Cellulosans polymerisationsgrad (DP) är en viktig faktor vid utvärdering av möjligheterna till både mekanisk och kemisk återvinning av bomull. Enligt flera studier leder lägre DP till svagare fibrer. I denna rapport har DP hos bomullsfibrer från begagnade jeans undersökts före och efter mekanisk återvinning för att se om återvinningsprocessen eller graden av slitage på de ingående fibrerna har en påverkan på DP. Även möjligheten att spinna garn med de mekaniskt återvunna fibrerna utblandade med jungfruliga bomullsfibrer har undersökts för att se hur andelen återvunna fibrer och graden av slitage på dessa påverkar garnets styrka. Konsumentavfall i form av bomullsjeans, före och efter mekanisk återvinning,  har lösts i  bis(etylendiamin)kopparhydroxidlösning (Cuen). Viskositeten har mätts och cellulosans polymerisationsgrad har beräknats. Eftersom fibrerna inte löstes upp helt var cellulosakoncentrationen i lösningarna okänd. Därför kunde inga klara slutsatser dras om huruvida den mekaniska återvinningen eller graden av slitage på det ingående materialet hade någon påverkan på DP, även om den statistiska analysen visade på att båda variablerna hade en signifikant påverkan. DP hos återvunna fibrer från begagnade jeans är högre än vad som krävs för framställning av både viskos och lyocell, vilket gör att kemisk återvinning av denna form av konsumentavfall kan vara möjlig att utveckla industriellt. Jungfrulig bomull har ringspunnits tillsammans med 20 % och 50 % återvunna fibrer. Spinningen av garn med 50 % återvunna fibrer var på grund av upprepade garnbrott alltför tidskrävande för vara lämlig för storskalig produktion. Dragstyrkan hos ett ringspunnet bomullsgarn med 20 % återvunna fibrer försämrades inte jämfört med ett garn av 100 % jungfrulig bomull, utan kunde tvärtemot förbättras beroende på spinninställningar och kvaliteten på de återvunna fibrerna. Inblandning av 20 % mindre slitna fibrer gav ett starkare garn än 20 % slitna fibrer. Dock spanns endast en bobin av varje garn och därför krävs en större studie för att få ett större statistiskt underlag innan några mer generella slutsatser kan dras.

Studiens syfte var att undersöka vilken effekt cellulosakedjornas polymerisationsgrad (D.P.) har på styrkan i nanofibrillerad cellulosafilm (NFC-film). Detta är av intresse på grund av tidigare studier som indikerar att både filmstyrkan och töjningen hos NFC-film ökar med ett ökande D.P. hos materialet som NFC produceras ifrån, samt att starkare NFC-filmer önskas tas fram. En ökad styrka och töjning hos NFC-filmer är viktigt för att kunna utöka användningsområdet för filmen, t.ex. inom applikationer som beständiga displayers eller till förpackningar. I denna studie framställdes NFC system genom att först hydrolysera ett bomullsmaterial med högt D.P. till olika grader. Bomullen karboxymetylerades därefter för att sedan homogeniseras till NFC. Avslutningsvis, framställdes filmer baserade på de olika NFC systemen, vars mekaniska egenskaper undersöktes för att utvärdera effekten av D.P. Dragtesten som utfördes på filmerna visade på att dragindexet (TSI) var det som påverkades mest markant av D.P. variationen. Det tycktes finnas en kritisk gräns för D.P. ≤ 2600, under vilken styrkan sjunker medan en icke nämnvärd förändring av styrkan sker över gränsen. / The purpose of this study was to investigate the effect of the degree of polymerization (D.P.) of cellulose on the strength of nanofibrillated cellulose film (NFC-film). The interest to investigate this effect is based on earlier studies, which have shown results that indicate on an increasing strength and strain for the films with an increasing D.P. of the material from which the NFC is produced. The desire to produce stronger NFC-films is also a reason for the study. Both an increased strength and strain are desired in the NFC-films, because it would expand the possible use of the films, for example as displays and in packaging applications. In this study, the NFC systems were prepared by first hydrolyzing the cotton linters, which had a high D.P., to different degrees. Then the cotton systems were carboxymetylated and homogenized. Finally, the films were prepared from the different NFC systems, whose mechanical properties were studied to evaluate the effect of D.P. The tensile tests that were performed on the films showed that the tensile strength index (TSI) was most significantly affected by the D.P. variation. There seemed to be a critical limit for D.P. at ≤ 2600, below which the strength decreases while a non-significant change in strength occurred above.

