Ocena właściwości kamieni wzmocnionych światłotrwałą, cykloalifatyczną żywicą epoksydową Eurostac EP 2101

A C T A L N I V R R S i T A T I S N I C O L A I C O P R R N I t I / A B Y T K O / N A W S T W O I K O N S ł R W A T O R S T W O X V I I !

N M K I H l ' M A M S T Y ( / S ( ) - S P O ł . l ( 7 M / l - S / Y T 22"? I W I

Z a k ła d K o n serw a cji E lem entów i D etali A rchitektonicznych L a b o ra to riu m N au kow o-B adaw cze K o n serw a cji K a m ien ia P P P K Z w Toruniu

W iesław D om asłow ski, D orota Sobko w iak

OCENA WŁAŚCIWOŚCI KAMIENI WZMOCNIONYCH ŚWIATŁOTRWAŁĄ, CYKLOALIFATYCZNĄ ŻYWICĄ

EPO K SYDO W Ą EUROSTAC E P 2101

Z a r y s t r e ś c i . Zbadano zdolność kapilarnego wznoszenia się preparatu Eurostac Ep 2101 w piaskowcu N ietulisko i w wapieniu z Pińczow a oraz ich właściw ości po w zm ocnieniu wym ienioną żywicą. Stw ierdzono, że Eurostac, w skład którego wchodzi św iatłotrwała, cykloalifatyczna żywica epoksydow a, m oże być z pow odzeniem stosowany do wzm acniania szerokoporowatych kam ieni. Uzyskują one dobre w zm ocnienie oraz odporność na działanie soli i zamrażanie.

1. WPROWADZENIE

P od staw ow ą w adą żyw ic ep o k sy d o w y ch otrzym yw an ych z bisfenolu A i ep ich loroh yd ryn y g liceryn y je st stosu n k ow o m ała odporność na działanie prom ieni słon eczn ych . Ż yw ice ciem nieją, przybierając barw ę od żółtej do brunatnej. D alszą w adą tych żyw ic, u tw ardzanych w tem p e­ raturze pokojow ej za pom ocą poliam in alifatycznych, je st słabe siecio ­ w a n ie w atm osferze o podw yższonej w ilgotn ości i w tem peraturze poniżej 18°C. P rzyczyn ą tego je st łatw ość reagow ania higroskopijnych poliam in z k w a sem w ęg lo w y m , w sk u te k czego pow stają n iea k ty w n e w ęg la n y p o lia m in 1. Jak w yk azan o, słabo u sieciow an e żyw ice posiadają obniżoną św ia tło trw a ło ść2 oraz niższe w ła ściw o ści m ech an iczn e i odporność na działanie czyn n ik ów d estru k cyjn ych 3.

P om im o to, ży w ice ep o k sy d o w e znalazły duże zastosow an ie do w zm acn ian ia k am ieni, gdyż w porów naniu z preparatam i krzem oorga- n iczn ym i i żyw icam i term op lastyczn ym i w znacznie w ięk szy m stopniu zw iększają ich w ytrzym ałość m ech an iczn ą4.

C elem p olep szen ia św iatłotrw ałości żyw ic zaczęto stosow ać inne k om p on en ty, a m ian ow icie m ałocząsteczk ow e etery g licy d o w e różnych a lk o h o li5. P rak tyczn e zastosow an ie znalazły etery butanodiolu i penta- erytrytu , które utw ardzano am inam i cyk loalifatyczn ym i6.

68 W. D om asłow ski, D. Sobkowiak

O trzym ane kom pozycje, szczególn ie z butanodiolem , oznaczały się dużą odpornością na działanie św iatła, jed n ak posiadały słabą w y trzy ­ m ałość m echaniczną i odporność chem iczną. G łów ną przyczyną była i w tym przypadku podatność am in cyk loalifatyczn ych na reakcję z k w a sem w ę g lo w y m i w zw iązku z tym tw orzen ie produktów słabousie- ciow an ych . B y ły one m ięk k ie, k lejące i nieodporne na działanie w ody, pod w p ły w em której b ielały i p ę czn ia ły 7. K am ienie w zm ocn ion e nim i u leg a ły w n iek tórych przypadkach rozpadow i, czego przyczyną było siln e p ęczn ien ie polim erów w w odzie. Na przykład żyw ica otrzym ana z eteru glicy d o w eg o butanodiolu ch łon ie ok oło 50% w od y b. silnie pęczniejąc, co pow oduje, że n asycan y nią „zd row y” p iask ow iec u legł ca łk ow item u zn iszczen iu 8.

Próby zastosow ania am in cyk loalifatyczn ych z zablokow anym i gru­ pam i am inow ym i, celem zm niejszenia ich w rażliw ości na działanie CO2

tak że n ie dały zadow alających rezultatów , gdyż w zm ocn ion e żyw icą k am ien ie m iały m ałą odporność na cy k le sta rzen io w e9.

