مروری بر پوسیدگی در چوب استحکام‌بخشی‌شده

محسن محمدی

چوب ماده‌ای طبیعی است که از گذشته‌های دور توسط انسان مورد استفاده قرار گرفته است و آثار بسیار زیادی از این ماده‌ی سهل‌الوصول ساخته شده‌اند. چوب در طول زمان و تحت تأثیر عوامل مختلف محیطی دچار تغییراتی می‌گردد و ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی آن تغییر می‌کند. به‌همین جهت برای بهبود ویژگی‌های استحکامی، مورد استحکام‌بخشی قرار می‌گیرد. استحکام‌بخشی چوب موجب بهبود قابل توجه ویژگی‌های استحکامی آن می‌گردد (Shonemann et al, 2008; Bugani et al, 2009). به طور ایده‌آل، منظور از استحکام‌بخشی، فرآیندهایی است که جهت تحکیم یا تثبیت فیزیکی چوب‌های آسیب‌دیده و نوآرایی ویژگی‌های استحکامی ساختارهای تشکیل‌دهنده‌ی چوب بدون ایجاد تغییر شیمیایی و در راستای حفظ ماده‌ی چوب انجام می‌گیرد (محمدی، ۱۳۸۷).

نفوذ استحکام‌بخش در چوب از اهمیت بالایی برخوردار است و به ویژگی‌های ساختاری چوب و ویژگی‌های استحکام‌بخش بسیار وابسته است. این اهمیت در ضرورت یکنواختی ویژگی‌های استحکامی چوب در بخش‌های مختلف روشن خواهد بود (Schniewind and Eastman, 1994). در استحکام‌بخشی چوب، ویژگی‌های رزین و حلال آن نیز بایستی مورد توجه قرار گیرد. به‌عنوان نمونه پلی‌وینیل بوتیرال ویژگی‌های بهتری نسبت به پارالوئید B72 نشان داده است (Wang and schniewind, 1985). به‌همین دلیل نوع رزین استفاده‌شده اهمیت بالایی در ویژگی‌های استحکام‌بخشی چوب‌ خواهد داشت. در این میان پلی‌اتیل متاکریلات، پلی‌وینیل بوتیرال و پلی‌وینیل استات از ترکیبات پُرکاربرد در زمینه‌ی حفاظت چوب به‌شمار می‌روند.

پلی‌اتیل متااکریلات تحت نام‌های تجاری پارالوئید B72 و پلکسی‌گام N80 در آلمان و اکریلوئید B72 در آمریکا شناخته می‌شود و به‌صورت گرانول‌های شفافی است که در تولوئن، گزیلن، اتیل استات و استون محلول است (Unger et al, 2001). این ترکیب به‌طور گسترده‌ای در استحکام‌بخشی آثار چوبی مختلف به‌کار رفته است (حدادی و محمدی، ۱۳۸۸؛ محمدی، ۱۳۸۶ و ۱۳۸۷؛ Unger.A et al,1996; Unger.W et al, 1996; Nakasato, 1994; Paciorek, 1993; Sakuno and Schniewind, 1990; Niedzielska, 1992).

مخلوط پارالوئید B72 و رزین‌های اپوکسی یکی از مناسب‌ترین مواد جهت پوشش‌دهی تشخیص داده شده است (Ellis, 2002). این ماده در شرایط معمولی کمی اکسید شده و تغییر می‌کند ولی نامحلول و تجزیه نمی‌گردد. در حقیقت افزایش پلاریته حلال، دلیل ورود اکسیژن به ساختمان پلیمر ذکر شده است (هوری، ۱۳۸۷).

پلی‌وینیل بوتیرال تحت نام‌های تجاری موویتال B30H و موویتال B60H (در آلمان) و بوتوار B98 (در آمریکا) عرضه گردیده و به‌صورت پودر سفید رنگی است که در الکل‌های با جرم مولکولی پایین، کتون‌ها، اتیل استات و تترا هیدرو فوران محلول است (Unger et al, 2001). این ترکیب به طور گسترده‌ای در ساخت چسب‌ها، لاک‌ها و پوشش‌ها کاربرد داشته است (Lewis, 2002). در استحکام‌بخشی آثار مختلف چوبی نیز به کرّات مورد استفاده قرار گرفته است (Barcly, 1981; Natchinkina and cheinina, 1981; Schniewind, 1998; Schniewind, 1991; Martens and Unger, 1992).

