|
… En de ton
viel niet in duigen. Gert van Oortmerssen
English summery below / deze webpublicatie (2007) is een aangepaste versie van de gedrukte versie in Paleo-Aktueel 17 (2006)
Het Laboratorium voor Conservatie en Materiaalkennis (LCM) ondersteunt het onderzoek van het Groninger Instituut voor Archeologie (GIA) op twee manieren. Enerzijds worden hier belangrijke of complexe vondsten geconserveerd en gerestaureerd. Anderzijds wordt gekeken naar de materiaalsamenstelling en vervaardigingswijze van aardewerk en metaal in het kader van technologisch onderzoek. Het LCM wordt echter ook regelmatig benaderd door externe opdrachtgevers. Ernst Taayke, hoofd van het Noordelijk Archeologisch Depot (NAD), kwam in 2004 met het verzoek om een waterverzadigde houten emmer te behandelen. Aanvankelijk zou de emmer worden geconserveerd met behulp van vriesdroogtechniek bij een gespecialiseerd bedrijf. Maar de opdrachtgever vond de kosten voor de meest voor de hand liggende conservatiemethode te hoog in verhouding tot de archeologische en historische waarde van het object. De emmer gaf aanleiding om te onderzoeken of andere middelen en methoden kunnen worden ingezet voor de conservering van waterverzadigd archeologisch hout met een beperkte afmeting (tot circa 50 x 50 x 50 cm.). Immers ook het GIA zelf treft bij haar opgravingen regelmatig waterverzadigd hout aan dat behandeld moet worden. Tot nog toe is dit uitbesteed, waarbij het materiaal meestal werd gevriesdroogd. Er is gezocht naar een praktisch uitvoerbare conservatiebehandeling met goede resultaten voor een gunstige prijs. Daarbij stonden twee uitgangspunten voorop: ten eerste de noodzaak tot nabehandeling uitsluiten en ten tweede, waar mogelijk, de noodzaak tot passieve conservatie na de behandeling vermijden. Deze bijdrage is een zeer beknopte bespreking van alternatieven voor vriesdrogen en ze beschrijft de behandeling van de emmer in de loop van 2005.
Waterverzadigd hout
De oorzaak van vormverandering is gelegen
in de structuur van het materiaal. Hout is anisotropisch. Dat willen zeggen: de
mate van krimp of uitzetting - als reactie op een veranderend vochtgehalte - is
niet in alle richtingen gelijk. De houtvezels reageren verschillend in radiale,
tangentiale en longitudinale richting (fig. 1a). Alleen al het vochtverlies uit
een recent omgehakte boom zal leiden tot vormveranderingen zoals schematisch
weergegeven in figuur 1b. Hout dat langdurig in de bodem heeft gelegen is
bovendien blootgesteld aan chemische invloeden, waardoor bestanddelen kunnen
zijn uitgeloogd. Verzwakking van het materiaal leidt tot een verhoogd risico op
sterke vervorming bij uitdrogen.