Tak w ięc ży w ice ep o k sy d o w e oparte na w ielow od orotlen ow ych alk oh olach i am inach cyk loalifatyczn ych n ie sp ełn ia ły pokładanych nadziei. N o w e natom iast m ożliw ości stw arzają cyk loalifatyczn e żyw ice ep o k sy d o w e, a w szczególn ości cykloalifatyczno-alifatyczn e, które mają zdolność reagow ania z poliam inam i alifatycznym i w tem peraturze p o k o jo w ej10.

P rzyk ład em takiej żyw icy je st produkt firm y S. T. A. C. z M ediolanu sp rzed aw an y pod n azw ą E urostac EP 2101. Jest to 25% roztw ór żyw icy cykloalifatycznej w m ieszan in ie izopropanolu i to lu e n u 11. L epkość roztw oru w tem p. 20°C w y n o si poniżej 3 m P a s.

D o utw ardzania ży w icy stosuje się utw ardzacz K 2102 będący 25% roztw orem p oliam in y a lifatyczn ej12. M iesza się go z żyw icą w stosu n k u 1:5 (w agow o) lub 1:4,5 (objętościow o). M ieszanina m oże być stosow an a w tem p. 20°C przez 24 godziny. U tw ardzona żyw ica posiada w sp ó łcz y n ­ nik rozszerzaln ości term icznej 55 x 10/°C, w ytrzym ałość na rozciąganie (w g UNI 5819,20 °C) 140 M Pa, w ytrzym ałość na zginanie (w g UNI 4274, 20 °C) 75 M Pa i w ytrzym ałość na ścisk an ie (w g UNI 4279) 81 MPa.

P o w ło k i n ap rom ien ian e prom ieniam i UV o dłu gości fali 366 nm , przy n atężen iu 2000 ^W /cm 2 przez 500 godzin nie w ykazują żadnych w id ocz­ nych zm ian. P od ob n ie nie w yk azu ją zm ian próbki poddane przez 2000 godzin ek sp ozycji na p rzysp ieszon e starzen ie w ed łu g norm ASTM: G-26, G-27 i D-2565.

O m aw iana żyw ica je st już stosow an a w praKtyce przez dra C avalet- tiego w P a d w ie do w zm acniania k am ien n y ch o b iek tów zabytkow ych. B yła także poddana badaniom przez zesp ół n au k ow ców w łosk ich , rezu ltaty o głoszon e zostały na m iędzynarodow ej k on feren cji13 w L ozan ­ nie w 1985 r.

Ocena właściw ości kamieni wzm ocnionych. 6 9

o stosu n k ow o niskiej n asiąk liw ości (4—6%) oraz różnego rodzaju m arm u­ rów.

N iezależn ie od w y m ien ion ych badań, w yn ik i których nie były znane autorom niniejszej pracy, podjęto d ośw iadczenia w rep rezen tow an ych przez autorów placów k ach badaw czych. S tosow an o p iask ow iec N ietuli- sko (n asiąk liw ość w odą około 10 12%) oraz w ap ień p iń czow sk i (nasiąkli- w ość w odą około 16,5%), a w ięc kam ien ie znacznie różniące się w ła śc i­ w ościam i fizycznym i i m ech an iczn ym i od poddanych badaniom w e W łoszech. Podjęcie n in iejszych badań było m ożliw e dzięki otrzym aniu preparatu z Centro T rattam ento Superfici (V icen za)’ \

2. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA

2 1 BADANIE ODPORNOŚCI POWŁOK

P ły tk i szk lan e pokryto roztw orem preparatu E urostac E P 2101 z dodatkiem utw ardzacza i po 2-tygodniow ym ok resie su szen ia pow łok w w arunkach norm alnych poddano je działaniu w ody, 10% kw asu soln ego, 10% roztw oru w od orotlen k u sod ow ego i 10% roztw oru siarcza­ nu sodow ego. D o cieczy zanurzono 1/2 części p łytk i i obserw acje prow adzono przez 30 d n i13. S tw ierd zon o, że w w od zie i roztw orze siarczanu sod ow ego n ie w y stą p iły żadne zm ian y w p ow łokach. N ato­ m iast w w od orotlen k u sodu po 10 dobach i w k w asie soln ym po 28 dniach stw ierd zon o odspojenie się pow łok.

Biorąc p o w y ższe pod u w agę m ożna stw ierdzić, że p ow łoki z badanej żyw icy cykloalifatycznej są odporne na działanie w od y i roztw orów soli, m ają znaczną odporność na k w as soln y i m ałą na alkalia.

Zbadano tak że odporność p ow łok na działanie ultrafioletu, napro­ m ieniając je przez 30 dób przy użyciu lam p y Em ita V P 60. N ie stw ierd zo­ no żadnych zm ian barw y.

