SONAR|HES-SO

SONAR|HES-SO

SONAR|HES-SO regroupe les travaux de bachelor et master diffusables de plusieurs écoles de la HES-SO. Consultez cette page pour le détails.

En cas de question, merci de contacter les bibliothécaires de la HES-SO : bibliotheques(at)hes-so.ch

Back to SONAR
Back
Texte intégral
Bachelor thesis

Testing corrosion inhibitors for the treatment of marine iron/waterlogged wood composite artifacts in polyethylene glycol solutions

    2008

185 f.

Mémoire de diplôme HES: Haute Ecole Arc Conservation-Restauration, 2008

Conservation et restauration
composite fer/bois
archéologie marine
English French German Non-separable iron/wood composite artifacts recovered from a marine environment are complex objects and require a good knowledge of conservation issues related to both materials before planning treatments. Their conservation involves compromises but intends to first treat the most fragile component while preventing alteration of the associated materials. A particular issue for such treatments is the impregnation of the wooden parts, since the polyethylene glycol (PEG) commonly used to consolidate waterlogged wood is slightly acidic and aggressive to metal. An alternative to PEG can be the use of solvent based treatments but such options cannot be applied to large artifacts for safety reasons. The addition of corrosion inhibitors to PEG solutions is another possibility that has been studied for thirty years. The most well-documented corrosion inhibitor used for this purpose is Hostacor IT®. Over time, conservation professionals noticed several drawbacks of this chemical. Therefore, testing other corrosion inhibitors in PEG solution was found to be a worthwhile pursuit within the framework of this diploma. A solution of 1% (v/v) Hostacor IT® was employed as a reference solution to enable comparisons with other chemicals. The corrosion inhibitors chosen had to be readily available, independent of a patent, easy to prepare, easy to use, affordable and safe. New research on corrosion inhibitors for cultural heritage properties highlights the performance of the “eco-friendly” carboxylate family of chemicals. Two corrosion inhibitor mixtures, designed for iron, were chosen from among the carboxylates: the sodium decanoate (at 0.05M) and the carboxylatation solution. A third chemical, sodium nitrite (at 100ppm), was included in these trials because a recent study, performed by the Mariners’ Museum® (TMM®, Newport News, Virginia), demonstrated that sodium nitrite could be used as an alternative to alkaline solutions as a storage medium for large metallic artifacts. The methodology followed to assess the effectiveness of these corrosion inhibitors in PEG solution was to simulate the treatment of a non-separable marine iron/wood composite object by using iron based samples. In order to replicate real artifacts as best as possible, naturally corroded iron based coupons were tested in parallel to bare metal samples. The metal tested was carbon steel. To compare the performances of the chemicals on the metal samples, their corrosion potential (“Ecorr”) was monitored, in the solutions, over time. Two complementary accelerated aging tests were performed on the treated samples afterwards. The first aging method simulated the behavior of the metal in contact with high concentrated PEG solution. This represents a post-impregnation condition of a composite object. This behavior was determined with voltammetric plots measurements. The second method exposed the samples to 30 wet / dry cycles in a humidity chamber to simulate an uncontrolled museum environment. The first noteworthy result of this project is that none of the corrosion inhibitors tested, Hostacor IT® included, are effective at preventing corrosion in a subsequent 20% (v/v) PEG impregnation treatment. This means that an iron/wood composite artifact first immersed in a corrosion inhibitive solution, e.g. as