Conservatiemethoden In de tweede helft van de 20e eeuw werden diverse conservatiemethoden ontwikkeld voor waterverzadigd hout. De methoden hebben alle tot doel het water aan het voorwerp te onttrekken, onder voorwaarde dat de oorspronkelijke vorm behouden blijft. Bij archeologisch hout zijn de ‘bouwstenen’ hemicellulose, cellulose en/of lignine dikwijls zo sterk aangetast, dat de vorm alleen behouden kan blijven door toevoeging van impregneermiddelen tijdens of na verwijdering van het water. Tot op heden worden twee technieken het meest toegepast. De eerste, en wellicht meest bekende techniek voor houtconservatie is het al genoemde vriesdrogen (o.a. Cronyn, 1990; Oddy 1975; Schulten, 1995). Het waterverzadigde voorwerp wordt relatief snel ingevroren. Vervolgens sublimeert ijs uit het voorwerp door de omgevingslucht kunstmatig droog te houden. Dit resulteert in volledige ontwatering met behoud van de vorm bij hout van relatief goede conditie. Voor aangetast hout is impregneren met een vulmiddel noodzakelijk om te voorkomen dat het materiaal alsnog in elkaar zakt of gemakkelijk kan breken. Vanwege de omvangrijke apparatuur en de financiële investering is deze techniek in Nederland beperkt beschikbaar en wordt ze meestal op kleinere voorwerpen toegepast.2 Een aansprekend voorbeeld van vriesdrogen op grote schaal werd begin jaren ’80 ondernomen in de haven van Marseille. Een Romeins schip is daar in situ geconserveerd. Na opgraving werd een gebouw (voorzien van klimaatbeheersing en een koelinstallatie) om het schip heen geplaatst. Door middel van onderdompeling in vloeibare stikstof en het handhaven van een lage relatieve vochtigheid (RV) kon al het water uit het hout worden verwijderd (Amoigen & Larrat, 1985). Vanwege de gemiddeld hoge kosten is ook onderzoek gedaan naar vriesdrogen in de buitenlucht in de poolstreken. De resultaten waren bevredigend maar het project beperkte zich tot hout in een redelijke tot goede conditie (Grattan et al, 1978 en 1980). Impregneren met Polyethyleenglycol (PEG) is de tweede techniek die veelvuldig wordt toegepast (o.a. Pearson, 1981; Oddy, 1975). Deze methode is gebaseerd op het verdrijven van het water door middel van een vulmiddel dat in water is opgelost. De wasachtige substantie hardt in het hout uit gedurende de verdamping van het water. Een beroemd voorbeeld van deze toepassing is het 17e eeuwse Zweedse slagschip Vasa. Met succes is het complete schip in een twee decennia durende behandeling geconserveerd. Sinds enkele jaren echter wordt de conditie van het hout opnieuw bedreigd door zuurvorming in het hout en corrosie van ijzeren nagels en bouten. Dit laatste is een direct gevolg van de impregnatie, omdat PEG corrosie van metalen versterkt (Sändstrom et al, 2003). In tegenstelling tot vriesdrogen is PEG-impregnatie voor kleine voorwerpen laagdrempelig qua middelen en apparatuur. PEG is verkrijgbaar in uiteenlopende moleculaire massa’s. De soorten met een laag gewicht en getal (200-400) zijn vloeibaar en kunnen gemakkelijk in de houtstructuur doordringen. De soorten met een hoog gewicht en getal (1500-4000) zijn van zichzelf vast, maar oplosbaar in water. Deze laatste kunnen minder goed in het hout doordringen, maar geven geïmpregneerd hout juist de stevigheid en stabiliteit die gewenst is. Uit ervaring bij het LCM en ook uit de beschikbare literatuur is gebleken dat PEG-behandeling dikwijls resulteert in een kleverig en vettig houtoppervlak. De ‘huid’ van het oorspronkelijke materiaal is dan slecht 'leesbaar' en op een vet oppervlak verzamelt zich bovendien gemakkelijk stof en vuil. In dat laatste schuilt een risico op de noodzaak van herhaalde behandeling. Daarnaast is vooral bij hardhout de keuze van het type PEG met de juiste moleculaire massa niet eenvoudig. Een verkeerde keuze kan leiden tot onvolledige impregnatie waardoor