2.2. BA DANIE WŁASNOŚCI KAMIENI

P róbki kam ien i o w ym iarach 5 cm x 5 cm x 5 cm nasycan o roztw orem n ierozcień czon ym oraz rozcień czon ym (D ilu en te E P 2103) w stosu n k u

1

1

P o dodaniu do roztw oru żyw icy utw ardzacza i d ok ład n ym w y m iesz a ­ niu p ozostaw ian o m ieszan in ę na okres 4 godzin w tem p. pokojow ej, gdyż zgodnie z za lecen iem producenta „okres indukcji” , który w tem p. 20°C w y n o si do 8 godzin, je st k o n ieczn y dla praw id łow ego p rzebiegu procesu utw ardzania ż y w ic y '6.

P o w y m ien io n y m o k resie badano zdolność k apilarnego w zn oszen ia się preparatu w próbkach, ro zm ieszczen ie żyw icy w strukturze kam ieni, w y trzy m a ło ść m ech an iczn ą w zm ocn ion ych k am ieni, stop ień ich n a sy ce­ nia w odą, zdolność podciągania b en zy n y lakow ej oraz odporność próbek na test so ln y i zam rażanie.

7 0 W. Dom asłow ski, D. Sobkowiak

2.2.1. Z dolność ka p ila rn eg o w zn o szen ia się p re p a ra tu

Próbki zanurzano do roztw orów na głęb ok ość 1 cm i badano szybkość ich kapilarnego w zn oszen ia się. W yniki zestaw ion o w tab. 1. Na jej podstaw ie w n iosk u jem y, że preparat nie rozcieńczon y w zn osi się bardzo w oln o w w ap ien iu , a m ian ow icie do w y so k o ści 4 cm w granicach od 3 do 5 godzin. P rzyczyną tego je st w zrastająca praw dopodobnie lep k ość roztw oru oraz nieod p ow ied n io dobrany przez producenta rozpuszczal­ nik - propanol. Jak w iadom o, roztw ory propanolu w zn oszą się kapilar­ nie w kam ieniu bardzo p ow oli z u w agi na niek orzystn y stosu n ek napięcia p ow ierzch n iow ego do le p k o śc i

11.

W szerok op orow atym p iask ow cu w zn osi się natom iast stężon y p re­ parat bardzo dobrze, gdyż w czasie około 5 m inut n a sy cił całkow icie próbki.

Po rozcień czen iu czas w zn oszen ia się preparatu w w ap ien iu u legł zn aczn em u sk róceniu (około 50% do w ys. 4 cm ), podczas gd y w p iask ow ­ cu nieznacznie.

P orów nując czasy w zn oszen ia się rozcień czon ego preparatu E uro­ stac 2101 z roztw orem Paraloidu B-72 w to lu en ie i 10% roztw orem dianow ej żyw icy ep ok syd ow ej m ożna stw ierdzić, że posiada on lepszą zdolność w zn oszen ia się roztw oru od ży w icy Paraloid B -7219, a gorszą w porów naniu z dianow ą żyw icą e p o k sy d o w ą 20.

T a b e l a 1

Zdolność kapilarnego wznoszenia się roztworów

Wysokość w zniesienia się roztworu (w cm)

Eurostac nie rozcieńczony Eurostac rozcieńczony

piaskowiec w apień piaskowiec wapień

czas kapilarnego wznoszenia się roztworów

w sek. w min. w sek. w min.

1 40 12 30 7

2 100 50 90 25

3 180 160 160 75

Ocena właściw ości kam ieni wzmocnionych.. 71

2.2.2. R ozm ieszczenie ży w ic y w stru k tu rze ka m ie n ia

Celem stwierdzenia, jak rozłożona jest żywica w strukturze w apie­

nia, wycinano ze środkowych części wysuszonych kostek płytki o grubo­

ści około 2 mm, które wytrawiano nadmiarem 5% roztworu kwasu

solnego przez 1 godzinę. Jak wynika z fot. 1, w próbkach wapienia

nasyconego preparatem nie rozcieńczonym żywica została rozłożona

równomiernie w e wszystkich porach. W próbkach nasyconych rozcień­

czonym preparatem obserwujemy natomiast częściową migrację żywicy

do powierzchni próbek. W próbkach wapienia nasyconych bezpośrednio

po wym ieszaniu preparatu z utwardzaczem (a więc bez tzw. okresu

indukcji) nastąpił rozdział fazowy rozpuszczonych substancji, wskutek

czego żywca osadzała się jedynie nieco powyżej połowy wysokości

próbki.