Die vorliegende Dissertation hat die Untersuchung des hygrischen Verhaltens der Leinwand als Bildträger eines Leinwandgemäldes zum Gegenstand. Diese überaus komplexen Mechanismen sind in der Konservierungswissenschaft bis heute nicht verstanden. In dem theoretischen Teil der Arbeit wird das komplexe Verhalten der Leinwand anhand ihres strukturellen Aufbaus erläutert. Die Darstellung der Erkenntnisse des aktuellen Forschungsstandes erfolgt bezüglich folgender struktureller Ebenen: Cellulose, Elementarfaser, technische Faser, Garn, Gewebe, Bildträger eines Leinwandgemäldes sowie deren Degradationsmechanismen. An den relevanten Stellen werden einflussgebende Faktoren benannt und analysiert. Gleichzeitig findet die Darstellung der Wissenslücken statt, woraus die für das Thema der Arbeit relevanten Forschungsfragen abgeleitet werden. Der experimentelle Teil greift einen Teil der benannten Forschungsfragen auf und untersucht die Leinwand auf der Ebene der Cellulose in Bezug auf ihr hygrisches Verhalten. Dabei steht die Frage im Vordergrund, ob ein Zusammenhang zwischen der Alterung der Leinwand und der Menge der aufgenommenen Feuchte besteht und wie dieser erfasst werden kann. In die Untersuchung werden neue, gebleichte und künstlich gealterte Flachsgewebe, sowie historische Bildträgerproben einbezogen. Für die Charakterisierung der Degradation werden folgende Merkmale erfasst: Gewebestrukturanalyse, pH-Wert, Kettenlänge der Cellulose, Kristallinität der Cellulose, Festigkeit am Gewebe und am Garn. Teilweise werden relevante Messverfahren zur Erfassung der genannten Merkmale entwickelt bzw. auf die besonderen Anforderungen historischer Bildträger angepasst. Die Menge der aufgenommenen Feuchte wird gravimetrisch erfasst und als Sorptionsisotherme dargestellt. Darüber hinaus erfolgt die Entwicklung einer Methode zur Erfassung der Gleichgewichtsfeuchte in situ am Gewebe oder Bildträger mittels Nah-Infrarot-Spektroskopie.:Inhaltsverzeichnis Dank Kurzfassung Abstract Abkürzungsverzeichnis Vorbemerkung 1 Einleitung 1.1 Einführung in das Thema 1.2 Zielstellung und Aufbau der Arbeit 2 Forschungsstand 2.1 Celluloseforschung 2.2 Textiltechnische Forschung 2.3 Konservierungswissenschaftliche Forschung 2.3.1 Herstellung und Aufbau des textilen Bildträgers 2.3.2 Degradation des textilen Bildträgers 2.3.3 Verhalten des textilen Bildträgers und des Leinwandgemäldes 3 Von der Cellulose zum Leinwandgemälde: Einflussfaktoren auf das hygrische Verhalten der Leinwand 3.1 Grundlagen und Begriffsdefinitionen 3.1.1 Begriffsdefinitionen und grundlegender Aufbau der Leinwand 3.1.2 Begriffsdefinitionen und Grundlagen des hygrischen Verhaltens der Leinwand 3.2 Aufbau der Elementarfaser des Flachses 3.2.1 Cellulose 3.2.2 Begleitsubstanzen 3.2.3 Zusammenfassung 3.3 Flachsanbau und Gewinnung der technischen Faser 3.3.1 Flachsanbau 3.3.2 Gewinnung der technischen Faser 3.3.3 Zusammenfassung 3.4 Garn 3.4.1 Verspinnen der technischen Fasern zum Garn 3.4.2 Garngeometrie 3.4.3 Schlichte 3.4.4 Maximale Wasseraufnahme 3.4.5 Vergleich zu Baumwolle 3.4.6 Zusammenfassung 3.5 Gewebe 3.5.1 Weben 3.5.2 Veredlung der Gewebe 3.5.3 Sorption von Feuchte im Gewebe 3.5.4 Geschwindigkeit