MASARYKOVA UNIVERZITA Přírodovědecká fakulta
Konzervování kovového artefaktu (ţelezná sekyra) Bakalářská práce Radka BERÁNKOVÁ
Vedoucí práce: Ing. Alena Selucká
Brno 2010
Prohlášení Prohlašuji, ţe jsem tuto bakalářskou práci vypracovala samostatně, pod vedením Ing. Aleny Selucké. Veškerou literaturu a ostatní prameny, z nichţ jsem čerpala, uvádím v seznamu pouţité literatury. Souhlasím se zveřejněním své práce podle zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách, ve znění pozdějších předpisů.
V Brně dne: ………………………………………… Radka Beránková
-2-
Poděkování Mé poděkování patří všem, kteří měli co dělat se vznikem této práce. Jmenovitě mé vedoucí práce, Ing. Aleně Selucké za odborné vedení a diskuze a prof. RNDr. Jiřímu Příhodovi, CSc. za konzultace a podporu. Renatě Pelíškové za pomoc, dohled a neocenitelné rady, dále celému Technickému muzeu v Brně za moţnost vyuţívat prostory laboratoře a potřebné vybavení, všem jeho pracovníkům, kteří mi ochotně pomáhali, ať uţ poskytnutím literatury, konzultacemi, dobrou radou, či jakkoliv jinak. Taktéţ Ústavu Chemie Přírodovědecké fakulty MU za propůjčení vybavení, Archeologickému centru Olomouc za poskytnutí historického artefaktu, bez kterého by toto všechno vzniklo jen velmi těţko. V neposlední řadě také své rodině, která mě po celou dobu vydatně podporovala.
-3-
Anotace česky: Tato práce se zabývá konzervátorským - restaurátorským postupem uplatněným na ţelezné sekyře s fragmenty látky a širším pohledem na předmět jako takový. V teoretické části zkoumající historii, je shrnut průběh vývoje zpracování a výroby ţeleza od jeho počátků aţ do vrcholného středověku se zaměřením na naše území. Následuje rozdělení vyuţití sekyr jako pracovního nástroje i militaria. V jedné z kapitol jsou nabídnuty moţnosti desalinace kovových předmětů a obecně je věnována pozornost moţnostem konzervování - restaurování textilu. Třetí, praktická část je konzervátorskou - restaurátorskou zprávou k ošetřovanému předmětu. Klíčová slova: konzervování, restaurování, kov, sekyra, desalinace, ţelezo, koroze, textil
Annotation: This work deals with conservation - restoration process applied on an iron axe with fragments of textile and with a wider view of the object itself. In the theoretical part, which examines the history, is summarized the progress of development in manufacturing and production of iron from its beginnings to the High Middle Ages, focusing on our territory. Distribution of use of axes as a working tool and militaria followes. In one of its chapters, the work offers opportunities for desalination of metal objects and generally pays attention to the possibilities of conservation – restoration of textile. The third, practical part, is a conservational - restoration report of the treated subject. Keywords: conservation, restoration, metal, axe, desalination, iron, corrosion, textile
-4-
OBSAH: 1. ÚVOD…………………………………………………………………………………...7 2. VÝROBA ŢELEZA A ŢELEZNÝCH PŘEDMĚTŮ OD POČÁTKŮ DO VRCHOLNÉHO STŘEDOVĚKU…………….………………………………..…. 8 2.1. Výroba a zpracování ţeleza ve středověku…………………………………9 2.2. Suroviny uţívané při výrobě……………………………………………… 10 2.3. Úprava vytěţeného materiálu…………………………………………….. 12 2.3.1 Procesy při výrobě ţeleza………………………………………….. 13 2.4. Kovářství - výroba ţelezných předmětů ve středověku…………………. 15 2.5. Způsob výroby ţelezných předmětů……………………………………… 17 3. CO VÍME O HISTORII SEKYR…………………………………………………... 19 3.1. Sekyra jako účinná zbraň………………………………………………….22 3.2. Konstrukce a výroba bojových sekyr…………………………………….. 22 4. KONZERVOVÁNÍ - RESTAUROVÁNÍ ŢELEZNÝCH PŘEDMĚTŮ…………. 25 4.1. Vznik a průběh koroze…………………………………………...………...25 4.1.1. Rozdělení koroze dle druhu………………………………………..28 4.1.2. Rozdělení předmětů dle stupně poškození a vymezení konzervačního postupu……………………………………... 29 4.2. Odstraňování solí a korozních produktů z povrchu předmětu………….30 4.2.1. Desalinace a redukce……………………………………………… 30 5. KONZERVOVÁNÍ - RESTAUROVÁNÍ TEXTILU……………………………… 34 5.1. Rozdělení textilních vláken a vazby tkanin……………………………… 34 5.2. Čištění, praní a prací prostředky pouţívané při konzervování a restaurování tkanin………………………………………. 35 5.3. Mechanické a chemické čištění textilií…………………………………… 37 5.4. Skeletizace textilu………………………………………………………….. 38 5.5. Restaurování textilií……………………………………………………….. 39 6. RESTAUROVÁNÍ A KONZERVOVÁNÍ HISTORICKÉHO ARTEFAKTU - ŢELEZNÁ SEKYRA………………………………………………... 41 6.1. Označení archeologického nálezu………………………………………… 41 6.2. Analýza předmětu před konzervací……………………………………….41 6.3. Návrh konzervátorského postupu………………………………………... 41 -5-
6.4. Konzervátorský postup…………………………………………………….42 6.4.1. Fotodokumentace, nákres, váţení a měření historického artefaktu. 45 6.4.2. Dokumentace textilie……………………………………………... 48 6.4.3. RTG průzkum……………………………………………………... 50 6.4.4. Měření chloridových iontů………………………………………... 51 6.4.5. Zakrývání textilie před otryskáváním, váţení a měření předmětu... 54 6.4.6. Nanášení závěrečných ochranných vrstev…………………………55 6.5. Doporučené uloţení……………...…………………………………………58 7. ZÁVĚR………………………………………………………………………………. 60 8. SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY A INTERNETOVÝCH ZDROJŮ ZDROJŮ…………………………………………. 61
-6-
1. ÚVOD
Zbraně jsou jiţ odedávna součástí člověka, ať uţ je vyuţíval k lovu, obraně, v boji, či při domácích pracích, byly vţdy nedocenitelným pomocníkem v situacích, ve kterých bychom si těţko poradili holýma rukama. Nejinak je tomu i u sekyr. V dnešní době se tento nástroj vyskytuje téměř v kaţdé domácnosti a málokoho napadne přemýšlet o jeho historii, či jak vlastně vůbec vznikl. V konzervátorsko - restaurátorské činnosti je však historie právě to, co nás zajímá. Proto je jedním z cílů této práce, kromě klasického postupu ošetření historického artefaktu, nabídnout pohled do historie zpracování ţeleza, kovářské výroby a sekyr samotných. Vzhledem k tomu, ţe ţelezná sekyra, jejímţ konzervováním - restaurováním se tento text zabývá, má na sobě fragmenty látky, coţ ovlivňuje částečně volbu postupů ošetření, především pak prováděné desalinace, jsou v jedné z kapitol shrnuty různé moţnosti desalinací a dalších způsobů odstraňování produktů koroze z povrchu kovových předmětů. Zároveň je zde obecně nastíněno i ošetření textilií.
-7-
2. VÝROBA ŽELEZA A ŽELEZNÝCH PŘEDMĚTŮ OD POČÁTKŮ DO VRCHOLNÉHO STŘEDOVĚKU
Ţelezo je nejrozšířenější přechodný kovový prvek, druhý nejrozšířenější kov na Zemi a je hojně zastoupen i ve vesmíru. Jeho chemická značka Fe pochází z latinského názvu Ferrum. Tento kov má všestranné vyuţití, ať uţ samostatně či ve slitinách, s nezastupitelnou rolí i v mnoha sloučeninách jak organických a anorganických, tak i komplexních. Je také velmi významným biogenním prvkem. Co se týče vlastností, je ţelezo měkký, světle šedý aţ bílý, feromagnetický kov s malou odolností proti korozi. Feromagnetické vlastnosti má do teploty 768 °C - tzv. Curieův bod – při vyšších teplotách je ztrácí. Objev ţeleza jako víceúčelově vyuţitelné suroviny znamenal zásadní zlom v dějinách lidské civilizace. Postupem času dochází k rozvoji v oblasti zpracování ţeleza a začínají se z něj vyrábět i velmi sofistikované předměty. Počátky umění výroby ţeleza z rudy, související s praktikami metalurgie mědi a olova, spadají do oblasti Anatólie, severní Sýrie a pravděpodobně také do části Íránu. Ţelezné rudy se zprvu přidávaly jako struskotvorné přísady pro zpracování sirníkových měděných rud. Vznikající kapičky ţeleza, jako vedlejšího odpadového produktu, byly tamními výrobci identifikovány srovnáním s meteoritickým ţelezem jiţ 3000 let př. n. l. V tomto a v druhém tisíciletí př. n. l. vznikaly první ţelezářské pece, především na území přední Asie a Anatólie, kde se ţeleza vyuţívalo zejména pro zbraně a předměty mimořádného významu vyhrazené nejvyšším společenským vrstvám. Mimo uvedenou oblast se pak dostaly nejspíše jako dary. K oddělení výroby ţeleza jako samostatné technologie došlo ke konci 2. tis. př. n. l., kdy se kolem 12. - 11. st. př. n. l. objevuje kromě zbraní i zemědělské nářadí. Znalost výroby ţeleza se postupem času dostávala přes Středomoří, Makedonii a dnešní severní Jugoslávii aţ k východnímu podhůří Alp, odkud se dále volně šířila dále do Evropy. Ve střední Evropě známky znalosti zpracování ţeleza objevujeme okolo 8. st. př. n. l. Datace prvního nálezu ţelezného předmětu v Čechách zapadá do 12. století př. n. l., avšak samotná výroba ţeleza se zde objevuje aţ kolem poloviny posledního tisíciletí př. n. l. Zatím je ovšem velmi primitivního charakteru. Tavení rudy probíhalo buď v nízkých nadzemních šachtových píckách, nebo v prostých výhňových objektech. -8-
