Marian Paciorek
Zastosowanie tomografii
komputerowej do badania
rozmieszczenia i udziału tworzywa
w drewnie impregnowanym
strukturalnie
Ochrona Zabytków 45/3 (178), 159-172
MAR IAN PACIOREK
S5QW0 (g
Ш Е Я Ш
ZASTOSOW ANIE TO M O G RA FII KO M PUTERO W EJ
DO BADANIA ROZMIESZCZENIA I UDZIAŁU T W O R Z Y W A
W DREWNIE IM P R E G N O W A N Y M STRUKTURALNIE
Realizacja głębokiej strukturalnej impregnacji, a zarazem osiągnięcie dostatecznego wzmocnienia lub ochrony drewna zależy nie tylko od zastosowania metod speł niających warunek wystarczającego przesycenia czy użycia odpow iednich substancji, lecz także od stw orze nia m ożliwości trw ałego związania ich w strukturze dre wna poprzez zjawiska fizyczne, reakcje chemiczne lub oba te czynniki jednocześnie.
Jak w ynika z dotychczasowych badań nad strukturalną impregnacją wzmacniającą drewna i drewna o biektów zabytkowych, takie czynniki jak: w łaściw ości drewna (rodzaj, gatunek, stan zachowania itp.), rodzaj użytych tw o rzyw i rozpuszczalników, stosowane metody nasyca nia, procesy chemiczne i zjawiska fizyczne oraz ścisłe współzależności między nimi - decydują nie tylko o sa mym procesie nasycania, ale mają również istotny w p ły w na rozmieszczenie się tw orzyw a w porowatej strukturze drewna3'6,13,14 Na rozmieszczenie tw orzyw a znacznie w pływ ają reakcje chemiczne polimeryzacji i towarzyszą ce im zjawiska termiczne (w w ypadku nasycania m ono merami i żywicam i reaktyw nym i) oraz fizyczne - o d parowanie rozpuszczalnika nieaktywnego (w wypadku tw o rzyw termoplastycznych, żyw ic naturalnych zestala jących się wyłącznie na skutek odparowania rozpusz czał nika3'5,8. Jedną z najważniejszych przyczyn nie ró w nomiernego rozmieszczania się tw o rzyw jest - zachodzą ce w procesie zestalania się - zjawisko migracji tw o rz y wa do w arstw przypow ierzchniow ych naśyconego ma teriału porowatego. Intensywność tego zjawiska p ro w a dzi do uszczelnienia i nadmiernego utwardzenia w arstw przypow ierzchniow ych w stosunku do mniej przesyco nych partii wew nętrznych, zwiększając tym samym nie jednorodność materiału i pow odując pow stawanie d o datkow ych niebezpiecznych naprężeń w nierów nom ier nie utwardzonych warstwach. W idzim y więc, że w całym kompleksie zagadnień konserwacji najtrudniejsze p ro b lemy stwarza strukturalna impregnacja ochronna i wzmacniająca, szczególnie tak skom plikow anego ma teriału, jak zniszczone drewno obiektów zabytkowych. M ożliw ość uzyskania jak najpełniejszej informacji w tym zakresie jest niezmiernie istotna dla rozwiązania złożo nych problem ów impregnacji Stosowane dotychczas metody badawcze, wykorzystujące osiągnięcia w ielu dziedzin nauki i techniki, spełniają to zadanie w różnym stopniu i zakresie5,8,9'12. G łów ny ich mankament tkw i jednak w tym, że - obok niedostatecznej w pewnych wypadkach efektywnm ości i skom plikow anej często te
chnice realizacji - są to m etody niszczące, fragm en taryczne, wymagające cięcia lub pobierania próbek m a teriału badanego. Nie stwarzają więc m ożliwości prze śledzenia przebiegu procesu nasycania wraz z to w arzy szącymi mu zmianami struktury w sposób nie niszczący. Nie dają także m ożliwości w glądu w całą strukturę d re w na, porów nania jego w łaściw ości w tych samych m iejs cach przed, w trakcie i po procesie zestalenia się tw o rz y wa, określenia jego ilościow ego udziału i rozmieszczenia czy zaistniałych defektów w głębokich w arstwach mate rii. Niedoskonałość dotychczasowych metod badaw czych, zarówno ze w zględu na technikę ich przeprowa dzania, jak i jakość inform acji, była powodem podjęcia (w badaniach nad przydatnością do impregnacji w zm ac niającej tw o rzyw term oplastycznych - Winacetu R-50, Osolanu KL, Osolanu К i Paraloidu B -72) prób zastoso wania tom ografii kom puterow ej do stwierdzenia zd olno ści ich rozmieszczania się w drewnie lipow ym w okreś lonych warunkach impregnacji.
Interesujące m ożliwości tom ografii kom puterowej w y k o rzystano również w badaniach rzeźby drewnianej p o li chrom owanej K ró l Kazimierz W ielki z 1380 r. z Muzeum UJ w Krakowie.
Podstawowym dążeniem w tych próbach było określenie w ielkości zmian umownej gęstości drewna im pregnow a nego w poszczególnych strefach tego samego materiału na podstawie głów nej zasady tej m etody (zależność absorpcji prom ieniowania X od gęstości materiału) w y rażanej skalą liniow ego w spółczynnika osłabienia pro m ieniowania X w jednostkach Hounsfielda.
