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Qualitätskriterien bei der Massenentsäuerung mit Rückblick auf das KUR-ProjektAntje Potthast, Universität für Bodenkultur, Wien
Übersicht
KUR-Projekt 2008-2010
Neue Entwicklungen Mengenentsäuerung QUO VADIS ?
Die neue ISO-TS, ihr ligninfreies Testpapier und andere
“seltsame” Neuerungen
ADIS ?
110 100 90 80 70 60 50
Nachhaltigkeit der Massenentsäuerung von BibliotheksgutSustainability of mass deacidification of library stocks
2008-2009
University of Natural Resources and Life Sciences Vienna (BOKU)Department of Chemistry
110 100 90 80 70 60 50
Nachhaltigkeit der Massenentsäuerung von BibliotheksgutSustainability of mass deacidification of library stocks
2008-2009
University of Natural Resources and Life Sciences Vienna (BOKU)Department of Chemistry
Die Gefahr eines alkalischen Abbaus (beta-Eliminierung) bei der MEdurch alkalisches Milieu (Verfahren KUR) konnte relativiert werden.Ahn et al. Cellulose 2013; 20(4): 1989-2001. Ahn et al. Cellulose 2012; 19(4): 1149-1159
Höhere alkalische Reserve
Neue Erkenntnisse zur natürlichen Alterung
Einblick und besseres Verständnis der untersuchten Verfahren
Verbesserung pH Messung, Grundlage längerfristiger Messungen (DNB Lpz.)
(Kinetische) Daten zur Alterung an realen Büchern mit / ohne ME
Minimalvariante Nachhaltigkeitstest vor Auswahlverfahren….
Erkenntnisse aus dem KUR-Projekt
Einige Aspekte für eine zukünftige QualitätskontrolleBibliotheken Auswahl der Bücher optimieren
pH Messung (vor/nach ME) unabhängige Kontrollen veranlassen
- Festlegen der applizierten Wassermenge/Qualität, Messpunkte, Messdauer- Testbücher, ...- Vergleichbarkeit über einen längeren Zeitraum in verschiedenen
Bibliotheken muss gegeben sein Optimierung der pH – Messung ist sofort möglich !
Mengenentsäuerung seit “KUR”
KUR (1994-2006)Libertec; Battelle®, Papersave® ZfB,
CSC Booksaver®
Papersave swiss®, Papersave®, CSC Booksaver®, (Bookkeeper®)
NEU am Markt:Book-CP (2010), ZFBǁ2
(2013)
20151995 201020052000
Forschungslevel:Aminosiloxane (Lavedrine, Cherdame et al. ~2000)Ca(OH)2 Nanopartikel in EtOH (Baglioni et al. 2002)Mg(OH)2 in TMS-Cellulose (Ribitsch et al. 2015)
Neue Entwicklungen Mengenentsäuerung QUO VADIS ? Mengenentsäuerung QUO VADI
Forschungslevel:
Ca(OH)2 in EtOH –Nanopartikel (Baglioni et al. 2002)
Nanopartikel für die Mengenentsäuerung
(NANOforART FP7, 2012-2014)
Ca(OH)2 NP in EtOH
Wirksam, wenn stabile Suspensionen vorliegen
Aggregation ? Andere Lösungsmittel ? Nano-Risiko ?
Neue Entwicklungen Mengenentsäuerung QUO VADIS ?
Partikelgröße:45 ± 3 nm (150 nm hydrodynamisch)
Stabile Suspension in Trimethylsilylcellulose(TMS-Cellulose)
1% (w/v) NP-Mg(OH)2 / 2% TMS-Cellulose
Ribitsch et al. RSC Adv. 2015
TMS-Cellulose löst sich in HMDS
Ribitsch et al. RSC Adv. 2015
Neue Entwicklungen Forschungsebene
NP-Mg(OH)2 Mg(OH)2 / MgCO3 (?) wird nicht gefunden
Ribitsch et al. RSC Adv. 2015
Neue Entwicklungen Mengenentsäuerung QUO VADIS ?
KUR (1992-2006)Libertec; Battelle (Papersave), Booksaver
Papersave, Papersave swiss, Booksaver, (Bookkeeper)
NEU am Markt:Book-CP (2010), ZFBǁ2
(2013)
20151995 201020052000
Forschungslevel:Aminosiloxane (Lavedrine et al. 2011)Mg(OH)2 in EtOH –Nanopartikel (Baglioni et al. 2002)Mg(OH)2 in TMS-Cellulose (Ribitsch et al. 2015)
Einige Aspekte für eine zukünftige Qualitätskontrolle
Wirkung auf Cellulose (Nachhaltigkeit) sollte für ein Verfahren vor dessen Anwendung belegt sein !