V návaznosti na výrobu dochází také k rozvoji kovodělných řemesel. Vedle šperkařství a slévačství přibylo nově i kovářství ţeleza, které s sebou přineslo i nové technologie zpracování kovů, z nichţ nejvýznamnějšími jsou kovářské svařování v ohni a cementování, které se uplatňovalo u předmětů vysoce mechanicky namáhaných. Opakovaným vyhříváním v dřevěném uhlí při teplotě 800 – 900°C byl kov opatřován vrstvičkou s vyšším obsahem uhlíku schopnou kalení. K masovému rozšíření ţelezných předmětů do téměř všech řemeslných i bojových činností dochází ve 4. st. př. n. l. následkem expanze keltského obyvatelstva do celé Evropy. V této době prováděli hutníci výrobu ţeleza ve dvou typech šachtových pecí redukcí oxidických rud, získávaných především formou povrchové těţby. U nás byl pouţíván typ východokeltský se zahloubenou nístějí. V 5. - 6. st. n. l. dochází k osídlení našeho území západo a východoslovanskými kmeny. Výroba ţelezných produktů jiţ probíhala v plně organizovaných hutích, které byly zakládány v blízkosti surovinových zdrojů za častého vyuţití typu vtesané ţelezářské pece. Pomalu se rozvíjel i obchod s ţeleznými polotovary (hřivnami) nebo jiţ hotovými výrobky. Později, v období Velkomoravské říše, tj. kolem 9. století našeho letopočtu se jiţ vyráběly nástroje k obrábění dřeva, motyky, rýče, kosáky, srpy, radlice. Celkově asi kolem 100 ţelezných výrobků. [1,2,3,4]
2.1. Výroba a zpracování železa ve středověku V 10. aţ 13. století pokračuje trend lokalizace výroby k surovinovým zdrojům. Hutnictví se stalo klíčovou sloţkou v soustavě raně středověké řemeslné výroby, a v této době jiţ na něm začal záviset pokrok mnoha oblastí tehdejšího hospodářství. Ještě ve 13. století bylo k tavení ţelezné rudy vyuţíváno vedle vyhřívacích výhní i jednoduchých šachtových redukčních pecí. Vzrůstající poţadavky na kvalitu a kvantitu ţelezných předmětů si vynutily zvýšenou produkci ţeleza, coţ vedlo k vyuţití různých typů pecí, dosahujících rozdílných výrobních kapacit. Na našem území se obvykle jednalo o tavicí pece opatřené nadzemními šachtami, byla vyuţívána také praţící zařízení a další pomocné výrobní objekty. Zapojení vodního kola jako pohonu metalurgických zařízení (měchy tavicích pecí, hamerské kladivo) umoţnilo zdokonalení výroby ţeleza i organizace práce. Tato technická -9-
inovace způsobila, ţe na počátku 14. st. n. l. začaly být budovány nové výrobní jednotky, hamry, situované blízko vodních toků. V souvislosti s technickým rozvojem a kvantitativním nárůstem výroby ţeleza v období vrcholného středověku docházelo postupně ke stále větší specializaci výrobců a dělbě práce. Do hutí byla dodávána ţelezná ruda, která se drtila ve stoupách, případně jinak upravovala, neţ byla pouţita jako vsádka do pece. V té se vyrábělo kujné ţelezo, jeţ bylo po kaţdé ukončené tavbě vylamováno z nístěje. Při tavicím procesu musel být zajištěn dostatečný příjem dřevěného uhlí, slouţícího jako palivo. Vyrobenou ţeleznou hroudu dále zpracovávalo hamerské kladivo. Pouţitím kombinace kování a ţhavení ve vyhřívacích pecích bylo dosaţeno dokonalejší homogenizace suroviny, vyjmuté z pece tavicí. Hrouda ţeleza se poté rozdělovala na menší kusy, vykovávané do základních tvarů, určených pro trh (šíny, štáfy). Hutnictví této doby dosahuje vysokého stupně rozvoje. Postupně dochází k oddělení těţby od zpracování rud a ve vlastním hutnictví ţeleza se začínají vyčleňovat specializované profese, zaměřené pouze na určité pracovní úkony. Pro hamry pracovali uhlíři, dodavatelé rudy i obchodníci tzv. ţelezníci, většinou usedlí ve městech, zajišťující obchod se ţelezem jako výsledným výrobním produktem. Na huti obstarávali provoz pece dýmači a jejich pomocníci. Šmelcíři odborně zajišťovali tavbu. Hamr obsluhoval hamerník s pomocníkem, zvaným puchýř. Koštýř pak zajišťoval polévání ţeleza vodou atd. Huti, kromě povinnosti odvádět roční nájem majiteli pozemku, většinou placený částečně v penězích a částečně v ţeleze, byla také udílena práva nezbytná pro její existenci, např. právo těţit rudu v určitém regionu, právo na stavební dřevo, povolení k uţívání vodní energie, případně bylo moţno získat zvláštní ustanovení zajišťující ekonomické zázemí jejich provozu např. právo na mlýn, na vaření piva pro zaměstnance, zřízení malého hospodářství přímo u huti apod. Ve 13. aţ 16. století v Čechách existovalo jiţ na 250 ţelezných hutí. [1,2,4]
2.2. Suroviny užívané při výrobě železa
Ţelezo se v přírodě vyskytuje poměrně hojně, ale jen výjimečně se na zemském povrchu vyskytuje v ryzím stavu. Proto jsou pro jeho výrobu vyuţívány ţelezné rudy. Pod obecným pojmem ruda se rozumí hornina o sloţení a chemické vazbě, která je vyhovující - 10 -
pro vyuţití v hutnictví. Místa soustředěného výskytu rudy nazýváme rudnými loţisky. Dělení rud dle vzniku rudných loţisek: magmatická hydrotermální ţilná sedimentární Dělení rud dle obsahu ţeleza: oxidické křemičitany uhličitany Rudy vyuţívané ve středověkém hutnictví: Hematit (krevel) Fe2O3 : snadno redukovatelná ruda, tmavě červené aţ ocelově šedé barvy. Je tvořena 40 – 65 % Fe a malým mnoţstvím dalších příměsí. Limonit (hnědel) Fe(OH)3 velmi snadno redukovatelná ruda, rezavé aţ hnědé barvy a různorodého sloţení, dosahující obsahu Fe 28 aţ 45 %. Ocelek (siderit) FeCO3 ruda ţlutého aţ našedivělého zabarvení. Po předchozím vypraţení za přístupu vzduchu je redukce sideritu poměrně snadná. Má obsah 25 aţ 40 % Fe, malé mnoţství manganu a fosforu. Magnetovec (magnetit) Fe3O4 : tato ruda je špatně redukovatelná, charakteristická svým černým zbarvením a magnetickými vlastnostmi. Obsah Fe je 55 aţ 68 %, s malým mnoţstvím dalších příměsí. [2]
- 11 -
Obr. 1 Hematit
Obr. 2 Limonit
Obr. 3 Ocelek
Obr. 4 Magnetovec[5]
2.3. Úprava vytěženého materiálu Neţ byla ruda připravena k redukci v ţelezářských zařízeních, procházela úpravami různého druhu. Prvním krokem bylo třídění rudy, které se provádělo s cílem odstranit ze získané horniny neţádoucí hlušinu (hlinité a kamenité sloţky). Probíhalo jak v místě těţby, tak po drcení na místě spotřeby. Drcení bylo prováděno před samotnou tavbou, přičemţ velikost drceného koncentrátu se pohybovala od velikosti lískového ořechu, aţ po velikost drceného štěrku. Před ním bývala surovina podrobena procesu praţení, kdy byla zahřívána za přístupu či nepřístupu vzduchu za účelem uvolnění uhlíku a síry z materiálu usnadnění redukovatelnosti a zlepšení drtitelnosti. Ţelezo se z rudy následně vyrábělo a stále vyrábí redukcí, ta je dělena na přímou a nepřímou. Přičemţ v nejstarších dobách byla pouţívána pouze výroba přímá za vyuţití šachtových pecí (obr. 5) Pro přiblíţení redukce ţeleza, vyuţívám popisu procesu ve vysoké peci (obr. 6), která sice pracuje na principu nepřímé redukce, probíhající chemické reakce, v části kde probíhá redukce přímá, jsou však totoţné. - 12 -
2.3.1 Procesy při výrobě ţeleza Do vysoké pece se zaváţí ţelezná ruda, koks a struskotvorné přísady, slouţící ke sníţení tavicí teploty hlušin a zároveň jako ochrana ţeleza, během vysokopecního procesu před zpětnou oxidací. V horní části pece je pod sazebnou předehřívána vsázka a vypařuje se z ní vlhkost. Klesáním do niţší části šachty s vyšší teplotou dochází ke kontaktu ţelezné rudy s procházejícími spalinami. Zde probíhá tzv. nepřímá redukce, kdy oxidy ţeleza obsaţené v rudě jsou redukovány oxidem uhelnatým ze spalin, a to v teplotním rozmezí mezi 400 a 1 000 °C. V niţších pásmech pece, kde se teplota pohybuje mezi 1 000 a 2 000 °C, má kov jiţ těstovitou aţ tekutou formu. Zde dochází k tzv. přímé redukci ještě neredukovaných oxidů ţeleza uhlíkem a k nauhličování taveniny. V surovém ţeleze je obsah uhlíku v rozmezí 3,5 aţ 4,5 %. Slitiny ţeleza s uhlíkem dělíme podle mnoţství uhlíku na oceli (do 2,1 % C), surové ţelezo a litiny (>2,14 % C). Pro studium rovnováhy mezi Fe a C jsou vyuţívány binární diagramy Fe-Fe3C (metastabilní soustava Fe a Fe3C – karbid ţeleza, cementit) a Fe-C (stabilní soustava Fe a C ve formě grafitu), (viz obr. 7). Roztavené ţelezo a struska se posléze shromaţďují na dně pece v nístěji. Odpichovým otvorem je roztavené ţelezo vypouštěno do pánví, pánvových vagónů nebo je odléváno do forem na tzv. housky. [2,5] Chemické vzorce pro průběh přímé a nepřímé redukce ve vysoké peci:
Přímá redukce:
Fe3O4 + 4 C → 3 Fe + 4 CO Fe2O3 + 3 C → 2 Fe + 3 CO FeO + C → Fe + CO
Nepřímá redukce:
3 Fe2O3 + CO → 2 Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO → 3 FeO + CO2 FeO + CO → Fe + CO2
- 13 -
Obr. 5 Šachtová pec – 11. století [3]
Obr. 6 Popis vysoké pece s redukčními zónami [5] - 14 -
Obr. 7 Metastabilní diagram Fe-Fe3C [5]
2.4. Kovářství - výroba železných předmětů ve středověku Upravená surovina připravená k dalšímu pouţívání putovala od hutníků a obchodníků ke kovářům, kteří prováděli vlastní výrobu ţelezných předmětů. Často překovávali i předměty opotřebované, rozbité či nepouţívané. Kovářství vrcholného středověku patřilo k tzv. silným městským řemeslům. Dle pracovního zaměření se dělilo na dílo: Bílé: zahrnovalo například výrobu nářadí či předmětů denní potřeby. Černé: patřily sem takové činnosti jako kování koní, výroba obručí, ţelezných součástí pluhů (radlice, krojidla), atd.