von Sorption und Desorption 3.5.5 Dimensionsänderungen des Gewebes 3.5.6 Feuchteeinfluss auf die physikalischen Eigenschaften des Gewebes 3.5.7 Zusammenfassung 3.6 Leinwand 3.6.1 Gespannte Leinwand 3.6.2 Vorleimung 3.6.3 Grundierung 3.6.4 Malschicht 3.6.5 Gemälde als Materialverbund 3.6.6 Zusammenfassung 3.7 Degradation der Leinwand 3.7.1 Degradationsmechanismen 3.7.2 Auslösende Faktoren 3.7.3 Hygrisches Verhalten degradierter Leinwände 3.7.4 Zusammenfassung 4 Forschungsfragen und Zielstellung des experimentellen Teils 4.1 Analyse von Kapitel 3: Zusammenfassung einflussgebender Faktoren auf das hygrische Verhalten der Leinwand 4.2 Forschungsfragen 4.3 Ziele des experimentellen Teils 5 Analyse und Bewertung relevanter Messverfahren 5.1 Auswahl der Versuchsgewebe und deren Charakterisierung 5.1.1 Die Wahl der Versuchsgewebe 5.1.2 Künstliche Alterung neuer Gewebe 5.1.3 Bleichen neuer Gewebe 5.1.4 Charakterisierung der Gewebe durch die Gewebestrukturanalyse 5.2 Charakterisierung der Degradation am Gewebe 5.2.1 Messung des pH-Wertes 5.2.2 Bestimmung der Kettenlänge der Cellulose 5.2.3 Bestimmung der Kristallinität der Cellulose 5.2.4 Bestimmung der mechanischen Eigenschaften 5.3 Bestimmung der Gleichgewichtsfeuchte 5.3.1 Sorptionsisothermen 5.3.2 Nah-Infrarot-Spektroskopie 5.4 Weiterführende Methoden 5.4.1 Variable Pressure-Rasterelektronenmikroskopie 5.4.2 Nano-Computertomographie 6 Durchführung der Experimente 6.1 Verwendete Gewebe 6.1.1 Neue Gewebe 6.1.2 Künstliche Alterung 6.1.3 Bleichen der Gewebe 6.1.4 Historische Gewebeproben 6.1.5 Benennung der verwendeten Gewebeproben 6.1.6 Gewebestrukturanalyse 6.2 Charakterisierung der Degradation der Gewebe 6.2.1 Bestimmung des pH-Wertes 6.2.2 Bestimmung der Kettenlänge der Cellulose 6.2.3 Bestimmung der Kristallinität der Cellulose 6.2.4 Bestimmung der mechanischen Eigenschaften 6.3 Bestimmung der Gleichgewichtsfeuchte 6.3.1 Sorptionsisothermen 6.3.2 Bestimmung des Feuchtezuschlags mittels Nah-Infrarot-Spektroskopie 6.4 Analyse der Ergebnisse 6.4.1 Bewertung der Degradation der verwendeten Gewebe 6.4.2 Korrelation der gemessenen Parameter der Degradation 6.4.3 Zusammenhang zwischen Degradation und hygrischem Verhalten 7 Zusammenfassung 7.1 Erkenntnisse aus dem theoretischen Teil der Arbeit 7.2 Erkenntnisse aus dem experimentellen Teil der Arbeit 7.2.1 Bewertung einzelner Messverfahren 7.2.2 Erkenntnisse aus den durchgeführten Experimenten 8 Schlussbemerkung Anhang A Tabellen A.1 Definitionen B Anlagen zum experimentellen Teil B.1 Charakterisierung der verwendeten Gewebe B.1.1 Neues Flachsgewebe N1, Herstellerangaben B.1.2 Künstliche Alterung B.2 Gewebestrukturanalysen und Informationen der verwendeten Gewebe und historischen Proben B.3 Ergebnisse pH-Wert Messung B.4 Kapillarviskosimetrie B.4.1 Verwendete Geräte B.4.2 Protokoll zur Erfassung des Feuchtezuschlags der Garnproben B.4.3 Messprotokolle Viskosität B.5 Infrarot-Spektroskopie B.5.1 Ergebnisse B.6 Bestimmung der mechanischen Eigenschaften B.6.1 Streifen-Zugversuch an Geweben B.6.2 Nullzugfestigkeit an Garnabschnitten B.7 Bestimmung der Gleichgewichtsfeuchte durch Sorptionsisothermen B.7.1 Statische Methode B.7.2 Dynamische Methode