CC BY
223УДК 902.034
DOI: 10.24412/2220-0959-2020-11-58-96
СОВРЕМЕННЫЕ ПРАКТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ КОНСЕРВАЦИИ МОКРОГО АРХЕОЛОГИЧЕСКОГО ДЕРЕВА
Копейкин Михаил Леонидович
Независимый исследователь (Санкт-Петербург)
Аннотация: В статье рассмотрены достаточно недавние разработки техпроцессов консервации мокрого археологического дерева с применением пропитки полимерами, силиконами, методики вымораживания в естественных условиях и с применением лиофелизационных устройств и вакуумирования. Интерес представляет характеристика методик по консервации МАД в ядерном центре в г. Гренобль, Франция. Автор особенно тщательно рассказывает о применении собственной методики консервации МАД, основанной на применении гидрофобизаторов на кремнийорганической основе. Отдельное внимание уделяется методикам определения возраста затопленных памятников археологии. Ключевые слова: сохранение мокрого археологического дерева, подводные памятники истории, методы консервации артефактов
Abstract: The article discusses quite recent developments of technological processes for the conservation of a wet archaeological tree using impregnation with polymers, silicones, freezing techniques in vivo and with the use of lyophilization devices and evacuation. Of interest is the characteristic of methods for preserving MAD in the nuclear center in Grenoble, France.The author speaks especially carefully about the use of his own method of MAD conservation, based on the use of water repellents on an organosilicon basis. Special attention is paid to methods for determining the age of submerged archaeological sites.
Keywords: preservation of wet archaeological wood, underwater historical monuments, methods of preservation of artifacts
Для современных археологов информация, заложенная в деревянных артефактах исключительно важна. Но дерево, как органический материал подвержено разрушению и требует специальных методик охранению. Со временем изменится и химический состав древесины, а из-за разрушения структуры сильно повышается водопоглощение. Так, максимальное содержание влаги в находившийся в воде древесине зависит от степени её разрушения и меняется в пределах 120-600% [6].
Копейкин М. Л. Современные практические методы консервации мокрого археологического дерева / М. Л. Копейкин // Вопросы подводной археологии. - 2020. - №11. - С. 58-96
От правильной трактовки вводных данных зависят выводы об использовании тех или иных полимеров, уровне пропитки, о вариантах сушки, выборе антисептиков. Водонасыщенная древесина сохраняет свою форму до тех пор, пока остаётся мокрой. При нахождении древесины на открытом воздухе избыток воды испаряется и возникшие силы поверхностного натяжения ослабляют стенки клеток, вызывая деформации, трещины и коробления в древесине [12].
В 1961 году шведский галеон «ВАЗА» был поднят со дна и начались беспрецедентные консервационные работы. Единственным способом, при котором переход из-под воды в воздух для деревянного предмета проходит без разрушения, является замещение воды в порах дерева специальными растворами. В случае «ВАЗЫ» был выбран полиэтиленгликоль (ПЭГ). Эти вещества проникая внутрь древесины, заполняют все поры и пустоты, вытесняя воду. Далее переходя в воскообразное состояние ПЭГ обеспечивает сохранение объёма и формы консервируемого предмета [15].
Для того, чтобы ПЭГ проник во все закоулки корпуса корабля и омыл все деревянные детали, «ВАЗА» был опущен в специальный футляр-ангар, полностью закрытый со всех сторон. Внутри корпуса корабля была смонтирована дождевая установка с мощными насосами. Около 500 форсунок распределили по всем закоулкам корпуса.
Рис. 1. Форсунки внутри корпуса «Вазы»
Полностью погрузить такой огромный объект в ванну с ПЭГом было невозможно, поэтому-то и воспользовались методом орошения. Процесс
выглядел следующим образом - 25 минут орошения и 20 минут пауза, потом снова орошение и снова пауза. И так в течение 17 лет! Лишь в 1979 году специалисты решили, что дерево достаточно глубоко пропиталось и прекратили процесс.
В 2000 году сотрудники музея обратили внимание на белёсые пятна, на поверхности дерева вокруг следов от проржавевших железных деталей. Анализ показал, что это продукты распада серной кислоты, образовавшейся в результате взаимодействий растворенной в воде серы, продуктов коррозии и кислорода воздуха. До последнего времени пока не найдено эффективного метода борьбы с продуктами распада серной кислоты в толще дерева корпуса объекта. На данном этапе в музее строго следят за атмосферой в выставочном пространстве, температура поддерживается в диапазоне 18-20°С, влажность не более 55%. Принято решение заменить весь крепёж на норвежскую сталь.
Из аналогичных объектов, стоит отметить «Mary Rose» в г. Портсмуте, Англия. Корабль погиб в 1545 году, а в 1982 году его удалось поднять. Для консервации корпуса была принята та же концепция, что использовалась на «ВАЗе». После установки остатков корпуса на жёсткое стальное основание и фиксации всех деревянных частей, были проложены трубопроводы с большим количеством форсунок. И даже после строительства нового здания музея впрыскивание не прекращалось. Так выглядит система пропитки ПЭГом в музее «Mary Rose» в г. Портсмуте в настоящее время, хотя, по последнем данным принято наконец решение о прекращении подачи раствора полиэтиленгликоля.
До обустройства подачи ПЭГа, корпус корабля орошался дождевыми установками более 10 лет. Пропитка корпуса консервантом началась в 1994 году и продолжалась практически до 2018 года [14].
Следующим большим проектом является «KOGGE» из Бремена. Этот корабль обнаружили при проведении дноуглубительных работ на дне реки в 1962 году. Датируется он 1380 годом. Долгое время корпус и детали корабля хранились в резервуаре с водой. Длина корпуса составила 24 метра, ширина 8 метров, а высота борта - 4 метра. Водоизмещение 130 тонн, т.е. в сравнении с Mary Rose бременский KOGGE был в 6 раз меньше. Тем не менее мы должны себе представить ёмкость, в которой можно поместить такой объект. Было опробовано несколько вариантов с ПЭГом начиная от ПЭГ-200 до ПЭГ-3000. В результате был предложен двухступенчатый вариант консервации: первый этап - пропитка в ваннах с ПЭГом-200, который имеет высокую степень проникновения в древесину и второй этап - пропитка раствором ПЭГ-3000, который имеет высокую стойкость и переходит в твёрдое состояние.
Рис. 2. Трубы, проложенные по корпусу «Mary Rose» для орошения раствором «ПЭГ»
Раствор ПЭГ-3000 обязательно требует нагрева, чтобы хлопья консерванта перешли в жидкое состояние. Как в первом, так и во втором этапе обязательно требовалось наличие в растворах биоцидных добавок. Плесень, микроорганизмы, водоросли и т.д. без антисептирования размножаются в растворе и процесс консервации становится невозможным. На выходе системы очистки были поставлены фильтры, а перед ними в раствор добавлены флокуленты (специальные вещества полимерного состава, которые в результате тепловой, механической либо электрической реакции способствуют выпадению лёгких плавающих частиц в рыхлый хлопьевидный осадок, который легко удаляется).
В качестве флокулентов использовали сульфат алюминия. Но по оценкам специалистов, которые занимались разработкой техпроцесса консервации, был один очень неприятный момент. «Однажды мы увидели, что с поверхности дерева артефакта в растворе поднимаются пузырьки газа. Это оказался сероводород. Ванна была насыщена кислородом, и серные бактерии усилено размножались в сульфате алюминия, превращаясь в сероводород. Кроме тошнотворного запаха появились чёрные пятна на древесине. Добавление четвертичной соли алюминия в качестве дополнительного биоцида положило конец этой проблеме» [13].
Рис. 3. Монтаж ванны для погружения корпуса «КОГГА» полностью в раствор «ПЭГ»
Через несколько месяцев необходимый яд в ванне разлагался сам собой. Заменили флокулент на щелочной хлорид полиалюминия, что оказалось весьма эффективным. Работы по первому этапу продолжались с 1984 по 1991 год, при этом ПЭГ с 30% раствора увеличили до 40% (ПЭГ-200).