- 15 -
Obr. 8 Práce ve staré kovářské dílně - kalení. Podle R. Pleinera 1962 [3] Kovářská výroba probíhala především ve městech, na vesnicích a na šlechtických sídlech. Avšak v mladším historickém období velmi často i v hamrech, od čehoţ se postupem času částečně upouštělo. Na vesnicích pracovali především univerzální kováři vyrábějící široký sortiment zboţí, přičemţ se starali také o jeho údrţbu a opravu. Ve městech, kde byl rozsáhlý trţní okruh, docházelo ke specializaci, z níţ v rámci řemesel zpracovávajících ţelezo, vzešla nová, samostatná výrobní odvětví jako např. brníři, dráteníci, mečíři a noţíři. Během 14. – 15. st. se začali provozovatelé těchto řemesel sdruţovat v cechy. Kovárny byly umístěny většinou v samostatných sídelních jednotkách, nebo na menších plochách vymezených v rámci sídliště. Šlo o hlučné a dymné provozy, proto se situovaly na okraj měst nebo na předměstí. [1]
- 16 -
2.5. Způsob výroby železných předmětů Jak uţ bylo výše řečeno, k výrobě nových předmětů se vyuţívala buď surovina připravovaná v hutích, mající podobu pásů a tyčí nebo předměty jiţ nevyuţívané kvůli poškození, opotřebení či jinému znehodnocení. Kováři k transformaci ţeleza do finálního výrobku pouţívali mnoho různých nástrojů, jedná se o kovadliny, kleště různých velikostí s prohnutými čelistmi, průbojníky, sekáče, pilníky, nůţky na plech a především kladiva, jeţ se lišila nejen velikostí ale i svojí vahou. Ta se pohybovala od 1 do 15 kg. Těţká kladiva byla pouţívána k výrobě polotovarů, lehčí kladiva tzv. „ocasáky“ slouţila ke kování nářadí a nástrojů. Mezi další nezbytné příslušenství patřily dřevěné a koţené měchy, špalek slouţící pro umístění kovadliny nebo třeba koryto na vodu. Dá se předpokládat, ţe vybavení kováren bylo různorodé dle moţností a zaměření kováře. Ke vzniku finálního produktu docházelo za pomoci následujících činností: Utínání: oddělila se příslušná část základní suroviny. Pouţívalo se buď méně časté utínání rovné nebo častější šikmé, z jedné strany či oboustranně tj. shora sekáčkem a zespodu utínkou. Tato činnost není na finálním výrobku poznatelná. Pěchování: údery kladiva na konec výkovku docházelo ke zkracování délky a narůstání jeho průměru. Vznikaly tak např. hlavy nýtů a hřebů. Prodluţování/vytahování: údery nosu kladiva na podélnou osu
polotovaru
se výrobek prodluţoval a ztenčoval, přičemţ se postupovalo od středu ke krajům. Vzniklé příčné ţlábky byly poté kováním zahlazovány. Rozkovávání/rozšiřování: má opačný efekt neţ prodluţování. Nos kladiva byl přikládán rovnoběţně s osou předmětu a směrem od středu se zpracovávaná část rozšiřovala. Tohoto se vyuţívalo např. při výrobě plechů, či jako dělícího prvku na předmětech, jejichţ jednotlivé části měly různou funkci. Ostření/hrocení: Tato technika vycházela z principu vytahování. Byla pouţívána především ke tváření konců a krajů výrobků. Zahrocení slouţilo k lepšímu upevnění ţelezné části předmětů do násady. Mohlo mít ale i funkci specifickou, např. proráţecí, propichovací či probíjecí, nebo estetickou. Hrot měl obvykle plochý obdélný průřez, méně často čtvercový či kruhový. Ostření hran bylo prováděno u předmětů, jejichţ pracovní části slouţily k řezání nebo sekání. - 17 -
Výrobky, jejichţ hrot nebo ostří bylo opakovaným pouţíváním ve zvýšené míře namáháno, procházely speciálními technologickými úpravami (např. popouštění, nakovávání pevnějšího materiálu, kalení). Odsazování: jednalo se o změnu tvaru za účelem odsazení jedné části výrobku od druhé. Rozštěpování/štěpení: rozdělení výkovku na poţadovaný počet dílů, pomocí prořezávacích kladiv a sekáčů. Vyuţívalo se k vykování členitého tvaru výrobku, jehoţ jednotlivé části byly vyhnuty do různých směrů. Postup směřoval od konců k patám ramen, při čemţ bylo vyuţíváno i vnitřní pnutí ţeleza pro snadnější manipulaci
s
materiálem.
Následovalo
vyhnutí
rozštěpených
částí
do
poţadovaného tvaru. Probíjení/proráţení/děrování/vrtání: perforování materiálu bylo prováděno na otvoru v kovadlině, a to především u těch předmětů, jeţ měly být následně spojeny s jiným materiálem. Probíhalo za studena, např. děrování plechu, či za tepla - šlo spíše o probíjení silnějších plátů či bloků, za pomoci kladiva a průbojníku. Tímto docházelo k typickému vyhnutí spodní plochy ţeleza kolem otvoru v důsledku kolmého tlaku průbojníku na ţelezo. Perforace měly různý tvar např. čtvercový, kruhový nebo obdélníkový. Otvory mohly být také vyvrtávány. Tordování/zkrucování: jeden konec ţeleza se pevně uchytil a druhým bylo otáčeno ve směru jeho podélné osy. Docházelo k vnitřnímu pnutí kovu, které se odstranilo novým zahřátím a pozvolným chlazením zpracovávaného předmětu. Tordování bylo prováděno nejen za účelem zvýšení estetiky výrobků, ale i z důvodů funkčních např. zpevnění proti ohybu. Zkrucovány byly většinou jen části předmětů, výjimečně i předměty celé. Rovnání a hlazení: nepříliš ohřátý povrch byl opracováván jemnými údery kladiva. Ohýbání: v místě ohybu se předmět mírně napěchoval. Osa předmětu měnila pomocí kladiva a pomocných výrobních nástrojů svůj směr. Jednotlivé části byly ohýbány do úhlu (za pouţití hrany kovadliny a kladiva), oblouku (pomocí oblé podloţky či kuţelovitého trnu na kovadlině) nebo mohly být svinovány, tj. stáčení rozkovaného kovu (tulej sekyry, viz. obr. 8). Kovářské svařování: Vyuţívalo jedné z nejdůleţitějších vlastností ţeleza, a to moţnosti spojování částí kovu v jeden kus za tepla. Svařované kusy se nejprve - 18 -
dostatečně nahřály a po té se prokovováním napevno spojily. Při tom se pouţíval svařovací prostředek. Dle druhu ţeleza to mohl být jemný křemitý písek, ţelezné piliny apod. Svařovány mohly být části předmětů ze stejnorodého kovu, a to propojením obou konců stejného předmětu (krouţky) nebo spojením dvou částí analogické struktury v jeden kus. Čehoţ se vyuţívalo jak při výrobě nových předmětů tak při opravě poškozeného nářadí. Mezi další druhy spojování za tepla patřilo sváření paketů, kdy větší výrobky
byly
zhotoveny
svařováním
menších
částí.
Dále
spojování
nehomogenních kovů. Kaţdý kov musel být zvlášť nahřán na vlastní svářecí teplotu a teprve poté se svářely do poţadovaného tvaru. Kalení a popouštění: kalením se dodávala tvrdost oceli, buď pouze povrchová, nebo v celém průřezu výkovku. Předmět byl ohříván na příslušnou teplotu a následně různě rychle - vţdy však poměrně prudce - ochlazen (ve vodě, v oleji apod.). Popouštění je opakem kalení. Při tomto postupu byl ohřátý výkovek podroben velmi pomalému chladnutí na vzduchu, a tak se ocel stávala méně tvrdou, pruţnější a kujnější. (viz obr. 8) Broušení: uţíváním se ostří nástrojů a zbraní tupilo, proto bylo nutné je brousit. Pouţívány byly pilníky a brousky, někdy i rotační brusné kotouče. [1]
3. CO VÍME O HISTORII SEKYR
Sekyra je obecně definována jako „ruční nástroj s klínovitou čepelí, určenou k sekání, osekávání a štípání dřeva, na rozsekávání masa apod.“ Etnografické bádání v oblasti dřevoobráběcích a stavebních řemesel ji definuje jako „základní nástroj dřevařů, uţívaný při štípání a hrubém tvarování surovin“ a zároveň rozlišuje jednotlivé druhy tesařských seker dle názvosloví a funkčních odlišností. Z historického hlediska je však situace sloţitější. Středověká sekyra (viz obr. ) představuje nástroj všeobecného pouţití, lze ji tedy zařadit k řemeslnickým výrobkům mezi předměty z vybavení domácnosti a tvoří také nedílnou součást militarií, u nichţ není na základě dosavadních vědomostí moţné vţdy odlišit čistě jednoúčelové
- 19 -
exempláře od univerzálních nástrojů. Ačkoli kaţdá sekyra mohla být pouţita jako účinná zbraň, v rámci morfologického hlediska jsou vyčleňovány do samostatné podskupiny tzv. bojové sekyry, pro něţ jsou uváděna určitá specifika - např. velikost násadního otvoru, tvar ostří apod., přičemţ je stále poukazováno na obtíţnost jejich rozlišení od nástrojů řemeslných. Bojové sekyry zdomácněly ve výzbroji rytířů především ve 13. století. A jednalo se o specializované zbraně. Pouţívaly se sekyry různých tvarů i profilu ostří, štíhlé, úzké, ale i široké, srpovitě prohnuté, symetrické i asymetrických tvarů. Sekyra mohla mít v týlu kulaté oko, nebo mohla být naopak opatřena malým kladívkem atd. V některých případech přecházely v delší špičatý týl, jenţ poněkud vyvaţoval váhu ostří a díky tomu se dala taková sekyra pouţívat oboustranně. Mezi militaria lze jednoznačně zařadit také tzv. sekyry vrhací (viz obr. 16). Dále se objevují malé a obratné sekyry jednoruční (určené spíše do páru ke štítu) i dlouhé obouruční, vhodné i k boji s jezdci či v šiku pěchoty. Z archeologických nálezů známe bohuţel jen samotné sekyry, protoţe dřevěná topora se nám zpravidla nedochovala. Jejich délku tedy můţeme posuzovat pouze z písemných, ale častěji jen ikonografických pramenů. Naprostá většina z nich je sice cizího původu, dá se však předpokládat, ţe situace u nás v 11-12.st. uţ byla obdobná Západní Evropě. Většina zobrazovaných obouručních seker na výjevech z 11-12.st. má toporo délky přibliţně od jednoho metru aţ po hruď bojovníka,bývali tedy stejně dlouhé jako meč (viz obr. 9).
Obr. 9 Obouruční sekery. Aberden Bestiary - 12.st. [15] - 20 -
Ve většině bojových scén, jeţ jsou na iluminacích zachyceny, jezdec ovládá sekeru obouručně a jako výsledek bitky bývají rozťaté štíty, ochranné odění i těţké přilby. Sekyry byly svou pádností vynikající zbraní pro boj zblízka, zvláště v tlačenici jezdců. Jejich nevýhodou ovšem bylo, ţe na rozdíl od meče se jimi daly rány pouze zasazovat, nikoli uţ ale odráţet. [1,13,15] Vedle výše popsaných "klasických" obouručních sekyr, které se v ikonografii objevují poměrně často, nacházíme na výjevech z 12.st. také zvláštní sekyry na opravdu dlouhých násadách, odpovídajících svými rozměry délkám ratišť kopí pěšáků. Jedná se tedy jiţ o tzv. dřevcové zbraně. Základní dřevcovou zbraní raného středověku však bylo kopí a tyto sekyry na dlouhém ratišti, coby předchůdce pozdějších halaparten, nacházíme ještě na výjevech z tohoto období jen poměrně vzácně. Tvary těchto sekyr mohou být různé - obvykle jde o srpovitě prohnuté nevelké sekyry opatřené někdy na opačném konci malým kladívkem. V rukopisu Petra de Ebulo můţeme najít velmi "moderní" sekeru opatřenou i bodcem v ose ratiště. Jde však o naprosto unikátní výjev, který nemá v soudobé ikonografii analogii. [15]
Obr. 10 Obouruční sekery v rukou bojovníků, kteří klestí vojsku cestu lesem. Petr de Ebulo - 12.st. [15]
- 21 -
3.1. Sekyra jako účinná zbraň Sekyra v sobě spojovala neocenitelnou schopnost vést sečné i drtivé údery. Úder sekyrou (oběma konci) dokázal nejen lámat a drtit kosti jako kyj, ale ostří také váţně poškozovalo i poměrně kvalitní těţkou zbroj nebo přilbu. To bylo dáno tím, ţe ostří sekyry je kratší neţ ostří meče a naopak těţiště je posunuto výrazně ke konci zbraně - to dává úderu velkou razanci a zároveň se veškerá síla úderu soustředí do poměrně úzkého místa, kde působí škodu. Sekyra se sice díky svému těţišti ovládá o něco hůř neţ meč (zvláště těţší typy) a dají se jí jen velmi omezeně krýt údery protivníka, tento problém ovšem zpravidla řešil, u jednoručních typů, štít. [15]
Obr. 11 Tapiserie s vyobrazením bitvy (vpravo sekera s dlouhou násadou)
3.2. Konstrukce a výroba bojových sekyr Výroba bojových sekyr, narozdíl od mečů, nevyţadovala vysloveně náročné specializované řemeslníky - stejně jako běţné sekyry uţívané v domácnostech, dřevorubci nebo tesaři, je dokázal vykovat kaţdý zkušenější kovář. V raném středověku se pouţívala technika s kaleným ocelovým břitem navařeným na měkčí a méně kvalitní jádro. Nevelký klínek ocelového břitu se vkládal do rozštěpu jádra a následně se s ním kovářsky svařil skoval. (viz obr. 12) Jiný postup vypadal tak, ţe se celá sekyra vytvořila přehnutím jádra - tím vzniklo jednak oko pro usazení topora a jednak mezi dvěma díly přehnutého jádra dostatečný prostor k usazení kvalitního kaleného ocelového břitu, který někdy dosahoval téměř aţ k toporu. Coţ oproti předchozímu postupu nepředstavovalo tak velkou úsporu cenného materiálu břitu, ale sekyra byla o něco pevnější a i při postupném odbroušení ostří byla stále stejně funkční. Tyto postupy výroby umoţnily šetřit drahou kvalitní ocelí jen - 22 -
na nezbytné funkční plochy nástroje či zbraně - na ostří, kdeţto na zbytku sekery mohla být pouţita méně kvalitní a levnější ocel, aniţ by to mělo vliv na funkci. Topora se na staré raně středověké slovanské sekery nasazovala obráceně, tak jako třeba násada na motyku či moderní krumpáč. Celé toporo bylo prostrčeno okem (viz obr. 13) a jeho rozšířený konec vpředu zabraňoval sesmeknutí při nápřahu a úderu. Vedle těchto typů násad se však objevují v nálezech i v ikonografii sekyry nasazované na toporo "klasickým" způsobem zepředu a zajištěné kovovým či dřevěným klínkem. Topora se dělala z různých materiálů - např. dubová, jak dokládají dochované zbytky dřeva uvnitř ok některých nalezených sekyr.[15]
Obr. 12 patrný svar vnějšího pláště a ocelového jádra vsazeného dovnitř sekery [15]
Obr. 13 Popis středověké sekyry - nález ze Sezimova Ústí [1] - 23 -
Obr. 14 Široká válečná sekera na ratišti dlouhém okolo 1m, obouruční ovládání[18]
Obr. 15 Bojová sekyra se špičatým týlem[17]
Obr. 16 Vrhací sekyra[16]
Obr. 17 Různé tvary sekyr uţívané vikingy[19]
- 24 -
4. KONZERVOVÁNÍ – RESTAUROVÁNÍ ŽELEZNÝCH PŘEDMĚTŮ
Člověk se s kovy setkával jiţ v dávných dobách, jelikoţ byly a do dnes jsou nezbytnou součástí lidské činnosti a existence. Ţelezo, stejně jako kaţdý jiný kov patří do skupiny anorganických materiálů. Spolu s ocelí a litinou jsou označovány jako tzv. ţelezné kovy (v jiných zdrojích můţou být také uváděny jako tzv. kovy černé [6]). Tyto ţelezné kovy mají široké vyuţití ať uţ v umění, architektuře, průmyslu či v lidových řemeslech. Jejich nevýhodou však je, ţe snadno podléhají korozi, odtud tedy pramení potřeba korozi odstraňovat a předměty konzervovat.