verdamping van water dat in de kern achterbleef alsnog kan leiden tot krimp en scheuring (Cronyn, 1990; Pearson, 1981; Oddy, 1975). Van de twee genoemde technieken lijkt vriesdrogen ethisch de meest verantwoorde; er hoeven geen stoffen te worden toegevoegd die eventueel ook weer verwijderd moeten kunnen worden. Echter, invriezen van het natte hout leidt tot uitzetting van het water met kans op uiteendrukken van het materiaal. PEG zet niet uit bij bevriezing, en om die reden word het hout vooraf toch meestal met een PEG–oplossing met lage molecuul-massa gewassen. Gevriesdroogd hout is licht van gewicht en vrij kwetsbaar zodat ook wel na de behandeling impregnatie met PEG wordt toegepast. Minder bekende technieken zijn in wezen varianten op PEG-impregnatie. Sommige werken op basis van water, andere op basis van organische oplosmiddelen. De ‘sucrose-methode’ bijvoorbeeld werkt op basis van geraffineerde suiker in water en is sterk vergelijkbaar met PEG-impregnatie (Parrent, 1985). De methode werd ontwikkeld als goedkoper alternatief voor PEG en is qua materiaal tevens de goedkoopste van de gepubliceerde behandelingsmethoden. Suiker is, net als de PEG-soorten met een lagere molecuul-massa, hygroscopisch als de RV stijgt tot boven 65%. Dat maakt klimaatbeheersing of passieve conservatie wenselijk of zelfs nodig, zodat de conserveringskosten op termijn kunnen oplopen. De ‘aceton/hars-methode’ werkt op basis van een organisch oplosmiddel (McKerrell et al, 1972; Oddy, 1975). Het waterverzadigde voorwerp wordt hierin ondergedompeld. De lage oppervlaktespanning van aceton resulteert in verdrijving van het water uit het hout. Een eenmaal oplosmiddelverzadigd voorwerp kan worden gedroogd als de conditie van het hout redelijk tot goed is. Archeologisch hout is meestal niet sterk genoeg meer en om die reden wordt het oplosmiddelverzadigde hout na ontwatering ondergedompeld in een mengsel van oplosmiddel en vulmiddel. Het vulmiddel hardt uit bij droging met behoud van de vorm. Hierin is de methode vergelijkbaar met PEG-impregnatie. Een alternatieve behandelingsmogelijkheid bestaat uit drogen met behulp van een organisch oplosmiddel en toevoeging van siliconen-olie (Smith, 2002). Hoewel de resultaten zeer bevredigend zijn is de methode onomkeerbaar. Overige technieken beperken zich tot louter dehydratie; enerzijds op basis van oplosmiddelen met lage tot zeer lage oppervlaktespanning, zoals de ‘alcohol/ether-methode’; anderzijds op basis van oplosmiddelen in combinatie met tijdelijke vulmiddelen zoals in de ‘alcohol/kamfer-methode’. Tot en met het uitdrogen zorgt de kamfer voor stabiliteit in het hout, waarna de kamfer zelf uit het hout sublimeert.
Keuze van de meest geschikte conservatiemethode Voor behandeling van de emmer komt de ‘aceton/hars-methode’ als meest interessante naar voren. Hoewel de materiaalkosten hoger uitvallen dan bij sucrose- of PEG-impregnatie, is nabehandeling overbodig.3 Bovendien kunnen behandelde voorwerpen worden bewaard of tentoongesteld zonder toepassing van passieve conservatie (maar waar mogelijk is passieve conservatie wel aan te bevelen om het behoud optimaal te ondersteunen. De ‘aceton/hars-methode’ is in de jaren '70 van de vorige eeuw onderzocht en uitgebreid getest (McKerrell et al, 1972; Oddy, 1975). Waterverzadigd hout wordt ondergedompeld in aceton en na ontwatering geïmpregneerd met een mengsel van pijnboomhars (colofonium) in aceton. De resultaten van zowel onaangetast als van gedegradeerd archeologisch hout zijn unaniem positief. Na afloop van de behandeling ontstaat een stabiele conditie omdat hars vrijwel ongevoelig is voor een variabele RV. Daarnaast is het vormbehoud zeer goed en heeft het behandelde hout een natuurlijk en goed ‘leesbaar’ uiterlijk . Het oppervlak is bovendien niet kleverig en nabehandeling is overbodig. Voor een optimale impregnatie moet het aceton/hars-mengsel worden verwarmd tot 52o Celsius, dicht bij het kookpunt van aceton. De ontvlambaarheid van aceton vormt een verhoogd risico dat veiligheidsmaatregelen nodig maakt. Het is wellicht om die reden dat de methode nauwelijks ingang heeft gevonden. De toepasbaarheid van de methode richt zich in deze context echter op hout met een beperkt volume. Bovendien heeft het aceton/hars-mengsel een verhouding die bij verwarming tot de gewenste temperatuur nauwelijks leidt tot opbouw van druk. De dampdruk van het mengsel is zelfs lager dan die van puur aceton bij kamertemperatuur (McKerrell et al, 1972). Toepassing van een overdrukventiel op een dampdicht afgesloten vat in een zuurkast met afzuiging, en maatregelen ter voorkoming van statische ontladingen, garanderen een verantwoorde veiligheidssituatie tijdens de behandeling. Eén van de basisbegrippen in conservatie en restauratie is reversibiliteit. De toegevoegde middelen (zoals PEG of hars) moeten weer verwijderd kunnen worden, zonder het object te beschadigen. De eerder genoemde toepassing van siliconen-olie is vanwege de onomkeerbaarheid dan ook onacceptabel. In theorie zijn PEG en colofonium volledig te verwijderen. De praktijk laat een ander beeld zien. Na verloop van tijd zal een deel van de PEG zich chemisch binden aan de nog aanwezige lignine en aan de celstructuur van het hout. Volledige reversibiliteit is dan niet meer mogelijk. Onderzoek aan objecten die enkele decennia geleden werden behandeld met de ‘aceton/hars-methode’ maakt duidelijk dat colofonium geleidelijk oxideert waardoor het op termijn mogelijk ook niet volledig kan worden verwijderd. De onderzoekers pleiten voor het vinden van een alternatief voor colofonium, maar beschouwen de methode voorlopig als de meest geschikte voor composietobjecten waarin metaal is toegepast (Esteban et al, 1998).
Behandeling van de emmer De emmer (inv. nr. D 2004-II.1) is bij toeval aangetroffen door een metaaldetectoramateur in Spijkerboor (gemeente Aa en Hunze, Drenthe) en is via provinciaal archeoloog W. van der Sanden overgedragen aan het Noordelijk Archeologisch Depot. Het voorwerp lag in een verlandde maar waterverzadigde geul van de Hunze. Eenentwintig eikenhouten duigen van 16 centimeter hoogte worden bijeengehouden door twee horizontale ijzeren banden.4 Afgezien van een losgeraakte bodem is dit voorwerp in de oorspronkelijke eenheid bewaard gebleven. Het hout kan licht worden ingedrukt en voelt wat sponzig aan, een aanwijzing voor de conditie die heel goed noch heel slecht is. De emmer heeft een hengsel met halverwege een ronde uitsparing. Hier doorheen is het oog aangebracht waaraan de emmer kan worden opgehangen. De ophanging wordt in de uitsparing gefixeerd door middel van een forse knop. De hengselhouders op de emmer zijn geklemd tussen duigen en banden en door middel van nagels ook aan de duigen bevestigd. 14C-analyse van het hout wijst op een datering in de 18e eeuw.5 Het ijzer is in beperkte mate gecorrodeerd en bezit een zwarte aanslag van ijzersulfiden die kenmerkend is voor zuurstofarme bodemomstandigheden. Op de banden en deels op de duigen is echter lokaal afzetting van een wat meer volumineuze, bruinrode corrosie. Het hengsel mist één van de twee ogen voor bevestiging aan de emmer door een plaatselijk opgetreden sterke corrosie. Het bijbehorende oog van de hengselhouder aan de emmer is eveneens sterk aangetast. De opdrachtgever heeft de RV van 100% gehandhaafd door het voorwerp onmiddellijk onder te dompelen in water in een afsluitbare container. Op deze wijze is de emmer aangeleverd bij het LCM. Om elk risico op uitdroging te vermijden zijn - bij hoge uitzondering - geen foto’s gemaakt voorafgaand aan de behandeling. Vóór de behandeling is het opslagwater
gemeten op de aanwezigheid van oplosbare zouten, in het bijzonder chloriden.