Через 5 лет был получен первичный результат, т.е. осушив ванну от первого раствора (ПЭГ-200) реставраторы убедились, что дерево не выделяет раствор (он перестал стекать) и не впитывает больше влаги при промывке корпуса тёплой водой. После выдержки объекта на воздухе, дерево стало подсыхать. По происшествии месяца его стали заполнять
раствором №2 - ПЭГ-3000, который привозили в цистернах в нагретом до 90°С состояния. Для поддержания температурного режима 60°С, вся ванна была опутана шлангами с горячей водой.
Пропитка ПЭГ-3000 на втором этапе длилась почти три года. Т.к. молекулы ПЭГ-3000 являются значительно большими, чем у ПЭГ-200, они приникают в глубину дерева с большим трудом. Но эта пропитка предназначена для поверхностных слоёв древесины. Дерево получилось естественным, без больших трещин и главное - очень плотным и стабильным.
Во время одного из посещений автора статьи лаборатории Новгородской экспедиции, Эмма Константиновна Кубло, в разговоре о консервации и экспонировании археологического дерева сказала такую фразу: - «не надо стремится заглаживать и конопатить все трещины на деревянных артефактах, старое дерево должно выглядеть как старое, а не как «новодел». Я поддерживаю эту точку зрения. Посмотрите на фотографии Когга после пропитки.
Рис. 4. «КОГГ» после пропитки»
Вы видите большое количество трещин. Но это трещины, образовавшиеся в давние времена, а не образовавшиеся в процессе консервации, они лишь подчёркивают древность этой древесины. Усадка древесины при двухступенчатой обработке не превысила в продольном направлении 2,7%.
Развитие археологии и увеличение находок из мокрой археологической древесины в первой половине XX века предопределило использование следующих методик:
• Медленное высушивание;
• Консервация в жидкостях;
• Дегидратация;
• Покрытие защитным слоем;
• Пропитка;
• Обработка квасцами.
Консервация деревянных предметов методам медленного высушивания, представляла собой самый простой и доступный метод, состоящий в медленном равномерном и контролируемом высушивании, при котором постепенно снималось напряжение между более сухим поверхностным слоем и более влажным внутренним слоем древесины.
Метод консервации в жидкости предусматривал применение жидкостей в виде чистого глицерина, формалина и спирта. Недостаток этого метода состоял в том, что в течение длительного времени нужно было постоянно менять жидкость, при отсутствии гарантии положительного результата.
Метод дегидратации должен был проводится одновременно с нанесением защитного состава на поверхность деревянных предметов. Предусматривалась пропитка дерева раствором спирта и олифы, смолы и чистого бензина, льняного масла и скипидара. Также были опыты с пропиткой олифой и со скипидаром, в соотношении 90% на 10%, пчелиным воском в смеси с канифолью (10%); ксиленом с крошкой парафина (75% на 25%).
Интересен опыт пропитки раствором сахара (водный раствор 50гр./литр) с последующей сушкой в песке в течение нескольких месяцев. Процесс достаточно громоздкий, но из-за своей простоты подкупает некоторых исследователей и сегодня.
Консервация посредством покрытия защитным слоем заключалась в нанесении на поверхность деревянного артефакта льняного масла и карбонила, но образовавшийся защитный слой не становился полностью водонепроницаемым, а лишь задерживал процесс разрушения дерева.
В середине XX века получил распространение метод консервации дерева с применением квасцов. Квасцы - двойные водные сульфаты алюминия и калия, позволяли удалить из дерева молекулы воды. Но от этого метода отказались, т.к. деревянные изделия, обработанные квасцами в последствии теряли чёткость очертаний.
Выбор варианта консервации, его методики, химикатов зависит как от знаний реставратора, так и от правильности оценки состояния деревянного археологического артефакта. Сошлюсь на авторитет Г. А. Преображенской.
Реставрационные материалы должны отвечать следующим требованиям:
1. Основное требование к укрепляющим материалам - их долговечность. Необходимо использовать только те материалы, которые длительное время сохраняют свои прочные свойства.
2. Они должны быть обратимы. Обратимость нужно понимать, как способность к регенерации.
3. Они должны быть нейтральными по отношению к дереву.
4. Инертны, т.е. не менять свои линейные размеры под воздействием старения или других факторов, но в тоже время должны обладать эластичностью и прочностью, т.е. изменять линейные размеры одновременно с материалом артефакта.
5. Укрепляющие материалы, используемые в консервации, не должны вносить посторонний цвет, т.е. дерево должно быть максимально сохранено по цвету к моменту изъятия из среды.
Приступая к консервации, необходимо в качестве первого этапа, вне зависимости от выбранной методики, произвести механическую очистку каждого предмета и каждой части конструкции корабля. Это необходимо как для определения сохранности дерева, так и для обеспечения проникновения растворов, которыми будет обрабатываться объект - антисептирующих и пропитывающих. Часто бывает, что часть поверхности покрыта дёгтем, который кстати хорошо защищает дерево от разложения. Для его удаления необходимо использовать растворители, такие, как толуол, этиловый спирт, петролейный эфир, ацетон. Растворители желательно подбирать индивидуально путём проб на небольших фрагментах артефакта [9].
Наиболее широко распространена с середины XX века методика консервации полиэтиленгликолями (ПЭГ). Все известные, и уже затронутые в этой статье памятники прошли консервацию именно с использованием ПЭГ, но у каждого случая есть свои нюансы. Мы отмечаем, что для консервации мокрой древесины полиэтиленгликолями применимы два способа - это обмен воды на ПЭГ методом погружения и методом опрыскивания и смазывания. Поэтому надо понимать, что на сегодняшний день нет единой универсальной методики. Так описывают методику пропитки ПЭГ в Морском музее Гданьска:
«Для консервации методом погружения используем водный раствор ПЭГ-1500 и ПЭГ -4000. Температура держится постоянной на уровне
+55°С, а концентрация ПЭГ увеличится с 5% до 70%. Время выдержки зависит от толщины консервируемых объектов и колеблется от 5 месяцев до 1,5 лет. Температура в ванне поддерживается за счёт теплообмена с горячей проточной водой в системе трубопроводов. После выемки объектов из раствора удаляется избыток ПЭГ при помощи губок, воды и тёплого воздуха. Затем объект высушивается и выдерживается при температуре 18-20°С и влажности не более 50%. Этим методом в Гданьске был законсервирован челн из Пуцкой бухты [9]. В результате этого метода древесина темнеет, после подогрева её можно гнуть из-за большой эластичности ПЭГ, что удобно при сборке объектов морского наследия.
Пропитка через опрыскивание или смазку кистями - это дешёвый, но очень трудоёмкой метод. Ежедневное опрыскивание происходит с помощью ручных разбрызгивателей при концентрации 10-30%. При больших концентрациях производится смазывание раствором при помощи кисти или тампона. Процесс продолжается несколько лет и происходит на специально сконструированных столах, приспособленных к удалению избытка ПЭГ. Важно не допускать высушивания объекта между спрыскиваниями или смазываниями, удерживая высокую влажность воздуха или заворачивая объект в фольгу.
После этого в течение нескольких лет происходит сушка предмета. Этот метод применяли при использовании ПЭГ-1500 и ПЭГ-4000. Во всех памятниках после консервации наблюдались трещины различной величины.
Крупногабаритные объекты, законсервированные ПЭГом, создают возможность сбора образцов, которые высверливаются буром, диаметром 5 мм. Это даёт возможность определить максимальную влажность в образцах и подобрать соответствующий ПЭГ. П. Хаффман подтвердил, что ПЭГ-200^400 стабилизирует слабо деградированную древесину, (максимальная влажность до 250%), а ПЭГ-3000^4000 удовлетворительно стабилизирует сильно деградированную древесину (влажность более 250%). Именно поэтому, объекты, которые имеют древесину с разными уровнями деградации, нужно консервировать двухступенчатым методом [10].