4.1. Vznik a průběh koroze
Pod pojmem koroze rozumíme fyzikálně - chemický proces, vedoucí k neţádoucí přeměně kovu na korozní produkty - nejčastěji jeho oxidací. Jde o narušování materiálu v důsledku reakce s prostředím, ve kterém se nachází, coţ vede ke změně nebo ztrátě jeho původních vlastností. Korozi rozlišujeme podle prostředí na atmosférickou, půdní, ve vodách či ve styku se stavebními hmotami. Vzhledem k tomu, ţe předmětem práce je konzervace archeologického nálezu, je dále věnována pozornost pouze půdní korozi. Ve všech případech je koroze podmíněna především působením vlhkosti, resp. vody a kyslíku a dalších sloţek z prostředí, tzv. stimulátorů koroze, jakými jsou např. agresivní plyny ve vzduchu (oxid siřičitý (SO2), sulfan (H2S)), soli obsaţené v půdě a mořské vodě, či nevhodné pH. Je totiţ prokázáno, ţe v suchém prostředí bez přítomnosti solí a jejich elektrolytů prakticky ke koroznímu narušování nedochází. Sloţení atmosféry i půdy má vliv na průběh a rychlost koroze. Důleţitou roli při poškozování kovů sehrává také chemické sloţení materiálu a technologie jeho výroby. Přirozenou snahou ţelezných kovů je přeměna na chemicky stálé formy svých sloučenin s minimálním obsahem vnitřní energie. Materiál má tedy tendenci přecházet do energeticky výhodnějšího stavu. Tento přirozený proces přechodu kovů, v krystalické, ale i amorfní minerály, začíná na povrchu. Neočištěný povrch je proto vţdy pokryt produkty koroze, přičemţ tloušťka jejích vrstev je závislá na podmínkách, ve kterých vzniká. Můţe kolísat od setin po několik milimetrů, avšak u archeologických předmětů - 25 -
není výjimkou ani úplná přeměna kovu v produkty koroze. Produkty korozních vrstev mohou mít odlišné chemické sloţení a zbarvení, které je opět způsobeno sloţením půdy a přítomností různých reakčních sloţek. Chemický mechanismus koroze probíhá bez přítomnosti elektrického proudu, za vzájemného působení kovu a korozního prostředí. Nejčastěji se jedná o oxidaci kovu působením vzdušného kyslíku (dále v neelektrolytech, suchých plynech, zahříváním) za vyšších teplot. Při této reakci probíhá několik dílčích procesů, jejichţ důsledkem je vznik korozních produktů (oxidů) na povrchu kovu. Podle charakteru korozních produktů dochází při oxidaci k difúzi částic kovu (iontů) na povrch této vrstvy a současně k difúzi kyslíku vrstvou korozních produktů na povrch kovu. Rychlost oxidace je určována rychlostí těchto difúzních procesů. V běţných přírodních podmínkách, a za přítomnosti elektrolytu (voda, vodivé sloţky v atmosféře a půdě) dochází k rozrušování kovů, které mají různý elektrický potenciál. Vzniká elektrický proud měnící se v teplo. Toto nazýváme mechanismem elektrochemickým. Výsledkem Elektrochemické koroze je vznik dvou dílčích reakcí, oxidační a redukční. Oxidační reakce: při působení elektrolytů přechází kationy kovu do roztoku, přičemţ elektrony zůstávají v kovu a nabíjejí ho záporně (polarizace kovu). Všeobecně lze popsat rovnicí: M → M+n + eFe → Fe2+ + 2eRedukční reakce: probíhá v opačném směru neţ reakce oxidační. Její průběh je různý a závisí na pH prostředí a na přítomnosti kyslíku nebo jiné oxidační sloţky. Za nepřítomnosti kyslíku dochází, vlivem elektronů uvolněných při reakci, k redukci vodíkových iontů na plynný (elementární) vodík: 2H+ + 2e → 2H → H2 Vzniklé minerály můţeme rozdělit dle zbarvení: Červenohnědé nárůsty: bývá do nich vtmelen písek a mnohdy i malé kamínky. Většinou je tvoří oxidy a uhličitany ţeleza, např. oxid-hydroxidy trojmocného ţeleza Fe3+ Fe(O)OH jako jsou červenohnědý geotit, oranţový lepidokrocit
- 26 -
či amorfní limonit. Dále siderit (FeCO3) s uhličitanem vápenatým (CaCO3), tmavoţlutý jarosit (NaFe3(OH)6(SO4)2)-síran trojmocného ţeleza. Jasně oranţové nárůsty: za přítomnosti chloridových iontů vzniká akaganeit (ß - FeOOH), jenţ má krystalickou strukturu. Nárustáním krystalů jsou trhány vnější korozní vrstvy a vzniklé praskliny jsou opět zaplňovány akaganeitem, který časem přechází na geotit za uvolňování chloridových iontů. Ty následně vstupují do dalšího korozního procesu. Cihlově červená vrstva: Při zahřívání nad 200 °C vzniká hematit (α - Fe2O3), jenţ je účinnou ochranou proti další korozi a můţe být důkazem předchozího působení ohně na ţelezný předmět. Černé zabarvení: v místech bez přístupu vzduchu bývají přítomny anaerobní bakterie, které metabolicky přeměňují sírany na sulfidy. Reakcí sulfidových iontu s dvojmocným ţelezem Fe2+ vzniká černý sulfid ţeleza (FeS), jeho povrch můţe být tvrdý a lesklý ale i houbovitý. Kompaktní vrstva můţe zpomalovat korozi. Metabolická přeměna síranů na sulfidy:
SO42- + 4 H2 → [S2-] + 4 H2O
Ve spodních korozních vrstvách, většinou pod hnědooranţovými oxidy ţeleza se nachází také černý magnetit (Fe3O4). Hydratovaný magnetit (Fe3O4 . H2O) má pak barvu zelenou. Světle modré aţ modročerné zbarvení: ve vlhkém prostředí obsahujícím organické látky vzniká rovnoměrná vrstva fosfátu ţeleza Fe2+, tzv. vivianitu (Fe3(PO4)2.8H2O), můţe se vyskytovat i v podobě lokálních malých skvrn. Poměrně dobře chrání proti další korozi. Amorfní vrstva: vzniká při korozi v mořské vodě. Jedná se o masy ţelezných konkrecí obsahující korozní produkty ţeleza, uhličitan vápenatý i kousky kamenů. Amorfní vrstva je velmi tvrdá a těţko odlomitelná. V této krustě bývají nejlépe uchovány zbytky organických materiálů nebo různých neţelezných kovů.
Průzkum korozních produktů, na jehoţ základě stanovujeme rozsah a příčiny poškození včetně zjištění přítomnosti dalších materiálů a stanovení rozsahu jejich odstranění, je jednou ze základních činností konzervátorského procesu. Důleţité je určit - 27 -
hranici původního tvaru a topografie předmětu v rámci korozních vrstev. Obecně je za „původní“ (netvoří ho jiţ vlastní kov ale korozní produkty) povrch povaţována zóna korozních vrstev leţící pod vnějšími krustami obsahujícími zrnka písku, zbytky půdy apod. V případě nedostatečně zachovalého jádra by měl být znakem pro ukončení čistícího procesu také dobře identifikovatelný černý magnetit. 4.1.1. Rozdělení koroze dle rozsahu poškození Probíhá-li koroze po celé ploše předmětu, nazýváme ji rovnoměrná koroze. Pokud se však na poškozeném předmětu objevují vedle zkorodovaných míst i místa bez jakéhokoliv viditelného či vnitřního napadení, nazýváme toto korozí nerovnoměrnou, patří sem: Bodová/důlková koroze (pitting): jedná se o lokální formu koroze, kdy na povrchu kovu vznikají otvory či důlky (viz obr. 18). Ty jsou vyplněny koncentrovaným roztokem s obsahem chloridů o nízkém pH, který překrývá tvrdá krusta nerozpustného trojmocného hydrolyzátu. Dochází tak k perforaci kovu, přičemţ váhový úbytek způsobený korozí je spíše minimální oproti ostatním druhům. V případě archeologických ţelezných nálezů se jedná o nejčastější typ koroze Selektivní koroze: postihuje slitiny kovů, kdy napadá jen jednu fázi slitiny, např. odzinkování mosazí Mezikrystalická koroze: dochází k napadení rozhraní mezi jednotlivými krystaly. bez hmotnostního úbytku či pozorovatelné vzhledové změny (viz obr. 19). Takto napadený materiál však ztrácí své mechanické vlastnosti (pevnost, houţevnatost) z důvodu ztráty vzájemné soudrţnosti zrn. a můţe dojít aţ k jeho úplnému rozkladu Transkrystalová koroze: v účincích je velmi podobná korozi mezikrystalické, místo po hranicích však prostupuje napříč a do hloubky zrn.