B.8 Bestimmung der Gleichgewichtsfeuchte mittels NIR-Spektroskopie Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis / This study focusses on the hygroscopic behaviour of canvases as a painting support. The complex behaviour of canvas is not yet fully understood in conservation science. The theoretical chapter of this thesis describes the current state of research on the interaction between linen canvas and moisture. This is done by precisely distinguishing between the following structural hierarchies: cellular, fibrous, yarn, fabric, fabric support and its respective degradation mechanisms. Hereby the main gaps in knowledge and key questions relating to the behaviour of a canvas painting are being highlighted. Subsequently, the research question for this thesis are derived from this nescience. The aim of the experimental part of this thesis is to examine the hygroscopic behaviour of linen canvas at the cellulose level. Leading question is whether there is a correlation between the condition of degraded canvases and its capacity to bind moisture and how this can be measured. Studies are conducted with new, bleached and artificially aged linen canvases, as well as historical samples of painting supports. To classify the degradation of each canvas the following characteristics are determined: analysis of fabric structure, pH-value, chain length of cellulose, degree of crystallinity of cellulose and strength of fabric and yarn. Some of the measuring techniques have to be developed beforehand or adopted to the special requirements of historical samples of small size. The adsorption and desorption is analysed by registering sorption isotherms. In addition near-infraread spectroscopy is evaluated whether this analytical technique can be used for in-situ analysis of the moisture content of canvas.:Inhaltsverzeichnis Dank Kurzfassung Abstract Abkürzungsverzeichnis Vorbemerkung 1 Einleitung 1.1 Einführung in das Thema 1.2 Zielstellung und Aufbau der Arbeit 2 Forschungsstand 2.1 Celluloseforschung 2.2 Textiltechnische Forschung 2.3 Konservierungswissenschaftliche Forschung 2.3.1 Herstellung und Aufbau des textilen Bildträgers 2.3.2 Degradation des textilen Bildträgers 2.3.3 Verhalten des textilen Bildträgers und des Leinwandgemäldes 3 Von der Cellulose zum Leinwandgemälde: Einflussfaktoren auf das hygrische Verhalten der Leinwand 3.1 Grundlagen und Begriffsdefinitionen 3.1.1 Begriffsdefinitionen und grundlegender Aufbau der Leinwand 3.1.2 Begriffsdefinitionen und Grundlagen des hygrischen Verhaltens der Leinwand 3.2 Aufbau der Elementarfaser des Flachses 3.2.1 Cellulose 3.2.2 Begleitsubstanzen 3.2.3 Zusammenfassung 3.3 Flachsanbau und Gewinnung der technischen Faser 3.3.1 Flachsanbau 3.3.2 Gewinnung der technischen Faser 3.3.3 Zusammenfassung 3.4 Garn 3.4.1 Verspinnen der technischen Fasern zum Garn 3.4.2 Garngeometrie 3.4.3 Schlichte 3.4.4 Maximale Wasseraufnahme 3.4.5 Vergleich zu Baumwolle 3.4.6 Zusammenfassung 3.5 Gewebe 3.5.1 Weben 3.5.2 Veredlung der Gewebe 3.5.3 Sorption von Feuchte im Gewebe 3.5.4 Geschwindigkeit von Sorption und Desorption 3.5.5 Dimensionsänderungen des Gewebes 3.5.6 Feuchteeinfluss auf die physikalischen