Aby stwierdzić, w jaki sposób nastąpiło rozm ieszczenie żywicy

w piaskowcu, przecięto kostki na połowy i zwilżano wewnętrzną

Fot. 1. Rozm ieszczenie żyw icy w strukturze wapienia:

P r. 122 - nasycon a nieindu kow anym , rozcieńczonym 1:1 prep. Eurostac, P r. 110 n asycona nieindu kow anym , nierozcień czonym prep. Eurostac, P r. 208 nasycona indukow anym , rozcieńczonym 1:1 prep. Eurostac, P r. 198

7 2 W. D om asłow ski, D. Sobkow iak

powierzchnię wodą. Uzyskano rezultat podobny jak w przypadku

wapienia. Próbki nasycone po okresie indukcji zostały wzmocnione

strukturalnie, a w nasyconych preparatem po bezpośrednim dodaniu

utwardzacza nastąpił rozdział fazowy.

Rezultat ten potwierdziła próba spalenia żyw icy obecnej w próbkach

piaskowca (temp. 200 C w ciągu 1 godz.). Żywica znajdująca się w prób­

kach uległa znacznemu pociemnieniu, natomiast miejsca pozbawione jej

pozostały jasne. Stan próbek po wygrzaniu przedstawia fot. 2.

2.2.3. W y trzy m a ło ść m ech a n iczn a k a m ie n i

Wzmocnione kostki kamieni poddano ściskaniu w prasie hydraulicz­

nej o nacisku do 30 ton. Wyniki średnie z pięciu pomiarów podano w tab.

2. Wynika z niej, że nie rozcieńczony preparat wzm ocnił obydwa rodzaje

Fot. 2. R ozm ieszczenie żyw icy w strukturze piaskowca:

Pr. 133 n asycona nieindu kow anym , nierozcień czonym prep. Eurostac, Pr. 145 - nasycon a nieindukow anym , rozcieńczonym 1:1 prep. Eurostac, P r. 232 n asycona in dukow anym , rozcieńczonym 1:1 prep. Eurostac, Pr. 221

Ocena właściw ości kam ieni wzm ocnionych. 7 3

T a b e l a 2

W ytrzymałość m echaniczna wzm ocnionych kam ieni (Rść)

Preparat wzm acniający kam ień

Piaskow iec Wapień

Rść w MPa wzrost Rść

% Rść w MPa

wzrost Rść %

Próbki nie w zm ocnione 23,83 - 10,57

-Stężony 45,09 89,2 21,09 99,5

Rozcieńczony 34,65 45,4 17,46 65,2

k am ien i o 90-100%, a rozcień czon y o 45-65%. U zysk an e w artości z preparatem n ie rozcieńczon ym są w y ższe od u zy sk iw a n y ch z produk­ tam i k rzem oorganicznym i czy 10% roztw oram i żyw ic term op lastycz­ n ych , które zw iększają w ytrzym ałość k am ien i o dużej porow atości średnio o około 60%. sk u teczn ość ich działania m ożna porów nać w ięc z preparatem E urostac rozcień czon ym 1:1.

N ieco m n iejsze w artości w zm ocn ien ia uzysk ali autorzy w ło sc y 21, gdyż dla d w óch rodzajów k am ien ia w zrost w ytrzym ałości w yn osił średnio 77%.

W m n iejszym natom iast stop n iu E urostac w zm acn ia k am ien ie w po­ rów naniu z d ianow ą żyw icą e p o k sy d o w ą 22, która stosow an a w roztw o­ rze 10% w zm acnia badane k a m ien ie o (średnio) 98%, a w roztw orze 20% o (średnio) 198%. P rzyczyn ą tego je st w ięk sza w ytrzym ałość żyw ic dian ow ych , w yn osząca na zginanie około 130 M Pa, a na ścisk an ie 150 MPa.

2.2.4.

Chłonność w ody przez wzmocnione kamienie

Próbki k am ien i p rzecięto na p o ło w y i zanurzono na głęb ok ość 1 cm do w ody. N ie zaob serw ow an o jej kapilarnego w zn oszen ia się dzięki hydrofobow ym w ła ściw o ścio m E urostacu, toteż próbki pozostaw iono w w o d zie na ok res 1 doby, w ażon o je celem ok reślen ia ch łon n ości kapilarnej, a n a stęp n ie zalano w odą, aby po u p ły w ie następnej doby stw ierd zić ch łon n ość w od y próbek zanurzonych. W yniki zestaw ion o w tab. 3. P orów nując je z ch łon n ością w od y przez tak ie sam e k am ien ie w zm o cn io n e żyw icą d ianow ą stw ierd zam y, że E urostac je st n ieco mniej h yd rofob ow y23. P ia sk o w iec w zm ocn ion y żyw icą E pidian 5 (10 i 20%) w y k a z y w a ł ch łon n ość w od y średnio o 81% n iższą od kam ienia nie w zm o cn io n eg o , a w a p ień o 89% (roztw. 10%) i 95% (roztw. 20%), pom im o to m ożna uznać, że hydrofobow ość k am ien i w zm ocn ion ych stężon ym p rep aratem E urostac je st w ysoka.