- 28 -
Obr. 18 Bodová/důlková koroze [10]
Obr. 19 Mezikrystalická koroze [11]
4.1.2. Rozdělení předmětů dle stupně poškození a vymezení konzervačního postupu Před samotným konzervačním zásahem je důleţitá správná volba pracovního postupu zaloţená na dobré znalosti skutečného stavu předmětu. K tomu jsou vyuţívány různé metody více či méně technicky náročné, např. rentgenografie, gamaskopie, neutronografie aj. Z těch jednodušších je to pak vyuţití magnetu, jehel, pilníčků, vrtáčků atd. Stupeň zachovalosti předmětu pak určuje další konzervační postup. Tyto stupně dělíme na: Předměty s dostatečně zachovalým kovovým jádrem: dobře zachovalé předměty, jeţ pokrývá jen slabší vrstva korozních zplodin. Jsou mechanicky, chemicky či elektrochemicky čištěny a následně povrchově upravovány pasivací a konzervovány. Předměty bez kovového jádra nebo s jádrem nepatrným: podlehly korozi buď zcela, nebo z větší části. Toto se týká především archeologických nálezů. Povrch předmětu tvoří silné deformující vrstvy, obvykle spojené s minerálními inkrustacemi. Tyto vrstvy se opatrně mechanicky odstraní a následně je předmět deionizován, čímţ dochází k extrakci Cl-,popř. redukci korozních vrstev. Kovové předměty spojené s jiným materiálem: mezi tyto patří předměty v kombinaci např. s jiným kovem, dřevem, kamenem, kostí, kůţí, rohovinou, textilem apod. Zachovalost těchto typů materiálu se můţe pohybovat od nepatrné koroze aţ po silné vrstvy rzi. Pokud lze provést demontáţ, zpracovává se kaţdý druh materiálu samostatně. V opačném případě je volena technika, která je šetrná vůči nejcitlivějšímu materiálu (např. textil). [8] - 29 -
4.2. Odstraňování solí a korozních produktů z povrchu předmětu Produkty koroze často mění vnější vzhled a ztěţují nebo úplně znemoţňují řádné prostudování napadených předmětů. I v případě příznivých podmínek uloţení nelze procesu koroze zcela zabránit, a ta se postupem času rozvíjí. Důvodem je termodynamická nestabilita ţeleza v běţném prostředí. Při procesu koroze vznikají kromě jiného mnohé soli, které jsou hygroskopické. Jejich pórovité oxidové a hydroxidové vrstvy sorbují vodu ze vzduchu, čímţ ničivý proces dále rozvíjejí. Přítomnost solí a korozních produktů při konzervování předmětů uloţených v muzejních sbírkách proto nelze tolerovat. Jejich odstranění se tak stává součástí konzervování a restaurování výrobků z černého kovu.
4.2.1. Desalinace a redukce Volbě konzervační metody, závislé především na stupni poškození předmětu, předchází předběţné odstranění povrchových nečistot (hlína, písek, prach). V případě nízkého stupně zkorodování je volena cesta úplného odstranění rzi a v ní obsaţených agresivních iontů, a to buď mechanickou, nebo chemickou cestou (kartáčováním, pískováním apod.). To vše za předpokladu, ţe nedojde k narušení kovového základu. Poté následuje konzervace čistého kovu. Pokud je však předmět ve značně zkorodovaném stavu, vedl by tento postup ke ztrátě informací o jeho původním tvaru a mohlo by dojít i k rozpadu materiálu. Proto je nutné korozní produkty na předmětu zachovat, ale zbavit je korozně agresivních anionů, jako jsou především chloridy, sírany, ale i jiné soli. Toto se provádí vymýváním, tzv. desalinací. [6,7,8] Desalinace je časově náročný proces vymývání rozpustných solí, nesoucí sebou riziko opětovného korozního napadení. Nedá se na ni tedy vţdy stoprocentně spolehnout. Rychlost tohoto procesu je řízena difúzními zákony. Difúzní koeficienty jsou ale závislé na vlastnostech vrstvy korozních produktů a jejich záměrného ovlivnění. V současné době se nejvíce vyuţívají tyto druhy desalinací: Siřičitanová desalinace: původně byla tato metoda vyvinuta pro archeologické nálezy vyzdvihnuté z mořské vody. U této metody, kdy je předmět vloţen do alkalického prostředí hydroxidu sodného a siřičitanu sodného, dochází - 30 -
k vyluhování chloridových iontů vázaných v akagenitu (viz str. 28 ). Výhodou tohoto postupu je, ţe během poměrně dlouhé doby desalinace (minimálně 6 měsíců) nedochází k druhotné korozi a zároveň se částečně redukují korozní vrstvy a rozvolňují se. To vede ke kvalitnější desalinaci a jednoduššímu následnému čištění. Největšího účinku dosahuje tato metoda u nálezů čerstvě vyzdvihnutých ze země. Účinnost totiţ prokazatelně klesá po vyschnutí předmětu na vzduchu. Proto jsou předměty vkládány do lázně ještě neočištěné. Nevýhodou však je, ţe můţe dojít k poškození zbytků organických materiálů, také dochází k částečnému tmavnutí materiálu v důsledku tvorby magnetitu (Fe3O4), kdy se Fe3+ redukuje na Fe2+. Navíc se zbytky lázně v předmětu stávají po dlouhodobějším působení vzdušného kyslíku a CO2 korozivními:
Na2SO3 + ½ O2 → Na2SO4 NaOH + CO2 → NaHCO3
Mezi další nevýhody patří při desalinaci vznikající síran, jenţ je známý korozivní agens pro ţelezo. Ačkoliv síranový anion je moţné deaktivovat ve formě nerozpustného síranu barnatého, ten uţ není moţné z předmětu odstranit. [7] Deionizace v destilované vodě: jedná se o nejjednodušší a nejméně nákladný způsob desalinace, který spočívá v opakovaném vyluhování v destilované vodě za zvýšené teploty (viz str. 44, prac. postup). Další nespornou výhodou tohoto postupu je, ţe nedochází k poškození organických materiálů, které chceme zachovat. [8] Desalinace hydroxidem lithným: v alkalickém prostředí přecházejí chloridy ţeleza na hydroxid. Vznikající chlorid lithný je dobře rozpustný v ethanolu a dá se odstranit několikanásobným promytím vody. Nejprve povrch předmětu zbavíme vody pomocí methanolu či isopropanolu, pak se povrch ošetří 2% roztokem hydroxidu lithného ve směsi ethanolu, methanolu a isopropanolu. [6] Elektrochemická desalinace: velmi účinná metoda, kdy její princip spočívá v přechodu agresivních iontů z katodického prostoru na anodu. Jako elektrolyt slouţí 2 – 3 % roztok NaOH a KOH, nejčastěji ale destilovaná voda. Ţelezný předmět s kovovým jádrem se připojí k zápornému pólu zdroje napětí (katoda), jako anoda slouţí platinová nebo ţelezná deska. Pokud ţelezné předměty tvoří uţ jen produkty koroze (nemají kovové jádro), jsou elektricky nevodivé, není tato metoda desalinace příliš vhodná. Elektrochemická desalinace probíhá při napětí - 31 -
2-12V, při proudové hustotě 2-10 A/dm2. Během tohoto procesu je nezbytná kaţdodenní výměna elektrolytu, a to do doby, neţ je naměřena nulová hodnota elektrického proudu a zkouška na přítomné chloridy se jeví jako negativní. K měření chloridů je vyuţívána např. zkouška titrace AgNO3. Pokud jsou v odebraném vzorku elektrolytického roztoku přítomny chloridy, tvoří s titračním roztokem bílou sraţeninu AgCl, dle reakce: Ag+ + Cl- + NO3- → AgCl(s) + NO3Po skončení procesu se předmět důkladně opláchne od hydroxidu, promývá se 1-5 % inhibujícím roztokem chromanu, vysuší se a konzervuje voskem nebo polymerními směsmi, obsahujícími inhibitor koroze. Nevýhodou této metody je její zdlouhavost a náročnost na zařízení. [6,8] Redukce v nízkoteplotním plynovém plazmatu: plazma obsahuje značné mnoţství chemicky aktivních iontů, radikálů, atomů a molekul ve vzbuzeném stavu. V ČR se provádí plazmatická redukce pomocí směsi H2 a Ar, plazma je buzeno ve vakuu pomocí vysokofrekvenčního výboje, přičemţ pracovní teplota se obvykle pohybuje v rozmezí do 200 °C. Touto metodou mohou být účinně redukovány i objekty z úplně nebo téměř úplně zkorodovaného ţeleza. Pouţívá se i pro silně zoxidované archeologické předměty ze ţeleza kombinované s různými druhy kovů. [6] V literatuře můţeme najít také další způsoby odstraňování solí a produktů koroze. Tyto postupy u nás ale nejsou příliš pouţívány. Desalinace hydroxidem sodným: pouţívá se u nálezů z moře. Má schopnost výborně pronikat do hloubky. Je však nutné předmět dlouhodobě a důkladně promývat, aby byly odstraněny i poslední zbytky alkálie. Místo NaOH můţe být pouţit i méně účinný uhličitan sodný. U nás tato metoda nemá příliš uplatnění.[6] Zinková pasta: vyuţívá se v případě, ţe je potřeba z povrchu ţelezného předmětu odstranit jednotlivá loţiska koroze. Jde o pastu ze zinkového prášku a 15 % roztoku NaOH zahuštěného např. směsí z PVAlk (polyvinylalkoholová disperze) s Chelatonem 3 a glycerinu, jakoţto antiadheziva. Přítomné mnoţství Chelatonu 3 ovlivňuje čistící schopnost směsi. Směsi na bázi PVAlk mají značnou viskozitu, - 32 -
proto se neroztékají po povrchu, ale zůstanou v místě kontaktu. Difúze mezi předmětem a viskózní hmotou je zpomalena, coţ umoţňuje snímat dostatečně tenké vrstvy produktů koroze. Také mohou být pouţívány směsi na bázi PVAc (polyvinylacetát), do kterých je přidávána kyselina orthofosforečná a tannin. Tento způsob kov očišťuje, ale zároveň i konzervuje jeho povrch. Na ošetřovaném povrchu se po odpaření vody vytvoří elastický film. Ten je z povrchu kovu odstraněn společně s rozpuštěnými produkty koroze. [6] Filmotvorné polymery: jsou pouţívány k odstraňování vrstev solných a oxidických produktů z povrchu ţeleza. Těmito polyelektrolyty jsou kopolymery akrylové a vinylové řady obsahující karboxylovou skupinu. Po nanesení na zkorodovaný povrch působí pouze na vrstvy v bezprostředním styku s viskózní hmotou polymerního elektrolytu. V podstatě zde nedochází k jakýmkoliv projevům difúze. Po odpaření rozpouštědla je vzniklý film sejmut společně s produkty reakce karboxylových skupin kopolymeru se solemi kovů a vápníku přítomných na povrchu kovu. Pro usnadnění odstranění filmu se do polymerních roztoků přidávají antiadhezivní přídavky jako např. glycerin, ethylenglykol aj. Kyselé formy elektrolytů mají v roztoku pH okolo 3. Proto jsou převáděny na soli odpovídajících kyselin (akrylát, methakrylát, maleináty draselné, sodné a amonné), aby nedošlo k váţnému poškození kovového artefaktu. Ty mají okolo 4,5 – 5,5 pH a s čistým kovem nereagují. [6] Při průzkumu korozních vrstev obvykle narazíme na zbytky organických materiálů (např. dřevo, textil, useň, kost). Dříve bývalo zvykem tyto materiály odstraňovat společně s produkty koroze. Dnes uţ ale víme, ţe mají, tak jako předmět samotný, důleţitou výpovědní hodnotu, a proto se je snaţíme zachovávat v co nejvyšší míře. Jelikoţ na ošetřovaném předmětu byli dochovány zbytky textilu (i kdyţ se jedná o zmineralizovanou formu), je další kapitola ve stručnosti věnována základním druhům konzervace textilií.
