Im 20. Jahrhundert haben sich Kunststoffe zu einem unverzichtbaren Material für eine moderne Gesellschaft entwickelt. Durch ihre vielfältigen Eigenschaften sind sie in jeden erdenklichen Einsatzbereich vorgedrungen und zu einem Teil der Menschheitsgeschichte geworden.
Museen und andere Institutionen haben sich zur Aufgabe gemacht, diese Geschichte zu bewahren, zu erforschen und zu zeigen. Sie werden jedoch vor die Herausforderung gestellt, dass Kunststoffe in ihren Sammlungen im Vergleich mit Materialien wie Stein, Holz oder Metall deutlich schneller altern. Oft ist noch nicht viel über die Alterungsprozesse bekannt und es fehlt daher häufig an konkreten Handlungsanweisungen, um Objekte aus Kunststoff langfristig bewahren zu können.
An dieser Stelle setzt die vorliegende Dissertation an. Diese befasst sich mit den Auswirkungen äußerer Einflüsse auf die Degradation eines der ersten und bekanntesten Kunststoffe und erarbeitet Empfehlungen zu dessen langfristiger Bewahrung. Gegenstand der Untersuchungen und Analysen ist der Kunststoff Celluloseacetat der Gläsernen Figuren des Deutschen Hygiene-Museums Dresden.
Die Gläsernen Figuren sind dreidimensionale und lebensgroße Modelle des menschlichen und einiger tierischer Körper und haben sich im 20. Jahrhundert zu Ikonen ihrer Zeit entwickelt. Das transparente Celluloseacetat hat die Entwicklung dieser Objekte erst möglich gemacht und trägt maßgeblich zu deren Erscheinung und Erfolg bei.
Celluloseacetat schrumpft jedoch mit zunehmendem Alter, wird brüchig, verfärbt sich und sondert Essigsäure ab. Darunter leiden das Erscheinungsbild sowie andere Materialien der Gläsernen Figuren. Durch intensive Begutachtungen sowie Messungen an diversen Gläsernen Figuren kann ein Einfluss der relativen Luftfeuchtigkeit auf die Degradation des Celluloseacetats bewiesen werden. Daher werden Modellversuche mit originalem Celluloseacetat durchgeführt und eine umfangreiche Analytik an diesem vorgenommen. Zur Analyse des Additivgehaltes wird eigens eine Ultraschallextraktionsmethode entwickelt. Die Ergebnisse zeigen einen sehr großen Einfluss der relativen Luftfeuchtigkeit auf das Celluloseacetat. Sowohl der Substitutionsgrad, Polymerisationsgrad als auch der Additivgehalt werden von einer höheren relativen Luftfeuchtigkeit negativ beeinflusst. Diese trägt des Weiteren zur Entstehung von Essigsäure bei. Der alleinige Einfluss der Essigsäure auf die Degradation des Celluloseacetats wird ebenfalls analysiert. Dieser ist geringer als angenommen und kommt vermutlich erst durch die Kombination mit der relativen Luftfeuchtigkeit zum Tragen. Aus den Ergebnissen werden Zusammenhänge sowie ein wahrscheinlicher Alterungsmechanismus abgeleitet. Ergänzt um eine theoretische Betrachtung, werden konkrete Empfehlungen zur langfristigen Erhaltung des Celluloseacetats und somit der Gläsernen Figuren ausgesprochen. Es wird eine Temperatur von 15 °C sowie eine relative Luftfeuchtigkeit von 30 % empfohlen. Dadurch können Additivmigration, Essigsäurefreisetzung und Depolymerisation signifikant reduziert und Auswirkungen auf andere Materialien vermieden werden.
Die konkreten Empfehlungen werden dem Deutschen Hygiene-Museum Dresden als Teil eines Konzeptes zur präventiven Konservierung vorgeschlagen.:Inhaltsverzeichnis
Kurzfassung
Abstract
Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung und Zielstellung
2 Theoretische Grundlagen
2.1 Polymere
2.1.1 Begriffe und Nomenklatur
2.1.2 Klassifizierung
2.1.3 Additive
2.1.4 Alterung
2.2 Celluloseacetat
2.2.1 Geschichte, Herstellung und Verwendung
2.2.2 Degradation und Konservierung
2.2.3 Künstliche Alterung
2.2.4 Analytik
2.3 Gläserne Figuren
2.3.1 Gläserner Mann 1935
2.3.2 Gläserne Frau 1935
2.3.3 Gläserner Mann 1962
2.3.4 Gläserne Kuh 1983
3 Materialien
3.1 Celluloseacetat und Celluloseacetatbutyrat
3.2 Chemikalien
4 Methoden
4.1 Charakterisierung von Celluloseacetat und Celluloseacetatbutyrat
4.2 Entwicklung einer Ultraschallextraktionsmethode für Additive
4.3 Bestimmung von Degradationsprodukten
4.3.1 Qualifizierung austretender Flüssigkeiten aus dem Celluloseacetat
4.3.1.1 Wassernachweis mit Cobaltchloridpapier
4.3.1.2 Bestimmung des pH-Wertes mit pH-Papier
4.3.1.3 Qualitative Bestimmung durch GCMS
4.3.2 Messung der Essigsäurekonzentration in der Luft
4.4 Künstliche Alterung von Celluloseacetat
4.4.1 Variation der relativen Luftfeuchtigkeit
4.4.2 Variation der Essigsäurekonzentration in der Luft
4.5 Charakterisierung von künstlich gealtertem Celluloseacetat
4.5.1 Bestimmung des Farbabstandes und des Helligkeitsunterschiedes
4.5.2 Bestimmung der Masse
4.5.3 Bestimmung des Additivgehaltes
4.5.3.1 Extraktion der Additive
4.5.3.2 Quantifizierung der Additive
4.5.3.3 GCMS Parameter
4.5.4 Bestimmung des Substitutionsgrades
4.5.4.1 Derivatisierung von Celluloseacetat
4.5.4.2 GCMS-Bestimmung des Substitutionsgrades
4.5.5 Bestimmung des Polymerisationsgrades
4.6 Analyse des Originalmaterials ausgewählter Gläserner Figuren
5 Ergebnisse und Diskussion
5.1 Charakterisierung von Celluloseacetat und Celluloseacetatbutyrat
5.2 Ultraschallextraktion von Additiven
5.3 Bestimmung von Degradationsprodukten
5.3.1 Beobachtungen
5.3.2 Austretende Flüssigkeit
5.3.3 Essigsäurekonzentration
5.4 Charakterisierung von künstlich gealtertem Celluloseacetat
5.4.1 Optische Veränderungen
5.4.2 Farbabstand und Helligkeitsunterschied
5.4.3 Masse
5.4.4 Additivgehalt
5.4.5 Substitutionsgrad
5.4.6 Polymerisationsgrad
5.5 Analyse des Originalmaterials ausgewählter Gläserner Figuren
5.6 Schlussfolgerungen zur Degradation und zum Alterungsmechanismus
5.7 Praktische Anwendung der erzielten Ergebnisse
6 Zusammenfassung und Ausblick
Danksagungen
Institutionen
Publikationen
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Literaturverzeichnis
Eigenständigkeitserklärung
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:74175 |
| Date | 15 March 2021 |
| Creators | Kemper, Benjamin |
| Contributors | Voit, Brigitte, Herm, Christoph, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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