Es liegt in der Verantwortung von Museen, das kulturelle Erbe auch für die nachfolgenden Generationen zu bewahren. Sowohl Wissenschafts- und Technikmuseen als auch Design- oder Kunstsammlungen besitzen wertvolle Objekte aus CN. Allerdings zählt CN zu einer der fünf instabilsten Kunststoffarten im musealen Kontext und ist daher problematisch zu erhalten. Beim Abbau von CN können stark korrosive Schadgase entstehen, welche die Polymersubstanz weiter zersetzen. Zusätzlich werden umliegende Objekte sowie Verpackungsmaterialien und Regale, die sich in direktem Kontakt oder in der Umgebung befinden, stark geschädigt. Sobald der Abbau von CN erst einmal begonnen hat, sind die Erhaltungsmöglichkeiten für Museen begrenzt. Diese sind oft gezwungen, betroffene Objekte zu entsammeln, d. h. die Objekte aus der Sammlung auszusondern, um andere Exponate nicht zu gefährden.

Das Material CN ist den meisten durch alte Filmrollen bekannt, und Sie haben vielleicht auch schon von deren Brandgefahr gehört, der im 20. Jahrhundert viele Kinogebäude zum Opfer fielen. Um diese Gefahr einzudämmen, werden CN-Filmrollen – soweit ihre Aufbewahrung wegen ihrer Einzigartigkeit oder geschichtlichen Bedeutsamkeit gerechtfertigt ist – heute gekühlt gelagert. Dies hat den praktischen Nebeneffekt, dass chemische Abbaureaktionen im Material verlangsamt werden.

Für den Erhalt von CN-Objekten ist die Verlangsamung von Alterungsprozessen essentiell. Die Kaltlagerung ist eine Praxis, die von Archiven für Film- und Fotomaterialien bereits betrieben wird, aber erst wenig Anwendung bei 3D-Objekten findet.

Die Sammlung des Deutschen Museums beinhaltet eine Vielzahl an CN-Objekten in unterschiedlichen Farben, Formen und mit verschiedenen Materialkombinationen (bspw. CN-Metall, CN-Holz). Divergierende Temperaturgradienten und unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten können bei Abkühl- und Aufwärmprozesse zu Spannungen und damit zu Schäden führen. Die möglichen Risiken, die eine kalte Lagerung für Sammlungsgut aus CN mit sich bringen, sollen in diesem Forschungsprojekt bewertet werden.

Die Verlangsamung des chemischen Abbaus soll durch wiederholte chemische Analysen überprüft werden. Dabei werden die Hauptzersetzungsmechanismen von CN unter die Lupe genommen. Kommt es trotz Kaltlagerung zu weiteren

• Kettenbrüchen (Gel-Permeations-Chromatographie),
• Abspaltung der Nitrogruppe (Ionenchromatographie) und

Verlust des Weichmachers Campher (Gel-Permeations-Chromatographie)?

Mehr dazu unter:

Christina Elsässer, Anna Micheluz, Marisa Pamplona, Peter Montag: Selection of thermal, spectro-scopic, spectrometric and chromatographic methods for assessing the condition of celluloid in museums; eingereicht in: Journal of Applied Polymer Science, Wiley

Außerdem spielen die mechanischen und physikalischen Belastungen, denen die Prüfkörper durch Abkühl- und Aufwärmprozesse unterworfen sind, eine zentrale Rolle. Spannungen und Schäden, die durch Abkühl- und Aufwärmprozesse entstehen können, sollen mit bildgebende Verfahren sichtbar gemacht und mit mechanischer Prüfung bewertet werden.

• Kommt es beim Abkühlen zu einer Zunahme von materialimmanenten Spannungen (spannungsoptische Untersuchung), die zu einer Rissausbreitung führt (Computertomographie)?
• Wann ist eine kritische Spannung erreicht, die einen neuen Riss verursacht (Thermisch-mechanische Analyse)?

Ziel dieser Untersuchungen ist es, erste Grenzwerte festzulegen und geeignete Lagerungsbedingungen zu entwickeln, die in Richtlinien für Museen resultieren sollen.