این ترکیب پلیمری ترمو‌پلاستیک با خواص ویژه مانند استحکام بالا، مقاومت به ضربه‌ی بالا و پایداری ابعاد می‌باشد. از دیگر خواص آن می‌توان به ضریب اصطکاک پایین، شکل‌پذیری خوب و مقاومت گرمایی مناسب اشاره کرد (تویسرکانی، ۱۳۸۶). به‌علاوه، اضافه‌کردن آن به چسب‌ها باعث اصلاح خواص و بهبود چسبندگی آنها می‌شود (باقری و خوش‌منش، ۱۳۷۵). استفاده از این ماده‌ در استحکام‌بخشی اشیاء چوبی مکشوفه از گوردون ترکیه نتایج خوبی در بر داشته است (Spirydowicz et al, 2001).

پلی‌وینیل استات تحت نام‌های تجاری مختلفی جهت استفاده در حفاظت و مرمت آثار تاریخی عرضه گردیده است که از آن جمله می‌توان به محصولاتی چون موولیت، موویسول، ویناپاس، پونال، آکرونال D300 (در آلمان)، رودوپاس (در فرانسه)، ویناویل (در ایتالیا)، ویناست (در لهستان) و ویپولیت (در سوییس)، باکلیت AYYA ، ویناس B800 ، الواست و وینیلیت (در آمریکا) اشاره کرد (Unger et al, 2001). این پلیمر شفاف، بی‌بو و مقاوم به هوازدگی است و به عنوان چسب در مواد مختلف مانند کاغذ و چوب کاربرد دارد (Lewis, 2002). همچنین استفاده‌ی زیادی در استحکام‌بخشی آثار چوبی و کاربرد به عنوان چسب داشته است (Hedlund, 1997; Schniewind, 1998; Paciorek, 1993; Schniewind, 1990; Buchenrieder, 1990; Leconte and Oudry, 1990; Sakuno and Schniewind, 1990).

پلی‌وینیل استات دارای ساختمان شاخه‌ای با توزیع گسترده اوزان مولکولی است. تمام شکل‌های مختلف این پلیمر تمایل به چسبندگی به سطوح منفذدار و صاف دارند که این امر ناشی از وجود گروه‌های قطبی استات در مولکول می‌باشد (باقری و خوش‌منش، ۱۳۷۵). از مزایای این ماده می‌توان به شفافیت، مقاومت نوری مناسب در طول زمان، اکسایش و تغییرات جزئی و عدم ایجاد اتصالات عرضی در مجاورت هوا اشاره کرد (هوری، ۱۳۸۷).