Механизм этого метода заключается в следующем: низкомолекулярный ПЭГ-200(300) проникает через сильно разрушенную древесину (наружный слой) в мало разрушенную внутреннюю часть дерева. При этом он проникает не только в клетки, но и в капилляры их стенок. Между молекулами ПЭГ и деревянными веществом образуются водородные связи. Во второй стадии раствор высокомолекулярного ПЭГ-3000(4000) в подогретом виде проникает только в относительно большие клеточные объёмы и осаждается на их стенках. В итоге, после окончания 2-х стадийной обработки,
после высушивания образца в поверхностных слоях древесины не образуется смеси ПЭГ разного молекулярного веса, и каждая фракция ПЭГа работает в своей области деревянного объекта. Возникает вопрос, наверное, логично пропитывать образец не последовательно в два этапа, а сразу за один этап смесью двух растворов. Но это оказалось неприемлемым так как смесь не становилась твёрдой при высыхании, а оставалась пастообразной и гигроскопичной [1].
В качестве завершающего «мазка» этого длительного процесса можно предложить пропитать наиболее ответственные или интересные с художественной точки зрения (резьба по дереву...) поверхности уже высушенного дерева раствором 6% ПБМА (полибутилметакрилата) в ксилоле. Это дополнительно укрепит выбранные вами поверхности.
Хотелось бы ещё отметить ряд негативных проблем, связанных с ПЭГом. В одном из музеев обратили внимание на то, что на поверхностях деревянных артефактов появились кристаллизовавшиеся фракции ПЭГ. Образовавшееся вязкое вещество убирали с артефактов ацетоном, промазывали их маслом и этулозой. В лаборатории Техаса был осмотрен артефакт, поверхность которого после ПЭГ сильно потемнела. Причиной стало перенасыщение дерева ПЭГом. В парке «Канада» поверхность объекта, обработанного ПЭГ, выглядела как будто из неё торчали кристаллы льда. Древесный материал в Дании сильно разрушен, остался один лигнин. Учёные Техасской лаборатории разработали новую методику по «пере консервации» неудачно законсервированных ПЭГом объектов. В частности, они «переделали» один из кораблей викингов, чем спасли его от разрушения.
В настоящее время не найдено материалов, позволяющих осуществить эффективную, укрепляющую пропитку деревянных основ [8, с. 185].
Несмотря на это продолжается работа по поиску новых и модификация старых технологий консервации мокрого археологического дерева. В работе Гос. НИИРа под руководством В.И. Гордюшиной сделана попытка создания приемлемой методики консервации крупногабаритных артефактов [1].
В шестидесятых годах XX века был разработан метод сухого вымораживания. Деревянный объект, насыщенный влагой, помещают в специальную камеру и замораживают при помощи азота. Далее поверхность дерева подвергают воздействию сверх сухого воздуха, нагнетаемого в камеру со скоростью до 20 км/час. Образующийся поток уносит молекулы воды. Для стабилизации процесса объект содержится при низких температуре и влажности. Этот процесс широко применяется и для консервации других органических материалов - кожи, тканей, кости, верёвок и канатов.
В последние годы широкое распространение получила усовершенствованная методика вымораживания - метод состоит в удаление воды из замороженных объектов сублимацией в вакууме и включает три фазы:
1. Замораживание объекта;
2. Возгонка замёрзшей воды в вакууме;
3. Досушивание при температурах от 0 до 60°С.
Дегидратация мокрой археологической древесины вымораживанием даёт хорошие результаты, однако этот метод требует использования дорогостоящего оборудования (вакуумно-морозильных установок). Далее в этот процесс был привнесён ещё один элемент, который как бы соединяет предыдущие методики пропитки ПЭГом и рассматриваемую нами консервацию вымораживанием. Вот, как описывает совмещённую методику информационный сайт «Музея Мирового океана»: «Музеем приобретено технологическое оборудование, которое обеспечивает применение самой эффективной методики сушки древесины вымораживанием с предварительной пропиткой ПЭГом. Замороженная вода при испарении переходит в газообразное состояние, минуя жидкую стадию, так называемая возгонка. При этом кристаллы льда не разрушают клеточную структуру древесины. Это происходит благодаря быстрому замораживанию до очень низких температур и образующийся лёд не успевает расширятся, а принимает структуру замороженной крупы. Сушка производится в вакуумной среде до полного испарения несвязанной воды. Вакуум используется для ускорения процесса сушки. Для исключения разрывов при замораживании древесины предметы предварительно подвергаются пропитке в водных растворах полиэтиленгликолей (ПЭГ) с применением систем подогрева и циркуляции. После окончания пропитки древесина предварительно замораживается, для чего на несколько дней перемещается в камеру с температурой минус 20^ 30°С. После замораживания предметы помещаются в вакуумно-морозильную камеру с идентичной температурой. В течение процедуры сушки температура в камере постепенно повышается и в конце процесса доводится до 0°С, когда испарение льда наиболее интенсивно. При этом поддерживается определённый вакуум. Музей может работать с артефактами длиной до 4,5 метров и высотой до 1,9 метра.
Большой опыт работы по этой технологии есть у лаборатории консервации экспедиции Великого Новгорода. Вот описание процесса, данное Э.К. Кубло:
«Для предварительной пропитки дерева ПЭГом, выбирают концентрацию раствора от 15% до 50%, в зависимости от состояния древесины. Исходя из этого же выбирается длительность предварительной пропитки. Конечно же раствор подогревается для увеличения проникающей способности.
После окончания процесса пропитки, древесина помещается в камеру предварительного замораживания с температурой минус 20^ 30°С, где находится несколько дней. Если пропитка проведена правильно, новых трещин на предметах появиться не должно, хотя старые трещины могут увеличиться. После полного замораживания предметы помещаются в вакуумную морозильную камеру с идентичной температурой. В течение процедуры сушки, температура в камере постепенно повышается до 0°С, когда испарение льда наиболее эффективно. Собственно говоря, низкие температуры необходимы на начальной стадии для сдерживания слишком быстрого процесса испарения, когда, воды в древесине ещё много. При хорошем оборудовании система мониторинга процесса осуществляется автоматически, с записью всех параметров и указанием на окончание процесса. Наша лаборатория (г. Новгород) начала внедрять методику сушки археологической древесины с 1995 года. Вы, наверное, обратили внимание, что мы попытались объединить две методики: полную замену воды в древесине полиэтиленгликолем и сушку вымораживанием. В результате предметы после консервации выглядели слишком темными и тяжелыми от перенасыщения ПЭГ, а при повышении влажности воздуха немедленно становились мокрыми, поскольку полигликоли в зависимости от молекулярного веса, в той или иной степени абсорбируют воду из воздуха. Поэтому ПЭГ-400 мы используем очень осторожно. При повышении влажности более 50% предметов, пропитанных ПЭГ-400 становятся влажными. В результате длительных исследований и проб, мы сформировали для себя и можем рекомендовать для коллег следующее параметры техпроцесса консервации этим методом:
- Берём водные растворы ПЭГ-400 и ПЭГ-4000, с концентрацией растворов соответственно от 15% до 35% и сроком пропитки 24 недели. После пропитки - заморозка в камере предварительного замораживания при температуре - 18°С, а затем сушка в вакуумно-морозильной камере при начальной температуре -18 до 0°С.
На кольце сосудистых пород наилучший результат показала пропитка в 15% растворе ПЭГ-400, особенно для дуба с его неравномерными показателями от его заболони к ядру. Для всех образцов отрицательный результат показала пропитка в ПЭГ-4000 в растворе 50%, а для рассеянно сосудистых оказалась совсем не приемлемой. Для ольхи, берёзы, осины, клёна положительный результат дала смешанная методика пропитки
15% ПЭГ-400 с последующей заменой на 35% ПЭГ-4000. Если методика пропитки выбрана правильно, то последующей процесс сублимации не вызывает особых проблем.
