Academic thesis
| Saskia Höltken: | Randwinkelmessungen an ausgewählten modernen Retuschiermaterialien nach künstlicher Alterung (in Zusammenarbeit mit Gina Grond) | back |
| Language: | Original - Translation | |
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| Abstract: | Moderne, synthetische Materialien, deren Alterungseigenschaften noch nicht bekannt sind, finden zunehmend Einsatz in der Konservierung und Restaurierung. Daher wird die Nutzbarkeit von Randwinkelmessungen zur Bestimmung der Oberflächenenergie von Feststoffen als Analysemethode für gealterte Materialien untersucht. Der Schwerpunkt liegt dabei auf möglichen Löslichkeitsveränderungen moderner Retuschiermaterialien. Diese werden vor der Messung einer künstlichen Alterung unterzogen. Theoretische Grundlagen über polymere Werkstoffe, künstliche Alterung sowie die Oberflächencharakterisierung durch Randwinkelmessungen führen in die Thematik ein. Eigene Versuchsreihen an 16 Bindemitteln aus der Retuschierpraxis werden mit Ergebnissen anderer Studien evaluiert. Es kann ein Zusammenhang von Anteilen der Oberflächenenergie polymerer Materialien und in der Restaurierung gebräuchlichen Löslichkeitsparametern hergestellt werden. Dennoch ist die sensible und komplexe Methode der Randwinkelmessung nicht geeignet, um Aussagen zur Löslichkeitsänderung von Bindemitteln zu treffen. Vielmehr ist sie als ergänzende Untersuchungsmethode zu anderen Analyseverfahren zu betrachten. |
| Keywords: | Retusche, Randwinkel, Kontaktwinkel, Oberflächen, künstliche Alterung, Beanspruchungsprüfung, Polymere, Kunststoffe, Löslichkeit, Parametrisierung |
| Table of contents: | Einleitung 10 2 Polymere 13 2.1 Aufbau und Eigenschaften 14 2.2 Verwendung 16 3 Polymere Materialien in der Konservierung und Restaurierung 16 3.1 Die Retusche 18 3.2 Auswahl der Bindemittel 20 3.3 Polymere Harze 22 3.3.1 Acrylharze 23 3.3.2 Polyvinylacetat (PVAc) 24 3.3.3 Polyvinylalkohol (PVAl) 25 3.3.4 Poly2-ethyl-2-oxazolin 25 3.3.5 Celluloseether 26 3.3.6 Natürliche Polymere 26 3.4 Niedrig molekulare Harze 27 3.4.1 Hydrierte Kohlenwasserstoffharze 28 3.4.2 Reduzierte Ketonharze 28 3.4.3 Harnstoffaldehyde 28 4 Alterung 29 4.1 Beständigkeit und Alterungsverhalten 31 4.2 Abbauvorgänge 31 4.2.1 Oxidativ 32 4.2.2 Strahleninduziert 32 4.2.3 Thermisch und thermooxidativ 35 4.2.4 Hydrolytisch 37 4.2.5 Weitere Einflüsse 38 5 Künstliche Alterung 39 5.1 Beschleunigte Prüfung als Kurzbewitterung 40 5.2 Anwendung und Grenzen in den Konservierungs- und Restaurierungswissenschaften 41 5.3 Lebensdauervorhersagen 42 5.4 Einflussfaktoren 45 6 Oberflächencharakterisierung durch Randwinkelmessung 46 6.1 Definitionen grundlegender Begriffe 47 6.1.1 Randwinkel 47 6.1.2 Benetzbarkeit 47 6.1.3 Oberflächenspannung bzw. Grenzflächenspannung 48 6.1.4 Freie Oberflächenenergie bzw. Grenzflächenenergie 49 6.2 Bestimmung der Oberflächenenergie durch Randwinkelmessung 51 6.3 Die Randwinkelmessung 53 6.3.1 Erkennung des Randwinkels 54 6.3.2 Sessile Drop Methode 55 6.4 Bestimmung der freien Oberflächenenergie an Festkörpern durch Randwinkelmessung 57 6.4.1 Das Verfahren nach Owens, Wendt, Rabel und Kaelble (OWRK) 59 6.4.2 Das