چوب پس از استحکام‌بخشی نیز ممکن است توسط عوامل بیولوژیک مورد حمله قرار گیرد که این مسئله به ساختار آلی اکثر استحکام‌بخش‌های مورداستفاده مربوط می‌شود و پلیمرهای مصنوعی نیز اغلب تحت تأثیر عوامل بیولوژیک خصوصاً قارچ‌ها قرار می‌گیرند (Dong, 2003). در واقع آسیب‌های بیولوژیک توسط حشرات و قارچ‌ها از مهمترین عوامل تخریب چوب به‌شمار می‌روند (محمدی، ۱۳۸۸) که در این میان تأثیر قارچ‌ها و خصوصاً قارچ‌های مولد پوسیدگی، کاهش قابل‌توجه استحکام چوب را در پی دارد (Unger et al, 2001) به‌گونه‌ای که تأثیر پوسیدگی سفید حتی بر روی چوب‌های سوزنی برگ (کاج) نشانگر ۲۰ تا ۴۰ درصد کاهش استحکام بوده است (Curling et al, 2002). به‌علاوه بررسی‌های کروماتوگرافی گازی نشان داده است که ساختار مولکولی لیگنین توسط قارچ‌های مولد پوسیدگی سفید دچار تخریب اساسی می‌گردد (Vane, 2003). چوب استحکام‌بخشی‌شده با پلیمرها نیز دچار تغییر می‌گردد. بسیاری از پلیمرها مستعد تخریب توسط میکرو ارگانیسم‌ها هستند. به‌نظر می‌رسد که پلیمرهای مصنوعی توسط میکرو ارگانیسم‌ها قابل تخریب نباشند زیرا این مواد در طبیعت وجود ندارند و بنابراین آنزیم لازم برای تخریب آنها توسط میکرو ارگانیسم‌ها تولید نمی‌شود ولیکن اینگونه نیست و بسیاری از قارچ‌ها قادرند این رزین‌ها را متابولیزه کنند که در نتیجه‌ی آن ویژگی‌های فیزیکی، مکانیکی و ساختاری پلیمر دچار تغییر می‌گردد (Savelyev, 2011). اکثر پلیمرهای سنتزی منبع مناسبی از کربن و انرژی لازم برای میکرو ارگانیسم‌ها به‌شمار می‌روند. آنها در یک فرآیند آنزیمی موجب تخریب پلیمرهای طبیعی و سنتزی می‌شوند (Mohan and Srivastava, 2010). رزین‌های اکریلیک خالص تا حد زیادی در برابر قارچ‌های مولد پوسیدگی قهوه‌ای مانند Coniophora puteana (Schum.: Fr.) P. Karsten و قارچ‌های مولد پوسیدگی نرم مانند Cheatomium globosum kunze مقاوم تلقی شده‌اند. زیرا این قارچ‌ها قادر به هضم این رزین‌ها نیستند ولیکن امکان تأثیر آنها بر نرم‌کننده‌های رزین وجود دارد. همچنین مقاومت پلی‌وینیل استات در برابر قارچ‌ها به مراتب کمتر از رزین‌های اکریلیک می‌باشد (Unger and Unger, 1995). به عنوان نمونه موولیت با سرعت بیشتری نسبت به پارالوئید B72 و پریمال AC33 توسط میکروارگانیسم‌ها تجزیه می‌گردد (Heyn et al, 1996). همچنین، نمونه‌های تیمار‌شده با رزین‌های اکریلیک، مقاومت خوبی در برابر رشد کپک‌ها از خود نشان داده‌اند. در بررسی تأثیر پوسیدگی سفید و قهوه‌ای بر روی چوب‌های استحکام‌بخشی‌شده (Lehman, 1984; Clausi et al, 2011 )، چوب‌های تبریزی و صنوبر نروژی با استفاده از دو استحکام‌بخش پارالوئید B72 و ریگالرز ۱۱۲۶ به‌صورت جداگانه و همچنین مخلوط تیمار شدند و سپس تحت تأثیر قارچ‌های مولد پوسیدگی‌های قهوه‌ای و سفید قرار داده شدند. نتایج نشان داد که این تیمارها موجب کاهش سرعت تأثیر پوسیدگی می‌گردند ولیکن هیچ‌کدام از این دو رزین از تأثیر پوسیدگی جلوگیری نکرد. همچنین تیمار با پارالوئید B72 موجب کاهش بیشتر سرعت رشد پوسیدگی سفید نسبت به پوسیدگی قهوه‌ای گردید و نمونه‌های تیمارشده با ریگالرز در اثر فعالیت پوسیدگی سفید دچار تخریب بیشتری گردیدند. این امر به دلیل تولید اسید اگزالیک توسط قارچ مولد پوسیدگی سفید دانسته شد.