Я привёл описание одной и той же технологии в 2-х музеях (Калининград и Новгород), но хотел бы чтобы Вы поняли, это не ради увеличения объёма статьи, а, чтобы вы увидели разницу в подходах и тонкости применения одной и той же методики в различных коллективах, различных условиях раскопок, и различных природных зонах. А это важно. Хотел бы ещё пояснить, что такое сублимация и почему дерево не разрывает на части образующийся при заморозке лёд.
Рис. 5. График перехода льда в состояние пара, минуя стадию жидкости (воды)
Сублимация или возгонка - это переход льда из твёрдого состояния сразу в газообразное, минуя жидкую фазу. Более правильно для сушки вымораживанием употреблять термин лиофилизация - это получение сухих структур путём их высушивания из замороженного состояния под вакуумом (от греческого 1уо - растворять, рЫ1ео - люблю).
Для мокрого археологического дерева эта методика показала себя с наилучшей стороны. А что бы лёд не разрывал дерево необходимо произвести быстрое замораживание, что и предусмотрено методом лиофилизации (быстрая заморозка 20-35 минут вместо 2,5-3 часов).
Многочисленные экспериментальные данные свидетельствуют о влиянии скорости замораживания на размер кристаллов льда. Они формируются значительно меньших размеров и одновременно в клетках и межклеточных перегородках (клетки остаются неповреждёнными).
Мы немного касались экономической части методик консервации мокрого дерева. Стремление археологов и реставраторов к уменьшению затрат на консервацию приводит к различным вариантам упрощений в этих сложных процессах. Одним из таких упрощений является замена сложной лиофелизационной сушки методом естественного вымораживания.
Впервые сушку дерева на морозе в естественных условиях удалось осуществить канадским реставраторам. Они утверждают, что данный метод не даёт трещин и усадок [2]. Сушка крупных артефактов производится только в естественных условиях, но обязательно под тентом или в условиях помещения (ангара) без обогрева и вентиляции.
Рис. 6. Элементы корпуса фрегата «Св. Николай» после длительного вымораживания (контролируемой сушки) в естественных условиях
С 1988 года в г. Котка, на территориях Морского музея Финляндии в естественных условиях хранятся деревянные конструкции фрегата «Святой Николай», погибшего во втором Роченсальмском сражении в 1790 году. Он был обнаружен в 1949 году. Начало исследований положил 1953 год.
После подъёма элементов корабля и по настоящее время они находятся под крышей специального сарая, у которого нет одной стены. Таким образом, артефакты непосредственно находятся под влиянием естественной среды долгое время.
Я наблюдаю за их состоянием, приезжая периодически в г. Котку, на протяжении более 15 лет. Состояние их стабильное и естественные трещины какими были, такими и остаются. В этом году, по информации музея, финские археологи собираются начать сборку высушенных в естественных условиях элементов корабля. По моим данным эти артефакты не подвергались пропитке ПЭГом.
При правильном процессе (нет попадания воды от дождей, талого снега и т.д.) растрескивание и усадка размеров деревянных конструкций становится минимальными - не более 1^3%. Это видно по несовпадению отверстий под нагели в досках и соответственно на шпангоутах (футоксах) при сборке элементов корпуса. Мы проходили это при консервации всех наших объектов, особенно ярко это было видно на «Портсмуте», т.е. получили вполне приличные результаты. Также примерами хороших результатов естественного вымораживания крупногабаритных объектов являются:
Рис. 7. Часть борта «Портсмута», собранная после контролируемой сушки в естественных условиях
Рис. 8. «Кирьясская барка» - процесс проходил в неотапливаемом ангаре в течение 3-х лет;
Рис. 9. Поднятые элементы днищевой конструкции линкора Петра Великого «Портсмут», где была организована площадка круглогодичного складирования. Фрагменты укладывались на специальные подкладки, которые обеспечивали объёмную вентиляцию. Сложенные элементы были накрыты водонепроницаемыми тентами. Время экспозиции на открытом воздухе составило около 2-х лет, т.е. две морозные зимы
Рис. 10. «Шитик» из Вытегры - на месте хранения на улице были изготовлены деревянные щиты, которыми накрыли остов корабля, время экспозиции также более 3-х лет т.к. за это время принимались административные решения по вариантам консервации данного артефакта;
Рис. 11. Изоляция артефактов от снега для проведения контролируемой сушки вымораживанием в естественных условиях
Рис. 12. «Ладожская барка» - выброшенная штормом на берег Ладожского озера в районе Олонца, ориентировочно конец XIX века, -также сохла и прошла вымораживание в течение 2-х зим
Осматривая выставленное в местном музее значительное количество корабельных элементов ХУП-ХУШ веков, обращаешь внимание на их приличную сохранность при отсутствии специальных мероприятий по консервации. Правда это археологическое дерево находилось в земле и на земле.
Рис. 13. «Мангазейские элементы кочей», по необходимости сушились в естественных условиях, т.к. других вариантов просто не было.
Это опыт экспедиции ОАО «Северная археология» из Нефтеюганска
С развитием химии всё больше внимания стали уделять различным вариантам замещения воды растворами полимеров, которые после высыхания и затвердевания стабилизируют мокрую древесину. Рассмотренные нами ранее полиэтиленгликоли, собственно говоря являются частью достаточно большого разнообразия полимеров. М.К. Никитин и Е.П. Мельникова в статье «Химические материалы в реставрации дерева» описывают следующую методику: необходимо удалить воду из древесины последовательно вымачивая её в смесях растворителей - вода + этиловый спирт + диэтиловый эфир; вода + ацетон + диэтиловый эфир; вода + диоксан + диэтиловый эфир».
После удаления из образца последней смеси растворителей, дерево становится сухим и сильно пористым, но без изменения объёма предмета. Далее артефакт может быть укреплён растворами природных или синтетических смол с добавками антисептиков [6]. Ранее для пропитки
использовали природные смолы, шеллак, даммиру, мастикс, канифоль. Иногда эти смолы применяли в сочетании с воском и льняным маслом.
В качестве синтетических полимеров для данных целей предпринимались попытки использовать полимеры самых разных классов: акриловые, бутадиеновые, фурановые, изоцианатные, феноло-формальдегидные, полистирольные, полиэфирные (более конкретно это: поливинилбутираль (ПВБ), полиметилметакрилат (ПММА), полибутилметакрилата (ПБМА), поливинилацетат (ПВА), поливинилхлорид (ПВХ), эпоксидные, феноло, - мочевино-и меламиноформальдегидные). Необходимо отметить, что обработка фенолоспиртами давала через некоторое время значительные усадки у объекта и приводила к изменению цвета дерева в красно-коричневые тона. Широкое применение находит акриловая смола (растворы в толуоле, ксилоле). Для достижения эффекта укрепления в древесину необходимо вводить 15^30% смолы. Однако длительное наблюдение за древесиной, пропитанной акрилатами, показало, что со временем происходит деструкция как самих полимеров, так и композитов на их основе. С осторожностью стоит применять и полиуретановые смолы. При пропитке ими достигается практически полное объёмное заполнение древесины, но она становится жёсткой и хрупкой. Введение в смолу отвердителей позволяет за Н2 суток достичь укрепляющего эффекта, без отвердителя отверждение может длиться несколько месяцев, но при этом практически не происходит усадки. Из эпоксидных смол для укрепления древесины рекомендуют использовать эпидиан-5, ЭД-6, ЭД-20, применяют 15-20% растворы эпоксидных смол в ксилоле, бензоле, толуоле, ацетоне.
Продолжим рассмотрение вариантов применения полимеров. Хорошо себя зарекомендовали для работы с небольшими предметами сухого археологического дерева смолы на основе акрилов:
• Полибутилметакрилат (ПБМА) - впервые был применён в Государственном Эрмитаже. ПБМА заполняет поры древесины в толще слой, на глубину которого он проник. Образуются твёрдые поверхностные слои. Основное отрицательное свойство - образование паро и воздухонепроницаемой плёнки, что может особенно отрицательно сказаться на артефакте при переменных температурно-влажностных условиях, к тому же ПБМА вызывает некоторое потемнение древесины;
• Акрисил-95, это силоксанакриловая композиция, разработанная в ГосНИИР. Даёт хороший результат при укреплении значительно деструктированной сухой древесины с расслоением волокон. Обладает незаменимым сочетанием хорошей проникающей способности с отсутствием усадки при отверждении, но подобно другим
растворам смол в органических растворителях, снижает гигроскопичность древесины.
