Konservierung von Nassholzfunden mit Polyethylenglykol · Brandenburgisches Landesamt für Denkmalpflege und Archäologisches Landesmuseum Stephan Brather Konservierung von Nassholzfunden

Brandenburgisches

Landesamt

für

Denkmalpflege

und

Archäologisches

Landesmuseum

Stephan Brather

Konservierung von Nassholzfunden mit Polyethylenglykol

Abbau von Nassholz im Bodenmilieu

• Erhaltung von Holz im feuchten Boden unter Luftabschluss in anaeroben Milieu

• Abbau der Zellwandsubstanz, v. a. der Cellulose beginnend von dem Zellumen

• Anaerober Celluloseabbau vor allem durch Bakterien:

– „Erosion bacteria“

– „Tunneling bacteria“

– „Cavitation bacteria“

• Holzabbau durch Pilze und Insekten bei Sauerstoffzutritt vor oder während der Bodenlagerung bzw. nach Ausgrabung

Holzabbau

PEG-

Volltränkung

„Zwei-Stufen-

PEG-

Tränkung“

Praktische

Umsetzung

Beispiele

Stephan

Brather

Holzbiologie-Kolloquium – 11.6.2010


Falscher Zunderschwamm,Photo: Chr. Bode

Springschwanz,Photo: Wikipedia

Erosion bacteria,Photo: Ch. Björdal

Durch „erosion bacteria“stark abgebaute S-WandPhoto: J. A. Jurgens

Zustand des abgebauten Nassholzes

Zustand

• Klassifizierung nach dem Wassergehalt umax

Klasse III: umax < 185 %; harter, wenig abgebauter Kern unter dünner, stärker abgebauter Oberfläche

Klasse II: 185< umax < 400 %; relativ harter Kern ist erhalten

Klasse I: umax > 400 % (bis über 1000 %); sehr weiches Material ohne festen Kern, Cellulose weitgehend abgebaut, Schrumpfung bis 70%

• Mechanische Instabilität

Folgen

• Trocknungsschwindung

• Trocknungsrisse• Zellkollaps durch hohe Oberflächenspannung des Wassers



Photos: W. Muskalla, RGZM

Holzabbau

PEG-

Volltränkung

„Zwei-Stufen-

PEG-

Tränkung“

Praktische

Umsetzung

Beispiele

Stephan

Brather

Polyethylenglykol-Volltränkung

• Seit 1939 kommerziell hergestellt

• 1957/58 erste Versuche zur Konservierung von Nassholz am Dänischen Nationalmuseum

• 1959 erste Artikel zur Konservierung von Nassholz mit PEG von Rosenqvist (Oseberg-Schiff)

• 1961 detaillierte Beschreibung der Volltränkung durch Morén und Centerwall, die bis in die 1980er Jahre als Standart-Methode angewandt wurde

• erstes Großprojekte:– 1961 Hebung der WASA

(Stockholm)

– 1962 Bergung der Wikinger-Schiffe aus dem Roskilde-Fjord

– 1962 – 1965 Bergung der Bremer Kogge



Nassholzkonservierung im Schloss Babelsberg, MUFP, ca. 1980, Photo: D. Sommer

Zeichnung: B. Nagler

Holzabbau

PEG-

Volltränkung

„Zwei-Stufen-

PEG-

Tränkung“

Praktische

Umsetzung

Beispiele

Stephan

Brather

Nachteile der PEG-Volltränkung

Durch vollständigen Austausch des Wassers:

• Konserviert schwerer als im wassergesättigten Zustand

• Wachsartige Oberfläche• Dunkelbraunes bis schwarzes

Aussehen• Holztextur kaum erkennbar

• Klebung nur eingeschränkt möglich

• häufig bereits PEG-Abbau durch überhöhte Badtemperatur (> 60 °C)

Fazit: ästhetisch oft ungenügend!



