Mieczysław Matejak, Adam
Skwarek
Badania odkształceń obrazów pod
wpływem zmian wilgotności
względnej powietrza
Ochrona Zabytków 38/3-4 (150-151), 308-311
MIECZYSŁAW MATEJAK, ADAM SKWAREK
BADANIA ODKSZTAŁCEŃ OBRAZÓW POD WPŁYWEM ZMIAN WILGOTNOŚCI WZGLĘDNEJ
POWIETRZA
O g ó ln ie znane je s t zjaw isko, że obrazy o le jn e na p o dłożu drew nianym o d kszta łca ją się, szczególnie w su chym klim acie, w ta k i sposób, że część pokryta p o li chrom ią staje się w ypukła. Lucanus 1 w 1828 r. p is a ł:
„ d e s k a o b ra z u w y g in a s ię le k k o , czase m je d n a k b a r d z o p o s tro n ie n ie m a lo w a n e j, je ż e li o b ra z w is ia ł w c z e ś n ie j w zim n ym i w ilg o tn y m p o w ie tr z u " . Jest to je d n a z w ad, która s ta je się p o sp o lita , gdy obrazy, które la ta m i z n a jd ow a ły się w pom ieszczeniu o m n ie j w ię ce j s ta łe j w ilg o tn o ści w zg lę d n e j i te m p e ra tu rze pow ietrza i były tam płaskie, po przeniesieniu do pomieszczeń o niskiej w ilg o tn o ś c i w zg lę d n e j pow ietrza sta ją się w ypukłe. W ia d o m o rów nież że zm iany w ilg o tn o ś c i w zg lę d n e j pow ietrza przy niektórych obrazach p o w o d u ją stale n a ra s ta ją c e ich w ygięcia.
O b e c n ie w e d łu g E. Popowskiej i M . M a te ja k a 2 w pom ieszczeniach m uzealnych pozbaw ionych klim atyza c ji w okresie la ta w ilg o tn o ś ć w zględna pow ietrza d o chodzi do 80% , czemu przy te m p e ra tu rze 20°C o d p o w ia d a w ilg o tn o ś ć dre w n a wynosząca 16,3%, a w o kre sie, gdy pom ieszczenia są ogrzew ane, w ilg o tn o ść w zględna spada do 30% , co o d p o w ia d a w ilg o tn o ś c i drew na w przybliżeniu w ynoszącej 5,9% . O znacza to, że w cią g u roku różnica w ilg o tn o ś c i d rew na wynosi co n a jm n ie j 10,4% .
W e d łu g P. J. B o is 3 w am erykańskich g ospodarstw ach domowych w ilg o tn o ś ć przedm iotów d rew nianych w aha się od 5 % w czasie o g rzew ania do 1% w czasie lata.
Poza dw om a (jesiennym i w iosennym ) skrajnym i w ilg o - tnośoiam i deski o b ra zó w narażone są na liczne, często g w a łto w n e zm iany w ilg o tn o ś c i p ow odow ane o tw ie ra niem okien, przepływem dużej liczby zw iedzających przez żle w e n tylo w a n e pom ieszczenia, w e n tyla cją , któ ra w prow adza d o w nętrza s iln ie n a w ilg o c o n e p o w ie trze z zewnątrz itp.
Te zm iany w ilg o tn o ś c i w z g lę d n e j pow ietrza i w re z u lta cie drew na przyczyniają się do w ygięcia deski obrazu. O brazy, które zn a jd o w a ły się w g a le ria c h nie ogrzew anych, przed powszechnym w prow adzeniem o grzew ania, m iały zwykle w ilg o tn o ś ć drew na dużo w ię k szą niż obecnie, nie wysychały ta k g w a łto w n ie z n a dejściem mrozów w ogrzew anych, nie klim atyzow anych g a le ria c h , czasem n arażone były je d n a k rów nież na g w a łto w n e zm iany w ilg o tn o ści.