Deze kunnen schadelijk zijn voor het nog aanwezige ijzer. Het zoutenniveau was
echter zo laag dat er geen gevaar bestond voor ijzercorrosie. De emmer is onder
stromend kraanwater met zachte kwasten afgeborsteld om vuil en loszittende
corrosie te verwijderen. Aansluitend is hij gedurende drie weken ondergedompeld
in aceton, waarbij telkens na een week de aceton is vervangen. Vervolgens is de
emmer overgeplaatst in een oplossing van 67% colofonium in aceton (w/w).6
De hars lost niet volledig op bij kamertemperatuur omdat het mengsel is
afgestemd op verwarming tot 52o Celsius. De opstelling is gedurende
vier weken constant op de gewenste temperatuur gehouden in een warmwaterbad (fig.
2).
Nadat de emmer uit de oplossing was genomen
werd overtollige hars verwijderd en kon het aceton uit het hout verdampen. Het
verdampen duurde ongeveer drie dagen, maar de emmer is gedurende twee maanden
nauwlettend gecontroleerd op vormverandering en krimp bij kamertemperatuur en
een luchtvochtigheid die varieerde van 40 tot 80%. Er zijn geen veranderingen
waargenomen en het uiterlijk oogt natuurlijk (fig. 3).
De volgende stap bestond uit het demonteren
van de banden, het hengsel en de hengselhouders (fig. 4). Laatstgenoemden zijn
met behulp van aceton losgeweekt van het hout; de oorspronkelijke nagels waren
volledig gecorrodeerd. Daarna is al het ijzer ondergedompeld in aceton om
harsresten te verwijderen en is het aansluitend mechanisch schoongemaakt met
behulp van een slijptol. Bij mechanisch schoonmaken zou hars zich aan de
slijptol hechten als gevolg van wrijvingswarmte, waardoor het gereedschap
onbruikbaar wordt. Het schoongemaakte ijzer is vervolgens behandeld met tannine
om een lucht/vocht-buffer tegen corrosie te creëren. Onderdelen die contact
maken met elkaar of met hout, zijn afgelakt met een 20% oplossing van Paraloid
B72 in aceton/ethanol. Deze laag vormt, naast tannine, een aanvullende lucht/vocht-buffer,
maar ze maakt ook mogelijk dat hout en metaal met lijm aan elkaar worden gezet.
Delen die zichtbaar zijn werden ingesmeerd met microkristallijne was. Dit geeft
een mat tot zijdemat oppervlak en het vervult eveneens een rol als lucht/vocht-buffer.
Een afdekkende laag Paraloid zou hier door zijn sterke glans esthetisch
detoneren. Alle onderdelen zijn teruggeplaatst en vastgezet met Paraloid B72.
Ook de losse bodem is met behulp van Paraloid B72 teruggeplaatst. Het
ontbrekende deel van het hengsel is aangevuld met een eindlus van ijzer (fig.
5). Deze eindlus is met een tweecomponentenlijm aan het originele ijzer
bevestigd en eveneens met tannine en microkristallijne was gebufferd tegen
corrosie. De kans op beschadiging van het hout door loshangend metaal is hiermee
ondervangen.7
Behoud van de emmer op lange termijn, onder
toepassing van passieve conservatie, veroorzaakt een belangentegenstelling waar
het de ideale waarden van RV betreft. IJzer moet bij voorkeur bij een extreme,
maar stabiele RV van <20% worden bewaard, terwijl hout beter bewaard kan worden
bij een weinig veranderende RV van 50%. Het ontbreken van chloriden en de
aanwezige lucht/vocht-buffers van tannine, Paraloid B72 en microkristallijne was
geven het ijzer een grotere bandbreedte voor RV. Het hout is door impregnatie
met hars veel minder hygroscopisch geworden en kan daardoor eveneens binnen een
bredere RV-tolerantie worden bewaard, zolang er maar weinig fluctuaties
optreden. Een RV van 35% met zo min mogelijk fluctuatie is een aanvaardbaar
compromis.