7 4 W. D om asłow ski, D. Sobkowiak

T a b e l a 3

Chłonność wody przez wzm ocnione kam ienie

Preparat w zm a­ cniający kam ień

Piaskow iec Wapień

nasią­ kliwość kapilar­ na % nasią­ kliw ość po zanu­ rzeniu % spadek nasią­ kliwości % nasią­ kliwość kapilar­ na % nasią­ kliwość po zanu­ rzeniu % spadek nasią­ kliwości % Próbki nie w zm ocnione - 12,72 - - 16,51 -Stężony 1,26 2,38 81,3 0,21 1,33 91,9 Rozcieńczony 2,47 6,30 50,5 1,15 4,02 75,6

2.2.5.

Z dolność ka p ila rn eg o w zn o szen ia się b en zy n y lakow ej w ka m ie­

niach i ich n a sią kliw o ść

Podobnie jak na s. 68 zdolność kapilarnego podciągania benzyny lako­ wej badano na przepołow ionych próbkach zanurzonych na głębokość 1 cm. W yniki podano w tab. 4. W ynika z niej, że pory w k am ien iach p ozostały otw arte, dzięki czem u b en zyn a w zn osi się bez trudności. Czas jej w zn oszen ia je st znacznie dłuższy niż w p iask ow cu nie w zm ocnionym , n ie m niej n ie m a to p rak tyczn ego znaczenia ze w zględ u na bardzo dużą szyb k ość p rzem ieszczania się cieczy w ty m k am ieniu. W przypadku w ap ien ia czas w zn oszen ia b en zy n y u leg ł p rzedłużeniu o 36% w prób­ k ach w zm o cn io n y ch roztw orem rozcieńczon ym i o 79% roztw orem stężon ym , co tak że n ie stanow i przeszkody dla ew en tu a ln eg o p on ow n e­ go n a sy cen ia w ap ien ia roztw orem substancji w zm acniającej.

N asiąk liw ość b en zyn ą ok reślon o po 24—godzinnym nasycan iu pró­ bek. Z tab. 5 w yn ik a, że n asiąk liw ość b en zyn ą została obniżona w sk u tek w zm acn ian ia roztw orem rozcień czon ym o 21-26%, a stężon ym o 35-^4%. M ożna założyć, że ob n iżen ie n asiąk liw ości (porow atości otw artej) jest ok oło 1,5-2-krotnie w y ższe od stężen ia roztw oru u żytego do w zm acn ia­ nia.

2.2.6.

O dporność w zm o cn io n ych k a m ie n i

n a d zia ła n ie sia rc za n u sodowego

P róbki k am ien i zanurzano na 6 godzin do n asycon ego roztw oru siarczanu sod ow ego, a n a stęp n ie su szon o je przez 18 godz. w tem p. 105C. W ykonano 15 cyk li, w y n ik i których zestaw ion o w tab. 6 i na fot. 3. Na jej p od staw ie m ożna stw ierdzić, że p ia sk o w iec u zysk ał w sk u tek w zm o cn ie­ nia (roztw orem stężo n y m i rozcień czon ym ) bardzo dużą odporność na działanie soli, gdyż n ie zaob serw ow an o w nim zn iszczeń po 15 cyklach, p odczas gdy próbki n ie w zm ocn ion e u le g ły zniszczen iu po 5 cyklu.

rozcień-Ocena właściw ości kamieni wzm ocnionych 7 5

T a b e l a 4

Szybkość kapilarnego w znoszenia się benzyny lakowej w kamieniach

Preparat wzmacniający kamień

Piaskowiec Wapień

w ysokość wzniesienia się roztworu w cm

wysokość wzniesienia się roztworu w cm

1 2 3 4 1 2 3 4

czas w znoszenia w min. czas wznoszenia w min.

Próbki nie wzm ocnione 5 sek. 35 sek. 60 sek. 80 sek. 3 11 25 42

Stężony 1 6 10 17 5 15 42 75

Rozcieńczony 0,5 4 8 15 3,5 13 32 57

czonym miał zbliżoną odporność do próbek kontrolnych, stężonym zaś

posiadał odporność dwukrotnie większą.

2.2.7. O dporność w zm o cn io n ych k a m ie n i n a z a m r a ż a n ie

Próbki zanurzono do wody na okres 6 godzin, a następnie zamrażano

w temp. - 2 0 C. Po 20 cyklach zaczęły ulegać niszczeniu kontrolne

próbki piaskowca, a po 24 wapienia. Po 26 zaobserwowano niszczenie

próbek wapienia wzm ocnionego rozcieńczonym roztworem Eurostac.