- 33 -
5. KONZERVOVÁNÍ – RESTAUROVÁNÍ TEXTILU
Slovo „textil“ pochází z latinského slova „textum“ neboli tkanina a je označením pro textilní suroviny, textilní výrobky či díla, textilní výrobu nebo textilní tvorbu. Ošetřování archeologických textilií patří mezi poměrně náročné úkony. Jedná se o organický materiál podléhající stárnutí a snad nejvíce vystavený působení biologických škůdců. Jejich konzervování resp. restaurování je obtíţné a v kaţdém jednotlivém případě individuální, s cílem zachovat strukturu, barvu a elasticitu textilie. To ovšem s ohledem na způsob zhotovení, stupeň poškození a povahu nečistot není vţdy zcela moţné. Tkaniny se poškozují poměrně snadno, např. působením slunečního světla, teplem, mechanickou námahou, bobtnáním, dále chemickými a biologickými vlivy atd., také barviva mohou proces destrukce urychlit, ale naopak ho i zpomalit. 5.1. Rozdělení textilních vláken a vazby tkanin Ústředním článkem textilu je vlákno. Textilní vlákna se dělí na přírodní a chemická. Přírodní lze dále členit podle původu na organická a anorganická. Vlákna organického původu: Rostlinná/celulózová vlákna: hlavní sloţkou je celulóza, dělí se na semenná, lýková a listová. Patří sem např. bavlna, len, konopí. Ţivočišná/proteinová vlákna: hlavní sloţku tvoří bílkovina, vyrábí se ze srsti obratlovců, nebo sekretů hmyzu. Do této skupiny řadíme např. vlnu či přírodní hedvábí. Vlákna anorganického původu: Kovová vlákna: známá buď ve formě tenkého drátku, nebo úzké fólie. Mohou být zlatá, stříbrná, měděná, mosazná, cínová aj. V muzejních sbírkách se vyskytují zejména jako součást různých výšivek, brokátů apod.
- 34 -
Vlákna jednotlivých materiálů jsou spředena do příze (nitě), označované buď jako osnova (nitě po délce tkaniny) nebo útek (nitě po šířce tkaniny). Vázáním, resp. proplétáním osnovní příze s útkovou vzniká vazba tkaniny. Při výrobě tkanin se pouţívá velké mnoţství jednoduchých i sloţitějších vazeb, jimiţ se vytváří povrch tkaniny. Vazbu tkaniny určují tzv. osnovní a útkové vazné body. Počet nití v tkanině na 1 cm se nazývá dostava tkaniny. Všechny vazby tkanin (odvozené i smíšené) mají svůj původ ve třech základních vazbách: plátnová (nejpevnější) keprová atlasová Podle druhu pouţitého materiálu mají tkaniny své specifické označení, např. popelín, flanel, tvíd, kašmír, brokát, atd. Jedním z předpokladů správného konzervačního zásahu, je určení druhu textilie a vláken, z nichţ je předmět vyroben. [6,8] 5.2. Čištění, praní a prací prostředky používané při konzervování a restaurování tkanin K základním úkonům konzervace a péče o textilní sbírky patří odstraňování
nečistot a praní. Jde o poměrně sloţitý úkol, protoţe se na tkaninách mohou nacházet různé obrázky, barevné skvrny, jsou pouţity různé druhy nití, nebo je textilní výrobek zdoben různými dekorativními prvky (zlaté šití, skleněné perličky i pravé perly atd.). Proto se pro celkové nebo lokální čištění pouţívají jak vodné, tak i bezvodé speciální směsi čisticích prostředků. Rozlišuje se několik druhů praní a čištění textilií: Mokré praní (s pouţitím neutrálních prostředků): textilie je zbavována nečistot pomocí chemických prostředků. Pevné částice, ulpívající na vláknech, se dají často odstranit jiţ opláchnutím vodou. Nečistoty nerozpustné ve vodě (tuky, bílkoviny) je třeba odstraňovat především koloidními roztoky. Princip praní spočívá v tom, ţe
prací
prostředek
vniká
do
vláken
a
vypuzuje
vzduch
uzavřený
v submikroskopických dutinách (smočení vláken). Poté jsou účinkem pracího prostředku uvolněny od vláken mastné nečistoty a rozptýleny v lázni. Současně - 35 -
se uvolní a rozptýlí anorganické částice. Prací lázeň je účinná při dostatečně bohaté pěně. Špínou se účinnost lázně sniţuje a pěna se ztrácí, proto je třeba prát s přebytkem pracího přípravku, aby se špína nemohla opět usazovat na vláknech. K úspěšnému praní je třeba pouţít zásadně měkké vody nebo vody destilované. Teplota lázně by se měla pro všechny textilní materiály pohybovat v rozmezí 25 - 45 °C, přičemţ sloţení a pH (většinou mírně zásadité) prací lázně musí být přizpůsobeno povaze materiálu. Prací schopnost závisí na smáčivosti, pěnivosti, emulgační,
dispergační
a
antiredepoziční
schopnosti
pracího
prostředku.
Jen některé ovšem mají všechny tyto vlastnosti. Proto je třeba přípravě prací lázně věnovat velkou pozornost a kromě pracího prostředku ji eventuelně doplnit také o pomocné přípravky (smáčedla, zásady a organická rozpouštědla). Pro mokré praní se vyuţívají různé druhy saponátů, které dělíme na ionogenní a neionogenní. Ionogenní jsou dále rozlišovány jako: Anionaktivní: sloţením nejvhodnější alkylsulfáty (např. Syntapon L a Syntapon CP), vyuţívané i pro praní muzejního textilního materiálu. Známé jsou i saponátový přípravek Lobil a jemný, zrnitý prášek Syntopal B, oba rozpustné ve vodě. Kationaktivní: jsou to v podstatě dusíkaté organické zásady. Mají sice jen minimální prací účinek, ale mají silné bakteriocidní a fungicidní účinky. Nacházejí vyuţití jako dezinfekční a sterilizační prostředky (např. bezbarvý Ajatin, Septonex aj.). V konzervátorské a restaurátorské praxi se pouţívají jako antiseptika pro ochranu uměleckých děl, napadených houbovými chorobami, také jsou vhodné pro zneškodňování plísní a mikroorganismů na textiliích, usni, slámě a jiných organických materiálech. Nezastupitelnou roli zde mají i saponáty neionogení. Ty se vyznačují stálostí v tvrdé vodě i vůči kyselinám a jsou vhodné k praní zastudena, zahřátím dochází k jejich zakalení. [6,8] Suché praní (pomocí organických rozpouštědel): výhoda této metody tkví v tom, ţe tkanina nepřichází do styku s vodou a také sušení je krátké, takţe nemůţe dojít k nabobtnávání vláken. Mastná špína se dokonale odstraní organickými rozpouštědly. Nejčastěji se pouţívá petroléter, který je vhodný i k čištění vlny a hedvábí. Anorganické nečistoty, jako je prach apod., se odstraňují
- 36 -
obvykle směsí rozpouštědel. Účinek praní se zvýší kartáčováním, mnutím tkaniny atd. Na starší textilie by neměly být pouţívány chlorované uhlovodíky, kvůli nebezpečí poškození barev uvolněným chlorem. [8] Emulzní praní: slučuje výhody obou předešlých způsobů. Princip této metody, spočívá v emulgaci organických rozpouštědel uhlovodíkového typu vhodným emulgátorem (saponáty aj.), a takto získaná emulze se pouţívá jako prací prostředek. Výhodou emulzního praní je zkrácení doby praní i sušení. K emulznímu
praní
jsou
vhodná
rozpouštědla
typu
Tetralín,
Hexalín
a cyklohexanol. Podobné vlastnosti má i methylcyklohexanol. Někdy dobře vyhovují rozpouštědla s částečnou mísitelností s vodou, která se poměrně snadno vypírají z vláken, např. aceton, dioxan a jiné. Tkanina se krátce namočí v připravené emulzi sloţené ze saponátu, organického rozpouštědla a vody. Pomocí štětce, mnutí rukou nebo molitanovou houbou se materiál opatrně čistí. Zbytek pracího roztoku se odstraní z textilu destilovanou vodou a rovněţ rozpouštědlem, které pohlcuje vodu a současně se mísí s rozpouštědlem obsaţeným v prací lázni. [8] Praní s pouţitím zvláštních způsobů (ultrazvuk, enzymy, bělící přípravky a jiné): Praní ultrazvukem se ukazuje jako celkem nevhodné, neboť ultrazvukové vlny neozvučují tkaninu v celé vrstvě a navíc můţe dojít i k poškození vláken. Enzymatické prací prostředky jsou výhodné pro vlákna celulózová, mohou však poškozovat vlnu a přírodní hedvábí. Samotné enzymy nejsou pracími prostředky, z textilu mohou odstraňovat tuky, bílkoviny, škroby apod. Mají katalytické schopnosti a i jejich malé mnoţství vykazuje pozitivní výsledky. Na dokonalé působení je však zapotřebí delší doby. [6,8] 5.3. Mechanické a chemické čištění textilií Jestliţe je předmět, který chceme podrobit čištění, zachovalý a výšivky v dobrém stavu, lze vyuţít vysavače, kterým se vysává přes sloţenou gázu. Je ale nutno zváţit, zda to není pro sbírkové předměty riziko. U slabších textilií, resp. výšivek se mechanické čištěni provádí kartáčem s jemným vlasem. Jde však spíše o mechanické čištění kovových součástí ve spojitosti s textilním
- 37 -
materiálem, např. různé kovové výšivky a ozdoby ze stříbra, mosazi apod. V takových případech není často vhodné pouţít chemického čištění, vzhledem k moţnému poškození podloţní tkaniny. [8]
5.4. Skeletizace textilu Aby se textilní výrobky zachovaly, ošetřují se různými způsoby. Provádí se jejich podkládání (skeletizace), coţ je mechanické zajištění textilního materiálu, resp. soudrţnosti tkaniny. V konzervátorské praxi se pouţívají čtyři způsoby zpevňování: Našívání na skelet: Originál je našíván na podkladový materiál, čímţ si uchovává svůj přirozený vzhled i omak. Ačkoliv jde o jednu z nejstarších a nejnáročnějších metod, je stále v oblibě, díky svým přednostem jak z hlediska estetického tak restaurátorského. Další výhodou je moţnost případné úpravy, resp. přerestaurování materiálu Kombinace lepení a šití: technika podlepování skeletu je rychlejší a účinnější. Ke zpevňování originálu se pouţívají např. hedvábné gázy nebo silonový, nylonový příp. perlonový monofil (krepelina), ten lze navíc upravit i barevně. Při této technice je důleţitá volba lepidla. Nejpouţívanější jsou vysokoelastická lepidla, např. ester kyseliny akrylové, butylmetakrylát (Plexisol B 782), polyvinylacetát. V poslední době se uplatňují i termoplastické hmoty. Na skeletizaci textilního materiálu je vhodný Terpolín, v podstatě krepelina, na níţ jsou nataveny kuličky polyethylenu s funkcí vlastního lepidla. Dá se rovněţ barevně upravovat. Je výhodný zejména pro těţší tkaniny, např. etnografický materiál apod. Lepení na skelet: jako přípravek ke skeletizaci, náhradou za lepidlo, je pouţíván Petex. Jde o polyethylen bez textilního podkladu a vyrábí se v několika druzích. Pro niţší bod tavení (asi 70 °C) je doporučován i ke skeletizaci hedvábného materiálu. Jako skelet se pouţívá silonový, nylonový nebo hedvábný monofil. Výhodou termoplastických hmot, vyuţívaných jako lepidla k úpravě textilního materiálu je fakt, ţe oproti lepidlům tekutým vytvářejí rovnoměrnou vrstvu, která neproniká na povrch tkaniny. Tato metoda má však i své nevýhody. Textil můţe po ošetření ztratit své charakteristické vlastnosti a na omak působit - 38 -
jako papír. Apretace vláken: jde o v poslední době stále více se uplatňující metodu, jeţ má za cíl obnovit celistvost nití a dodat jim pevnost a elasticitu. Při stárnutí vláken dochází k ubývání vody v nich vázané, coţ vede ke zvýšení lomivosti. Toto ošetření vytváří kolem vlákna ochranný obal s nosnou i konzervační funkcí. K tomu se především pouţívají syntetické pryskyřice, které chrání vlákno před účinky agresivního prostředí a současně způsobují i zpevnění materiálu. Pro apretury se osvědčují i přípravky chránící textilní materiál před účinky slunečního záření, tzv. UV absorbery. Silikonové apretury zase zvyšují odolnost vláken proti působení vody a plísním. Hydrofobní přípravky, aplikované na textilní materiál, umoţňují jeho snadnou čistitelnost. Při výběru techniky skeletování je třeba zváţit všechny vlivy působící na textil, neboť kaţdý předmět vyţaduje při restaurátorském zásahu zcela individuální přístup. [6,8] 5.5. Restaurování textilií Poškození textilního materiálu můţeme rozdělit do několika skupin: porušená osnova: navazují se nové osnovní nitě. porušený, resp. odřený útek: propichuje se útek. rozpadlý útek: doplňuje se dotkáváním. Dotkávaný materiál se upravuje vybarvením, které patří rovněţ mezi důleţité restaurátorské úkony, na jejichţ provedení závisí i kvalita celého restaurátorského zásahu. Restaurátorský zákrok slouţí především ke zpevnění textilního materiálu a současně i k zlepšení jeho stavu. Vlastní restaurace začíná v místě nejvíce poškozeném. Chybějící části se doplňují nitmi přibliţně stejné barvy, jakou má originál, čímţ se vytvoří síť (osnova). Útek se připravuje podobným způsobem jako osnova, tj. přetahováním nití přes doplněnou osnovu. Na takto upravenou část se např. u vlněné tkaniny nalepí vlákna získaná trháním ze skrytých míst předmětu, pomocí polyethylenového netkaného textilu Petex. Lepení je prováděno zaţehlením za vlhka. Při opravách se pouţívají nitě a stehy shodné s originálem. Tkané textilie a výšivky nejsou většinou doplňovány. Pokud však dojde ke skeletizaci tkanin, pouţívá se skelet v barvě základní tkaniny. U krajek chybějící - 39 -
místa doplňujeme krajkářským způsobem, čímţ by mělo dojít ke zvýšení pevnosti a stability materiálu. U těţkých tkanin (koberců, nábytkových potahů atd.) se provádí restaurace materiálu, protoţe skeletáţ by nebyla dostatečně pevná. Před kaţdým restaurátorským zásahem je třeba provést důkladnou analýzu materiálu a záznam, v němţ by měl být uveden postup práce a pouţitý materiál, včetně kresebné nebo fotografické dokumentace stavu předmětu před zahájením restaurace i po jejím ukončení. [8]
- 40 -
6.