Zasada m etody, m ateriały i zakres przeprowadzonych badań
Potencjalne m ożliwości nieniszczącego wykryw ania i obrazowania wszelkich zmian strukturalnych materia łów , w tym rów nież drewna, tkw ią we właściwościach promieni rentgenowskich, 'w metodach badań przy ich zastosowaniu2,11.
Klasyczna metoda tomografii zyskała nowe wartości w połą czeniu z systemem komputerowym. Dzięki możliwości cięcia (skanerowania) obiektu wąską wiązką promieniowania ren tgenowskiego wyeliminowana została prawie całkowicie zależność uzyskiwanego obrazu od grubości badanego ma teriału. W wyniku tego stworzone zostały również możliwo ści ilościowego ujęcia wielkości istniejących lub zachodzą cych zmian w strukturze materii.
Założeniem m etody jest w yko n a n ie serii w iz u a ln y c h , gra ficznych lub c y fro w y c h obrazó w uzyskanych z w ą skiej w iązki prom ieni X na każdym m o żliw ym do w y konania przekroju całości badanego o biektu. Każdy obraz o trzym yw a n y je s t z ko le jnych skanerow anych plastrów . W aparaturze połączonej z systemem k o m p u te ro w ym III generacji, którą w ykorzysta no do badań (S O M A T O M SD firm y Siemens) o b ie kt prześw ietlany jest w ąską w iązką prom ieni X w w a rs tw ie o szerokości 4 -7 mm. Som atom SD działa na zasadzie w iru ją c e g o w achlarza pulsującego p ro m ie niow a nia X. W achlarz re n tge n ow skieg o p ro m ie n io w a n ia składa się z 256 prom ieni skanujących oraz 4 prom ieni odniesienia, skierow a nych w stronę takiej samej liczby d ete kto ró w . Lampa, system w ie lo d e te k to ro w y i ko lim a to ry sztyw n o połączone ze sobą w iru ją stale w o k ó ł o b ie ktu (rys.1 ). Z aró w n o źródło p ro m ie n io w a n ia , jak i d ete kto ry prze cinają o b ie k t w płaszczyźnie poprzecznej, rejestrując 256 o d c z y tó w tran sm isji przez próbkę. Podczas skane- row ania o b ie kt prześw ietlany jest 720 lub 360 razy przez błyski w achlarza prom ieni ren tge n ow skich co 0,5° lu b 1° przy ro ta cji systemu o 360°. R ó w n o le g ły plaster o b ie ktu prześw ietlany jest przy kącie aperturo- w ym 42°, co daje m ożliw o ść badania o b ie k tó w o g ru bości 5 30 mm. Rozkład gęstości każdego p rze św ie t lenia (p ro fil a bso rp cyjny) rejestro w an y jest przez sys tem 256 d e te k to ró w SC IE N TILLAR C , co dla o d tw o rzenia obrazu gęstości plastra w całym zakresie 360° daje p ro fil abso rp cyjny zaw ierający 256 x 360 lub 2 5 6 x 7 2 0 o d c z y tó w transm isji d oko na nych przez każ dy detektor.
Dane intensyw ności prom ieniow ania, rejestrowane przez detektory, przekazywane są do komputera i notow ane na dysku do przetwarzania przez m inikom puter. Obraz ba danej w arstw y ogładany jest na ekranie telew izyjnym lub zapisywany na dysku, co um ożliwia późniejsze analizy, Dla komputera opracowane są programy analizujące, przetwarzające dane w form ie wartości cyfrow ej, przed stawień graficznych, w ykresów (histo grafów ) i innych, z m ożliwością m anipulacji w szerokim zakresie kontrastu oraz dokum entow ania ich fotograficznie. Dla ułatw ienia porów nań wartości absorpcji po prawej stronie zdjęcia umieszczona jest skala. Jej zakres w jednostkach Houns- fielda wyznaczają gęstości: powietrza = -1 0 0 0 j.H., w o dy = O j.H. i kości = -! 1000 j.H.
Oprócz skali, w górnej części obrazu zawarte są inform a cje podające: typ tom ografu, instytucję, datę, grubość i numer w arstw y na dysku. W dolnym lewym narożniku podawane są w arunki testu. Na dokum entacji fo to g ra fi cznej w ykresów w miejscu w a ru n k ó w te s tu umieszczone są dane z przetwarzania. Inne m ożliw ości komputera to: 4 -krotne powiększenie części obrazu, substrakcja elekt roniczna, rekonstrukcja wertykalna, prezentacja linii iso- densyjnych oraz program statystyczny do analizy osła bienia prom ieniow ania X w dow olnym polu.
Przy w ykorzystaniu m ożliw ości technicznych i wartości inform acji tom ografu kom puterow ego określono rozm ie szczenie i udział tw orzyw a w strukturze drewna lip o w ego im pregnowanego próżniow o, w zależności od na stępujących zmiennych:
- rodzaju tw orzyw a impregnującego,
- stężenia roztworu impregnującego (10 i 20%), - rodzaju użytego rozpuszczalnika lub mieszaniny roz puszczalników,
- sposobu odparowania rozpuszczalnika (norm alny i opóźniony w parach benzyny lakow ej).