Extended-Fowkes-Verfahren (xF) 61 6.4.3 Das Säure-Base-Verfahren nach Oss und Good 62 7 Versuchsaufbau 62 7.1 Bindemittel 63 7.2 Bestimmung des nichtflüchtigen Anteils 63 7.3 Probekörperherstellung 64 7.3.1 Auftrag 66 7.3.2 Trocknung 68 7.3.3 Referenzprobekörper 69 7.4 Beschleunigte Prüfung 70 7.4.1 Bestrahlung 71 7.4.2 Temperatur 74 7.4.3 Relative Luftfeuchte 76 7.4.4 Weitere Parameter und Ablaufvariablen 77 7.5 Randwinkelmessung 78 7.5.1 Messmethode 79 7.5.2 Durchführung der Messung 81 7.5.3 Auswertungsverfahren 82 7.5.4 Prüfflüssigkeiten 83 7.6 Spektralphotometrische Bewertung der Referenzprobekörper 85 8 Versuchsdurchführung 86 8.1 Bindemittel 86 8.2 Bestimmung des nichtflüchtigen Anteils 87 8.3 Probekörperherstellung 88 8.3.1 Auftrag 89 8.3.2 Trocknung 90 8.4 Beschleunigte Prüfung 91 8.4.1 Vorbereitung und Versuchsstart 92 8.4.2 Umpositionierung der Prüflinge und Versuchsende 95 8.4.3 Referenzprobekörper 95 8.5 Randwinkelmessung 96 8.5.1 Messmethode 96 8.5.2 Durchführung der Messung 97 8.5.3 Auswertungsverfahren 98 8.5.4 Prüfflüssigkeiten 98 8.6 Spektralphotometrische Bewertung der Referenzprobekörper 98 9 Auswertung der Messergebnisse 99 9.1 Spektralphotometrische Bewertung der Referenzprobekörper 99 9.2 Bestimmung der Mittelwerte aus den Randwinkelmessungen 102 9.3 Berechnung der freien Oberflächenenergie 104 9.3.1 Acrylharze 108 9.3.2 Polyvinylacetat 109 9.3.3 Polyvinylalkohol 110 9.3.4 Poly2-ethyl-2-oxazolin 110 9.3.5 Celluloseether 111 9.3.6 Natürliche Polymere 112 9.3.7 Hydrierte Kohlenwasserstoffharze 112 9.3.8 Reduzierte Ketonharze 113 9.3.9 Harnstoffaldehyde 113 9.3.10 Parafilm® M 114 9.3.11 Zusammenfassung 115 9.4 Kompatibilität und Zuverlässigkeit der Berechnungsverfahren 117 9.4.1 Vergleich der ermittelten Werte mit Angaben in der Literatur und Datenbanken 117 9.4.2 Fehleranalyse der Berechnungen 123 9.4.3 Händische Nachberechnung der ermittelten Werte 124 9.5 Einfluss der Parameter der Prüfflüssigkeiten 127 9.6 Das Säure-Base-Verfahren 131 9.6.1 Durchführung der Messung mit zusätzlicher disperser Flüssig- keit 132 9.6.2 Neuberechnung des Säure-Base-Verfahrens 133 9.6.3 Neuberechnung von OWRK und xF 137 9.7 Zuverlässigkeit von Randwinkelmessungen 141 10 Messergebnisse in Bezug zur Löslichkeitsänderung 143 10.1 Löslichkeit 144 10.2 Parametrisierung 145 10.3 Zusammenhang von Oberflächenspannung und Löslichkeitsparameter 149 10.4 Löslichkeit der geprüften Bindemittel 155 10.4.1 Polymere Harze 155 10.4.1.1 Acrylharze 155 10.4.1.2 Polyvinylacetat 158 10.4.1.3 Polyvinylalkohol 159 10.4.1.4 Poly2-ethyl-2-oxazoline 160 10.4.1.5 Celluloseether 160 10.4.1.6 Natürliche Polymere 161 10.4.2 Niedrig molekulare Harze 162 10.4.2.1 Hydrierte Kohlenwasserstoffharze 162 10.4.2.2 Reduzierte Ketonharze 163 10.4.2.3 Harnstoffaldehyde 163 10.4.3 Auswertung 164 10.5 Bezug der Ergebnisse zur Konservierung und Restaurierung 166 Fazit und Ausblick 168 Literaturverzeichnis 170 Quellenverzeichnis 190 Abkürzungsverzeichnis 201 Formelverzeichnis 203 Abbildungsverzeichnis 205 Diagrammverzeichnis 211 Tabellenverzeichnis 215 Anhang A-1 Eidesstattliche Erklärung A-158 Datenschutzerklärung A-159 |
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