Po 30 cyklach nie stwierdzono objawów zniszczeń na próbkach piaskow­

ca oraz wapienia wzm ocnionego nie rozcieńczonym roztworem prepara­

tu. Można uznać, że kam ienie te charakteryzują się dużą mrozoodporno­

ścią.

3. OMÓWIENIE WYNIKÓW BADAŃ

Przeprowadzone doświadczenia pozwoliły ustalić, że powłoki uzys­

kane z preparatu Eurostac EP 2101 są wodoodporne i światłotrwałe.

Preparat wznosi się wolno w wapieniu pińczowskim na drodze

kapilarnej, a w ięc można przyjąć, że także w e wszystkich kamieniach

drobnoporowatych. Przyczyną tego jest stosowanie przez producenta

izopropanolu z natury rzeczy wolno wznoszącego się w kapilarach.

T a b e l a 5

Nasiąkliwość próbek benzyną lakową

Preparat wzm acniający kam ień

Piaskow iec Wapień

nasiąkliw ość % spadek nasiąkliw ości % nasiąkliw ość % spadek nasiąkliw ości %

Próbki nie w zm acniane 8,11 - 13,48

-Stężony 5,23 35,5 8,78 43,9

O c e n a w ła ś c iw o śc i k a m ie n i w z m o c n io n y c h . 7 7

Fot. 3. Odporność w zm ocnionego wapienia i piaskowca na działanie N a2S 04:

P r. 211 w ap ień nasycony indukow anym , rozcieńczonym 1:1 prep. E urostac, stan po 3 cyklach , Pr. 201 w ap ień n asycony indukow anym , nierozcień czonym prep. Eurostac, stan po 9 cyklach; K (górna) w apień, próbka kontrolna, stan po 3 c yk lach , Pr. 226 piaskow iec n asycony indukow anym , rozcieńczonym 1:1 prep. Eurostac, stan po 15 cyklach , Pr. 218 piaskow iec nasycony indukow anym , nierozcieńczonym prep. Eurostac, stan po 15 cyklach; K (dolna) piaskow iec,

próbka kontrolna, stan po 5 cyklach

Przyczyną tego jest także konieczność przestrzegania tzw. okresu

indukcji, tzn. czasu, w którym zapoczątkuje się reakcja utwardzania.

Jest to okres związany z pewnym wzrostem lepkości.

Preparat rozcieńczony (1:1) firm owym rozcieńczalnikiem posiada

lepszą zdolność wznoszenia się, jednak jest ona mniejsza od szybkości

kapilarnego wznoszenia się roztworów m ałocząsteczkowych żyw ic dia-

nowych, a naw et roztworów Paraloidu w odpowiednim rozpuszczalni­

ku. Pomijając powyższą wadę można stwierdzić, że stosowanie rozcień­

czonych roztworów nie jest korzystne, ponieważ wzm ocniony kamień

uzyskuje gorsze parametry wytrzym ałościowe, a szczególnie niską

odporność na działanie soli rozpuszczalnych w wodzie i zamrażanie,

a poza tym żywica ulega częściowej migracji do porów powierzchnio­

wych wapienia, co jest przyczyną nierównom iernego rozłożenia żywicy

w strukturze kamienia.

Bardzo dobrze natomiast przemieszcza się preparat w kamieniach

szerokoporowatych, do których należy piaskowiec Nietulisko. Jest to

jednak zaleta kamienia, a nie roztworu.

7 8 W. D o m a s ło w sk i, D. S o b k o w ia k

Fot. 4. Odporność wzm ocnionego w apienia i piaskowca na zamarzanie, stan po 30 cyklach:

P r. 212 w ap ień nasycony indukow anym , rozcieńczonym 1:1 prep. Eurostac, P r. 202 w ap ień nasycon y indukow anym , nierozcieńczonym prep. Eurostac, K (górna) w ap ień, próbka kontrolna, Pr. 230 piask ow iec n asycony indukow anym , rozcieńczonym 1:1 prep. Eurostac, Pr. 219 p iaskow iec nasycony indukow anym , nierozcień czonym prep. Eurostac;

K (dolna) piaskow iec, próbka kontrolna

Do zalet preparatu należy równomierne rozłożenie żyw icy w porach,

tzn. w całej strukturze nasyconego kamienia. Wykazały to badania

naukowców włoskich w mikroskopie skaningowym i nasze, na podsta­

wie wytrawienia płytek wapienia bądź nawilżania wodą przeciętych

próbek piaskowca.

Warunkiem uzyskania strukturalnego wzmocnieniai kamienia jest

stosowanie roztworów po tak zwanym okresie indukcji. W przeciwnym

przypadku zachodzi zjawisko migracji żywicy. Migracja lub rozdział

fazowy zachodzi również, jak wspomniano, w przypadku stosowania

rozcieńczonych (1:1) roztworów żywicy. Nie powinny w ięc być one

stosowane.

