Румянцев Е.А. Использование синтетических смол при археологических раскопках

К содержанию 49-го выпуска Кратких сообщений Института истории материальной культуры

Консервация археологического материала в полевых условиях — чрезвычайно ответственная, многообразная и крайне напряженная работа. Многие предметы при первом прикосновении к ним, а иногда и от резкого изменения температурно-влажного режима распадаются на мельчайшие куски и совершенно утрачивают значение для дальнейшего изучения.

Известно много случаев, когда вещи погибали безвозвратно, и не по причине неумелого или небрежного обращения с ними, а потому, что мы, к сожалению, не имели еще проверенных и вполне надежных средств фиксации раскопочного материала. Для этой цели археологи пользовались в полевых условиях лишь гипсом, парафином, воском, иногда желатиной и цапонлаками.

Благодаря огромным успехам советской химии высокомолекулярных соединений, изо дня в день углубляющей и обогащающей технологию консервации при археологических раскопках, мы имеем возможность применять новые синтетические смолы как при археологических работах, так и при реставрации и консервации музейных экспонатов.

В настоящей статье сделана попытка обобщить некоторые результаты работ в области реставрации и консервации синтетическими смолами с целью использования их для полевой археологии.

Проверка и применение синтетических смол проводятся автором статьи совместно с реставратором Д. И. Смирновой в Отделе реставрации и консервации Государственного Эрмитажа с 1946 г., когда член-корреспондент Академии Наук СССР проф. С. Н. Ушаков передал на испытание ряд смол. В дальнейшем к этой работе были привлечены заведующий лабораторией Института высокомолекулярных соединений Академии Наук СССР Э. Я. Барг и аспирант Технологического института имени Ленсовета Т. А. Кононова, которые в порядке содружества оказывают повседневную помощь.

Прежде чем говорить о новых способах закрепления в полевых условиях, необходимо упомянуть о недостатках старых методов, при которых употреблялись гипс, парафин, воск, иногда желатина и цапонлаки. Основными недостатками парафина и воска являются:

1) трудность работы с ними в полевых условиях. Парафин и воск при использовании их для пропитки требуют сильного подогрева, иначе, быстро застывая, они не проникают на более или менее значительную глубину, тем
самым ослабляя закрепление. Иногда пользуются парафином, растворенным в авиационном бензине, но это не всегда возможно и удобно;

2) неравномерность и хрупкость покровного слоя;

3) абсолютная непрозрачность;

4) трудности при последующих реставрационных работах (удаление парафина и воска и т. д.).

Все сказанное о воске и парафине почти целиком относится и к гипсу.

Работа с желатиной требует также подогревных ламп. Кроме того, желатина обладает большой набухаемостыо и под влиянием бактерий поддается загниванию.

[adsense]

Положительными свойствами новых синтетических смол являются их легкорастворимость в летучих растворителях, бесцветность, повышенная влагоустойчивость, склеивающая способность, стойкость к микроорганизмам, безвредность для красок, химическая инертность, термостойкость и обратимость (в случаях надобности). Эти качества заставляют нас совершен¬но отказаться от парафина, гипса и воска и пользоваться при закреплении почвы, дерева, ткани, металла, кости, папирусов и тому подобного растворами синтетиков.

За четыре года нами проверено большое количество этих смол и их растворителей; некоторые из них были также использованы в Москве и в других городах Советского Союза для закрепления фресок.

Из синтетических смол, которые могут быть использованы для наших целей, можно назвать:

1) поливинилбутираль (ПВБ) — бутваїр — твердое прозрачное вещество с удельным весом 1,11. Сопротивление разрыву: твердого — свыше 560 кг/см2, гибкого — около 140—150 кг/см2. Термостойкость около 130-140°С. Гибкость его сохраняется и при низких температурах. Поливинил-бутираль растворяется в спиртах, сложных эфирах и диоксане. Поглощает воду в количестве 3—5% в течение 16 часов; 2) полибутилметакрилат (ПБМА): удельный вес 1,05. Сопротивление разрыву 70 юг/см2. Коэфициент преломления 1,483. Температура размягчения 30°С. Растворители: ксилол, уайтспирт, бензол ¹.