Conclusie Hoewel de ‘aceton/hars-methode’ met bevredigend resultaat is toegepast op een emmer van eikenhout in een redelijke conditie, is deze conservatiemethode niet zonder meer inzetbaar of noodzakelijk voor andere houtsoorten en stadia van degradatie. Sommige objecten kunnen volstaan met ontwateren door middel van een oplosmiddel, bij andere kunnen financiële, historische of niet-objectgerelateerde argumenten leiden tot de keuze voor een alternatieve methode. Nadelig bij de hier toegepaste methode zijn de relatief hoge kosten van de hars en de toepassing van organische oplosmiddelen in plaats van water. Ook de veiligheidsmaatregelen verdienen meer dan gewone aandacht. Omdat nabehandeling overbodig en passieve conservatie minder noodzakelijk zijn, is de investering voor conservatie overzichtelijk en beperkt. Behandelde objecten moeten echter kritisch worden gevolgd om een beeld te krijgen van eventuele oxidatie van de hars en de mate waarin dit de conditie van het object kan ondermijnen. Waar mogelijk kan colofonium worden vervangen door een hars die niet oxideert. Ondanks de geschetste en potentiële nadelen vormt de ‘aceton/hars-methode’ voor het LCM een zeer nuttige aanvulling op de diverse mogelijkheden voor het conserveren van waterverzadigd hout; zeker bij composietobjecten met metaal, waarvoor geldt dat PEG-behandeling geen optie is.
Summary: Conservation of a waterlogged wooden bucket In 2004 the Laboratory for Conservation and Material Studies (LCM) was asked to treat a waterlogged oak bucket with iron bindings. Freeze drying, the most obvious conservation technique available, was considered too costly, given the modest historical and archaeological significance of the object. The LCM took the opportunity to explore alternative methods on the basis of published research results. Impregnation with Polyethylene Glycol (PEG) was not possible, since PEG facilitates metal corrosion. Among the alternatives the ‘acetone/rosin method’ meets the demand of stability in the face of changes in relative humidity, and it makes retreatment and passive conservation less necessary. Disadvantages are the high inflammability of the solvent and the cost of the material. Another possible drawback is the oxidation of the applied rosin (colophony), with expected increasing irreversibility over time. However, since there will be non need for retreatment, irreversibility of treatment is not considered a major problem. The bucket has been treated according to the ‘acetone/rosin method’, with satisfactory results. The rate of resin oxidation will be monitored and, if possible, a non-oxidizing type of rosin will be applied in the future.
 1 Cronyn (pp. 246-263) geeft een beknopte introductie met literatuurverwijzing. Zie ook Oddy en De Vries-Zuiderbaan. Daarnaast zijn via internet meer recente introducties te vinden aan de hand van de trefwoorden conservation waterlogged wood 2 Archeoplan, Delft 3 PEG-impregnatie is niet mogelijk omdat de emmer onderdelen van ijzer bevat. PEG veroorzaakt op termijn corrosie van het ijzer. 4 Determinatie van de houtsoort is uitgevoerd door J.N. Bottema – Mac Gillavry (GIA). 5 De datering is uitgevoerd door het Centrum voor Isotopenonderzoek (Rijksuniversiteit Groningen) nummer GrA-23943: 235 ± 25 BP, gekalibreerd (2 stand. dev.) ca. 1630 – 1949. De meest waarschijnlijke datering ligt tussen 1733 en 1807. 6 In tegenstelling tot de gebruikelijke receptuurnotatie op basis van gewicht/volume (w/v) wordt in deze publicatie een menging op basis van gewicht/gewicht (w/w) genoemd. 7 De tweecomponentenlijm (Araldite 2020) kan eventueel weer worden verwijderd met behulp van methylchloride, het belangrijkste ingrediënt van verfafbijtmiddelen. In verband met de kans op migratie van chloriden in het ijzer en de daaruit voortvloeiende kans op corrosie, moet het ijzer na verwijdering van deze lijm lokaal worden ontzilt.
Literatuur
|