• БМК-5 - сополимер бутилметакрилата (входит в состав Акрисил-95). Это высокомолекулярный полимер, который после отверждения не даёт усадки, сохраняет цвет и фактуру древа. Имеет высокую вязкость, поэтому требует подбора соответствующего растворителя.
Полимеры на основе виниловых смол и поливинилацетата:
• СЭВ - сополимер винилацетата с этиленом. Он создаёт высоко прочные и одновременно высокопластичные плёнки, но не создаёт блеска на поверхности. СЭВ не влияет на гигроскопичность и влагоотдачу, не препятствует проведению повторной консервации;
• ПВС - поливиниловый спирт. Методики применения ПВС разработаны в мастерских Государственного музея истории религии Санкт-Петербурга. Автор - художник реставратор высшей квалификации Г. А. Преображенская [8].
Автором был избран принципиально новый подход к выбору укрепляющего материала. Одним из определяющих свойств является гигроскопичность ПВС, т.е. возможность нормальной жизнедеятельности древесины и взаимодействия её с окружающей средой. Пропитанные слои дерева не должны препятствовать нормальному влагообмену артефакта с окружающей средой. ПВС, избранный в качестве укрепляющего древесину материала, является поверхностно-активными веществом. Он активно впитывается волокнами и не скапливается в порах, поэтому после пропитки ПВС (при соблюдении методики) пористость древесины не уменьшается. Подчеркнём, что для пропитки используют водные растворы ПВС от 1% до 6% и следуют методикам последовательных сеансов пропитки в течение нескольких дней (до 20 дней). Отметим ещё несколько положительных характеристик ПВС, которые привели к расширению применения данного материала реставраторами в последнее время:
• Не нарушает влагообмен с окружающей средой;
• Хорошая проникающая способность;
• Равномерно распределяется по глубине, не создавая пограничного слоя, т.к. он не заполняет полости, а впитывается волокнами;
• Не меняет цвет дерева и не даёт блеска на поверхности;
• Возможность дополнительно вводить раствор ПВС даже через длительное время после окончания пропитки;
• Устойчивая механическая проточность древесины. Степень увеличения твёрдости рыхлой древесины можно регулировать количеством вводимого раствора и его концентрацией;
• ПВС устойчив к воздействию грибков и микроорганизмам;
• С растворами ПВС можно работать при сравнительно низких температурах;
• ПВС не токсичен.
На данный момент времени можно констатировать два основных варианта технологии пропитки археологического дерева:
• Предварительная сушка и фиксация сухой древесины (варианты сушки изложены выше) с последующей, разделённой во времени операцией пропитки;
• Или удаление влаги из артефактов мокрого археологического дерева непосредственно в ванне с вытесняющим воду раствором (ацетон) с последующим непрерывным циклом замены вытесняющего раствора на консервирующий в этой ванне (с возможным применением вакуумного оборудования для понижения давления, с целью увеличения проникающей способности консерванта внутрь дерева).
• В практике пользуются и комбинированными методиками.
Применение в качестве консервирующего раствора силиконовых масел является примером второго варианта обозначенных нами технологий пропитки.
Рассмотрим его на примере методик, разработанных в Техасском университете Веном Смитом, который по результатам своих работ издал книгу «Archaeological conservation using polymers». Автор описывает методы, которые использовал для консервации небольших деревянных предметов, поднятых с парусника «La Belle», затонувшего у берегов Техаса в 1686 году.
Автор считает, что пропитки ПЭГ успешно вытесняют воду из клеток внутри переувлажнённой древесины, но они не способны стабилизировать поверхностные слои, а это очень хорошо делает кремнийорганика за счёт очень длинных молекул, которые скрепляют поверхностные слои с более глубинными [11]. Была принята методика двухступенчатого процесса консервации. Образцы дерева были положены в ацетоновою ванну, а для более глубокого проникновения ацетона создали соответствующее вакуумирование. Эта часть эксперимента показала, что глубина проникновения ацетона зависит от времении и степени вакуума, а пропитывающий полимер будет проникать в образцы дерева на глубину
проникновения ацетона. Замещение воды ацетоном было проведено за один, два и три дня пропитки силиконовым полимером.
Силиконовые масла, использованные в данном эксперименте - это жидкие кремнийорганические (полиорганосилоксаны) полимеры, кремниевые аналоги органических соединяй, в которых некоторые атомы углерода заменены на атомы кремния. Полиорганосилоксаны являются разновидностью кремнийорганических полимеров. Они же являются разновидностью гидрофобизирующих жидкостей (ГЖ), которыми я пользовался в своих работах по консервации крупногабаритных артефактов мокрого археологического дерева.
Возвращаясь к работам Техасского университета, отметим, что степень пропитки органическим силиконом зависит от количества водно-ацетоновой обработки. Исследователи провели эксперименты с вытеснением воды с помощью раствора этанола, потом проверили вариант двухступенчатого вытеснения воды сначала этанолом потом ацетоном, а третий вариант был с применением только ацетонового раствора (с водой).
Результат показал, что с токи зрения удаления воды из переувлажнённой древесины все процессы равноценны (одинаковы). Использование технологий консервации с применением силиконов, позволяет реставратору лучше контролировать прочность, гибкость, внешний вид, цвет при пропитке переувлажнённого дерева. Как и с полиэтиленгликолем, в процессе обработки полимерами можно подчеркнуть структурные и эстетические качества древесины. Для предотвращения возможных разрушений, первая ванна, в которую погрузят образец мокрого дерева должна быть со спиртовым химикатом, а две последующие -с ацетоновым. Если артефакт сильно повреждён, то необходимо, чтобы процесс вытеснения воды проходил под атмосферным давлением. Это будет дольше, но в этом случае ацетон будет, испарятся медленнее, что позволит полимеру медленнее проникать в клетки дерева, что предотвратит их от повреждения.
В университете Техаса были проведены, также, интересные эксперименты комбинированной пропитки с использованием в качестве консервирующих растворов как полиэтиленгликоля (ПЭГ), так и силиконовых полимеров (метилгидроциклосилоксана). Учёных интересовало могут ли обработанные ПЭГ крупные шпангоуты быть частично полимеризированы путём нанесения полиорганосилоксанов (силиконовых масел) на шпангоуты с последующей обработкой парами катализаторов (без погружения в ванну).
Результат оказался обнадёживающим - дерево, предварительно пропитанное ПЭГ-500 полимеризовалось. Данный эксперимент показал, что исследования должны вестись в направлении консервации влажного дерева
с применением процессов кросслинкования (Кросслинкер - закрепитель для полиуретановых покрытий, является катализатором для применения с деметилсульфаксидом и метилгидроциклосилоксаном). Более подробно можно посмотреть здесь [3].
Как некоторое продолжение предыдущих экспериментов можно рассматривать вопрос о повторной консервации полимерами артефактов, требующих реставрации, которые ранее были обработаны по технологии ПЭГ.
Консервация с применением технологии повторной обработки имеет практический интерес. В течение длительного периода для многих исследователей сохранение мокрой археологической древесины с использованием ПЭГ являлось основным методом консервации.
В 1992 году Оле Крамлин-Педерсен из Датского музея кораблей викингов приехал в Техасский университет для обсуждения состояния кораблей в музее, которые были законсервированы с использованием ПЭГ. Он считает, что суда, обработанные с использованием традиционных методов ПЭГ требуют дополнительной обработки, чтобы сделать их стабильными насколько это возможно. При поддержке Крамлин-Педерсена, повторная обработка ПЭГ - обработанной древесины стала новой задачей для исследователей Техасского университета. Целью этого эксперимента стала не дискредитация технологии обработки ПЭГ переувлажнённой древесины, а наоборот, исследования были направлены на улучшение базы знаний для использования ПЭГ в консервации археологической древесины.
