dobrze zachowanych archeologicznych obiektów drewnianych impregnowanych poliglikolami.