Schlegel, FO. Wiesenau, LOS

Holzabbau

PEG-

Volltränkung

„Zwei-Stufen-

PEG-

Tränkung“

Praktische

Umsetzung

Beispiele

Stephan

Brather

Polyethylenglykol als Konservierungsmittel

• Polyether des Ethylenglykol (1,2-Ethandiol), allgemeine Formel:

HO-(CH2-CH2-O)n-H

• Polymerisationsgrad n: 5 – 100000 → Molekülmassen: 200 – 5000000

• Niedermolekulares PEG:

gutes Eindringen in Zellwand und Quellwirkung

• Höhermolekulares PEG: Aufgrund der Molekülgröße kein Eindringen in Zellwand, aber mechanische Stabilisierung der Zellwand durch Anlage vom Zelllumen



Graphik: Clariant

PEG 400 PEG 3350

Holzabbau

PEG-

Volltränkung

„Zwei-Stufen-

PEG-

Tränkung“

Praktische

Umsetzung

Beispiele

Stephan

Brather

„Zwei-Stufen-PEG-Tränkung“

• 1986 Entwicklung der „Zwei-Stufen-Tränkung“durch Hoffmann für die Bremer Kogge:

zunächst Tränkung in niedermolekularem PEG, später in höhermolekularen PEG

• heute meist Tränkung in gemischten Lösungen

1. Niedermolekulares PEG

2. Niedermolekulares PEG + höhermolekulares PEG

• Vermeidung der Volltränkung durch anschließende Gefriertrocknung

• Erhaltungszustand des Holzes entscheidend für notwendige PEG-Konzentration und damit für Tränkungsdauer

• Optimale PEG-Konzentration wünschenswert (kurze Konservierungszeit, Material- und Energiekosten)

• Bestimmung des Fortschritts der PEG-Tränkung über Bohrkernprofile (Analyse mit HPLC) möglich



Nassholzkonservierung des BLDAM

Grafik: Hoffman, http://www.dsm.museum/MA/konserve.htm

Holzabbau

PEG-

Volltränkung

„Zwei-Stufen-

PEG-

Tränkung“

Praktische

Umsetzung

Beispiele

Stephan

Brather

Berechnung der PEG-Konzentration

• Computerprogramm PEGcon von Canadian Conservation Institut und Parks Canada

• Benötigte Informationen:

– Holzart

– Rezente Dichte der Holzart als “oven dry weight divided bygreen volume“

– Aktuelle Dichte des arch. Holzes durch Gewichtsmessung unter Wasser und an Luf

– Wassergehalt des Holzes bei Fasersättigung

• Dichteangabe: Raumdichtezahl R = Darrtrockengewicht bezogen auf max. Quellvolumen) bzw. Spezifisches Gewicht Sg(Umrechnung über max. Quellmaßmöglich)



http://www.cci-icc.gc.ca/crc/tools-outils/Pegcon/pegcon-eng.aspx

ndichteDarrtrockeρ

esGewichtSpezifisch

g/cm³in ρ/)ρ * (0,028 100

100 *ρ Sg

0

OH

0

02

Sg

+

=

Holzabbau

PEG-

Volltränkung

„Zwei-Stufen-

PEG-

Tränkung“

Praktische

Umsetzung

Beispiele

Stephan

Brather

Methodischer Ansatz

• Ersatz des Quellwassers in den „second order space“ der Zellwände durch niedermolekulares PEG 200 oder PEG 400

• Mechanische Stabilisierung der erhaltenen Zellstruktur durch Anlagerung von höhermolekularem PEG 3350 oder PEG 4000 an die Zellwände im Zellumen