RESTAUROVÁNÍ
A
KONZERVOVÁNÍ
HISTORICKÉHO
ARTEFAKTU – ŽELEZNÁ SEKYRA Středověká ţelezná sekyra neurčitého data výroby byla předána k ošetření Technickému muzeu v Brně, v nálezovém stavu. Předávajícím bylo Archeologické centrum Olomouc, o. p. s. 6.1. Označení archeologického nálezu Nálezová lokalita: Hulín Pravčice 2 Datum: 21.11. 2008 Inventární číslo: 04/2007-893-1
6.2. Analýza předmětu před konzervací
Předmět – ţelezná sekyra, byl předán do konzervátorské laboratoře v nálezovém stavu. Povrch předmětu byl z části pokryt vrstvou zeminy a po celé své ploše korozními produkty, ve kterých byly pevně ukotveny malé kamínky, písek a nečistoty. Při bliţším makroskopickém zkoumání byl na povrchu viditelný zmineralizovaný fragment textilu, prorostlý korozními produkty a velmi malé zbytky dřeva nacházející se uvnitř oka.
6.3. Návrh konzervátorského postupu Na základě zhodnocení stavu předmětu a předběţného průzkumu byl navrţen následující konzervátorský postup. Průzkum předmětu za pouţití RTG Odběr vzorků fragmentů dřeva a textilu Mechanické čištění - Očištění od zbytků zeminy a korozních produktů, kombinováním různých postupů a nástrojů. Vzhledem k tomu, ţe byly na povrchu kovu nalezeny fragmenty textilu, bylo rozhodnuto je zachovat, částečně je očistit a chránit impregnací lakem (paraloid B 72). Drobné fragmenty dřeva objevené - 41 -
uvnitř oka sekyry, se nacházejí ve spráškovatělém stavu, proto budou z povrchu předmětu odejmuty a uchovány stranou. Celkový rozsah čištění bude úměrný stavu zachování kovového jádra. Deionizace - Korozní proces u ţelezných nálezů je třeba stabilizovat vhodnou metodou deionizace (tj. desalinace). V tomto případě, kdy je součástí předmětu materiál organického původu (fragmenty textilu), se jako nejvhodnější jeví standardně pouţívaný způsob vymývání ošetřovaného předmětu ve vyměňované destilované vodě, zahřáté na teplotu okolo 50 °C po dobu cca 8 hod. Poté následuje zchlazení na pokojovou teplotu. Účinek deionizace bude kontrolován měřením koncentrace chloridových iontů obsaţených ve vyměňované lázni vhodnou metodou. Vysušení předmětu - Probíhá v sušárně při teplotě okolo 130 °C po dobu min. 5 hodin. Tmelení a lepení - Bude vyuţito v případě, ţe dojde k porušení celistvosti předmětu. Impregnace a povrchová úprava - Po očištění ţelezného předmětu od vnějších korozních vrstev bude povrch (vyjma míst, které pokrývá textil) tanátován a textil zpevněn vhodnou impregnací lakem. Na závěr bude celý povrch nakonzervován lakem a voskem.
6.4. Konzervátorský postup Na ţelezné sekyře byl uplatněn následující postup: Průzkum předmětu: Vizuálně
bylo
na
předmětu
moţné
pozorovat
napadení
odpovídající
hnědooranţovým produktům rzi (FeO.OH), poměrně silné inkrustace, ve spojení s drobnými kamínky a organickým materiálem (dřevo, textil). Před začátkem konzervačního zásahu byla pořízena fotodokumentace, nákres a proběhlo váţení a měření předmětu (viz 6.4.1.). Ve velmi malých fragmentech bylo odebráno dřevo. Zmineralizovaný fragment textilu byl prozkoumán mikroskopicky, byl odebrán vzorek a pořízena fotodokumentace, z důvodu zjištění textilní vazby (viz 6.4.2.). Předmět byl také podroben RTG průzkumu (viz 6.4.3). - 42 -
Konzervace: Na začátku čištění byl předmět ponořen do destilované vody zahřívané na 60 °C a ponechán v ní po dobu 24 hod., aby došlo k rozvolnění zeminy ulpívající na povrchu a tím se dala snáze odstranit. Po částečném odstranění zeminy pomocí silonového kartáče, byl předmět vysušen v horkovzdušné sušárně za teploty 50 C° po dobu 1 hodiny. Následně proběhlo očištění fragmentu textilu, pomocí jemného štětečku a jehly. Vzhledem ke značné křehkosti, byl textil zpevněn napuštěním lakem zn. Paraloid B 72 (7% roztok v xylenu). Toto napouštění proběhlo dvakrát, vţdy po úplném vytvrdnutí po předchozím napouštění. (foto viz 6.4.2.) Další čištění korozních produktů a nečistot probíhalo pomocí ultrazvukové jehly zn. JOKE (eneska 2-1), za středních frekvenčních hodnot 20 kHz. Jako nástroj byl pouţit pilníček ze skelných vláken střední tvrdosti (označení č. 722). Z důvodu tvrdých korozních vrstev, pevně ulpívajících na povrchu a nemoţnosti jejich odstranění ultrazvukovou jehlou, bylo přistoupeno k čištění zubotechnickou vrtačkou s korundovým nástavcem ve tvaru jehlanu. Zde se podařilo odstranit vnější korozní produkty a zachovat ty, které jiţ tvoří původní tvar předmětu. Deionizace byla provedena vymýváním předmětu ve vyměňované destilované vodě. Účinnost deionizace v lázni se průběţně sledovala pomocí měření koncentrace chloridových iontů, chloridovým testem Merck. Tyto hodnoty byly při kaţdém měření zaznamenávány (viz 6.4.4.). Lázeň byla během pracovního dne zahřívána na teplotu okolo 50 °C a v průběhu nocí a víkendů její teplota poklesla na hodnotu 20 °C, za dobu deionizace byla několikrát vyměněna za čistou. Při kaţdé takové výměně lázně byl předmět očištěn v destilované vodě za pomoci silonového kartáče a vloţen zpět do čisté lázně. Deionizace trvala cca. 7 týdnů a byla ukončena při negativním výsledku zkoušky na důkaz chloridových iontů pomocí testu Merck. Po vyjmutí z lázně byl předmět vysoušen na volném prostoru. Na závěr byl předmět dočištěn v pískovací kabině jemnou balotinou jako abrazivem, za tlaku 3 bar. Před tímto pracovním postupem bylo nutné separací ochránit fragmenty textilu, aby nebyly znečištěny prachem, popřípadě poškozeny tryskáním balotinou. - 43 -
Toto bylo provedeno za pomoci dentálního vosku. Po otryskání celého povrchu byl vosk odstraněn skalpelem, zbytky očištěny lékařským benzínem a předmět znovu zváţen a změřen. (viz 6.4.5.) V závěrečné fázi byl předmět po celé své ploše, vyjma fragmentů textilu, tanátován. V tomto případě byl pouţit 10% roztok tanátu, v destilované vodě s přídavkem ethylalkoholu (smáčedlo). Tanát byl aplikován v pěti vrstvách, které byly nanášeny na sebe v denních časových odstupech, aby předcházející nanesená vrstva byla vţdy dokonale vyzrálá. Dále následovalo vysušení v horkovzdušné sušárně při teplotě 130 °C po dobu 8 hodin, poté byla horkovzdušná sušárna vypnuta a předmět v ní byl ponechán po dobu 16 hod. s vloţeným vysoušedlem- silikagel. Po vyjmutí byl předmět natřen ve dvou vrstvách. Nejprve 7%-ním lakem Paraloid B 72, druhá, závěrečná vrstva byla provedena 15%-ním lakem Paraloid B 44, jako rozpouštědlo slouţil xylen. Celý povrch byl zakonzervován neběleným včelím voskem - 13% roztok v lékařském benzínu. Tento slouţí nejen jako ochranná vrstva, ale dojde i ke zmatnění povrchu, který je po aplikaci lakem Paraloid lesklý a působí rušivě. (viz 6.4.6.) Pro transport a uloţení předmětu byl pořízen ochranný box s pevně uzavíratelným víkem, do kterého byla poloţena podloţka z materiálu Mirelon (obchodní název), s vytvořeným lůţkem podle tvaru předmětu z důvodu zabránění poškození při manipulaci, transportu a uloţení. Do samostatného perforovaného sáčku bylo vloţeno vysoušedlo (silikagel). Toto umoţní udrţovat nízkou relativní vlhkost v nejbliţším prostředí sekyry. (viz 6.4.6)
- 44 -
6.4.1. Fotodokumentace, nákres, váţení a měření historického artefaktu Fotodokumentace ţelezné sekyry:
Obr. 20 Celkový záběr sekyry, po celém povrchu pokryté korozními produkty
Obr. 21 Celkový záběr opačné strany, na těle sekyry je patrný fragment textilu - 45 -
Obr. 22 Oko sekyry je téměř vyplněno produkty koroze a fragmenty dřeva Váţení a měření artefaktu před konzervací: Před očištěním byl předmět zváţen a změřen. Míry jsou zaneseny také do nákresu kovového artefaktu. Tab. 1 Výsledné hodnoty měření před konzervací Hmotnost [g]
Výška těla sekyry [mm]
452,43
113
Délka těla sekyry (od Šířka oka pro násadu tuleje k čepeli) [mm] [mm] 162
- 46 -
24,4
Nákres ţelezné sekyry se záznamem rozměrů:
162 mm 113 mm
Obr. 23 Nákres sekyry s rozměry před očištěním – celkový pohled (nákres R. Pelíšková)
24,4 mm
Obr. 24 Nákres oka sekyry s rozměry před očištěním (nákres R. Pelíšková)
- 47 -
6.4.2. Dokumentace textilie Textilie byla nafocena pod mikroskopem a na základě jasně viditelných vazných bodů, bylo určeno, ţe se jedná o typ plátnové vazby. Byly také odebrány vzorky, ale vzhledem k úplné mineralizaci textilie nebylo moţné z nich cokoliv blíţe zjistit. Před zahájením konzervace byl materiál zpevněn napuštěním lakem zn. Paraloid B 72.