بررسی‌ها بر روی نمونه چوب‌های تیمارشده با رزین‌های اکریلیک نیز نشانگر رشد قارچ‌ها بر روی نمونه‌های تیمارشده بوده است. هرچند سرعت رشد قارچ‌ها در نمونه‌های تیمارشده با نمونه‌های تیمارنشده تفاوت داشت (Tiralova and Reinprecht, 2004). با توجه به عدم نفوذپذیری کامل بسیاری از استحکام‌بخش‌های مورد استفاده در حفاظت چوب، بسیاری از این مواد با استفاده از روش پلیمریزاسیون درجا جهت تیمار چوب استفاده شده‌اند. در این روش هرچند جذب رطوبت چوب کاهش می‌یابد و به صورت تئوری شرایط فعالیت قارچ‌ها سخت‌تر می‌شود ولیکن رطوبت موجود در ساختار چوب محبوس شده و قارچ‌ها راحت‌تر رشد می‌کنند (Paciorek, 1993). به‌عنوان نمونه، چوب‌های توس و توسکا پس از اشباع با مونومر متیل متاکریلات و پلیمریزاسیون درجا، مقاومت کاملی در برابر پوسیدگی قهوه‌ای نشان ندادند و تخریب در آنها مشاهده گردیده است (Aho and Vihavainen, 1972). به‌همین دلیل استفاده از ترکیبات دافع آب جهت کاهش رطوبت‌پذیری و مشکل‌کردن شرایط رشد قارچ‌ها بعضاً پیشنهاد شده است (Wilkes and Page, 2004). مطالعات Wang و Tsai  (۱۹۸۸) نشان داد که تحت تأثیر پوسیدگی سفید، رطوبت تعادل چوب ۲۴-۸ درصد افزایش می‌یابد در حالی که چوب تیمارشده با پارافین پس از تأثیر پوسیدگی سفید نیز نشانگر کاهش ۱۳ تا ۲۱ درصدی در رطوبت تعادل بود. میزان کاهش استحکام چوب‌های تیمارشده با پارافین پس از سه ماه تأثیر پوسیدگی سفید نیز کمتر از نمونه‌های تیمار نشده بود. در واقع تیمار پارافین با کاهش‌دادن رطوبت تعادل چوب و افزایش آبگریزی آن، شرایط رشد قارچ‌ها را سخت کرده و از شدت تأثیر آنها می‌کاهد.

Unger و همکارانش (۲۰۰۰) نیز به بررسی مقاومت چوب‌های تیمارشده با رزین اپوکسی، شلاک، روغن بزرک، چسب‌های پروتئینی (حیوانی) و مخلوط موم زنبور با پارافین و پلی‌وینیل استات در برابر پوسیدگی قهوه‌ای پرداختند. نمونه‌های تیمارشده با رزین اپوکسی بیشترین میزان مقاومت در برابر قارچ Serpula lacrymans (Wulfen:Fr.) Schroeder apud Cohn (مولد پوسیدگی خشک) را نشان دادند در حالی که تأثیر این قارچ موجب کاهش جرم نمونه‌های تیمارشده با پارالوئید B72 تا میزان ۴۰ درصد گردید.

با توجه به تخریب ناشی از عوامل بیولوژیک در چوب‌های استحکام‌بخشی‌شده، ترکیباتی نیز به عنوان نگهدارنده/استحکام‌بخش جهت تیمار آثار چوبی ارائه شده است که در واقع موجب بهبود تثبیت فیزیکی و بیولوژیکی چوب می‌گردد. این فرآیندها با استفاده‌ی همزمان مواد نگهدارنده و استحکام‌بخش‌ها انجام می‌شود و تا حد زیادی باعث بهبود ماندگاری می‌گردد.

گونه‌ی چوب نیز اهمیت قابل‌توجهی در میزان تأثیر قارچ‌ها دارد و در سنجش تأثیر قارچ بایستی گونه‌ی چوب مشخص درنظر گرفته شود. چوب چنار به صورت وسیعی در آثار تاریخی ایران مورد استفاده بوده است و به‌همین جهت بررسی تأثیر قارچ بر روی استحکام‌بخش‌های مختلف بهتر است بر روی نمونه‌های چنار استحکام‌بخشی‌شده صورت پذیرد. از نظر اجرایی، استحکام‌بخش‌های ذکرشده به طور روزافزون در فرایندهای مرمتی مورد استفاده قرار دارند که بر لزوم چنین تحقیقاتی تاکید دارد.

منابع:

– باقری. روح الله، اعظم خوش‌منش ، (۱۳۷۵)، چسب‌ها آشنایی و کاربرد، اصفهان: جهاد دانشگاهی واحد صنعتی اصفهان.
– تویسرکانی. حسین، (۱۳۸۶)، اصول علم مواد، اصفهان، دانشگاه صنعتی اصفهان، چاپ ششم
– حدادی. محمد، محسن محمدی، (۱۳۸۸)، ارزیابی ساختاری پارالویید B72 و تاثیر استفاده از آن در مرمت آثار ساخته شده از چوب، دانش مرمت و میراث فرهنگی. سال چهارم دوره دوم، شماره ۳
– محمدی. محسن، (۱۳۸۷)، ارزیابی مهمترین استحکام بخش های به کار رفته در حفاظت و مرمت اشیا چوبی، دانش مرمت و میراث فرهنگی، سال چهارم شماره ۲
– محمدی. محسن، (۱۳۸۶)، بررسی روند تخریب، حفاظت ومرمت شانه هاي چوبی شهر سوخته، هشتمین همایش حفاظت ومرمت اشیاء تاریخی و فرهنگی و تزیینات وابسته به معماري، تهران: پژوهشکده مرمت آثار تاریخی و فرهنگی
– محمدی. محسن، (۱۳۸۸)، ارزیابی کاربرد نانوسید در حفاظت آثار چوبی در برابر آسیب های بیولوژیک، پایان نامه کارشناسی ارشد رشته مرمت اشیا فرهنگی و تاریخی، اصفهان: دانشگاه هنر اصفهان
– محمدی. محسن (۱۳۸۶)، حفاظت و مرمت پنج عدد شانه چوبی مکشوفه از شهرسوخته سیستان، پایان نامه کارشناسی رشته مرمت آثار تاریخی، دانشگاه زابل

Aho v, Vihavainen T, (l972), Decay tests on wood-polymer combinations, Staatliches Institut fur technische Forschung (ed) Helsinki: Finnland, Schriftenreihe I. Holz 56

Buchenrieder. F, ( 1990), GefaGte Bildwerke, Arbeitshefte Bayer Landesamt Denkmalpflege Munchen Nr40

Bugani S., F. Modugno, J.J. Lucejko, (2009), Study of the impregnation of archeological waterlogged wood with consolidation treatments using synchrotron radiation microtomography, Analytical and Bioanalytical Chemistry, 395, 1977–۱۹۸۵

 Curling, Simon F., Clausen, Carol A., Winandy, Jerrold E., (2002), Experimental method to quantify progressive stages of decay of wood by basidiomycete fungi, International biodeterioration and biodegradation, 49(1), 13-19

Dong G. Ji-, (2003), Microbiological deterioration and degradation of synthetic polymeric materials: recent research advances, International Biodeterioration & Biodegradation, 52, 69-91

Ellis. Lisa, Heginbotham. Arlen, (2002), an evaluation of four barrier coating and epoxy combinations in the structural repair of wooden objects, Florida, WAG postprints, 178-189

Hedlund. Hans Peter, (1997), Acronal D 300 in theory and practice, an evaluation, In: Konserveringsmidler und Konserveringsmetoder,Oslo: Preprints of NKF-N conference, 137-143

Heyn C, Petcrsen K, Krumbein WE, (I996), Untersuchungen zum mikrobiellen Abbau in der Denkmalpflege eingesetzter synthetischer Polymere, Zeitschrift für Kunsttechnlogie und Konservierung, 10, 87-106

Leconte O, Oudry S (1990) Traitement du support bois d’une berline du XVIIIe siècle, Besancon- Vesoul: La conservation du bois dans le patrimoine culturel, 153-162

Lehmann. J, (1984), Kriterien fUr die Auswahl von Harzen und Losungsmittein zur Festigung holzwurmgeschadigten Holzes, Arbeitsbl Restaur, 2(8), 112-121

Marina Clausi, Gino Mirocle Crisci, Mauro Francesco La Russa, Marco Malagodi, Annamaria Palermo, Silvestro Antonio Ruffolo, (2011), Protective action against fungal growth of two consolidating products applied to wood, Journal of Cultural Heritage, 12, 28–۳۳

Martens M, Unger A, (1992), Die Konservierung einer Apostelfigur mit Polyvinylbutyral, Berl Beitr Archaometr, 11, 207-216

Mohan S Krishna, Tanu Srivastava, (2010), Microbial deterioration and degradation of polymeric materials, J Biochem Tech, 2(4), 210-215

Nakasato. T, ( 1994), Conservation of wooden panels used as ornamental members of roof decoration, Hozon Kagaku, 33, 55-66

Natchinkina Julie, Cheinina Eugenie, (1981), Conservation d’objects de l’Egypte ancienne en bois polychrome au Musee de l’Ermitage d’Etat, Ottawa: ICOM Committee for Conservation, 6th Triennial Meeting

Niedzielska. M, (1992), Conservation of the sculpture King Casimir the Great from the Jagiellonian University Museum, Ochrona Zabytkow, 45(3), 225-231.

Paciorek. M, (1993), A study of some thermoplastic resins used for wood impregnation, Studia i Materiaty Wydziatu Konserwacji i Restauracji Dzid Sztuki Pieknych w Krakowie, Tom III. Krakow: Wydawnictwo Literackie

Sakuno. T, Schniewind. Arno P, (1990), Adhesive qualities of consolidants for deteriorated wood, Journal of the American Institute for Conservation, 29(1), 33-44

Savelyev Yu., (2011), Polymer materials against the microorganism’s attack, In: A. Méndez Vilas (Ed), Science against microbial pathogens: communicating current research and technological advances, Badajoz, Spain: Formatex. Research Center, 122 – ۱۳۴

Schniewind A. P,  Unger A, Unger W (2001). Conservation of wood artifacts. New York: springer

Schniewind A.P., P.Y. Eastman, (1994), Consolidant distribution in deteriorated wood treated with soluble resins, Journal of the American Institute for Conservation, 33, 247–۲۵۵

Schniewind. Arno P, (1991), On consolidation treatments for deteriorated wood, Preprints of the 41st Annual Meeting of the Japan Wood Research Society, Tokyo: Nihon Mokuzai Gakkai

Schniewind. Arno P, (1998), Consolidation of wooden panels, In:  Dardes K, Rothe A (Eds), The Structural Conservation of Panel Paintings. Proceedings of a symposim at the J. Paul Getty Museum, 24-28 April 1995, Los Angeles: Getty Conservation Institute, 87-107

Schniewind. Arno P, (l990), Solvent and moisture effects in deteriorated wood consolidated with soluble resins, Holz Roh Werkst, 48(1), 11 – ۱۴

Shonemann A., M. Eisbein, A. Unger, (2008), Historic consolidants for wooden works of art in Saxony: an investigation by GC-MS and FT-IR analysis, Studies in Conservation, 53, 118–۱۳۰

Spirydowicz, Elizabeth Simpson, Robert A. Blanchette, Arno P. Schniewind, Mauray K. Toutloff, Alison Murray, (2001), Alvar and Butvar: the use of polyvinyl acetal resins for the treatment of the wooden artifacts from Gordion, Turkey, 40(1), 43 – ۵۷

Tiralova Z., L. Reinprecht, (2004), Fungal Decay of Acrylate Treated Wood, International Research Group (IRG) on Wood Protection, IRG/WP 04-30357

Unger A., A.P. Schniewind, W. Unger, (2001), Conservation of Wood Artefacts: a Handbook, Berlin: Springer

Unger W, A Unger, U Schiessl, (2000), On the resistance of consolidated ancient wood against Serpula lacrymans, International Research Group (IRG) on Wood Protection, IRG/WP/00-10348 Unger W, Unger A, (1995), Die biologische Korrosion von Konsolidierungsmitteln fiir Kunst- und Kulturgut aus Holz, Kunsttechnol Konserv, 9, 377-384

Unger. A, Schiessl U, Unger W, (1996), Widersteht gefestigtes, insektenzerstortes Holz van Kunstwerken einem erneuten Insektenangriff, Kunsttechnol Konserv, 10(2), 308-314

Unger. W, Fritsche H, Unger A, (1996), Zur Resistenz von Malmaterialien und Stabilisierungsmitteln Hir Kunst- und Kulturgut gegentiber holzzerstorenden Insekten, Kunsttechnol Konserv, 10(1), 106-116

Vane, Christopher H., (2003), the molecular composition of lignin in spruce decayed by white-rot fungi (Phanerochaete chrysosporium and Trametes versicolor) using pyrolysis-GC-MS and thermochemolysis with tetramethylammonium hydroxide, International biodeterioration and biodegradation, 51(1), 67-75

Wang Y., A.P. Schniewind, (1985), consolidation of deteriorated wood with soluble resins, Journal of the American Institute for Conservation, 24(2), 77-91

Wang, S.-Y.; and Tsai, M.J., (1988), the efficiency of paraffin wax treated wood in its decay resistance, Zhonggua lin xue ji kan: Quarterly journal of Chinese forestry, 21(3), 37-47

Wilkes. Owen, David Page, (2004), Stop the Rot, Stabilisation of Historic Timber Structures – Interim Guidelines, Wellington: Central Regional Office, Department of Conservation