На природоохранных объектах парков Канады в Оттаве для закрепления поверхностей деревянных объектов, ранее обработанных ПЭГ, была использована эмульсия разбавленного поливинилацетата (ПВА). Но мы уже отмечали, что технологии ПВА в консервации перестают применять по целому ряду отрицательных эффектов ПВА. Применение алкоксиланового полимера при повторной обработке даёт много преимуществ для стабилизации этих археологических объектов. Все образцы вновь приобретают естественный цвет и текстуру, уменьшается вес, уходит излишняя влага (ПЭГ сильно гигроскопичен) [16].
Завершая обзор применения кремнийорганических полимеров в консервации мокрого дерева необходимо привести и взгляд оппонентов. Дуглас Амстронг, например, так оценивает данное направление: «Я много работал с ваннами из силиконового масла и пришёл к выводу: что они абсолютно не подходят для долговременной стабилизации артефактов, обнаруженных в морской среде. Это довольно дорогостоящий и не слишком
подходящий для непрофессионала метод. Кроме того, этот материал менее прочен, чем стандартные растворы ПЭГ, применение которых в горячем виде приводит к почти стопроцентному извлечению воды на заключительном этапе обработки [17].
Во Франции разработан метод консервации археологической древесины с применением гамма облучения. Можно выделить даже не одну, а две методики:
• Пропитка дерева синтетическими смолами с дальнейшими гамма-облучением, которое не только убивает все микробы внутри образца, но и включает процесс радиационно-стимулированной полимеризации, после чего происходит необратимая консервация, затвердевание полимера (это похоже на затвердевание зубной пломбы под воздействием специального спектра облучения полимера в полости зуба).
• Обработка древесины гамма лучами для уничтожения грибков, микроорганизмов и т.д., с дальнейшей лиофелизационной сушкой и ПЭГ пропиткой, т.е. с использованием рассмотренной нами ранее современной технологии с использованием ПЭГ. Гамма облучение в данной методике является как бы мощнейшим антисептиком и не влияет в дальнейшем на процесс консервации по известным методикам.
Попробуем разобраться и понять в чем смысловые отличия французских разработок от всех вышерассмотренных нами.
Начало процессу поиска технологии консервации древесины в лаборатории «ART-NUCLEART» в Гренобле было положено в 1969 году. В секции применения радиоизлучения, инженер-физик Луи де Надайяк поставил задачу разработки промышленного применения интенсивных источников гамма-излучения. Возникшая необходимость восстановления инкрустированного паркета XV века в Старой ратуше Гренобля (ныне музей Стендаля), привела Недайяка к решению обработать дерево метилметакрилатом и полимеризовать его под гамма-излучением. Успех этого эксперимента был отмечен на конгрессе международного совета музеев (1СОМ) в Гренобле в 1970 году. Была принята программа тестирования и исследования образцов под эгидой «организации по сохранению наследия в Европе». В программу отдельно была включена серия испытаний по сохранению культурного наследия из дерева, для которой использовались образцы мокрой археологической древесины из многих раскопок на территории Франции. Результаты обнадёжили учёных и программу продлили вплоть до 2007 года. Было законсервировано несколько тысяч объектов [4].
В настоящее время проводятся работы по консервации Галло-Римского корабля, раскопанного в 1977-1979 годах в Марселе.
Возможно два варианта консервации: сублимационная сушка или процесс пропитки с последующим гамма-облучением. Поскольку оборудование лаборатории не позволяет обрабатывать такие громоздкие элементы, обработка сублимационной сушкой будет проводится под атмосферным давлением на территории музея [4].
В процессе экспериментов метилметакрилат был заменён полиэфирной стирольной смолой, т.к. плотность сжатия смолы составляет 10%, а акрилата
- 20%, что приводит к возможным деформациям дерева после сушки. Также был проведён эксперимент с бутилметакрилатом в Швейцарском национальном музее. Он дал хороший результат, т.к. бутилметакрилат имеет значительно большую молекулярную массу.
Консервация методом «ПЭГ- сублимационная сушка» в лаборатории «ART-NUCLEART» имеет отличие от известных аналогичных процессов, который состоит в том, что ПЭГ-4000 при комнатной температуре имеет твёрдую фазу и просто «обивает» поры дерева, не проникая глубоко, а постепенно усиливая только внешний контур деревянного артефакта. Контроль за пропиткой ПЭГ-4000 осуществляется путём периодического измерения концентрации ПЭГ в растворе. Так как вода постепенно испаряется из ванн необходимо корректировать концентрацию ПЭГ
Второй параметр, который необходимо контролировать на этом этапе пропитки древесины, который длится не менее восьми месяцев
- это контроль за санитарным состоянием и объектов и раствора. Эта загрязняющие вещества могут активно воздействовать на дерево (грибы) окрашивать его (бактерии, водоросли), уничтожать ПЭГ (дрожжи). Необходимо применять биоцидные добавки для устранения этих процессов. Далее следует сублимационная сушка, принцип которой рассмотрен ранее.
После быстрого замораживания до 30°С и определённой выдержки, следует испарение льда, минуя жидкую фазу воды, что достигается постепенным повышениям температуры, но при поддерживании вакуума 5.10'2 Мбар. Продолжительность обработки крупных артефактов -от 3 до 6 недель. Процесс «ПЭГ - сублимационной сушки», благодаря своей проверенной эффективности считается на сегодняшний день стандартом в большинстве лабораторий по консервации мокрого археологического дерева.
Консервация по процедуре «Nucleart» разработана в лаборатории в начале семидесятых годов и подразделяется на два этапа:
• Замещение воды в образце на раствор насыщенных стирол-
полиэфирных смол;
• Упрочнение смолы in situ под гамма-излучением, испускаемым
радиоактивным источником «кобальт-60».
Замещение воды производится в ацетоновых ваннах с уменьшением воды в растворах ацетона от 30% в первой ванне, до 0,5% в последующей ванне. Первая ванна работает при комнатной температуре и атмосферном давлении. Дерево опускают в ванну из нержавеющей стали примерно на 6 месяцев. Так как ацетон растворяется в воде и образует раствор с полиэфирными маслами, то второй этап - вытеснение ацетона из дерева и заполнение деревянного образца смолой, происходит по той же схеме, т.е. три последовательных ванны смолы, в которую опускают деревянный образец. Последняя ванна содержит только смолу. Если пропитка была полной, то вес деталей из дерева должен быть немного выше первоначального (с водой), т.к. плотность смолы несколько выше, чем у воды. Изменения размеров пропитанных объектов не наблюдается, т.к. фазы жидкого обмена очень медленные.
Фаза отверждения смолы: свободные радикалы, имеющиеся в смоле, инициируются либо с добавлением химических катализаторов для отверждения непосредственно в смолу (как это делается в промышленности при производстве композитных материалов), либо под ионизирующим излучением, таким как гамма-лучи. Это связано с тем, что энергия гамма-лучей будет создавать свободные радикалы на уровне молекул стирола и полиэфирных цепей. Стирол и полиэфирные радикалы связываются друг с другом и образуют твёрдую, нерастворимую и неплавкую структуру.
В данном случае можно говорить, что любые электромагнитные волны могут инициировать отвердение смолы, даже микроволновая СВЧ-печь обладает таким воздействием, но гамма-лучи имеют по сравнению с другими генерирующими источниками значительно большую энергию, 1,2 млн. электрона-вольт, что позволяет обрабатывать материалы на большую глубину, и конечно, не вызывать радиоактивность материала. Используются источники кобальта 60, которые работают в медицине и агропромышленности. Это установки, имеющие все степени защиты персонала. В облучающих камерах используются бетонные стены, толщиной до 1,5 метров. В качестве мест хранения источников излучения используются бассейны с водой или свинцовые контейнеры. В лаборатории «АКГ-NUCLEART» камера облучения - это квадратное помещение 4м х 4м высотой 2,3м, с плоским источником облучения длинной 1,6м, позволяющим обрабатывать куски дерева длиной до 3 м и толщиной до 40 см [5].