Obr. 25 Fotografie mineralizované textilie, podle níţ byla určována vazba
Obr. 26 Vazné body textilie potvrzující plátnovou vazbu
- 48 -
Obr. 27 Textilie na těle sekyry po napuštění Paraloidem B 72
Obr. 28 Textilie na čepeli sekyry po napuštění Paraloidem B 72
- 49 -
6.4.3. RTG průzkum Na RTG snímcích je jasně viditelné dobře zachovalé kovové jádro. Na sekyře nebyly odhaleny ţádné výrobní značky.
Obr. 29 Plošný RTG snímek sekyry s viditelně zachovalým kovovým jádrem.
- 50 -
Obr. 30 RTG snímek zvrchu
Obr. 31 RTG snímek zespodu
6.4.4. Měření chloridových iontů Při kaţdé jednotlivé výměně deionizační lázně bylo (pro zjištění její účinnosti) měřeno mnoţství přítomných chloridových iontů testem Merck (viz obr. 32). Ty byly společně s daty měření zaneseny do tabulky a na základě výsledků byl sestaven graf. Test Merck: Jedná se o jednu z velmi přesných metod stanovení koncentrace chloridových iontů Cl-, která měří jejich citlivost aţ do hodnoty 10 mg/l Cl-. Provádí se merkurimetricky dusičnanem rtuťnatým: 2 Cl- + Hg2+ → HgCl2 Chlorid rtuťnatý je téměř nedisociovaná sloučenina. Přebytek rtuťnatých iontů tvoří s indikátorem (difenylkarbazonem) modrofialovou komplexní sloučeninu v kyselině dusičné. Pro názornost předkládám návod postupu stanovení: 1. Vymyjte měřící nádobku vzorkem vody a naplňte ji vzorkem aţ ke značce 5 ml. 2. Přidejte 2 kapky činidla 1 (indikátor) a zamíchejte – roztok zmodrá 3. Za současného míchání přidávejte činidlo 2 (kyselina dusičná) po kapkách,
- 51 -
do vzniku ţlutého zabarvení. 4. Naplňte titrační pipetu činidlem 3 pomalu aţ po značku 0 ml. 5. Po kapkách titrujte připravený vzorek vody činidlem za současného míchání, do vzniku fialového zabarvení. 6. Odečtěte na pipetě hodnotu koncentrace chloridů. 7. Na konci přišroubujte pipetu těsně na lahev s činidlem.[14]
Obr. 32 Test Merck – z leva činidlo 3 s titrační pipetou, činidlo 1, činidlo 2, odměrná nádobka
Tab. 2 Naměřené hodnoty chloridových iontů Datum měření 2010 Výsledek měření Cl[mg/l]
26.2.
1.3.
Příliš vloţeno vysoká hodnota
7.3.
15.3.
22.3.
26.3.
1.4.
6.4.
9.4.
∑ Cl-
19
18
15
14
12
10
10
98
- 52 -
1. 3. N
- 53 Datum měření
9. 4. U
ko nč en o
6. 4.
1. 4.
26 .3 .
22 .3 .
15 .3 .
7. 3.
26 .2 .V lo že em no ěř it e ln á ho dn ot a
Naměřené chloridy [mg/Cl -]
Graf 1. Naměřené hodnoty chloridových iontů 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
6.4.5. Zakrývání textilie před otryskáváním, váţení a měření předmětu Textilii bylo před závěrečným očištěním v pískovací kabině nutno zakrýt voskem (viz. 6.4.). Z plátku vosku byl zhotoven tvar podle tvaru textilu, a tento pájkou pevně přichycen k povrchu.
Obr. 33 Sekyra – voskem zakrytá část kde se nachází textil, vedle – pouţitý materiál (dentální vosk) Váţení a měření po konzervaci bylo porovnáno s váhou a mírami před konzervací, výsledky i jejich rozdíl byly zaneseny do následující tabulky. Tab. 3 Výsledky měření před a po mechanickém čištění s výsledným rozdílem naměřených hodnot. Hmotnost [g]
Výška těla sekyry [mm]
Délka těla sekyry (od tuleje k čepeli) [mm]
Šířka oka pro násadu [mm]
Před konzervací
472,43
113
162
24,4
Po konzervaci
438,24
109
157
30
Rozdíl v měření, po otryskání
34,19
4
5
5,6
- 54 -
6.4.6. Nanášení závěrečných ochranných vrstev Předmět byl po celé své ploše, vyjma fragmentů textilu, tanátován. Poté natřen Paraloidem B 72 a Paraloidem B 44 (viz str. 45). Na závěr byla nanesena vrstva neběleného včelího vosku.
Obr. 34 Stav sekyry před nanesením závěrečných ochranných vrstev
Obr. 35 Povrch sekyry po nanesení laku - strana 1
- 55 -
Obr. 36 Povrch sekery po nanesení laku - strana 2 - čepel pokryta textilem
Obr. 37 Sekyra po závěrečném voskování strana 1 - povrch viditelně zmatněl
- 56 -
Obr. 38 Sekyra po závěrečném voskování - strana 2
- 57 -
6.5. Doporučené uložení Ošetřený artefakt musí být umístěn v čistém, neprašném prostředí, ve kterém nedochází k výrazným výkyvům teploty a relativní vlhkosti (RV). Důleţité je také zabránit kontaktu kovového povrchu s lidským potem pouţíváním vhodných ochranných rukavic. Jedním z nejdůleţitějších parametrů, ovlivňující korozní proces, je vlhkost, a proto je nutné zajistit hodnotu RV pod 60 %. Doporučené rozmezí RV pro uloţení ošetřeného kovového předmětu v kombinaci s organickým materiálem, je 40 - 50 % (pro kov samotný je však doporučená RV˂ 20%) při teplotě 16 – 18 °C. Toto zajistí vloţené vysoušedlo, v tomto případě silikagel, který doporučuji cca. po půl roce vyměnit.
Obr. 39 Prozatímní uloţení předmětu do tvarovaného lůţka z Mirelonu v ochranném boxu s pevně uzavíratelným víkem – vedle předmětu je v perforovaném sáčku umístěn silikagel.
- 58 -
Obr. 40 Uloţení historického artefaktu v ochranném boxu s pevně uzavíratelným víkem a silikagelem
- 59 -
7. ZÁVĚR
Stěţejním cílem této bakalářské práce bylo provedení konzervace historického artefaktu - ţelezné sekyry, v kombinaci s mineralizovanými fragmenty organického materiálu (textilu). V návaznosti na tuto činnost je zde vytvořen přehled o principech a průběhu degradace ţeleza a vyuţitelných metodách jeho konzervování, a to především z hlediska odsolování a stabilizace kovu, z nichţ byla nakonec pouţita ta nejvhodnější. Jelikoţ byli na předmětu nalezeny také fragmenty textilu, které se podařilo uchovat, popisuje teoretický souhrn navíc moţnosti konzervování a restaurování látek. V praktické části bylo z artefaktu také odebráno několik vzorků textilu a dřeva. Bohuţel tyto byli tak malé, ţe nebylo moţno z nich získat více informací. Přesto byli uchovány a v budoucnu, bude-li vyvinuta vhodná metoda, bude moţné je dále studovat. Pro bliţší pohled na předmět jako takový a materiál ze kterého je vyroben nabízí úvodní část textu pohled do historie výroby ţeleza, od získávání rudy aţ po konečné kovářské zpracování a pouţívání. Podařilo se zde sestavit určitý soubor poznatků o ţelezných sekyrách. Přestoţe jsou to jiţ mnohá staletí pouţívané nástroje s různými funkcemi, je jejich zdokumentování, oproti jiným sečným a bodným zbraním s podobnou historií (např. mečům, dýkám, atd.), dle mého názoru nedostatečné a celkově je jim věnováno velmi málo pozornosti. Proto by si tato oblast zasluhovala širší studium.
- 60 -
8. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY A INTERNETOVÝCH ZDROJŮ: [1] Rudolf Krajíc: Sezimovo Ústí, archeologie středověkého poddanského města 3., Kovárna v sezimově ustí a analýza výrobků ze ţeleza Díl I. [2] Jiří Kmošek: Rekonstrukce pravěkého hutnictví, Středoškolská technika 2009 [3] Karel Stránský: Tajemství Dávného Ţeleza, Archeometalurgie objektivem mikroskopu, Technické Muzeum v Brně, 14 s. [4] http://www.hz.cz/cz/historie-ocelarstvi [5] http://cs.wikipedia.org/wiki/Ţelezo, http://cs.wikipedia.org/wiki/Koroze [6] M.K. Nikitin, E.P. Mel'nikova: Chemie v konzervátorské a restaurátorské praxi, 127 - 131 s., 181 - 183 s. [7] Sborník z workshopu 4.11.-5.11.2002 v Technickém muzeu v Brně: Stabilizace ţelezných archeologických nálezů, Technické muzeum v Brně 2003, 13s., 19 s. [8] Ladislav Págo: Úvod do muzejní konzervace a restaurování, 15 - 18 s., 56 - 59 s. [9] Kopřivnice1998: Sborník restaurátorského a konzervátorského semináře, Technické muzeum v Brně pro komisi konzervátorů-restaurátorů a preparátorů 1999, při AMG, 53 s. [10] http://cbs.grundfos.com/GCZ_Czech_Republic/lexica/LIT_Pitting_corrosion.html
[11]http://www.vscht.cz/met/stranky/vyuka/labcv/labor/koroze_mezikrystalova_koroze/in dex.htm
[12] http://strojirenstvi.studentske.cz/2008/10/druhy-koroze-dle-vzhledu.html
- 61 -
[13] Petr Klučina, Zbroj a zbraně 6 -17. st., Paseka, 268 s.
[14] Návod test merck
[15] http://curiavitkov.cz/valka33.html
[16]http://www.bladesandbows.co.uk/ekmps/shops/bladesbows/images/pro-throwingaxe.-back-in-stock--274-p.jpg
[17] http://shop.larp.cz/e-shop/images/sekera-m1.JPG
[18]http://www.lnu.edu.ua/faculty/geology/phis_geo/fourman/Bartky/waraxes/axes%20an d%20pole%20arms.htm
[19] http://www.os-midgard.info/viking/obr/sekery.jpg
- 62 -