В зависимости от физико-механических качеств консервирующего состава, применяемого при работах по консервации и реставрации археологических памятников, наиболее целесообразно использование высокоэластичных, долговечных и безвредных синтетических смол, с соответствующими растворителями. Автор статьи в последнее время применяет главным образом раствор пластифицированного бутвара, хотя он и обладает меньшей термостойкостью, чем ПВБ.

Известно, что некоторые синтетические смолы, при отсутствии в них пластификатора, после испарения растворителя образуют сравнительно жесткие, а иногда твердые пленки, которые утрачивают свою эластичность, делают большую усадку и могут этим вызвать деформацию предмета. Растворы синтетических смол, в состав которых введены безвредные, обладающие незначительной летучестью пластификаторы, даже после испарения растворителя сохраняют на долгое время мягкую, эластичную пленку (как, например, пластифицированный бутвар).

Для раствора ПВБ и пластифицированного бутвара мы пользуемся растворителем, состоящим из 100 г спирта-ректификата и 100 г бензола.

Для археологических полевых работ могут быть использованы следующие синтетические смолы: ПВБ (поливинилбутираль), ПБМА (полибутил¬метакрилат) и поливиниловый спирт.

Поливиниловый спирт при испарении растворителя дает прозрачную пленку; удельный вес его 1,293; легко растворяется в воде и не растворяется в бензоле, спирте и других органических растворителях. Для изготовления пропитывающего раствора надо взять 5 весовых частей порошка поливинилового спирта, замочить его в 100 г воды и держать в этом состоянии 10— 12 часов. После этого раствор нагревают в водяной ванне почти до кипения. Во время нагревания сосуд с раствором необходимо все время встряхивать.

Материалы и предметы, пропитанные и закрепленные поливиниловым спиртом, могут быть размягчены лишь теплой водой, что является крупным недостатком, так как не все предметы могут быть подвергнуты этой операции. Таким образом, поливиниловый спирт может быть использован в исключительных случаях для закрепления почвы и снятия оттисков, когда в распоряжении археолога нет ни ПВБ, ни ПБМ и соответствующих для них растворителей.

ПБМА (бутиловый эфир метакриловой кислоты) используется в качестве защитного лажа для покрытия картин. Проведенные опыты подтверждают, что ПБМА обладает повышенной по сравнению с ПВБ эластичностью, а потому, по нашему мнению, он не может быть широко рекомендован для целей фиксации и консервации при археологических раскопках.

Растворы смол и клеев: ПВА (поливинилацетат) как быстро стареющий и отщепляющий уксусную кислоту; ПММА (полиметилметакрилат, органическое стекло) из-за его плохой растворимости в легкодоступных и безвредных растворителях; БФ, состоящий из 85 частей полибутираля, 30 частей бакелитового спиртового лака и 765 частей этилового спирта, и ряд других, не отвечающих требованиям, — не должны быть применяемы в настоящее время для целей полевой археологии, реставрации и консервации.

Практическому использованию синтетических смол для реставрации и консервации предшествовали опыты над различными моделями и макетами. Были изготовлены и проверены пленки различных синтетических смол для выявления степени их эластичности и жесткости. Проводились наблюдения над усадкой после испарения растворителей, а также проверялись и сами растворители.

Первые опыты проводились для выявления способности растворов смол пропитывать и закреплять кость, дерево, лёсс, песок, мраморную крошку и металл. Выявлялась безвредность и определялась глубина проникновения растворов. Были изготовлены открытые коробки из бумаги размером 5X5X1 см, в которые засыпался сухой и влажный песок, мраморная крошка и т. п. Изготовлялись также кубики из глины; пропитывалось дерево различных пород и разного состояния; покрывались растворами изделия из бронзы, железа и т. д.

Песок для опытной пропитки использовался различный по величине — форме зерна и по составу: кварцевый, доломитовый, известковый, нефелиновый и шпатовый. Размеры зерна колебались в пределах 0,05—2 мм. Механическая прочность модели после пропитки резко увеличивалась и за¬висела главным образом не от минералогического состава и размеров зерна, а от концентрации раствора и числа повторных пропиток.

При поверхностной пропитке моделей путем пульверизации или поливкой с кисточки глубина пропитки не превышала 3—4 мм. Расход раствора на закрепление модели указанных выше размеров составлял около 15—20 г. Позже был произведен срез земли, размером 50 X 50 см, пропитанный раствором ПВБ со всеми мелкими предметами, находившимися на поверхности. Для глубинной пропитки использовался медицинский шприц. Количество раствора меняется в зависимости от коэфициента пористости и уплотненности песка, глины, земли, дерева. Процесс пропитки смолою песка происходит гораздо быстрее, чем пропитка глины. Увлажненные пески, лёсс, мраморная крошка пропитывались лучше сухих.

Глина использовалась крупно- и мелкозернистая. В зависимости от соотношения, содержания и разнообразия силикатов и величины частиц, присутствия коллоидальных частиц и органических примесей менялись быстрота всасывания раствора и число повторных пропиток.

Лучшие результаты по глубине пропитки получались при задержке процесса испарения растворителя. Это достигалось в том случае, если любой предмет или макет помещался на решетку эксикатора, на дне которого находился раствор спирта-бензола.

После предварительной проверки действия ПВБ, ПБМА, поливинилового спирта и их растворителей на краски можно предположить, что пигменты минерального происхождения, кроме закрепления, никакому внешнему изменению не подвергаются. Для окончательного выяснения действия синтетиков и их растворов на некоторые пигменты органического состава, как естественного, так и искусственного происхождения, в связи с наблюдающимися изменениями некоторых из них, следует произвести тщательную проверку в специальных лабораториях. Необходимо составить соответствующую таблицу действия синтетических смол и растворителей на различные красители.
Позднее подверглись пропитке и закреплению при реставрационных работах: терракота, плиты из песчаников, большая античная и восточная мраморная скульптура, алтайская деревянная повозка из раскопок С. И. Руденко, кость, бусы, различные предметы из дерева, заделка папируса между листами пластифицированного бутвара, покрытие бронзы и железа и т. п.

Основная задача консервации в полевых условиях состоит не в длительном закреплении исторических памятников для изучения их и экспонирования, а во временном, мгновенном и вполне надежном закреплении находок для выемки их из земли, безопасной отправки в реставрационные лаборатории-мастерские, где они должны быть подвергнуты очистке, дезинфекции и окончательному закреплению.

Очень часто археологу приходится прибегать к выемке почвы с остатками сильно разрушенных предметов из дерева, кости, ткани, металла, войлока или бус, сохранивших правильное расположение, но утративших связь. Встречается необходимость зафиксировать отпечатки (оттиски) от разрушенных предметов. В этих случаях предлагаемые смолы дают возможность легко и быстро произвести поверхностную пропитку почвы (сухой и сырой) со всеми предметами, находящимися на ней, а по истечении некоторого времени произвести срез почвы со всем содержимым.

Пропитка археологических находок растворами синтетиков изменяет их физические свойства и ведет к увеличению механической прочности, влагоустойчивости, химической стойкости, пластичности с сохранением внешнего вида и цвета.

Особо важное значение имеет то обстоятельство, что археолог теперь обладает возможностью, закрепив определенный участок почвы с имеющимся оттиском (отпечатком), вырезать его и сохранить как подлинный, документальный, приобщив к общему раскопочному материалу. Этот же закрепленный оттиск (отпечаток) может быть использован для изготовления копий из гипса, воска и др.

Задача археолога — после вскрытия культурного слоя немедленно пропитать, закрепить обнаруженные предметы, а иногда зафиксировать общее расположение отдельных деталей. Весьма важно произвести предварительное закрепление ткани с украшениями из бус или металла. Ткань может еще обладать некоторой прочностью, но нитки, на которых были нанизаны бусы и металлические украшения, могут перегнить. Необходимо закрепить всю ткань, иначе украшения беспорядочно рассыплются и утратят всякое значение как рисунок.

По нашему мнению, археологические памятники (свитки, папирусы, фрески, клинописные таблетки, кожа, ткань и т. п.) при раскопках, в зависимости от их состояния, должны подвергаться закреплению без предварительной физической очистки от загрязнений. Исключительно быстрое и эффективное действие растворителя позволяет легко и без ущерба для вещи производить ее очистку в лабораторных условиях.