Рис. 14. Камера в ядерном центре Гренобля с применением гамма-облучения артефактов на базе источника «Кобальт 60
Важно понимать, что полимеризация - это экзотермическая реакция, поэтому важно контролировать повышение температуры в объекте, в противном случае могут возникнуть трещины и деформации. Скорость полимеризации является функцией интенсивность излучения, т.е. путём приближения или удаления артефакта от источника излучения можно менять время полимеризации. Можно вообще прекратить облучение; убрав источник в место хранения, а через некоторое время опять продолжить облучение, при этом полимеризация опять возобновиться по всему объёму объекта, попадающего под излучение. Облучение обычно (в зависимости от объёма объекта) длится от 24 до 48 часов. Доза излучения, получаемая объектом, выражается в Грей (1 Грей [гр] эквивалентен поглощению энергии одного джоуля на один кг вещества), а доза, необходимая для полимеризации смолы в древесине, составляет порядка 30^40 кГрей (для иллюстрации нормированная доза для стерилизации составляет 25 кГрей). Механические свойства древесины поражаются при облучении свыше 100 кГр. После облучения примерно 0,2% стирола не полимеризуется и для удаления остаточного стирола оставляют артефакт на проветривание в течение 24 часов. Неполимеризовавшийся стирол испаряется. После этого объект протирают. Возможно небольшое потемнение цвета у лиственных пород, а хвойные породы практически остаются в естественном цвете. Геометрические размеры могут измениться в пределах 5^7%.
Рис. 16. Пример консервации римского корабля II века нашей эры из Лиона и небольшой римской лодки того же времени.
Применение кремнийорганических соединений для пропитки деревянных основ известно у реставраторов достаточно давно. По мнению большинства специалистов укрепляющий материал должен обладать следующими свойствами:
• Гигроскопичным подобно древесине, чтобы не препятствовать естественной жизни дерева. Влага, находящаяся в древесине, определяет её свойства. Постоянно происходящий влагообмен со средой обитания является естественным процессом, дерево то разбухает, то усыхает, в зависимости от влажности окружающей среды;
• Он должен, также обладать хорошей проникающей способностью;
• Должен обладать эластичностью, чтобы гармонично сосуществовать с деревянной основой, но и увеличивать при этом механическую прочность артефакта;
• Материалы пропитки не должны являться питательной средой для биовредителей и желательно обладать свойствами антисептика.
Как отрицательный фактор применения ПБМА отмечается образование паро- и воздухонепроницаемой плёнки, что может особенно отрицательно сказаться в переменных температурно - влажностных условиях.
Известно, что дерево обладает невысокой устойчивостью к воздействию воды и влаги, в результате которого, оно набухает, а после высыхания коробится и растрескивается. Кроме того, влажное дерево является хорошей средой для развития плесени, грибов и водорослей, которые сначала образуют мало эстетические белые, чёрные или зелёные пятна на поверхности дерева, а затем достаточно быстро разрушают его.
Для защиты от воздействия воды древесину обычно пропитывают олифой или покрывают лаком, или краской, но эти способы обработки лишают её одного из главных достоинств - способности «дышать». Альтернативой служит обработка дерева гидрофобизирующими составами, которые, не отнимая у древесины способности к воздухо и влагообмену, лишают её способности смачиваться водой. Все промышленные кремнийорганические гидрофобизаторы на основе полиорганосилоксанов представляют собой олигомерные соединения или их растворы.
Олигомеры - это соединения, занимающие по размеру молекул промежуточное положение между мономерами и полимерами, то есть это полимеры с маленькой длинной цепи. Благодаря полимеризации образуются объёмные молекулы, поверхность обработанного материала перестаёт смачиваться водой в той же мере, как, например, воск или парафин, но при этом промежутки между этими цепочками (группами) молекул настолько велики, что поверхность «дышит»,
обмен газами (кислород, пары воды) между поверхностью дерева и окружающей средой не нарушается. В состав композиции отечественного производителя «НЕОГАРД» входит растворитель (изопропиловый спирт) - активное вещество (полиорганосилоксан) - катализатор полимеризации. Гидрофобизаторы проникают в поверхность материалов и закрепляются в них за счёт образования химических связей с целлюлозными волокнами и одновременной полимеризацией. В результате образуется безвредное для человека покрытие, обладающее высокой устойчивостью к внешним воздействиям. Дополнительно это покрытие предотвращает рост плесени, грибов и микроорганизмов на поверхности изделий.
Проблема гидрофобизации древесины чрезвычайно важна для увеличения долговечности деревянных изделий. Кремнийорганика достаточно давно применяется для модификации древесины. Модифицированная кремнийорганическими полимерами древесина обладает рядом заданных свойств, которые обеспечены выбором модификатора и катализатора, а также технологий пропитки и отверждения. Е.Н. Покровская [7] предложила для консервации памятников деревянного зодчества использовать так называемый метод «мягкого модифицирования». Смысл методики в том, что при пропитке полимер проникает не глубоко, а только в поверхностные слои и не разрушаются межмолекулярные связи лигноуглеводного комплекса древесины. Артефакт последовательно обрабатывается фосфорорганическими соединениями (ФОС) и кремнийорганическими соединениями (КОС), при температуре 20°С и времени пропитки около 3-х часов. Из КОС хорошо работает эфир фосфористой кислоты, из КОС - олигоорганогидридсилоксаны. Полученное таким образом покрытие показало хорошую гидрофобность и биостойкость.
Учёные компании «Dow Restormance Silicone» на одной из конференций в Европе в 2017 году сообщили результаты проекта «SILEX» по повышению долговечности древесины путём обработки её инновационными композициями на основе кремнийорганических соединений. Исследовались варианты как вакуумной пропитки, так и обработки кистью. Особое внимание уделялось паропроницаемости покрытий. Исследовались композиции КОС на основе силанов, полидиметилсилоксанов, силиконовых смол. Результаты проекта показывают, что обработка несколькими из исследованных кремнийорганических соединений позволяет эффективно регулировать водопоглощение древесины.
Исследования, проводимые компанией «НЕО+» посвящены разработке высокоэффективных гидрофобизаторов на базе полиорганосилоксанов. В 2007 году в компании была разработана и внедрена в производство серия
специализированных гидрофобизирующих составов «Неогард-дерево». Эти гидрофобизаторы представляют из себя композиции, предназначенные для поверхностно-объёмной защиты от проникновения воды, влаги в изделия из дерева. Мы согласны с тем, что «Неогард» является хорошим выбором в качестве консерванта артефактов мокрого археологического дерева. Уже в течение более 10 лет мы применяли его для консервации таких артефактов, как:
• Часть корпуса корабля Петра Великого «Портсмут»;
• Крупногабаритная Кирьясская барка с реки Обь;
• Барка с гранитом из бухты «Дальняя» Выборгского залива;
• Часть корпуса купеческого Галеаса также с бухты «Дальняя»;
• Артефакты торгового судна (финский Шкут) XIX века;
• Брандер 1790 года из-под Выборга;
• Якорь ХУШ века, в музее «Корела» (3-х метровый деревянный шток)
и так далее.
По прошествии этих 10 лет практически все выше обозначенные артефакты показали хорошую стабильность.
Конечно необходимо провести правильную подготовку дерева перед финишной пропиткой. Теперь, когда мы имеем такой замечательный консервант расскажем о выбранной нами методике подготовки дерева к консервации.
Начнём сначала: мы подняли артефакт мокрого археологического дерева. Далее нам необходимо выбрать подходящий для данного объекта вариант сушки. Наши объекты проходили только сушку в естественных условиях с вымораживанием в зимний период. Эта методика требует постоянного наблюдения за материалами для исключения попадания на объекты талой воды во время оттепели, дождевой воды в осенне-весенний периоды. Но сам по себе процесс простой, не дорогой и естественный.
