Conference paper

Slaeva, Irina; Henniges, Uta; Potthast, Antje:

Klebstoffe - Opfersubstrate in der Papieralterung?

Papieralterung ist ein irreversibler Prozess, der zur Schädigung von papierbasiertem Kulturerbe führt, darunter Bücher, Manuskripte und Kunstwerke mit historischem, ökonomischem und intellektuellem Wert. Alterungsschäden können durch unterschiedliche endogene oder exogene Prozesse induziert werden. Die Einwirkung von Säuren ist der wichtigste endogene Faktor für den Zellstoffabbau: hierdurch wird eine hydrolytische Spaltung der Celluloseketten ausgelöst. Ein Brandschaden ist dagegen ein extremes Beispiel für einen exogenen Faktor der Papierzerstörung. In beiden Fällen kann jedoch Cellulose-Kettenspaltung, begleitet von Oxidation, Verfärbung und Bildung von niedermolekularen Abbauprodukten, das Papier schwächen und es spröde und anfällig für weiteren Abbau machen [1].
Das Feuer in der Anna-Amalia-Bibliothek in Weimar im Jahr 2004 hat einen großen Teil der Sammlungen völlig zerstört, ein weiterer Teil des Bestandes wurde schwer beschädigt. Unter den stark betroffenen Manuskripten waren auch seltene Musikhandschriften. Für die Konservierung dieser Handschriften werden Abbauprodukte entfernt und die fragilen Seiten mechanisch stabilisiert. Dabei kommen auch Cellulosederivate, wie z.B. Carboxymethylcellulose (CMC) [2], Hydroxyethylcellulose [3], und Methylcellulose [2, 4, 5], zum Einsatz. Um die sehr hohe Anzahl von beschädigten Papieren zu behandeln, wurde vom Restauratoren-Team der Anna-Amalia-Bibliothek ein maßgeschneiderter, teilautomatisierter Prozess entwickelt.
Die vorliegende Studie untersucht die Wirksamkeit dieses Verfahrens im Hinblick auf die verwendeten Klebstoffe, also verschiedene Materialien auf Basis von Cellulosederivaten. Die Papierproben wurden dafür mit Mischungen aus CaCO3, Methylhydroxyethylcellulose (mit unterschiedlichem Polymerisationsgrad) und / oder Hydroxypropylcellulose bzw. CMC behandelt und anschließend analysiert. Um die Langzeitstabilität besser beurteilen zu können, wurden die Proben einer beschleunigten Alterung unterzogen. Die Stabilität der Klebstoffkomponenten per se und im Verbund mit Papier während des Alterungsprozesses wurde mit Hilfe der Gel-Permeations-Chromatographie zur Bestimmung der molaren Masse untersucht. Änderungen der optischen Papiereigenschaften wurden durch Messung der Vergilbungsneigung verfolgt und die Benetzbarkeit von behandelten und intakten Papierproben durch Kontaktwinkelmessungen miteinander verglichen.
Wir bedanken uns für die finanzielle Unterstützung durch die Anna-Amalia-Bibliothek.

Adhesives – sacrificial substrates in paper aging?

Paper aging is an irreversible process leading to the degradation of paper-based heritage materials, including books, manuscripts, and works of art, which represent historic, economic, and intellectual value. Progressive damage of the paper upon aging can be induced by a number of different processes of endogenic or exogenic nature. While acids are the major endogenic factor for cellulose degradation as they cause hydrolytic cleavage of cellulose chains, fire damage is one of the most extreme exogenic elements for paper destruction. In both cases cellulose chain scission accompanied by oxidation, discoloration and formation of low molar mass degradation products can render the paper weak, brittle and vulnerable to any form of further manipulation. [1]
The fire in the Anna Amalia library in Weimar in 2004 irreversibly destroyed a huge part of the collection, many volumes were severely damaged. Among the latter the “ash books” comprised also rare music autographs. For conservation, the heat damaged papers demand removal of degradation products and a mechanical support of single sheets, which is usually performed utilizing cellulose derivatives, such as carboxymethylcellulose (CMC) [2], hydroxyethylcellulose [3], and methylcellulose [2, 4, 5] . To cope with the huge number of impaired papers, a tailored process has been developed and semi-automatized by the conservation team of the Anna Amalia Library.
In the present study the efficacy of the process with regard to the effect of adhesives applied was investigated. The study included different adhesives based on cellulose derivatives. The paper samples were treated with different mixtures consisting of CaCO3, methylhydroxyethylcellulose (with different degree of polymerisation) and either hydroxypropylcellulose or CMC and were analysed and further exposed to accelerated aging at elevated temperature and relative humidity. The stability of the mixture components alone and in contact with paper during aging was thoroughly investigated using a gel permeation chromatography approach for molar mass characterisation. Additionally, changes on paper brightness upon aging were monitored by measuring the intensity of yellowing. In contact angle measurements, the wettability of treated and intact paper samples was studied as well. The financial support of the Anna Amalia library is gratefully acknowledged.

1. Potthast, A., T. Rosenau, and P. Kosma, Analysis of Oxidized Functionalities in Cellulose, in Polysaccharides II, D. Klemm, Editor 2006, Springer Berlin Heidelberg. p. 1-48.
2. Sonoda, N., et al., Ongoing Study on the Conservation of Paper and Books: Evaluating Paper Deterioration and Strengthening of Deteriorated Paper. International Preservation News, 2009. 48: p. 27-29.
3. Wang, H., et al., Multifunctional nanocomposites for paper conservation. Studies in Conservation, 2013. 58(1): p. 23-29.
4. Sundholm, F. and M. Tahvanainen, Paper Conservation Using Aqueous Solutions of Calcium Hydroxide/Methyl Cellulose: 1. Preparation of the solution, in Restaurator2003. p. 1.
5. Sundholm, F. and M. Tahvanainen, Paper Conservation Using Aqueous Solutions of Calcium Hydroxide/Methyl Cellulose 2. The influence of accelerated ageing temperature on properties of treated paper, in Restaurator2003. p. 178.

Antje Potthast
University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna,
Department of Chemistry, Division of Chemistry of Renewable Resources
Konrad-Lorenz-Straße 24, A-3430 Tulln, Austria
https://forschung.boku.ac.at/fis/suchen.person_uebersicht?sprache_in=de&menue_id_in=101&id_in=4962