Badania te przeprowadzono na znormalizowanych prób kach drewna lipow ego 5 x 5 x 5 cm:
- im pregnowanych próżniow o Paraloidem B-72, Osola- nem KL, Osolanem К i Winacetem R-50 w roztworach toulenow ych przy zmiennym stężeniu roztw orów i o d m iennych warunkach odparowania rozpuszczalnika; - im pregnowanych próżniow o 20% roztworami Paraloi du B-72 w czterech rozpuszczalnikach o zróżnicowanej lotności (ksylen, toluen, benzen, aceton), ich wzajem nych mieszaninach i mieszaninach z benzyną lakową, w warunkach normalnego odparowania.
Badania obiektu - rzeźby drewnianej polichrom ow anej
K ról Kazimierz W ielki impregnowanej 20% roztworem
Paraloidu B-72 w ksylenie prowadzone były przed im pregnacją, po impregnacji próżniowej i po odparowaniu rozpuszczalnika (fot. 12, 13, 14).
Podstaw owym dążeniem w tych próbach było wizualne i ilościow e określenie udziału i rozmieszczenia tw orzyw a, g łów nie w centralnych i przypow ierzchniow ych strefach tego samego materiału, na przekroju poprzecznym, w obiekcie i prom ieniow ym na próbkach.
W p ły w rodzaju tw o r z y w a i je g o stężenia na s tru k tu ra ln ą im p re g n ac ję
Dążąc do określenia w ielkości zmian drewna im pregno wanego, stwierdzenia udziału i rozmieszczenia tw orzyw a w jego strukturze wszystkie próbki przebadano w płasz czyźnie przekroju prom ieniow ego przez środek próbki. Uzyskane obrazy wizualne wewnętrznej struktury próbek porów nano oraz poddano analizie kom puterowej ich środkow e i przypowierzchniowe strefy. W ykorzystując jednakow e powiększenia badanej w arstw y, uzyskane hi- stografy dla strefy środkowej i przypow ierzchniow ej ze staw iono w celu ułatwienia bezpośredniego porównania w ielkości i kierunków zaistniałych zmian (fot. 3 ,4 ,6 ,7 ). Na podstawie badań i analiz tom ografu kom puterow ego można stwierdzić, że niejednorodna struktura samego drewna jest znacznie zróżnicowana i w yw iera niew ątp liw y w p ły w na proces jego impregnacji. W drewnie lipow ym ze słojami rocznymi słabo rozgraniczonymi za leżności te przedstawiają się następująco: drew no wcze sne, o komórkach cienkościennych i dużym świetle, ma gęstość niższą (-7 0 0 do - 520 j.H .) od drewna późnego (-5 0 0 do -380 j.H .), zbudow anego z grubościennych komórek o małym świetle. Różnice istnieją także między poszczególnymi przyrostami rocznymi, średnio od 50 do 160 j.H. Jednocześnie daje się zauważyć, że średnia gęstość drewna w środkowej partii próbki jest nieco wyższa od średniej przy powierzchni przekroju poprzecz nego. Porównując średnią gęstość drewna w próbce nie im pregnowanej w środkowej strefie przekroju prom ie niow ego ze średnią gęstością tej samej strefy próbek im pregnowanych stwierdzamy, że wszystkie tw orzyw a zostały w prow adzone do najgłębszych w arstw (fot. 1 ). Nie wszystkie partie strefy środkow ej zostały przesycone
w jednakow ym stopniu, co najbardziej uwidacznia się na obrazie próbki nasyconej 10% roztworem Winacetu R- 50. W środkowej strefie przekroju prom ieniow ego pró bek im pregnowanych obraz zróżnicowania gęstości m ię dzy drewnem późnym a wczesnym wskazuje na większy udział tw orzyw a w drewnie późnym. W miarę zbliżania się do w arstw przypow ierzchniow ych przekroju poprze cznego wzrasta udział tw orzyw a na korzyść drewna późnego, pogłębiając te naturalne różnice. Łatwiejsze odparowanie rozpuszczalnika i większał migracja w dre w nie o mniejszej gęstości pow oduje zagęszczenie się tw orzyw a w partiach drewna wczesnego, wzdłuż grani cy jego styku z drewnem późnym, a w dalszej kolejności tuż pod powierzchnią przekroju poprzecznego.
Prowadzi to w tej strefie do niw elow ania różnic gęstości, powstawania charakterystycznych uszczelnień, na sku tek gw a łtow n eg o wzrostu gęstości drewna wczesnego (fot. 4, 7). Przy stosowaniu roztw orów o wyższym stęże niu najczęściej w ystępuje pogłębianie się różnicy między drewnem wczesnym a późnymi w ystępowanie szerszej w arstw y uszczelnień w strefie przypowierzchniowej. Opóźniając odparowanie rozpuszczalnika stwierdzono bar dziej równomierne rozmieszczenie tw orzyw w całej struk turze drewna, np. dla obróbki nasyconej 20% roztworem Osolanu К przy opóźnionym odparowaniu (fot. 5) proces migracji uległ znacznemu ograniczeniu. Różnice gęstości między środkową a przypowierzchniową strefą w drewnie późnym i wczesnym są w tym wypadku nieduże i wynoszą średnio 165 j.H. i 158 j.H. Przy normalym odparowaniu rozpuszczalnika wynoszą odpowiednio 362 j.H. i 377 j.H., czyli ponad dwukrotnie więcej (fot. 6, 7).