J. Q. Jahn 4 w 1803 r. p is a ł: „ je ż e li g a le r ia , k tó ra prze z
ca/ą z im ę b y ła n ie o g rz e w a n a z o s ta je n a w io s n ę p o d d a n a n a p ły w o w i w ilg o tn e g o c ie p łe g o , w io s e n n e g o p o w ie trz a , w te d y z im n e o b ra z y p o k ry w a ją s ię ro s ą ". Z ja
-1 L u c a n u s , A nleitu ng zur Restauration alte r Ö legem älde,
1828.
2 E. P o p o w s k a, M. M a t e j a к, W pływ klim atu na w il gotność drewna w zbiorach muzealnych, „Muzealnictwo” , nr 26/27, 1983, s. 128-133.
3 P. J. B o i s , M oisture Content in Homes, „Forest Products Journal” , 97, 1959, s. 427. ‘
4 J. Q. J a h n , A bh an dlu ng über das Bleichen... der ö le ,
1803.
1
3 1 1 I
■ ^ 1
1. Schemat budowy technicznej kop ii obrazów i rozm iesi-
czenie na nich tensom etrów; 1 — tensom etr przyklejony na nie polichrom ow anej płaszczyźnie obrazu, 2 — tensometr przyklejony pod polichrom ią, 3 — tensom etr przyklejony na po lichrom ii
1. A schematic diagram of a technical construction of the copy of paintings an d distribution of tensom eters: 1 — te n someter sticked to unpolychrom ed pa in ting's surface, 2 - tensometer place d under polychromy, 3 — tensometer stic ked to polychrom y
w isko to p o w o do w a ło oczywiście siln ie jsze n a w ilże n ie od w ro cia , a m niejsze lica obrazu pokrytego p o lic h ro mią, i w re zu lta cie często po la ta ch i w yschnięciu o b ra zu - je g o w ygięcie.
W celu okre śle n ia zjaw isk zachodzących podczas n a w il żania i w ysychania obrazu z je d n o s tro n n ie n a n ie sio n ą p o lic h ro m ią pod wpływem zmian w ilg o tn o ś c i w z g lę d n e j pow ietrza, w ykonano b a d a n ia nad o d kszta łce n ia m i ko pii obrazów o p o lic h ro m ii o le jn e j i te m p e ro w ej, n a m a low anych na p o d o b ra zia ch z d rew na św ierkow ego. O b ie p o lic h ro m ie były w erniksow ane, czoła desek p o kryto na tu ra ln ym woskiem . Na każdej desce przykle jo no po o b u stronach po cztery tensom etry, param i n a przeciw ko siebie. Po zaizolawainiu te n so m e tró w i c a łk o w itym w yschnięcia kle ju no obu obrazach sporządzono ■identyczne zapraw y kre d o w o -kle ja w e , po czym pokryte je d n o s tro n n ie p o lic h ro m ią . O b ie p o w ło ki w erniksow ano. Izolow ane lakierem końców ki te nsom etrów naklejonych na dre w n o w yprow adzono ponad pow ie rzch n ię p o li ch ro m ii. Po w yschnięciu p o lic h ro m ii, co trw a ło o ko ło 6 miesięcy, n a k le jo n o na nich tensom etry ponad u m ie szczonymi wcześniej. W ten sposób p ow stały obrazy
z tensom etram i na p o lic h ro m ii, pod niq oraz na nie p o lic h ro m o w a n e j pow ierzchni po d o b ra zia . W szystkie tensom etry umieszczono w kie ru n ku prostopadłym do k ierunku p rzebiegu w łókien drew na. Schem at ta k przy g o to w a n e g o p o d o b ra zia pokazuje il. 1.
W pierwszej części b a d a n ia określono zmiany w ym ia rów deski, która po wyklim atyzowam iu w pow ietrzu o w ilg o tn o ś c i w z g lę d n e j <p = 3 5 % i tem peraturze 20°C została przeniesiona do pow ietrza o w ilg o tn o ści w zglę d n e j ф = 7 5 % w te j sam ej tem peraturze. Prędkość po w ietrza w ynosiła ok. 0,5 m/sek.
O d m om entu um ieszczenia desek w pow ietrzu o w il g o tn o ści w zg lę d n e j 7 5 % rozpoczęto pom iary tensom e- tryczne. O dczyty w ykonyw ano co 2 godziny przez 60 go- dziin. Uzyskane w yn iki ukazano na il. 2 i 3. Nai il. 2 przedstaw iono przebieg odkształceń deski obrazu z po lic h ro m ią te m perow ą. Na podstaw ie te j ilu s tra c ji można stw ierdzić szybkie pęcznienie w arstw drew na nie p o li c h ro m o w a n e j strony obrazu p o w odow ane a d s o rp c ją pary w o d n e j i dyfu zją w ody w g łą b obrazu. W p o łą czeniu z o graniczonym strum ieniem dyfuzji przez w a r stwy m alarskie p o w o d u je to e fe kt ściskania w arstw d re w na, których w ilg o tn o ś ć pod p o lic h ro m ią je s t m niejsza niż w ilg o tn o ś ć w arstw zewnętrznych. Pęcznieniu nie po lichrom ow anych części drew na przeszkadzają warstwy bliskie p o lic h ro m ii o m niejszej w ilg o tn o ści, m niej lu b w o g ó le nie spęczniałe. Towarzyszą tem u pow stające n aprężenia ściskające. P ow odują one h a m ow anie pę czn ie n ia , które je s t najw iększe w n a jw ilg o tn ie jszych ze w nętrznych w arstw ach obrazu. W raz z upływem czasu para w o d n a d y fu n d u je od strony nie p o lich ro m o w a n e j w kierunku położonych g łę b ie j w arstw drew na i w re zu lta cie dochodzi do w yró w n a n ia w ilg o tn o ś c i na p rzekroju deski, co prow adzi do pęcznienia w arstw przy p o lic h ro m ii. Pewna ilość pary w o d n e j je s t a b s o rb o w a na przez p o lic h ro m ię i również naw ilża z n a jd u ją c e się pod nią drew no. O b s e rw u ją c krzywą odkształceń p o li
ch ro m ii w idać, że odkształca się ona p ro p o rc jo n a ln ie wraz z w arstw am i drew na, na które je s t na n iesio n a . Świadczy to o je j dobrym zw iązaniu z podłożem I o je j elastyczności.
Fakt, że w początkowym e ta p ie n a w ilż a n ia p o lich ro m ia je s t ściskana, spow odow any je s t je j w iększą o d le g ło ścią od warstw y o b o ję tn e j w y g in a n e j a d so rb o w a n ą w odą deski, niż w arstw deski drew na z n a jd u ją cych się pod nią. W dalszym c ią g u n a w ilża n ia , g d y deska o b ra zu uzyskuje stałe w ypaczenie, krzywa 3 przebiega tak samo, ja k deska pod zapraw ą. G dyby proces n a w ilża nia prow adzić dłużej niż pokazano na il. 2, odkształ cenia w arstw przy p o lic h ro m ii o sią g nę łyb y w p rzyb li żeniu tę samą wartość, co nie p o lic h ro m o w a n e j strony obrazu i obraz w yprostow ałby się.
Przy obrazie z p o lic h ro m ią o le jn ą krzywa pęcznienia m ierzona tensom etrem 1 na d re w n ie m ia ła p o dobny przebieg ja k w w ypadku p o lic h ro m ii te m p e ro w ej, n a to m ia st warstwy pod p o lic h ro m ią w ykazały znacznie silniejszy i d łu że j trw a ją c y e fe kt ściskania, będący n a stępstwem w ypaczenia sorpcyjnego deski. Z ja w isko to świadczy o większym g ra d ie n c ie w ilg o tn o ś c i na prze k ro ju deski p o d o b ra zia , spow odow anym większym o p o rem dyfuzyjnym p o lic h ro m ii o le jn e j niż tem perow ej. W niosek ten je s t zgodny z w ynikam i b a d a ń op o ró w dyfuzyjnych pow łok m alarskich. W e d łu g A. Sztyrak 5 w spółczynnik oporu dyfuzyjnego pary w o d n e j d la p o lic h ro m ii o le jn e j na b ib u le filtra c y jn e j wynosi 998, zaś d la p o lic h ro m ii te m p e ro w ej na b ib u le filtra c y jn e j 363. O d m ie n n ie ukształtow ała się krzywa odkszta łce n ia sa mej p o lic h ro m ii przez w yg in a ją c e się p o d o b ra zie . Po lich ro m ia wykazała pew ne spęcznienie, które o sią g n ę ło
5 A. S z t y r a k , B adanie współczynnika oporu dyfuzyjnego powłok malarskich, maszynopis, Wydział Technologii Drewna SGGW-AR, Warszawa 1975.
2. O dkształcenia podobrazia z p o lichrom ią tem perową podczas p o biera nia w ilg o ci; oznaczenie nu merów tensometrów ja k na ił. 1 2. Deform ation of the underpa in tin g with distem per polychromy during moisture in -ta k e ; denota tion of nos of tensometers as on ill. 1
3. O dkształcenia podobrazia z p o lichrom ią olejn ą podczas p o b ie rania w ilg o c i; oznaczenie tensome- trów ja k na il. 1
3. Distortions o f the underpainting with o il polychrom y during /n o i- sture in-take, denotation of te n someters as on ill. 1
„n a s y c e n ie ” na niewysokim poziom ie powyżej stanu ze rowego. Zjaw sko to można w ytłum aczyć sła b ą spój- noścą p o lic h ro m ii o le jn e j z podłożem i je j kruchością. Na skutek spaczenia się p o d o b ra zia p o lic h ro m ia w m iejscu badanym o d w a rstw iła się od podłoża i ja k o substancja o pew nej h ig ro s k o p ijn o ś c i (kle j glu tyn o w y w zap ra w ie kred o w e j) o s ią g nę ła w ilg o tn o ść ró w n o w a żną, p ę czniejąc przy tym w pewnym stopniu.
Uzyskane krzywe odkształceń w czasie przebiegu p ro cesu w ysychania obrazów do w ilg o tn o ści początkow ej m ają identyczny ch a ra kte r, ja k podczas a d s o rp c ji. Po tw ierdza to w yniki uzyskane wcześniej i ich in te rp re ta cję.
W u zu p e łn ie n iu powyższych rozważań należy zauważyć, że obserw ow ane różnice w łaściw ości obu p o lic h ro m ii były w dużej części w ynikiem dłuższego okresu starze nia się p o lic h ro m ii tem p e ro w ej — okres 6 m iesięcy nie pozw ala na je j pełne utw ardzenie. Różnice w ła ś c iw o ści starych p o lic h ro m ii byłyby p ra w d o p o d o b n ie m n ie j sze.
Jak w ynika z b a d a ń , zarów no w w ypadku obrazu z p o lic h ro m ią o le jn ą , ja k i tem perow ą pęcznieniu zew nę trznych nie p o lichrom ow anych w arstw p o d o b ra zia prze c iw d z ia ła ją suchsze, nie pęczniejące w danym czasie warstwy drew na pod p o lic h ro m ią .
Jeżeli pęcznieniu d rew na p rze ciw d zia ła ją siły zew nę trzne, ta k ja k w w ypadku wyżej opisanym zachodzi w
n im te g o rodzaju zm iana w łaściw ości tk a n k i, że po następnym wysuszeniu drew na do w ilg o tn o ś c i w yjścio w ej stwierdza się zm niejszenie je g o w ym iarów , a w ięc pow stanie trw a łe g o skurczu. Z jaw isko ta kie zachodzi w czasie n a w ilża n ia obrazów . P ęcznienie u tru d n io n e przez leżące po d ru g ie j płaszczyźnie deski w arstw y p o lic h ro m ii p o w o du je trw ały skurcz p ę c zn ie ją ce j w arstw y d rew na i w rezultacie po wysuszeniu trw a łe w ygięcie obrazu.
R ozciąganie w arstw drew na nie p o lic h ro m o w a n e g o w czasie w ysychania obrazu nie usuwa p o w sta łeg o przy n a w ilża n iu trw a łe g o skurczu drew na.