Abstract:

The preparation of mock-ups in heritage science studies represents a valid alternative for investigation purposes, avoiding extensive sampling of cultural heritage objects. This work presents for the first time the successful preparation of three dimensional (3D) mock-ups made of celluloid, considering a combination of historical industrial production strategies and small-scale lab facilities. Prefabricated transparent celluloid sheets were acquired and then shaped through compression molding for creating mock-ups with 3D geometries. These reflected common and representative shapes encountered in the collection of the Deutsches Museum. Visual inspection of the mock-ups allowed determining the best compression molding conditions. Attenuated total reflection Fourier-transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR) confirmed the absence of molecular heterogeneity due to the processing method. Artificial aging of the mock-ups was conducted to reach degradation states comparable with naturally aged objects. ATR-FTIR investigation offered first insights into the induced artificial degradation. Ion chromatography (IC) and gel permeation chromatography (GPC) analyses allowed to assess the extent of the artificial aging of the celluloid mock-ups and confirmed the occurrence of loss of camphor, denitration, and main chain polymer scission, the latter being the predominant decay path. The comparison with historical objects highlighted that the mock-ups are representative of moderately aged artifacts. As such, this study paves the way for implementing moderately aged celluloid 3D mock-ups in heritage science research, enabling in-depth testing for the scope of conservation.

Verfügbar unter: https://www.mdpi.com/2073-4360/15/4/852

Abstract: Celluloid artifacts are known by conservation professionals to be prone to degradation,threatening their own integrity and that of nearby heritage collections. Celluloid alteration can have a heterogeneous nature, and this research topic is still in its infancy for heritage science. This article investigates degradation gradients, both along depth and width, of artificially aged celluloid sheets, and compares them to three-dimensional (3D) historical objects with the aim of gaining a better insight into the nature and evolution of their decay. ATR-FTIR was used to systematically study different sampling points of the artificially and naturally aged specimens and allowed us to recognize better-preserved surfaces and more deteriorated cores. ATR-FTIR was found suitable for assessing the molecular changes induced by degradation, particularly denitration and formation of carbonyl-containing degradation products in severely aged specimens. Even though the severely artificially aged sheets displayed unusual alteration phenomena, they present a degradation gradient similar to the one observed for the naturally aged 3D objects under study. This research underlines that sampling at different depths and/or widths is relevant for characterizing the heterogeneity of degraded celluloid, and further investigation with chromatographic techniques would greatly benefit the understanding of the complex degradation of celluloid artifacts.

Verfügbar unter:

www.mdpi.com/2073-4360/15/3/522

Abstract

Celluloid in museum collections is very unstable; therefore, heritage professionals carry out research studies dedicated to understanding its decay and prolonging its lifetime. This paper addresses the need to compare and select suitable analytical methods for that purpose. Thermogravimetric analysis coupled with Fourier transform infrared spectroscopy, evolved gas analysis–mass spectrometry, double shot – gas chromatography/mass spectrometry, and gel permeation chromatography (GPC) were employed to characterize the emission of gasses (decay products) and measure the molecular weight and camphor (plasticizer) content from unaged, artificially, and naturally aged celluloid samples. A pioneer GPC set‐up for the quantification of camphor was introduced for the first time in this study. Results demonstrated that GPC was the most suitable method for assessing material changes due to degradation. Both set‐ups, for measuring molecular weight and quantifying camphor, appear promising for assessing the effect of conservation treatments and investigating the heterogeneous degradation of celluloid objects in future studies.

Verfügbar unter:

http://dx.doi.org/10.1002/app.50477

Stefani Kavda, Anna Micheluz, Christina Elsässer, Marisa Pamplona

Development of a gel permeation chromatography method for analysis of cellulose nitrate in museums

Abstract

This article describes the development of a suitable Gel Permeation Chromatography method for cellulose nitrate plasticised with camphor (celluloid) found in cultural heritage. Current sample preparation and dissolution methods, apart from focusing on native, nonderivatised cellulose, require long preparation times, and often employ solvents that induce degradation. This study aims to develop a systematic method for sample preparation of cellulose nitrate that uses the least sample amount possible, is nondegrading, and can be applied on differently aged samples. This is investigated through identification of a suitable solvent system and a statistically designed experiment testing the critical variables affecting the analysis, namely sample condition, sample, and salt concentration (lithium chloride) in N,N‐dimethylacetamide. The use of 0.1% sample was inadequate for analysis because it did not fully dissolve in any salt concentration, while the 0.3% negatively impacted the analysis with its high molecular weight distributions. The 0.2% cellulose nitrate in a solution of 0.5% lithium chloride in N,N‐dimethylacetamide offered the most consistent and repeatable molecular weight data. This method miniaturised the sample as much as possible and is suitable for museum objects in various ageing conditions.
 

Verfügbar unter:
https://analyticalsciencejournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/jssc.202001018

Abstract:
Dreidimensionale Objekte aus Cellulosenitrat (CN) sind chemisch sehr instabil; daher sind Restauratoren und Konservierungswissenschaftler stetig auf der Suche nach Verbesserungen in den Lagerungsbedingungen, um ihre Lebensdauer zu verlängern. Dieser Beitrag zeigt am Beispiel des Deutschen Museums (DM), wie die Lagerung kurzfristig verbessert werden kann und definiert Perspektiven für zukünftige Forschung. Durch die Zusammenarbeit zweier Abteilungen des DMs wurden während einer Bestandsaufnahme 91 CN-Objekte durch Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie identifiziert und in ein gut belüftetes Depot überführt. Für eine Langzeitkonservierung von CN-Objekten sollte jedoch eine Lagerung unterhalb der Raumtemperatur in Betracht gezogen werden. Deshalb wurden aus der Sammlung der 91 CN-Objekte am häufigsten vorkommenden Formen und Materialkombinationen ermittelt, die durch eine drastische Reduzierung der Temperatur gefährdet sein könnten. Die Ergebnisse zeigten, dass Platten, Zinken und Zylinder mit Metallstiften repräsentativ für die Sammlung sind und sich für zukünftige Kühl- und Kaltlagerungstests eignen. Zusätzlich wurde eine internationale Umfrage zu aktuellen Lagerungspraktiken von Museen sowie zur Einschätzung von Forschungsfragen auf diesem Gebiet durchgeführt. Auch wenn die Vorteile einer Kaltlagerung weithin bekannt sind, wird diese bisher kaum in die Praxis umgesetzt. Experten schlagen vor, in Zukunft besonders das Verhalten von komplexen Geometrien und Verbundobjekten bei kalten (-20 - 0 °C) und kühlen (0 - 14 °C) Temperaturen zu untersuchen.

Verfügbar unter:

Elsässer C., Pamplona P., Mayr V., Donner T., Grießbach S. (2021). Lower temperature, longer lifetime: practice at the Deutsches Museum and research perspectives for storing 3D cellulose nitrate objects. ZKK Vol. 34.

• Elsässer Christina, Marisa Pamplona, Teresa Donner, Anna Micheluz, Susanne Grießbach: How to deal with a self-destructive plastic in museum collections? Storing cellulose nitrate 3D objects at the Deutsches Museum. Virtuelle Konferenz “Plastics in Peril: Focus on Conservation of Polymeric Materials in Cultural Heritage”, University of Cambridge Museums and Leibniz Research Museums, 17/11/2020. Digitaler Vortrag.
• Elsässer Christina, Pamplona Marisa, Micheluz Anna, Montag Peter, Grosse Christian U.: Die Alterung und Bewahrung von 3D-Objekten aus Cellulosenitrat: Möglichkeiten und Grenzen. Abschlusstagung “Von Gläsernen Figuren und anderen Ausstellungsikonen: Historische Kunststoffe erforschen und erhalten”, DHMD, Dresden, 20/09/2019. Vortrag.
• Micheluz Anna, Elsässer Christina, Pamplona Marisa: Challenges in characterization of 3D-cellulose nitrate objects by EGA-MS and TD-Py/-GCMS. 9. MaSC Users Group Meeting, National Gallery of Canada, Ottawa (Kanada), 06/06/2019. Vortrag.
• Micheluz Anna, Elsässer Christina, Montag Peter, Pamplona Marisa: Challenges in characterization of 3D-cellulose nitrate objects: Experimental design and preliminary results. Konferenz „The Plastics Heritage Congress 2019“, CIUHCT, Lissabon (Portugal), 31/05/2019. Vortrag.
• Elsässer Christina, Micheluz Anna, Pamplona Marisa, Montag Peter, Donner Teresa, Grosse Christian U.: Challenges and opportunities in assessing the effectiveness and harmfulness of storage conditions for three dimensional cellulose nitrate museum objects. Research Seminar "Yhip 2019", FCT NOVA, Lissabon (Portugal), 28/05/2019. Vortrag.