• Konzentrationen der beiden PEG-Typen abhängig vom Erhaltungszustand des Holzes



Holzes abgebauten des DichteRg

gungFasersätti bei Holz imlt WassergehaMf

400PEG ion von Konzentratc

ndsubstanzder Zellwa Dichteγ

v/v%in)Rgγ(

γ*Rg*Mfc

PEG400

H

H

HPEG400 =

Holz rezentem von DichteRgn

PEG4000 von Dichteρ

PEG4000ion von Konzentratc

w/v%in

})100

Mf*γ1Rg{-γ(

)RgRgn(*ρ*100c

PEG4000

PEG4000

HH

PEG4000PEG4000

+=

Photos: P. Jensen

Holzabbau

PEG-

Volltränkung

„Zwei-Stufen-

PEG-

Tränkung“

Praktische

Umsetzung

Beispiele

Stephan

Brather

Praktische Nassholz-Konservierung am BLDAM

• Waschen mit warmen Wasser, Pinseln und Bürsten

• Maßstabgerechtes Zeichnen,

• Photographieren• Holzartenbestimmung

• Wässerung in demineralisiertem Wasser -Zeitraum > ½ Jahr

• Bestimmung der PEG-Konzentration für jedes Objekt

• Gemeinsame Tränkung von Objekten ähnlicher Konzentration (Holzartentrennung)

• Konzentrationserhöhung in 5 %-Stufen

• Max. Gesamtkonzentration 45 %, sonst Probleme bei Gefriertrocknung (Eutektische Temperatur)

• Tränkdauer pro Stufe 4 – 8 Wochen, Gesamttränkzeit 1 -2 Jahre



Photos: M. Weichert, BLDAM

Zeichnung und Photo: M. Koutiakidi, BLDAM

Holzabbau

PEG-

Volltränkung

„Zwei-Stufen-

PEG-

Tränkung“

Praktische

Umsetzung

Beispiele

Stephan

Brather

(Vakuum-) Gefriertrocknung

Vakuumgefriertrocknung

• Bei 0,37 mbar (= -30 °C) –eutektische Temperatur

• gekühlte Kammer (-25°C) bei größeren Objekten notwendig!

• Trocknungsdauer 3 – 4 Monate• Prozesskontrolle durch

Massekontrolle im Rezipienten

Gefriertrocknung bei Normaldruck

• Bei großen Objekten• Langsamere, aber schonendere

Sublimation

• In Tieflkühl-Kammern bei -25 °C

• Beschleunigung der Sublimation durch Umluft und ggf. zusätzliche Energiezufuhr (Heizschlangen, IR-Strahlung)

• Trocknungsdauer mehrere Jahre



0,1

1

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100

1000

10000

00:

00

24:

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313:

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337:

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409:

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433:

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457:

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481:

10

Gesamtzeit in h

Dru

ck in h

Pa

Gew

icht

in g

Druck in mbar Gewicht in Gramm

Holzabbau

PEG-

Volltränkung

„Zwei-Stufen-

PEG-

Tränkung“

Praktische

Umsetzung

Beispiele

Stephan

Brather

Fundobjekte aus Eberswalde

• Ausgrabung von zwei großen mittelalterlichen Stadtquartieren mit Besiedlung seit dem 12. / 13. Jh.

• 1995 Rummelplatz: ca. 1100 Einzelfunde

• 2000 Pavillonplatz: ca.200 Einzelfunde

• Schwellbalken und Fußböden von Häusern (komplette Hausgrundrisse), Brunnen, Abfallgruben etc.



Holzabbau

PEG-

Volltränkung

„Zwei-Stufen-

PEG-

Tränkung“

Praktische

Umsetzung

Beispiele

Stephan

Brather

Nach der Konservierung …

• Restaurierung: Reinigen der Oberfläche – Entfernen von überschüssigen PEG an der Oberfläche

• Ästhetische Wirkung des konservierten Holzes …

• Ggf. Klebung, Ergänzung und Montage von Bruchstücken



Holzabbau

PEG-

Volltränkung

„Zwei-Stufen-

PEG-

Tränkung“

Praktische

Umsetzung

Beispiele

Stephan

Brather

Konservierung von Nassholzfunden mit Polyethylenglykol · Brandenburgisches Landesamt für Denkmalpflege und Archäologisches Landesmuseum Stephan Brather Konservierung von Nassholzfunden

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