Z ja w isku w yg in a n ia obrazu pod w pływ em naw ilżania ł wysychania drew na p o d o b ra zia można zapobiec, n a nosząc na p rzeciw ległą p o lic h ro m ii płaszczyznę m a te ria ł o takim w spółczynniki oporu dyfuzyjnego, ja k po lich ro m ia . P ow oduje to w re zu lta cie ta ką samą szyb kość n a w ilża n ia obu płaszczyzn obrazu, co nie pozw oli na pow stanie naprężeń p o w o du ją cych sto p n io w o c o ra z
większą wypukłość p o lic h ro m ii. W w ypadku, gdy zja wisko ta k ie już zaszło, n a n ie sie n ie na deskę m a te ria łu u tru d n ia ją c e g o dyfuzję pary w o d n e j nie zm ieni kształtu p o d obrazia.
dr inż. Mieczysław M atejak mgr inż. Adam Skwarek W ydział Technologii Drewna SGGW-AR w Warszawie
STUDIES ON THE DISTORTIONS OF PAINTINGS UNDER THE EFFECT OF CHANGES IN RELATIVE HUMIDITY OF THE AIR
The aim of this work was to examine distortions of pain tings during their dampening and drying. Examinations we re made on copies of paintings with oil and distemper po lychromy. On both sides of under-paintings made of spruce wood four tensometers were sticked, in two opposite pairs. Identical chalk and glue mortars, covered with polychro my, were then prepared. The coatings were varnished. En
dings of the tensometers sticked to wood were then taken out above the surface of polychromy. After near 6 months tensometers were glued onto polychromies over those put direct on the board. Thus, we got paintings with tensome ters on polychromy, under the mortar and an unpolychro med surface of the underpainting.
lative humidity of 35% at temp. 20°C., after their transfer to the air with relative humidity of 75% at the same tem perature, are shown on illustrations 2 and 3. Illustration no 2 (distemper polychromy) reveals a rapid bulging of wooden layers of unpolychromed side of the painting cau sed by the adsorption of water vapour and diffusion of water into the painting. This brings about the pressing of wood layers, the humidity of which under polychromy is smaller than the humidity of outside layers. With the time water diffuses towards polychromy and it comes to levelling the humidity of the layers near polychromy. As can be seen from ill. 2 polychromy gets deformed proportionally to layers of the wood, on which it has been put. This proves its flexibility and fine binding with the base.
The course of a curve of bulging measured by a tensome ter placed on the board of the painting with oil polychro my is similar to that of distemper polychromy, while the layers under polychromy have shown a stronger and more permanent effect of pressing due to board deformation. This results from a flow of a smaller amount of water through oil polychromy when compared to distemper one. A curve of the deformation of polychromy had a different
shape because of a poor cohesion with the groundwork and fragility. Curves of the deformation during the drying of paintings have an identical character to that during adsorption, which confirms results and their interpreta tion.
The work done shows that the bulging of unpolychromed layers of the underpaintings is counteracted by under-po- lychromy layers that do not swell at that time. This brings about reducing dimensions of the layers that had become worst deformed and then, after a subsequent drying of the wood, to its initial humidity it leads to permanent shrinking and permanent buiging of the polychromy. The phenomenon of paintings’ distortion under the effect of dampening and drying of the underpainting can be pre vented by putting on the opposite plane of polychromy the material with exactly the same permeability of water va pour as polychromy, which results in the same speed of humidifying the two surfaces of the painting. In the case( when the painting has got already distored, putting the material that would hinder diffusion of water vapour on the board will not change a shape of the under-painting.
DOMINIK MĄCZYŃSKI
ZASTOSOWANIE PROMIENIOWANIA GAMMA W DZIEDZINIE KONSERWACJI ZABYTKÓW
O d k ilk u n a s tu la t prow adzi się na św iecie próby wy korzystania p ro m ie n io w a n ia ra d io a ktyw n e g o do kon s e rw a cji d zie ł sztuki. Próby te przeprow adza się w la b o ra to ria c h ją d ro w ych lub w w ydzielonych częściach e le k tro w n i atom ow ych, tam , gdzie na co dzień o b cu je się z kontrolow anym p ro m ie n io w a n ie m gam m a.