Podobnie proces migracji został powstrzymany w d re w nie nasyconym 20% roztworem Paraloidu B-72 (fot. 2, 3) i Osolanu KL (fot. 8, 9). W drewnie nasyconym Winacetem R-50 występuje znaczne uszczelnienie w arstw przypow ierzchniow ych oraz mniejszy udział tw orzyw a w warstwach środkow ych (fot. 1 ). Jak można sądzić, korzystne oddziaływanie wzrastającego stężenia na rów nom ierność rozmieszczenia się tw orzyw a okreś lone jest optym alną granicą lepkości, pozwalającą ró w nocześnie na przesycenie materiału porowatego. Z bezpośredniego porównania zdolności badanych tw o rzyw do bardziej lub mniej równom iernego osadzania się w strukturze przesyconego drewna, przy warunkach nor malnego i opóźnionego odparowania wynika, że tw o rz y wem najbardziej równom iernie rozmieszczającym się w strukturze drewna jest Paraloid B-72, a następnie Osolan KL i Osolan K. Ostatnie z porów nyw anych tw o rzyw - W inacet R-50 - nawet przy korzystnie w p ływ a ją cych na efekty strukturalnego wzm ocnienia warunkach opóźnionego odparowania rozpuszczalnika, wykazuje tendencje migracji do w arstw przypowierzchniowych lub jest w tych strefach najłatw iej osadzany.
W p ły w rodzaju rozpuszczalnika na sposób rozmieszczenia się tw o rzy w a w drew nie
Odparowaniem rozpuszczalników, a zwłaszcza ich prze mieszczaniem się w strukturze drewna impregnowanego rządzą bardziej złożone praw idłow ości niż w tym samym materiale bez udziału tw orzyw a. Odparowanie rozpusz
czalnika związanego z polimerem odbywa się nie tylko z drewna, ale także z żelu tw orzyw a, które w w yniku tego procesu przechodzi sto pn iow o w ciało stałe7,15. Ponieważ szybkość przemieszczania się rozpuszczalnika w drewnie impregnowanym uzależniona jest głów nie od jego lotności, aktyw ności chemicznej, lepkości roztworu oraz różnic temperatury w środkow ych i przypowierzch niow ych warstwach drewna, czynniki te decydują o w ie lkości migracji tw orzyw a i jego rozmieszczaniu w poro watej strukturze. Jak wykazały badania, opóźniając pro ces odparowania (w atmosferze par nierozpuszczalnika) zmniejsza się zjawisko migracji. Porównując środkowe skanery próbek drewna im pregnowanych tym samym tworzywem , lecz z udziałem różnych rozpuszczalników (ksylen, toluen, benzen, aceton), można stwierdzić, że zjawisko migracji w większym stopniu zachodzi przy stosowaniu roztw o ró w z pojedynczych rozpuszczalni ków i zwiększa się wraz z lotnością cieczy. W prze prowadzonym teście najmniejszą migrację uzyskano w próbce impregnowanej 20% roztworem Paraloidu B- 72 w ksylenie. W porów naniu z pozostałymi obraz w iz u alny (fot. 1 0 /1 ) tej próbki wykazuje nieznaczne uszczel nienie w arstw y pow ierzchniow ej i mniejsze zróżnicow a nie między drewnem późnym a wczesnym. Nieco gorsze rezultaty uzyskano w próbce impregnowanej roztworem toluenow ym . Z d w óch pozostałych próbek im pregnow a nych z udziałem benzenu i acetonu (fot. 10/2, 3) znacz nie większy udział tw orzyw a wykazuje próbka impre gnowana roztworem acetonowym , zarazem w niej w łaś nie w największym stopniu występuje migracja tw o rzy wa. O wiele korzystniejsze rezultaty rozmieszczenia tw o rzywa w strukturze drewna uzyskano stosując mieszani ny rozpuszczalników o wyższej lotności z w olnoparują- cymi lub z rozcieńczalnikami. Szczególnie dobre efekty dało zastosowanie mieszaniny ksylenu z benzyną lakową w stosunku 6:1 (fot. 1 0 /7 ). Niewiele gorsze rezultaty daje zastosowanie mieszaniny toluenu z ksulenem (2:1) i acetonu z benzyną lakową (2:1) (fot. 1 0 /4 ). W pozo stałych testach uszczelnienie w arstw y tuż pod pow ierzc- chnią wykazują próbki impregnowane 20% roztworami Paraloidu B-72 w mieszaninach acetonu z ksylenem (1:2) oraz benzenu z ksylenem (2:1).
Uzyskane w badaniach tomograficznych obrazy rozmiesz czenia tworzywa i jego udziału w poszczególnych partiach drewna pozwoliły określić w p ły w właściwości rozpuszczal ników na uzyskane rezultaty impregnacji. Ustalone na tej podstawie wielkości zaistniałych zmian pozwalają stwier dzić, że stosowane do impregnacji strukturalnej rozpusz czalniki o dużej lotności i aktywne chemicznie w stosunku do tworzywa w yw ołuje największe zróżnicowanie w jego rozmieszczeniu, prowadząc równocześnie do powstawania uszczelnień w arstw przypowierzchniowych.
