Accademia Italiana di Scienze Forestali

Italian Academy of Forest Sciences

Lo Monaco A., Calienno L., Agresti G., Fodaro D., Pelosi C., Picchio R. – Innovative methodologies for the analysis of the conservation state on wooden surfaces

doi 10.4129/2cis-alm-inn

Citation/Citazione
Lo Monaco A., Calienno L., Agresti G., Fodaro D., Pelosi C., Picchio R. – Innovative methodologies for the analysis of the conservation state on wooden surfaces. In: Proceedings of the Second International Congress of Silviculture. Designing the future of the forestry sector. Florence, 26.29 November,  2014. Firenze: Accademia Italiana di Scienze Forestali. Vol. 2, p. 1099-1104. ISBN 978-88-87553-21-5. http://dx.doi.org/10.4129/2cis-alm-inn

Title: Innovative methodologies for the analysis of the conservation state on wooden surfaces
Titolo: Metodologie innovative per l’analisi dello stato di conservazione di superfici lignee

Summary: Colour variations on wood surfaces are due to photo-degradation of its chemical constituents, therefore the study of the relationship between colour changes and the chemical composition caused by irradiation is of practical and theoretical importance for the understanding of degradation phenomena. The Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and reflectance spectrophotometry were used to assess artificial sunlight exposure. The statistical approach and the provisional and descriptive models obtained were the innovative results. Laser tests were carried out with the MDTT45 Q-switched Nd YAG changing the irradiation conditions in order to find the threshold values of fluence useful to remove the brownish surface layer on the investigated artefact. The examined species were lime, chestnut, poplar and beech. It was observed that wood colour shows high variability and the colour differences must be calculated on the same measurement point. Colour monitoring allowed to study the wood surface colour variation due to photo-irradiation. FTIR analysis highlighted that irradiation caused the degradation of lignin and increased concentration of the chromophore groups on the wood surface. FTIR spectroscopy allowed also to investigate the rate of photo-degradation of wood surface due to lignin oxidation. The correlation between colour changes and lignin photo-degradation was determined in the species examined and qualitative and quantitative models have been developed. These results are very interesting because they demonstrate that colour measurements or reflectance spectrophotometry can be used to evaluate wood surface modifications in a totally non-destructive modality.

Riassunto: La variazione di colore è uno dei metodi più sensibili per svelare il grado di fotodegradazione del legno esposto a radiazione nell’ultravioletto e nel visibile, quindi lo studio del rapporto tra i cambiamenti di colore e della composizione chimica causata da irradiazione è d’importanza pratica e teorica per la comprensione dei fenomeni degradativi.
La spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FTIR) e la spettrofotometria in riflettanza sono state impiegate per valutare l’influenza della luce. Approccio statistico e modelli previsionali e descrittivi ottenuti costituiscono l’innovazione. Test con laser sono stati effettuati con un sistema Nd:YAG Q-switched, variando le condizioni di irraggiamento anche al fine di trovare i valori di soglia di fluenza utili alla rimozione dello strato superficiale brunastro sul manufatto studiato. Le specie esaminate sono tiglio, castagno, noce, pioppo e faggio. È stato osservato che il colore mostra un’elevata variabilità e le differenze colorimetriche devono scrupolosamente essere verificate negli stessi punti. Il monitoraggio del colore ha permesso di verificare le variazioni di colore causate dalla foto-irradiazione. L’analisi FTIR ha evidenziato che l’irradiazione ha causato la degradazione della lignina aumentando la concentrazione dei gruppi cromofori sulla superficie del legno. La spettroscopia FTIR ha permesso di indagare il tasso di fotodegradazione della superficie del legno dovuto all’ossidazione della lignina. La correlazione tra cambiamenti di colore e fotodegradazione della lignina è stata determinata nelle specie esaminate e sono stati creati modelli qualitativi e quantitativi. Questi risultati dimostrano che le misurazioni di colore, con la spettrofotometria di riflettanza, possono essere impiegate per valutare le modifiche superficiali del legno in modo totalmente non distruttivo.

Keywords: wood colour, photo-degradation, fourier transform infrared (ftir) spectroscopy, reflectance spectrophotometry, laser cleaning.
Parole chiave: colore del legno, fotodegradazione, spettroscopia ftir, spettrofotometria in riflettanza, pulitura laser.

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