После первого этапа сушки необходимо провести очистку дерева от грязи, песка и гнилостных участков. Пока древесина не подсушена, очистка может привести к серьёзным разрушениям артефактов из-за мягкости размоченного дерева, тогда как после предварительной сушки деревянные элементы становятся жёстче и более того, очень удобными для хорошей очистки. На этом этапе важно правильно оценить какие фрагменты дерева нужно удалить, а какие максимально сохранить для консервации. В этом есть определённый риск, но есть и творческое начало, или, как говорят, профессиональное чутьё.
После очистки надо дать материалу стабилизироваться. Должны просохнуть вновь открывшиеся от гнили и грязи места на древесине.
Обычно это не занимает много времени. В условиях естественной вентиляции под тентом или в помещении (что предпочтительно на этом этапе) должно пройти 3-4 недели. Мы рекомендуем делать это кистями, а не пульверизатором, так, как работая кистью вы дополнительно осматриваете дерево и видите весь процесс впитывания, не оставляя необработанных участков.
Начиная сборку крупногабаритных артефактов после консервации, приготовьте небольшое количество «НЕОГАРДА» для того, чтобы защитить места на дереве, которые подвергаются усиленному механическому или химическому воздействию. Пропитка «НЕОГАРД» является двухкомпонентной, а после её приготовления может храниться не более 1,5-2 месяцев. Именно по этой причине если объёмы обрабатываемых деревянных поверхностей не большие, то рекомендуют готовить небольшие количества раствора, тем более для «подкрашивания» проблемных участков.
В качестве примеров приведу фотографии объектов, которые обработаны по этой методике:
Рис. 17. Линейный корабль «Портсмут» («Лондон») 1714 года
Рис. 19. Финский Шкут XIX века.
Рис. 21. Становой якорь XVIII века.
Рассмотрим еще один важный аспект консервации мокрой археологической древесины - это борьба с расслоениями, особенно в торцевых частях деревянных балок. После сушки и очистки элементов корабельных конструкций часто выявляются несколько особенно деструктированных объектов. Так, если внимательно рассмотреть фотографии элементов конструкции Кирьясской барки, то можно увидеть достаточно много таких мест. Некоторые концы шпангоутов превращаются в «метелку». Часть деревянных волокон теряет связующие слои внутри дерева и это реально выглядит как очень жесткая метелка.
Рис. 22. Сильно деградированная древесина «Кирьясской барки» (река Кирьясс - приток Оби)
Чтобы сохранить форму и предотвратить окончательное уничтожение этих зон, необходимо принять меры к консолидации внутренней структуры этих участков. При описании действия пропитки мы уже упоминали, как одно из её положительных свойств - усиление механических характеристик пропитанного деревянного артефакта. Было принято решение провести небольшое попутное исследование. Было предложено три варианта воздействия на сильно деградированную древесину:
1. Обрабатывать проблемные места после очистки несколько раз одним и тем же стандартным раствором полимера;
2. Обрабатывать и стягивать бинтом или полиэтиленовой пленкой, чтобы раствор высыхал не быстро, а проникал глубже в расслоения дерева и действовал как клей на стянутые волокна древесины;
3. Изменение концентрации полимера.
Рис. 23. Пропитка «Неогардом» элементов «Кирьясской барки»
Если первый и второй варианты мы попробовали на следующий же день после обсуждения проблемы, то третий вариант потребовал для апробирования примерно два месяца. Дело в том, что нам пришлось поставить задачу перед разработчиком - изготовителем «Неогарда». К счастью, выяснилось, что изменить концентрацию с учетом нашего ТЗ возможно. Были приготовлены соответствующие объемы специального (усиленного, как мы его назвали) полимера, и мы доставили его из Петербурга в Нижневартовск. Проведя сравнение между элементами, обработанными по первому, второму и третьему методикам, мы пришли к выводу, что третий вариант предпочтительней. После обработки «усиленным» «Неогардом» шпангоуты барки приняли соответствующий вид. Напомню, что в этих образцах усиленным полимером обрабатывались только торцы и отдельные, сильно расслоившиеся места. Мы не имеем количественных характеристик об изменении составляющих в растворе полимера, так как это прерогатива и коммерческий секрет производителя, но можно констатировать тот факт, что разработчики справились с поставленным техническим заданием. Раствор нас вполне удовлетворил.
Таким образом на сегодняшний день у нас есть достаточно простая технология для консервации крупногабаритных объектов морской археологии, которая проверена как минимум на семи объектах. Время, прошедшее с момента первой консервации по этой методике на сегодня составляет более 10 лет. Мы считаем, что состояние всех обработанных
по нашей методике объектов является стабильным. Желающие могут сами оценить эту информацию в экспозициях соответствующих музеев. Я не говорю о том, что эта методика решает большинство проблем -это, конечно, не так, но если продолжить исследования и эксперименты в этом направлении, то,уверен, это приведетк хорошим результатам. Много очень «изощренных» и громоздких методик предложено к реализации. Но это не означает, что «если дорого, то значит правильно и эффективно». Давайте попытаемся развеять этот стереотип. Недорогие методики не означают, что они не имеют права на жизнь. Просто надо работать, пробовать и доказывать.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гордюшина В.И. Отчёт НИР Разработка научно-методических основ консервации крупногабаритных объектов из дерева. М.: ГосНИИР, 2014. С 71.
2. Гордюшина В.И., Малачевская Е.Л., Федосеева Т.С. Материалы и технологии для консервации археологических деревянных объектов. М.: ГОС НИИР, 2009. С. 119.
3. Дуглас Р.А. Практическое пособие по консервации археологических находок. СПб., 2012. С.236.
4. Кундо Л.П., Ревацкая Г.К., Мороз М.В. Консервация и реставрация крупногабаритных деревянных изделий "замерзших" курганов назырыкской культуры Горного Алтая (IV-III вв. до н.э). Киев. 2005.
5. Мороз М.В. Реставрационные методы в археологии. Естественнонаучные методы в археологии. Рабочая программа Сибирского федерального университета. Красноярск. 2007.
6. Никитин М.К., Мельникова Е.П. Химические материалы в реставрации дерева // Химия в реставрации. Л.: Химия. 1990. С. 109-130.
7. Покровская Е.Н. Сохранение памятников древнего зодчества с помощью элементоорганических соединений: химико-физические основы увеличения долговечности древесины. М.: МГСУ, 2009. С.135.
8. Преображенская Г.А. Резное дерево в храме: Технология. Консервация. Иконография. СПб., 2011. С. 424.
9. Якимович Б., Родзик И. Консервация археологических находок. Гданьск: Морской Музей Гданьска, 2008.
10. Янгельска И. Консервация археологических деревянных объектов, поднятых со дна Балтийского моря. Гданьск, Морской Музей.
11. Сyristian de Tassigny. /le traitement des dois gorges d'eau au laboratore arc-nucleart / Сyristiande Tassigny de 1976 a 2007. Sauve des eaux. Arc-nucleart 2007. Рр. 39-49.
96 I M. n. KoneftKHH
12. Florian Mary-Low, D.P. Kronkright, R.E. Norton /The conservation of artifacts made from plant materials/ Florian Mary-Low, D.P. Kronkright, R.E. Norton 1990. Pp.185.
13. Gabriel Hoffman. Die Kogge /G. Hoffman Uwe Schnall/, Convent 2003. Pp.287.
14. Peter Marsden. Sealed by time The Loss and Recovery of the Mary Pose/ M. Peter. The Mare Rose Trust 2003. Pp.194.
15. «Vasa I» The Archaeology of a Swedish warship of 1968. Stockholm 2006. Pp. 491.
16. Wayne Smith. Archaeological conserweation using polymers/ Wayne Smith. Texas A M University press 2003. Pp.144.
17. Wayne C. Smith, D.L. Hamilton. Polymerization of Archaeological Waterlogged Wood. Treated with PG/ C. Wayne, Smith, D.L. Hamilton. T.