Kamienie uzyskują w skutek wprowadzenia żyw icy znaczny wzrost

wytrzymałości, sięgający do 100%. Jest on w iększy niż w przypadku

stosowania rozcieńczonych (10%) roztworów żyw ic term oplastycznych

lub związków krzemoorganicznych, a niższy do uzyskiw anych z diano-

wym i żywicami epoksydowym i. Wiąże się to niewątpliwie, między

innymi, z wytrzym ałością m echaniczną poszczególnych tworzyw.

Ocena właściw ości kamieni wzm ocnionych. 7 9

w yk azu jąc w łaściw ości hydrofobow e. Pory kam ienia pozostają otw arte, niem niej jed n ak n asiąk liw ość b en zyn ą zostaje zm niejszona od 35 do 44% (roztw ór stężon y) i od 21 do 26% (roztwór rozcieńczony). M niejsza n asiąk liw ość je st w y n ik iem stosow an ia roztw oru o dużym stężen iu (25%) i nie m ożna tego zjaw iska uznać za korzystne. P om im o to należy stw ierdzić, że zm n iejszen ie p orow atości kam ieni nie uniem ożliw ia ich p on ow n ego nasycania - ciecze w e w zm ocn ion ych kam ieniach m ogą się w zn osić z dużą sw obodą.

W zm ocnione kam ien ie dzięki w łaściw ościom hydrofobow ym , a także podw yższonej w ytrzym ałości m echanicznej posiadają w ięk szą odporność na zam rażanie oraz na działanie testu soln ego. O dporność piask ow ca w zrosła zarów no przy u życiu roztw oru stężon ego i rozcień ­ czon ego, a w apienia jed y n ie przy zastosow an iu roztw oru nie

rozcieńczo-n e g o ' 4. WNIOSKI

B iorąc pod u w a g ę w y n ik i przeprow adzonych d ośw iad czeń należy stw ierdzić, że preparat E urostac E P 2101 m oże być z pow od zen iem sto so w a n y do w zm acniania k am ien n ych ob iek tów zabytkow ych. Ze w zględ u na ograniczoną zdolność kapilarnego w zn oszen ia się n ależy je p referow ać do konserw acji k am ien i szerokoporow atych.

PRZYPISY

1 G. M a r i n e l l i , Use o f a n e p o x y a lip h a tic resin in the con solidation o f porou s

b u ildin g m a te ria ls h avin g poor m echanical properties, [w:] The C onservation o f Stone,

Bologne 1976, s. 577.

! W . D o m a s l o w s k i , M. K ę s y - L e w a n d o w s k a , K. L i s e k , B a d a n ia

śim a tlo trw a to ści ż y w ic epoksydow ych, AUNC, Zabytkoznawstw o i Konserwatorstwo 12,

Toruń 1987.

;1 W. D o m a s l o w s k i , Technologia z a p r a w ep oksydow ych w ią żą c yc h w niskich

tem peratu rach i w atm osferze o w ysokiej wilgotności, AUNC, Zabytkoznawstw o i K onser­

w atorstw o 14, Toruń 1990.

' R. C a v a l e t t i , L. L a z z a r i n i , L. M a r c h e s i n i , G. M a r i n e l l i ,

A new ty p e o f e p o x y resin f o r the stru ctu ra l consolidation o f b a d ly d eca yed stones, [w:] V C ongres In tern a tio n a l su r VAlteration et la con servation de la P ierre, Lausanne

25-27.9.1985, vol. 2, s. 769.

r’ G. M a r i n e 1 1 i, op. cit., s. 576.

6 R. R o s s i - M a n a r e s i , T reatm en ts f o r san dston e consolidation, [w] The

C onservation o f Stone, s. 552. R. A. M u n n i k e n d a m , The com bination o f low v isco sity e p o x y resin s a n d silico n estersfo r the consolidation o f stone, [w:] The T reatm ent o f Stone, Bologna 1972, s. 198; G. A l e s s a n d r i n i , R. P e r u z z i , P. R o s s i - D o -

r i a , M . T a b a s s o, Control o f the beh aviou r o f the tw o e p o x y resins f o r stone treatm ents, [w:] C olloqu eIn tern ation al UNESCO RILEM - 78, nr 6.1, s. 2,3; G. A 1 1 e s a n d r i n i, R. P e r u z z i , G. G i a m b e l l i , M. B a s s i, C on serva tive treatm en ts on archaeological

stones, [w:] ibid., nr 7.1, s. 4; R. R o s s i - M a n a r e s i, C. G h e z z o, The biocalcaren ite o f the A grigen to Greek Temples: causes o f a lte ra tio n a n d effectiveness o f coTiservation treatm ents, [w:] ibid., nr 7.9., s. 17.

8 0 W. Dom asłow ski, D. Sobkowiak

7 G. M a r i n e 1 1 i, op. cit., s. 577; R. A. M u n n i k e n d a m, op. cit., s. 198. 8 P. K o 1 1 i k, J. Z e 1 i n g e r, N ebezpeći pośkozen i kamerle zp evneneho polim er-

nim c konsolidenty, [w:] K o ro ze a kon zervace kam ennych obiektu, wyd. Wysoka Skola

Chemicko-Technologicka w Praze, wrzesień 1978, s. 52. 9 G. A l e s s a n d r i n i i in., op. cit., nr 6.1., s. 13.

'0 Żywice cykloalifatyczne, w których grupy epoksydow e w budowane są w pierścień, łatw o reagują z kw asam i i bezwodnikam i kw asow ym i i opornie, dopiero w wyższych temperaturach, z aminami. Żywice cykloalifatyczno-alifatyczne natom iast posiadające grupy glicydow e reagują odwrotnie - z poliaminami alifatycznym i na zimno, a z bezw odni­ kami na gorąco, por.: Z. B r o j e r , Z. H r e t z, P. P e n c z e k, Ż yw ice epoksydow e, Warszawa 1972, s. 83.

11 R. C a v a 1 e 11 i i in., op. cit., s. 770.

12 Prospekt firmy S.T.A.C. z M ediolanu pt. Eurostac Consolidante EP 2101, 13 octobre 1982, s. 2.

1:1 R. C a v a l e t t i i in., op. cit., s. 769-778.

" Autorzy składają serdeczne podziękow anie wspom nianej firmie za bezpłatne przekazanie licznych preparatów jak też p. dr R. Cavaletti i prof. dr Graziella i Antonio Filippini, dzięki staraniom których om awiane preparaty otrzym aliśm y.

1 r> W pracach dośw iadczalnych brała udział techn. Hanna Żuchniewska. le Prospekt firmy S.T.A.C., s. 5.

17 W. D o m a s ł o w s k i , B a d a n ia n a d strukturalnym w zm acn ianiem kam ieni

ro z tw o r a m i ży w ic epoksydow ych , Biblioteka M uzealnictwa i Ochrony Zabytków 15, 1966,

s. 135.

18 W. D o m a s ł o w s k i , B a d a n ia n a d stru k tu ra ln ym w zm a cn ia n iem w a p ien ia

pińczow skiego term o p la sty czn y m i ży w ic a m i sztu czn ym i, cz. II, AUNC, Zabytkoznawstw o

i K onserwatorstwo 8, Toruń 1979, s. 10. 19 Ibid., s. 12.

20 Ibid.

21 R. C a v a 1 e t t i, op. cit., s. 777.

22 W. D o m a s ł o w s k i , B a d a n ia n a d stru k tu ra ln y m w zm acn ian iem ..., s. 201. 23 Ibid., s. 210.

EVALUATION OF PROPERTIES OF STONES CONSOLIDATED

WITH LIGHT-RESISTANT CYCLOALIPHATIC EPOXY RESIN (EUROSTAC EP 2101)

S u m m a ry

The authors exam ined properties o f stones consolidated w ith cycloaliphatic epoxy resin manufactured by S.T.A.C. (Italy). The studies show ed that the resin is resistant to water, saline solutions and UV light, in a lesser degree to acids and slightly to alkalies.

In the studies, the resin with a catalyst in the volum inal ratio 1:4.5 after four hours’ induction period w as used for consolidating lim estone and sandstone. It was proved that the initiation of the reaction is necessary in order to prevent subsequent migration of the resin (photo 1, 2). Undiluted solutions as w ell as diluted solutions in the ratio of 1:1 w ere used.

It w as found that although undiluted solution draws up slow ly in microporous stone (tabl. 1) it is how ever regularly distributed throughout its pores (photo 1). D iluted solution rises quicker but subsequent resin migration, shorter durability (tabl. 2) and w eaker resistance to salt and freezing (tabl. 6; photo 3, 4) are observed in consolidated lim estone. The use o f diluted solutions in microporous stones is hence not recommended.

In macroporous stones both diluted and undiluted solutions draw up quickly and the resin is regularly distributed in the structure o f stone (photo 2).

Ocena w łaściw ości kam ieni wzm ocnionych. 8 1

Structurally consolidated stones show longer durability (tabl. 2), w eak capillarity and considerable water resistance (tabl. 3). Their porosity is weaker especially after consolida­ tion with concentrated solution (tabl. 4, 5). Consolidated stones show also stronger resistance to salt and freezing (tabl. 6; photo 3, 4). Eurostac EP 2101 can be hence used for consolidating stones, especially macroporous ones.

A nother rem arkable advantage of the resin is its light resistance. It has how ever worse properties than dionic epoxy resin; its solutions draw up slow er and consolidated stones have weaker m echanical resistance and w eaker porosity.