P ow stała nowa g a łą ź na u ki. U tw orzono liczne instytuty i centra' badaw cze. Jednym z nich je s t aktyw nie d z ia ła ją c e centrum fra n cu skie CEA (C e n tre d ’Etudes N u c lé a ire s ) w G re n o b le . O śro d e k ten d y s p o n u je siło w n ią ją d ro w ą w yłączoną z sieci i z a m ie n io n ą w la b o ra to rium . Prowadzi się tam b a d a n ia bezp o śre d n io zw iąza ne z konserw acją dzieł sztuki, a m iędzy innym i o p ra c o w u je się : 1) nowy sposób dezynfekcji p rzedm iotów za bytkow ych p ro m ie n ia m i gam m a, 2) m etody w zm a cn ia n ia s tru k tu r w ewnętrznych m a te ria łó w przy zastosow a n iu ra d io p o lim e ry z a c ji żywic syntetycznych.
Dezynfekcja promieniami gamma
Często zdarza się, że dzieło sztuki z a a ta ko w a n e je st przez m ikroorganizm y, pleśń, grzyby lu b insekty. W tra d ycyjn ych m etodach dezynfekcji stosow ano gaz lub ciecz o w łaściw ościach tru ją cych . Z a b ie g w ykonyw ano na przykład pod nam iotem foliow ym lu b po ro ze b ra niu zabytkow ego przedm iotu na części i przemieś i eniu go d o s p e c ja ln ie przygotow anego pom ieszczenia. M etody c iś n ie n io w e i próżniow e zakładały, że gaz lu b płyn wy p e łn i prze d m io t i zniszczy m ikroorganizm y, insekty lub ich larwy. S tosow anie tych m etod nie d a je je d n a k pe w ności, że tru ją c y środek chem iczny dotrze wszędzie i nie sp o w o du je zm iany ciężaru, o b ję to ś c i lu b barw y zabytkow ego przedm iotu. P rom ieniow anie gam m a stw o rzyło nowe m ożliw ości - przechodzi przez c a łą s tru k tu rę m a te ria łu i niszczy wszystkie żywe kom órki.
Jak zatem ustalić w łaściw ą daw kę? Im b a rd zie j skom p liko w a n y organizm , tym b a rd zie j je g o kom órki są w ra żliw e na p ro m ie n io w a n ie . Do zabicia człow ieka w ystar cza 10 000 daw ek p ro m ie n io w a n i a gam m a, a łe do sku tecznego znieszczenia kom órek grzyba liczba daw ek o te j samej sile wynosi m ilion.
Przed przystąpieniem do n a ś w ie tla n ia należy rozpoz nać z ja kim pasożytem mamy do czynienia, u sta lić w ie l kość daw ki p ro m ie n io w a n ia oraz zbadać je j w pływ na m a te ria ł p o ddany dezynfekcji.
Z ależności zachodzące pom iędzy tymi trzem a danym i przedstaw ię na konkretnych przykładach prób p rzepro w adzonych w kilku św iatowych centrach naukowych.
1. Insekty (Lyctus, X e n o b iu m , A n o b iu m )
S tu d ia przeprow adzone w W ie lk ie j B rytanii przez Ble- tchly, w Jap o n ii przez Jam am oto i Y oshibę oraz w C zechosłow acji przez zespół naukow ców u sta liły za bójczą daw kę p ro m ie n io w a n ia dla w ym ienionych trzech ro d za jó w insektów a ta ku ją cych drew no na 500 G y (G y — siła p ro m ie n io w a n ia ). Takie n a ś w ie tla n ie tę p i pasożyta i je g o larwy w przedm iocie poddanym dezyn fe k c ji, ale nie zabezpiecza go na przyszłość przed p o nownym atakiem . W związku z tym naukow cy czescy p o s tu lu ją nałożenie pow ie rzch n io w e j w arstw y o c h ro n n e j po n a p ro m ie n io w a n iu . W e F rancji prze d m io t przed n a św ietleniem zabezpiecza się fo lią plastykow ą i pozo sta je on w nie j po zakończeniu c a łe j o p e ra c ji aż do c h w ili złożenia w herm etycznej g a b lo c ie .
2. Z a g rzyb ie nie drew na
W czasie ba d a ń przeprowadzonych w RFN (Bors) usta lono, że w ielkość daw ki p ro m ie n io w a n ia w ystarczająca