Znacznie lepsze rezultaty uzyskano stosując rozpuszczal niki o niskiej lotności i m ocy rozpuszczania, takie jak ksylen lub toluen. Roztwory z nich uzyskiwane mają wyższą lepkość, co przy stosowaniu głębokich metod nasycania nie stanow i istotnej przeszkody w ich przeni kaniu, ograniczają migrację i pozwalają na bardziej ró w nomierne rozmieszczenie się tw orzyw a. Przeprowadzone testy pozwalają przypuszczać, że bardziej korzystny w p ły w na równom ierność rozmieszczania się tworzywa
w strukturze drewna w yw ierać będą mieszaniny rozpu szczalników z nierozpuszczalnikami w stosunkach, które nie p ow odują jeszcze w ytrącenia się tw orzyw a z roz tw oru.
Badania re zu lta tó w im pregnacji strukturalnej na obiekcie zabytkow ym
Dzięki zaletom tom ografii kom puterow ej realne stało się prześledzenie procesu i efektów impregnacji na obiekcie zabytkow ym . Badania na rzeźbie drewnianej p o lic h ro m owanej K ró l Kazimierz W ielki im pregnowanej próżnio w o 20% roztworem Paraloidu B -72, przeprowadzono na 10 skanerowanych w arstw ach (rys. 2, fot. 11) w trzech etapach: przed impregnacją, po nasyceniu oraz pod o d parow aniu rozpuszczalnika (fot. 12, 13, 14).
Dla oceny stopnia nasycenia, rozmieszczenia tw orzyw a i osiągniętych efektów strukturalnej im pregnacji w y k o rzystano oprócz obrazów w izualnych program statys tyczny, dla czterech w ybranych w arstw skanerowania. Na podstaw ie m iejscow ych zmian jasności obrazu, pro porcjonalnych do w ystępujących zmian gęstości d re w na, można stwierdzić, że przy zastosowanej metodzie impregnacji próżniowej cała porowata struktura drewna została przesycona.
Nie w szystkie jednak przestrzenie w ypełnione zostały impregnatem w rów nej mierze. M niejszy lub większy dla danego miejsca stopień nasycenia, w ido czny w form ie rozjaśnień o różnej intensyw ności, bardziej zdecydow a nie u ja w n ił stan zachowania drewna i zmiany jego struk tury oraz ich w p ły w na m ożliw ość równom iernego prze sycenia (fot. 13).
Jak w ynika z przeglądu kolejnych w arstw przekroju poprzecznego, mniej przesycone zostały w arstw y przy- rdzeniowe drewna, a także drew no zdrowe, czasowo późniejsze, użyte do rekonstrukcji lewej ręki postaci. W każdej z kolejnych badanych w arstw struktury roz mieszczenie impregnatu i stopień nasycenia drewna w y kazuje m iejscowe zróżnicowanie, jednakże średni udział roztw oru dla poszczególnych skanerów jest zbliżony. Po odparow aniu rozpuszczalnika obraz rozmieszczenia tw o rzywa w poszczególnych strefach przekroju poprzecz nego nie uległ bardziej zdecydowanym zmianom, które m ogłyby świadczyć o przemieszczaniu się tw orzyw a i je go zagęszczaniu w w arstw ach przypow ierzchniow ych obiektu. Większe zagęszczenie tw orzyw a można stw ie r dzić w przesyconych partiach drewna stoczonych przez ow ady i w korytarzach w ypełnionych pyłem drzewnym oraz w pobliżu w oln ych przestrzeni, gdzie łatw iej prze biega proces odparow ania rozpuszczalnika. Poddając takiej samej ocenie histografy zmian gęstości drewna rzeźby w o d p ow ied nich etapach procesu jej impregnacji nie stw ierdzono uszczelnień wkraczających poza w ie l kość 100 j.H . (fot. 14).
Oceniając na podstaw ie histografów stopień uszkodze nia drewna w p orów n an iu z danymi dla drewna zd ro w e go stw ierdzono, że średnia gęstość drewna rzeźby jest niższa od średnich gęstości drewna zdrow ego o około 150 j.H., co przy procentow ym określeniu stopnia znisz czenia drewna daje w ielkość dochodzącą do 30%. Nie
mniej są takie miejsca, w których stopień zniszczenia substancji drzewnej osiąga wartość 80%. Przeciętne róż nice w gęstości drewna późnego i wczesnego, miesz czące się w zakresie 130 j.H. dla drewna zdrowego, w drewnie obiektu zostały w w ielu w ypadkach naruszo ne i zwiększone do 220 j.H. W ym ienione zmiany gęsto ści drewna i ich zróżnicowania w obrębie anatomicznej budow y w ystępują najczęściej w bliskim sąsiedztwie tych partii, gdzie nastąpiło uszkodzenie struktury drewna przez żerujące ow ady (fot. 12).