Eigenschaften des Gewebes 3.5.7 Zusammenfassung 3.6 Leinwand 3.6.1 Gespannte Leinwand 3.6.2 Vorleimung 3.6.3 Grundierung 3.6.4 Malschicht 3.6.5 Gemälde als Materialverbund 3.6.6 Zusammenfassung 3.7 Degradation der Leinwand 3.7.1 Degradationsmechanismen 3.7.2 Auslösende Faktoren 3.7.3 Hygrisches Verhalten degradierter Leinwände 3.7.4 Zusammenfassung 4 Forschungsfragen und Zielstellung des experimentellen Teils 4.1 Analyse von Kapitel 3: Zusammenfassung einflussgebender Faktoren auf das hygrische Verhalten der Leinwand 4.2 Forschungsfragen 4.3 Ziele des experimentellen Teils 5 Analyse und Bewertung relevanter Messverfahren 5.1 Auswahl der Versuchsgewebe und deren Charakterisierung 5.1.1 Die Wahl der Versuchsgewebe 5.1.2 Künstliche Alterung neuer Gewebe 5.1.3 Bleichen neuer Gewebe 5.1.4 Charakterisierung der Gewebe durch die Gewebestrukturanalyse 5.2 Charakterisierung der Degradation am Gewebe 5.2.1 Messung des pH-Wertes 5.2.2 Bestimmung der Kettenlänge der Cellulose 5.2.3 Bestimmung der Kristallinität der Cellulose 5.2.4 Bestimmung der mechanischen Eigenschaften 5.3 Bestimmung der Gleichgewichtsfeuchte 5.3.1 Sorptionsisothermen 5.3.2 Nah-Infrarot-Spektroskopie 5.4 Weiterführende Methoden 5.4.1 Variable Pressure-Rasterelektronenmikroskopie 5.4.2 Nano-Computertomographie 6 Durchführung der Experimente 6.1 Verwendete Gewebe 6.1.1 Neue Gewebe 6.1.2 Künstliche Alterung 6.1.3 Bleichen der Gewebe 6.1.4 Historische Gewebeproben 6.1.5 Benennung der verwendeten Gewebeproben 6.1.6 Gewebestrukturanalyse 6.2 Charakterisierung der Degradation der Gewebe 6.2.1 Bestimmung des pH-Wertes 6.2.2 Bestimmung der Kettenlänge der Cellulose 6.2.3 Bestimmung der Kristallinität der Cellulose 6.2.4 Bestimmung der mechanischen Eigenschaften 6.3 Bestimmung der Gleichgewichtsfeuchte 6.3.1 Sorptionsisothermen 6.3.2 Bestimmung des Feuchtezuschlags mittels Nah-Infrarot-Spektroskopie 6.4 Analyse der Ergebnisse 6.4.1 Bewertung der Degradation der verwendeten Gewebe 6.4.2 Korrelation der gemessenen Parameter der Degradation 6.4.3 Zusammenhang zwischen Degradation und hygrischem Verhalten 7 Zusammenfassung 7.1 Erkenntnisse aus dem theoretischen Teil der Arbeit 7.2 Erkenntnisse aus dem experimentellen Teil der Arbeit 7.2.1 Bewertung einzelner Messverfahren 7.2.2 Erkenntnisse aus den durchgeführten Experimenten 8 Schlussbemerkung Anhang A Tabellen A.1 Definitionen B Anlagen zum experimentellen Teil B.1 Charakterisierung der verwendeten Gewebe B.1.1 Neues Flachsgewebe N1, Herstellerangaben B.1.2 Künstliche Alterung B.2 Gewebestrukturanalysen und Informationen der verwendeten Gewebe und historischen Proben B.3 Ergebnisse pH-Wert Messung B.4 Kapillarviskosimetrie B.4.1 Verwendete Geräte B.4.2 Protokoll zur Erfassung des Feuchtezuschlags der Garnproben B.4.3 Messprotokolle Viskosität B.5 Infrarot-Spektroskopie B.5.1 Ergebnisse B.6 Bestimmung der mechanischen Eigenschaften B.6.1 Streifen-Zugversuch an Geweben B.6.2 Nullzugfestigkeit an Garnabschnitten B.7 Bestimmung der Gleichgewichtsfeuchte durch Sorptionsisothermen B.7.1 Statische Methode B.7.2 Dynamische Methode B.8 Bestimmung der Gleichgewichtsfeuchte mittels NIR-Spektroskopie Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis