Preserving wood: uncovering effective methods of the past

Mgr. Dita Machová

Doctoral thesis

Ochrana dřeva: odkrývání technik minulosti

Anotácia:

Tato disertační práce popisuje a zkoumá různé historické a tradiční metody konzervace dřeva s důrazem na využití přírodních prvků a technik. Zdůrazňuje význam vzduchu, vody, ohně a půdy při konzervaci dřeva a poskytuje podrobné hodnocení těchto metod. Sušení na vzduchu, jedna z nejstarších technik, významně ovlivňuje kvalitu dřeva tím, že snižuje jeho vlhkost a omezuje hnilobu. Skladování ve vodě, další historická metoda, brání růstu hub a plísní tím, že vytěsňuje kyslík. Zuhelnatění neboli působení ohně na povrch dřeva se historicky používalo ke zvýšení odolnosti dřeva proti škůdcům a hnilobě. U této metody byly analyzovány její účinky na povrchové vlastnosti, jako je změna barvy, drsnost povrchu, hloubka zuhelnatění, kontaktní úhel, odolnost proti ohni a hnilobě aj. Studie ukázaly, že zuhelnatění účinně zvyšuje trvanlivost a odolnost dřeva vůči vlivům prostředí. Disertační práce se zabývá i pokročilejšími historickými technikami, včetně zakuřování amoniakem a používáním přírodních látek, jako jsou rostlinné výtažky, živočišné produkty a krev, pro konzervaci dřeva. Podrobněji byl zkoumán vliv plynného amoniaku na dubové dřevo, zejména pokud jde o změnu barvy a stabilitu v podmínkách zrychleného stárnutí. Měřily se barevné změny pomocí parametrů CIELAB a celkový obsah extraktivních a fenolických látek, aby se zjistil jejich vliv na tuto techniku. Jak se předpokládalo, výsledky ukázaly, že vzorky ošetřené plynným amoniakem podléhají fotodegradaci a byla dokázána korelace mezi obsahem extraktivních látek a celkovou barevnou změnou. Dále bylo podrobněji zkoumáno chování historických nátěrů obsahujících lněný olej s přídavkem pryskyřic ve formě lazurných a krycích nátěrů při přirozeném zvětrávání během 6 let. Byly evaluovány chemické změny lněného oleje, vyhodnocena změna barevnosti, změřen kontaktní úhel a lesk. I když podle předpokladů došlo ke ztrátě lesku, snížení kontaktního úhlu a ATR-FTIR analýza prokázala chemické změny, tak výsledky prokázaly, že krycí nátěry olejových barev vykazovaly minimální barevné změny i po šesti letech. Pochopením principů a účinnosti tradičních metod si práce klade za cíl upozornit na udržitelná, ekologicky šetrná řešení pro konzervaci dřeva. Tyto metody mohou potenciálně snížit závislost na škodlivých syntetických chemikáliích, což je v souladu se současnými cíli environmentální udržitelnosti.

Abstract:

This dissertation describes and examines various historical and traditional methods of wood conservation, emphasizing the use of natural elements and techniques. The dissertation highlights the importance of air, water, fire, and soil in wood conservation and provides a detailed evaluation of these methods. Air drying, one of the oldest techniques, significantly affects the quality of wood by reducing its moisture content and preventing rot. Storing wood in water, another historical method, prevents the growth of fungi and mold by displacing oxygen. Charring, or the application of fire to the wood surface, has historically been used to increase wood's resistance to pests and rot. This method's effects on surface properties, such as color change, surface roughness, charring depth, contact angle measurements, fire and decay resistance, among others, were analyzed. Studies have shown that charring effectively increases the durability and environmental resistance of wood. The dissertation also addresses more advanced historical techniques, including ammonia fumigation and the use of natural substances like plant extracts, animal products, and blood for wood conservation. The effect of gaseous ammonia on oak wood was studied in detail, particularly concerning color change and stability under accelerated aging conditions. Color changes were measured using CIELAB parameters, and the total content of extractives and phenolic substances was measured to determine their impact on this technique. As expected, the results showed that samples treated with gaseous ammonia underwent photodegradation, and a correlation was found between the content of extractive substances and the overall color change. Furthermore, the behavior of historical coatings containing linseed oil with resin additives in the form of glaze and opaque coatings during natural weathering over six years was examined in detail. Chemical changes in linseed oil were evaluated, changes in color, contact angle, and gloss were measured. Although gloss loss, contact angle reduction, and ATR-FTIR analysis indicated chemical changes as expected, the results demonstrated that opaque oil paint coatings exhibited minimal color changes even after six years. By understanding the principles and effectiveness of traditional methods, the work aims to highlight sustainable, eco-friendly solutions for wood conservation. These methods can potentially reduce reliance on harmful synthetic chemicals, aligning with current environmental sustainability goals.

Kľúčové slová

konzervace dřeva, tradiční metody, opalování povrchu, zakuřování amoniakem, historické nátěry, lněný olej, modifikace dřeva, změny barvy, odolnost proti houbám, kontaktní úhel, povětrnostní stárnutí, zrychlené stárnutí

Keywords

ammonia fuming, historical coating, surface charring, wood modification, color changes, decay resistance, contact angle, weathering, accelerated ageing, wood preservation, traditional methods, linseed oil

Jazyk práce: English

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 18. 7. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Vedúci: doc. Ing. Václav Sebera, Ph.D.
• Oponent: Petr Horáček, prof. Dr. Ing., Martin Böhm, externi, Rastislav Lagaňa, externi

Mendel University in Brno

Faculty of Forestry and Wood Technology

Doctoral programme / odbor:
Wood-Working Engineering / Wood Processing and Timber Technology