Przedstawione w histografach zmiany gęstości drewna po procesie jego nasycenia, badane wzdłuż linii bieg nącej prom ieniow o, przebiegają odm iennie na każdym z przekrojów poprzecznych (rys. 3, 4). Oznaczony na tych liniach najwyższy stopień nasycenia zwiększa gęs tość drewna średnio o 600 -7 00 j.H ., co w odniesieniu do jego gęstości pierwotnej stanow i 150-175% nasyce nia. Natom iast dla wspom nianych trudniej przesycalnych miejsc gęstość drewna wzrasta o 100-200 j.J., co daje jedynie 25-50% wzrostu stopnia nasycenia.
W warunkach zahamowanej migracji tw orzyw a jego udziału i rozmieszczenie po odparow aniu rozpuszczal nika jest w przybliżeniu proporcjonalne do osiągniętego stopnia nasycenia.
W nioski
Istota i wartość przeprowadzonych prób zawiera się przede wszystkim w zaprezentowaniu technicznej dos konałości urządzenia, jego m ożliwości inform acyjnych, analitycznych i dokum entacyjnych dla nieniszczącej me tody oceny w łaściw ości tw o rzyw i rozpuszczalników pod kątem ich przydatności w zabiegach strukturalnej impregnacji drewna o biektów zabytkowych.
Podstaw ową zasadą metodyki badań tom ograficznych jest prowadzenie ich na tym samym materiale i prze strzeganie tych samych linii skanerowania we wszystkich etapach zbiegu. Stworzone w ten sposób w arunki bez pośredniego odniesienia pozwalają stosunkow o łatw o i bardzo dokładnie określić zachodzące zmiany w ujęciu ilościow ym . Przeprowadzone tak badania na obiekcie zabytkow ym dały wystarczającą liczbę danych do s tw ie rdzenia zarówno stopnia nasycenia, udziału tw orzyw a, w ielkości i kierunków migracji, jak też w p ły w u budow y strukturalnej drewna i jego stanu zachowania na rezul taty i przebieg procesu impregnacji.
Tomografia kom puterowa może znaleźć także inne za stosowanie, np. do określenia nasiąkliwości i przemiesz czania się w ilg o c i w impregnowanym materiale, oceny w łasności hydrofobow ych tw o rzyw itp. Technika ta bez w ątpienia może przyczynić się do rozwiązania także w ielu problem ów w technologii konserwacji obiektów zabytkow ych.
Pragnę wyrazić serdeczne podziękowanie dr. med. Lesz- k o w ił Gajosowi z Centralnego Szpitala Klinicznego w Katow icach-Ligocie za m ożliwość przeprowadzenia badań oraz życzliwą i fachow ą pom oc w ich technicznej realizacji.
BIBLIOGRAFIA
1. A m b r o s s e J., Computerized transverse axial scan
n in g (tom ography). Part I . D escription o f system. Part II. C linical application, „ British Journal of Radiology ", vol
. 46 , no 552 , 1973, s. 1022 - 1036 .
2. B e r g e r H., Radiography as a to d o f nondestructive >
testing, „Forest Jo urna l", no 7, 1964, s. 290-292.
3. B o i s s o n n a s P.B., Em ploi du Vacuum p o u r ies
Tableaux sur Bois, „Studies in Conservation", 2, 1964, s.
44-49.
4. В u r m e s t e r A., Bois amélioré par im pregnation de
monomers radiopolymerises, „C ahier d 'inform a tion Euri-
so top ", 22, 1969, s. 53.
5. D o m a s t o w s k i W., Strukturalne wzmacnianie w a
pienia pińczow skiego polim etakrylanem butylu, „O c h ro
na Z ab ytkó w " nr 4, 1976.
6. E w a n s R. C., N e w frontier fo r radiology: Com puter
tomograph, „ American Journal of R oentgenology" Vol.
126, 1977, s. 1117-1125.
7. F e l l e r R.I., The relative solvent p o w e r needet to
remove various aged solvents - type coatings, (w .)
„C onservation and Restoration of Pictorial A rt", Lon d on-B oston 1972.
8. F u r u n o T . , N a g a d o n i N., G o t o T., Structure o f
the interface between w o o d and synthetic polymer, VI. Separation o f ce ll walls from w ood-po/ym er composite (W PC) by ultrasonic m ethod and existance o f polym er in w o o d cell wall. „J . Japan, W ood Res, Soc.", 21, 1975, s.
144-150.
9. G r e a v e s H., X -ray analysis o f selected anatom ical
structures in cooper chrom e-arsenic-treated wood.
„W o o d Sei.", 7, 1974, s. 164-168.
10. H o u n s f i e l d G . N . , Com puterized transverse scan
n ing tom ography: D escription o f system, „B ritis h J o u
rnal of R adiology", 46, 1973, s. 1016-1021.
11. K o z ł o w s k i R., M ikrostereoradiografia. N ow a m e
toda badania dzieł sztuki, „O chrona Z abytków ", 1956, nr
4, s. 248-256.
12. L a n g w i g J. E., M e y e r J. A., D a w i d s o n W. R„
Influence o f polym er im pregnation on m echanical p ro perties o f basswood, "Forest Production Journal", 18, 7,
1968, s. 33.
13. Ł a w n i c z a k M., Sposób polim eryzacji m onom e
ró w w drewnie, Poznań 1975.
14. M e y e r J. A. Treatment o f w oo d-polym er systems
using catalast-hoat techniques. "Forest Production J o u
rnal", 15, 1965, s. 362.