Самой трудной и ответственной считается реставрация папируса. Но это только кажущаяся трудность. В настоящее время при находке папирусов археолог и специалист по консервации должны немедленно пропитать их целиком в том виде, в каком они обнаружены; развертывать папирусы с последующим закреплением можно лишь в лаборатории, руками специалиста-реставратора. При поспешной обработке в полевых условиях папирусы могут распасться на мелкие части и даже совсем погибнуть.

В поле для закрепления археологических памятников следует пользоваться 2—3-процентным раствором смол.

При закреплении почвы для проведения среза или сохранения отпечатков (оттисков) можно использовать более сильную концентрацию. Пропитку, в зависимости от структуры, плотности и состояния предмета и концентрации раствора, следует повторить от 5—6 до 8—10 раз.

Необходимо учитывать, что слабые растворы смол (0,5—1-процентные) имеют значительное преимущество, так как они легче и глубже проникают в материал (в кость, дерево, фреску и т. п.).

При работе встречается необходимость между повторными пропитками вводить один растворитель, который будет способствовать проникновению смолы.

Появление на поверхности предмета блеска и пленки при закреплении указывает на необходимость остановить дальнейшую пропитку. Излишний блеск и поверхностную пленку можно легко удалить растворителем. За¬крепленный предмет, тщательно изолировав его от действия пыли, оставляют в покое до момента полного испарения растворителя. Процесс испарения растворителя, в зависимости от условий, протекает от нескольких минут до 3—4 часов.

Пропитку земли можно производить из лейки, пульверизатора или путем разбрызгивания раствора кистью.
Археологические памятники следует закреплять при помощи пульверизатора, шприца или мягкой (колонковой) кисти.

Следует иметь в виду, что энергичное испарение растворителя вызывает иногда помутнение пленки. Это происходит вследствие охлаждения и конденсации влаги.

Повторные пропитки следует производить лишь после полного испарения растворителя.

Для закрепления и выемки хрупких, глубоколежащих в земле предметов следует использовать шприц с длинной иглой. Это дает археологу возможность закрепить раствором предмет вместе с землей и безопасно вынуть его. После выемки любого предмета его необходимо обработать (опрыскать) раствором со всех сторон.

Для экономии раствора при пропитке предмета, подлежащего выемке вместе с землей, можно использовать жестяные формы (полоса жести шириной 4—5 см), которые врезаются вокруг на глубину до 2 см. При этих условиях раствор не будет растекаться в стороны и не закрепит ненужную землю.

При необходимости изъятия какой-либо детали со срезанного и закрепленного куска почвы (например, бус, кости и т. п.) достаточно накапать 2— 3 капли растворителя на требуемую деталь, и она будет легко освобождена.

После соответствующей очистки предмет может быть возвращен на свое место и вновь закреплен 2—3 каплями раствора.

Пластифицированный бутвар в изделиях (пленка) перед использованием для раствора следует промыть в горячей воде, чтобы удалить соду, имеющуюся на поверхности пленки. Растворитель к нему состоит из 50% спирта-ректификата и 50% бензола. Растворители должны быть всегда химически чистыми. При неправильном их соединении в сосуде иногда наблюдается помутнение, которое устраняется добавлением спирта-ректификата,

При работе 2—3-процентным раствором расход его на 1 м2 ориентировочно равен 800—1000 г. Для пропитки почвы, дерева, кости можно добавлять на 100 г раствора 0,2—0,3 г ПВА (поливинилацетата). Растворы смол и растворители надлежит хранить в прохладном месте, в плотно закупоренных бутылях, вне опасности от огня.

Необходимо иметь в виду, что предлагаемые к использованию в полевой археологии для реставрации и консервации памятников синтетические смолы, в связи с возрастающими успехами советской химии высокомолекулярных соединений, могут быть заменены и другими. Выбор смол, очевидно, должен находиться в зависимости от объекта пропитки и конкретных заданий. Однако эта зависимость не настолько велика, как это может показаться при поверхностном разборе вопроса. Использованию новых смол и их растворителей должны всегда предшествовать соответствующие испытания и проверка этих смол и растворителей.

Ясно, что успех использования синтетических смол в полевых условиях для всех вышеуказанных целей может быть достигнут только лишь при условии правильного выбора синтетиков и соответствующих приемов в работе.

К содержанию 49-го выпуска Кратких сообщений Института истории материальной культуры