storage, cannot afterwards be immersed in a “simple” PEG solution without corrosion of the iron parts. Considering the corrosion inhibitors in 20% (v/v) PEG solution, the carboxylatation solution did not appeared well suited to iron/wood composites due to its low pH that would be harmful to the wooden components. The sodium decanoate showed promising results on bare carbon steel but has been shown, in previous studies, to be ineffective on corroded iron and is therefore not appropriate for iron/waterlogged wood composites. The sodium nitrite solution showed good results, but its compatibility with PEG may not be assured because it tends to decrease the pH of the solution. In the case of iron/wood composite treatments, this could cause damage to the wooden part from high acidity and less protection for the metal. Among these trials, Hostacor IT® remained the most appropriate corrosion inhibitor for the treatment of iron/waterlogged wood in PEG solution due to its neutral pH and its ability to passivate corroded steel. It is therefore unfortunate that this chemical is not readily available for purchase anymore. This, among other drawbacks of Hostacor IT®, should encourage conservation scientists to develop chemicals other than Hostacor IT® that are similarly effective. Les composites fer/bois gorgés d’eau indissociables, issus du milieu marin, sont des objets complexes qui nécessitent une bonne connaissance des problèmes de conservation de chacun des matériaux en présence. Leur traitement implique des compromis mais vise souvent à la sauvegarde de chacun des matériaux tout en évitant l’altération du composant le plus fragile. Un problème majeur de ce type d’objet est l’imprégnation de la partie organique puisque le polyéthylène glycol (PEG), couramment employé pour la consolidation des bois gorgés d’eau, est légèrement acide et, de ce fait, corrode le métal. Une alternative au PEG peut être l’utilisation de traitement à base de solvants. Cependant, pour des questions de sécurité, ce type de d’imprégnation n’est pas adapté aux objets de grandes tailles. Une autre possibilité consiste à ajouter un inhibiteur de corrosion au PEG durant le traitement de la partie organique. Cette option a été étudiée depuis une trentaine d’années. A ce jour, l’inhibiteur de corrosion le mieux connu est l’Hostacor IT®. Toutefois, l’expérience des professionnels de la conservation-restauration ayant mis en évidence un certain nombre de reserves quant à l’emploi de ce produit, il nous a semblé intéressant de tester l’efficacité d’autres inhibiteurs de corrosion en milieu PEG. Une solution de 1%(v/v) d’Hostacor IT® a été employée pour ce projet, en tant que solution de référence. Les inhibiteurs de corrosion choisis devaient être : facilement disponibles, non brevetés, de préparation et d’usage facile, non toxiques et peu onéreux. De récentes recherches ont démontré l’efficacité de la famille des carboxylates, inhibiteurs de corrosion respectueux de l’environnement. Deux produits adaptés au fer ont été retenus parmi eux : le décanoate de sodium (à 0,05M) et la solution dite « de carboxylatation ». Un troisième produit, le nitrite de sodium (à 100ppm), a également été sélectionné. Ce dernier a montré des résultats prometteurs lors de recherches menées au Mariners’ Museum® (TMM®, Newport News, Virginie) considérant des alternatives possibles aux solutions caustiques de stockage de grands objets métalliques. La méthodologie retenue pour étudier l’efficacité de ces produits en milieu PEG a consisté à simuler le traitement de composites fer/bois gorgé d’eau sur des coupons de métal. Afin de rester aussi proche que possible des conditions réelles des artéfacts, des échantillons corrodés naturellement ont été comparés à des coupons non corrodés. Le métal testé était de l’acier. Dans un premier temps l’efficacité des différentes solutions a été comparée par méthode électrochimique. Le potentiel de corrosion (“Ecorr”) des échantillons a été mesuré en fonction du temps. Ils ont ensuite été soumis à deux tests complémentaires de vieillissement accéléré. Le premier test simulait le comportement du métal au contact d’une solution fortement concentrée en PEG afin de représenter des conditions post-imprégnation d’un objet composite. Des mesures voltamétriques ont été employées pour cela. Le deuxième test a consisté à exposer les échantillons dans une chambre humide, à trente cycles alternant une atmosphère humide/sèche, afin de simuler l’environnement mal contrôlé d’un musée. Le premier résultat intéressant de cette étude est qu’aucun des inhibiteurs de corrosion employé ici, Hostacor IT® inclus, ne prévient efficacement de la corrosion lors d’un traitement ultérieur dans 20% (v/v) PEG. Cela signifie qu’un composite metal/bois stocké dans une solution inhibitrice ne pourra pas, par la suite, être immergé dans une solution de PEG “simple” sans que cela implique la corrosion des éléments ferreux. Concernant les inhibiteurs de corrosion associés à 20% (v/v) de PEG, la solution de carboxylatation est à déconseiller pour les composites fer/bois du fait de son pH bas qui endommagerait les parties organiques. Le décanaote de sodium a montré des résultats intéressants sur l’acier non corrodé, mais est sans effet sur les produits de corrosion, comme l’ont révélé des études antérieures. Pour cette raison, cette solution est inadaptée aux composites fer/bois. Le nitrite de sodium semble prometteur, mais sa compatibilité avec le PEG n’est pas garantie puisque le pH de la solution tend à diminuer en présence de PEG. Cela pourrait, dans le cas des composites fer/bois, abimer le bois et diminuer la protection du métal. De tous les inhibiteurs de corrosion, l’Hostacor IT® reste le mieux adapté au traitement de composites fer/ bois gorgés d’eau en solution de PEG. Ceci est le fait, combiné, du pH neutre de la solution et de la capacité d’Hostacor IT® à passiver des surfaces corrodées. Cependant, parmi les limites de ce produit, il s’avère notamment que celui-ci n’est plus commercialisé. Ce constat devrait encourager les scientifiques à développer d’autres inhibiteurs de corrosion d’efficacité comparable à l’Hostacor IT®. Nicht trennbare Eisen/Holz ,aus einer Meeresumwelt geborgene, von Wasser durchtränkte Artefakte sind komplexe Objekte und erfordern vor jeder Behandlung präzise Kenntnisse bezüglich der Erhaltungsprobleme im Zusammenhang mit beiden Materialien. Ihre Konservierung erfordert Kompromisse : sie zielt darauf ab, alle Materialien zu konservieren , ohne dabei die fragilsten Komponente zu beschädigen. Ein besonderes Problem bei einem solchen Verfahren stellt die Imprägnierung der Holzteile dar, da das meistens zur Konsolidierung des nassen Holzes verwendete olyethylenglykol (PEG) leicht sauer ist und das Metall attackiert. Eine Alternative zur PEG wäre eine auf Lösungsmitteln basierendes Verfahren, aber eine solche Option ist bei großen Artefakten aus Sicherheitsgründen nicht praktisch möglich. Die Addierung von Korrosionsinhibitoren zu PEG-Lösungen ist eine weitere Möglichkeit, die seit etwa dreißig Jahren studiert worden ist. Der am besten dokumentierte, zu diesem Zweck verwendete Korrosionshemmstoff ist Hostacor IT®. Im Laufe der Zeit hat sich aber diese Chemikalie in mancher Hinsicht als problematisch erwiesen. Aus diesen Gründen haben wir uns in dieser Studie vorgenommen, die Wirkung weiterer Korrosionsinhibitoren in einer PEG-Lösung bei diesem Anwendungsbereich zu untersuchen. Eine Lösung von 1% (v/v) Hostacor IT® wurde als Referenz-Lösung benutzt, um Vergleiche mit anderen Chemikalien zu ermöglichen. Bei der Wahl der Korrosionsinhibitoren wurde auf Folgendes geachtet : sie sollten leicht verfügbar, unabhängig von einem Patent, leicht vorzubereiten, leicht zubenutzen, billig und ungefährlich sein. Neue Forschungen über Korrosionsinhibitoren für Restaurierungs, bzw Konservierungszwecke, heben