15. S t o l o w N., Solvent A ctio n, (w :) „C onservation
and restoration o f p ic to ria l a rt”, London-Boston, 1972.
16. W i t t e E. D., G о e s s e n - L a n d r i e M., G o e - t h a l s E. J., S i m o d s R., The Structure o f „ O ld ” and
„ N e w ” Paraloid B -72, „IC O M Committee for Conser
vation", 16, 1978.
17. Badania technologiczne rzeźby drewnianej p o lich ro mowanej K ról Kazimierz W ielki (1380 r.) z Muzeum UJ w Krakowie oraz jej konserwację przeprowadziła w 1981 r. doc. Maria Niedzielska.
M ATERIAŁY UŻYTE W BAD AN IAC H
PARALO ID B-72 - kopolim er metakrylanu etylu i ak rylanu metylu (70:30), prod. NRF, Rohm und Haas, polimeryzacja perełkowa.
OSOLANK - kopolim er metakrylanu metylu i m etakryla nu butylu (1:3), prod. Zakłady Chemiczne „O św ię cim ", polimeryzacja w toluenie, 50% roztwór.
OSOLAN KL - polimetakrylan butylu, prod. Zakłady Chemi czne „Oświęcim", polimeryzacja w octanie etylu, 50% roz twór.
WINACET R-50 - polioctan winylu, prod. Zakłady Chemicz ne „Oświęcim", polimeryzacja w metanolu, 50% roztwór.
THE USE OF C O M PUTER T O M O G R A P H Y FOR THE EXAM INATIO N
OF THE PARTICIPATION A N D COLLOCATION OF MATERIAL
IN STRUCTURALLY IMPREGNATED W O O D
The article presents the possibilities and effects o f the application of com puter tom ography for research into the structural impregnation of wooden historical objects. The herefore employed research methods do not provide full inform ation as regards the obtained degree of impre gnation, participation and arrangement of the material in the porous structure of the impregnated object. Their fault lies in the fact that apart from insufficient ineffec- tivennes and com plicated technique, those methods are highly destructive and fragmentary, calling for cutting or taking samples of the material under examination. By way of contrast, com puter tomography, used for the first time in Poland, gives a chance for studying the process ° f impregnation together w ith the accompanying chan ges in the structure on one material. A t the same time, it enables to obtain a visual picture and quantitative es tim ation of those changes in the w hole structure, in
a way w hich is non-destructive and offers a practical estimation of the effects of im pregnation on an arbitraily chosen part of the historical object.
W ith this methods, the usefulness of chosen therm oplas tic material - W inacet R-50, Osolan KL, Osolan К and Paraloid B-72 - was judged for reinforcing im pregna tion, by basing ourselves on their allocation in lim ew o- od, under certain conditions created by the impregnation technology.
The interesting possibilities of com puter tom ography were also used in research concerning the polychrome w ooden sculpture „K in g Casimir the Great” (1380) in the Jagiellonian University Museum in Cracow, w hich was impregnated in a vaccuum w ith a 20 per cent solution of Paraloid B-72 in xylene.
Rys. 1. Zasada działania tom ografu kom p utero w eg o S O M A TO M SD i je g o dane techniczne
D ra w in g 1. The princip le o f the S O M A T O M SD com puter tom ograph operation and its technical parameters
Rys. 2. Rzeźba „ K r ó l Kazimierz W ielki" (13 8 0 r. wI. M uzeum U J). Oznaczone linie skanerowa nia dla poszczególnych w arstw D ra w in g 2. „ K in g Casimir the G reat" - a sculpture from 1380 o w n e d by Jag ie llo nia n University Museum. The lines o f scanning fo r separate layers m arked
Rys. 3. H istografy zmian um o w n e j gęstości drewna rzeźby w 4 warstw ie przed impregnacją, po nasyceniu oraz po o d pa row aniu rozpuszczalnika
D ra w in g 3. Histographs o f the changes in the relative density o f the w o o d in the sculpture in the fou rth layer before im p re gnation, after im pregnation a n d after the evaporation o f the solvent
^ys. 4. Histografy zmian um o w n e j gęstości drewna rzeźby orzed impregnacją, p o nasyceniu oraz p o odparow aniu rozpusz czalnika
D ra w in g 4. Histographs o f the changes in the relative density o f the w o o d in the sculpture before im pregnation, after im p re gnation and after the evaporation o f the solvent
Fot. 1. Obraz tom ograficzny środ kow ej w arstw y przekroju p ro m ie nio w e go im p regn ow an ych pró be k drewna lipow ego. Stan po o d pa row a niu rozpuszczalnika w warunkach opóźnionych i norm alnych
P hoto 1. The tom ograph picture o f the central layer o f the radial section o f the im pregnated samples o f lim ew ood. The state after the evaporation o f the solvent in delayed and norm al conditions
Fot. 2. H is to g ra f zm ian gęstości drewna w strefie śro d ko w e j przekroju p ro m ie n io w e g o przez środek próbki. Stan po o d p a ro w a n iu rozpuszczalnika w w arunkach opóźnionych
P hoto 2. The histograph o f the changes in the density o f w o o d in the central part o f the radial section through the m iddle o f the sample. The state after the evaporation o f the solvent in delayed con ditions
Fot. 3. H isto gra f zmian gęstości drewna w strefie środ kow ej przekroju pro m ien io w eg o przez środek próbki. Stan p o odparow aniu rozpuszczalnika w warunkach opóźnionych
Photo 3. The histograph o f the changes in the density o f w o o d in the central pa rt o f the rad ia l section through the m iddle o f the sample. The state after the evaporation o f the solvent in delayed conditions
Fot. 4. H isto gra f zmian gęstości drewna w strefie przypow ierzchniow ej przekroju prom ieniow ego przez środek próbki. Stan p o odparow aniu rozpuszczalnika w warunkach opóźnionych
Photo 4. The histograph o f the changes in the density o f w o o d in the surface layer o f the radial section trough the m iddle o f the sample. The state after the evaporation o f the solvent in delayed conditions
Fot. 5. H isto g ra f zmian gęstości drewna w strefie śro d ko w e j przekroju prom ieniow ego próbki. Stan po odpa row a niu rozpuszczalnika w warunkach opóźnionych
P hoto 5. The histograph o f the changes in the density o f w o o d in the centrai p a rt o f the radiai section o f the sample. The state after the evaporation o f the solvent in delayed conditions
Fot. 6. H is to g ra f zmian gęstości drewna w strefie śro d ko w e j przekroju pro m ien io w eg o przez środek próbki. Stan po od pa row aniu rozpuszczalnika w warunkach norm alnych
P hoto 6. The histograph o f the changes in the density o f w o o d in the central part o f the radiai section th ro u g h the m id dle o f the sample. The state after the evaporation o f the solvent in norm al conditions
Fot. 7. H isto gra f zmian gęstości drewna w strefie p rzyp ow ierzch nio w e j przekroju pro m ieniow ego przez środek próbki. Stan p o odparow aniu rozpuszczalnika w warunkach norm alnych
P hoto 7. The histograph o f the changes in the density o f w o o d in the surface layer o f the radial section through the m iddle o f the sample. The state after the evaporation o f the solvent in norm al conditions
Fot. 8. H isto gra f zmian gęstości drewna w strefie środkow ej przekroju prom ieniow ego przez środek próbki. Stan po odparow aniu rozpuszczalnika w warunkach opóźnionych
P hoto 8. The histograph o f the changes in the density o f w o o d in the central p a rt o f the radial section throu gh the m iddle o f the sample. The state after the evaporation o f the solvent in delayed conditions
Fot. 9. H is to g ra f zm ian gęstości drewna w strefie przyp o w ie rzch n io w e j przekroju pro m ieniow ego przez środek próbki. Stan p o odparow aniu rozpuszczalnika w w arunkach opóźnionych
P hoto 9. The histograph o f the changes in the density o f w o o d in the surface layer o f the radial section throu gh the m iddle o f the sample. The state after the evaporation o f the solvent in delayed conditions
Fot. 10. Obraz tomograficzny rozmieszczenia tworzywa w strukturze drewna impregnowanego 20% roztworami Paraloidu B -7 2 : 1. w ksylenie, 2. w benzenie, 3. w zacetonie, 4. w t/uenie + ksylen 1:2, 5. w benzenie + ksylen 1:2, 6, w acetonie + ksylen 1:2, 7. w ksylenie + b.lak. 1:6, 8. w toluenie + b.tak. 1:2, 9. w benzenie + b./ak. 2:1, 10. w acetonie + b.lak. 2:1. Przekrój promieniowy przez środek próbki.
Photo 10. The tomograph picture o f the distribution o f substances in the structure o f w ood impregnated with a 20% solution o f Paraloid B -7 2 in: 1. xylene, 2. benzene, 3. acetone, 4. toluene and xylene (1:2), 5. benzene and xylene (1 :2), 6. acetone and xylene (1 :2), 7. xylene and petroleum spirits (1 :6), 8. toluene and petroleum spirits ((1 :2 ), 9. benzene and petroleum spirits (2:1), 10 acetone and petroleum spirits (2:1). The radial section through the middle of the sample
Fot. 11. R entgenow ski tom og raf kom p utero w y S O M A T O M SD - s tó ł do badania z elektronicznym ruchem poziom ym i p io n o w y m
Photo 11. S O M A T O M SD X -ray com puter tom ograph - the operation table w ith electronically con tro lled vertical and ho rizo ntal m ovem ent
Fot. 12. Rzeźba ,.Kró/ Kazimierz W ie lk i" - histograf zmian gęstości drewna przed impregnacją
Photo 12. The sculpture „K in g Casimir the G reat" - the histograph o f the changes in the density o f w o od before im pregnation
Fot. 13. Rzeźba „K r ó l Kazimierz W ielki" - histo g ra f zmian gęstości drewna po nasyceniu 20% roztw orem P araloidu В -7 2 w ksylenie
Photo 13. The sculpture „K in g Casimir the G reat" - the histograph o f the changes in the density o f w o o d after im pregnation w ith a 20% solutio n o f P araloid В -7 2 in xylene
Fot. 14. Rzeźba „K r ó l Kazimierz W ie lk i" - h isto g ra f zm ian gęstości drewna po odparow aniu rozpuszczal nika
Photo 14. The sculpture „K in g Casim ir the G r e a t" - the histograph o f the changes in the density o f w o o d after the evaporation o f the solvent