besonders wirksame Eigenschaften der umweltfreundlichen carboxylat-Gruppe hervor. Zwei Kombinationen von Korrosionshemmstoffe einsetzbar mit Eisen, wurden aus dem Gruppe der carboxylate ausgewählt: die Natrium decanoate (at 0.05M) und die sogenannte « Karboxylatationslösung ». Eine dritte Chemikalie, Natrium-Nitrit (100ppm), wurde ebenfalls bei diesen Experimenten in Betracht gezogen, weil eine neue Studie, durchgeführt vom Mariners' Museum® (TMM®, Newport News, Virginia), bewiesen hat, dass Natrium- Nitrit als eine Alternative zu Laugen bei der Speicherung großer metallischer Artefakte verwendet werden konnte. Die Methodik zur Einschätzung der Wirksamkeit dieser Korrosionsinhibitoren in PEG-Lösung bestand darin, die Behandlung eines nicht-trennbaren marinen Komposit-Metall / Holz-Objekts mit Metall-Proben zu simulieren. Um reale Artefakte so gut wie möglich zu reproduzieren, wurden auf natürliche Weise korrodierte Metall-Stücke und blanke metallische Proben parallel getestet. Das Testmetall war Stahl. Um die Wirkung der Chemikalien zu untersuchen, wurde zuerst eine elektrochemische Methode vewendet. Das Korrosionspotenzial ("Ecorr") wurde im Laufe der Zeit bei den sich in den Lösungen befindenden Proben beobachtet. Die Proben wurden danach zwei komplementären beschleunigten Alterungstesten unterzogen. Der erste Alterungsprozess simuliert das Verhalten des Metalls bei dem Kontakt mit hoch-konzentrierter PEG-Lösung. Dies entspricht dem Post-Imprägnierungszustand eines Composite-Objekts. Dieses Verhalten wurde voltametrisch Punkt für Punkt gemessen . Bei der zweiten Methode setzten wir die Probenstücke zu 30 Nass / Trockenheit- Zyklen in einer Feuchtekammer aus, um unkontrollierte Museumsverhältnisse zu simulieren. Eins der wichtigen Ergebnisse dieser Untersuchungen ist, dass keiner der hier getesteten Korrosionsinhibitoren, Hostacor IT® miteingeschlossen, bei der Verhinderung von Korrosion in einem späteren 20% (v/v) PEG Imprägnierungsbehandlung effektiv ist. Dies bedeutet, dass ein Eisen / Holz mit Wasser durchtränkten Artefakt, das zur Lagerung in eine korrosionsinhibierende Lösung zuerst getaucht wird, nachträglich nicht die Korrosion der Eisen-Teile in eine "einfache" PEG-Lösung verhindert. Unter den Korrosionsinhibitoren bei 20% (v / v) PEG-Lösung erschien die Carboxylatationslösung zur Behandlung von Eisen / Holz-Kombinationen aufgrund ihres niedrigen, für die Holz-Komponente schädlichen pH-Werts nicht geeignet. Die Natrium-decanoate zeigte viel versprechende Ergebnisse bei blankem Stahl, ist aber wie frühere Studien es gezeigt haben, bei korrodiertem Eisen wirkungslos und daher in dieser Situation nicht verwendbar. Die Natriumnitrit-Lösung zeigte zwar interessante Ergebnisse, aber ihre Kompatibilität mit PEG kann nicht garantiert werden, da sie eine Senkung des pH-Werts der Lösung bewirkt. Ihre Verwendung könnte also die Holzteile beschädigen und den Schutz des Metalls mindern. Bei allen geführten Experimenten erwies sich Hostacor IT® als der am besten geeignete Korrosionsinhibitor für die Behandlung von Eisen/Holz, von Wasser durchtränkten Artefakten in PEGLösung, aufgrund seines neutralen pH-Werts und seiner Fähigkeit korrodierten Stahl zu passivieren. Leider wird diese Chemikalie, die übrigens nicht ganz problemlos ist, demnächst nicht mehr verkauft. Das, abgesehen von anderen Nachteilen von Hostacor IT®, sollte Restaurierungswissenschaftler dazu anregen, weitere Chemikalien außer Hostacor IT® zu entwickeln, die ähnlich wirksam sind.
Language
  • French
Classification
Arts, entertainment, sport
Notes
  • Orientation objets archéologiques et ethnographiques
  • Haute Ecole Arc Conservation-Restauration Neuchâtel
  • hesso:hearc-cor
License
License undefined
Identifiers
  • RERO DOC 277822
  • RERO R007420305
Persistent URL
https://sonar.ch/hesso/documents/313463
Statistics
Document views: 153 File downloads:
  • 2008_CRAE_SangouardElsa_MarineWoodArtifacts.pdf: 434