Erstellen einer Minimalvariante für eine Nachhaltigkeitsprüfung auf Basis der Erfahrungen im KUR-Projekt
Datenbasierte Entscheidungshilfe bei der Vergabe / Anbieterauswahl
Potthast et al. Abschlussmeeting Frankfurt, DNB, 2012
auf Basis der Erfahrungen im KUR-Projekt
Potthast et al. Abschlussmeeting Frankfurt, DNB, 2012
Anbieterauswahl
Ein Aspekt sollte die chemische Wirksamkeit des Verfahrens sein – diese lässt sich vergleichend testen.
Minimalvariante Nachhaltigkeitsprüfung
Entsäuerung mit dispergierten Partikeln Vergleich ZFB‖2 (dispergierte Partikel) vs. Papersave (homogen), KUR-Studie
unbehandelt entsäuert
Entsäuerung mit dispergierten Partikeln
Vergleich ZFB‖2 (dispergierte Partikel) vs. Papersave (homogen, aus KUR-Studie):
Ansatz: Identical book approach – Beschleunigte Alterung – Cellulose-Integrität
Alterung zusammen mit Büchern der KUR-Studie –Vergleich homogene vs. heterogene (Partikel) Entsäuerung
Stabilitätsfaktor: Wieviel länger hält das entsäuerte Papier im Vergleichzum nicht entsäuerten Papier ?
Verlängerung der Lebensdauer Relativer Vergleich
Homogene Entsäuerung Papersave Verfahren – Daten vom KUR-Projekt:
not deacidified deacidified
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
chai
n sc
issi
ons
(hum
id a
ging
)
Homogeneous deacidification (papersave /Battelle process)
0.732
0.175
Stabilitätsfaktor 4.18
entsäuert nichtentsäuert
Alterung / Analysenim Rahmen der KUR-
Studie
entsäuert nichtentsäuert
4 BücherBattelle / papersave Verfahrenaus KUR-Studie (s. Folie 17) entsäuert nicht
entsäuert
20 BücherZfB2-Verfahren
Vergleich über Stabilitätsfaktorüber Stabilitätsfaktor
Analyse
Gemeinsame Alterung
Homogene vs heterogene Entsäuerung
Homogene vs heterogene Entsäuerung
20 Büchervor/nachEntsäuerung
mit/ohneAlterung
0.0
0.3
0.6
0.9
1.2
1.5
1.8
2.1
solutiondeacidified
solutionnot deacidified
Whatmanreference
chai
n sc
issi
ons
(hum
id a
ging
)
dispersionnot deacidified
dispersiondeacidified
25% - 75%
Min~Max
median line
Potthast, Ahn, Cellulose 2016, in print.
Entsäuerung mit dispergierten Partikeln
Stabilitätsfaktor:
Wieviel länger hält das entsäuerte Papier im Vergleichzum nicht entsäuertenPapier ?
Verlängerung der Lebensdauer Relativer Vergleich
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
2016disperse
2016homogen
Sta
bilit
ätsf
akto
r KURhomogen
4.18
3.75
1.9
4x
2x
Entsäuerung mit dispergierten Partikeln
Papierquerschnitt schematisch
Ausreichend alkalischeReserve zwischen den Fasern,
Gesamtgehaltalkalische Reserve hoch
Begrenzte Eindringtiefein den Faserquerschnitt(bestimmtdurch Partikelgröße)
Potthast, Ahn, Cellulose 2016, in print.
Übersicht
Erkenntnisse aus dem KUR Projekt
Neue Entwicklungen Mengenentsäuerung QUO VADIS ?
Die neue ISO-TS, das ligninfreie Testpapier und andere
“seltsame” Neuerungen
Einige Aspekte für eine zukünftige Qualitätskontrolle
Testbücher:
müssen langfristig (viele Jahre) in ausreichender Menge vorhanden sein sollten unterschiedliche Papiere enthalten Acidität muss konstant und homogen verteilt sein
Qualitätskontrolle / Qualitätsanpassungen kosten Geld !
Potthast et al. Abschlussmeeting Frankfurt, DNB, 2012
Jahre) in ausreichender Menge
Testbuch vs. Testpapier
Pro Testbuch
Contra Testbuch
Sehr nah am Objekt bei der Buchentsäuerung Effekte im Falz/Rücken etc. können simuliert werden Viele Seiten Testmaterial verfügbar…
Verbraucht viel Testpapier, was nicht genutzt wird Teuer – Testfrequenz niedrig, damit wenig Datenmaterial Muss archiviert werden (Platz)…
Potthast und Henniges, ABI Technik, 2016
Testpapier
1) Muss die Realität der zu entsäuernden Bücher möglichst gut widerspiegeln:
Zusammensetzung (Cellulose, Hemicellulose, Lignin, Leimung, …) Säuregehalt muss realistisch sein (nicht nur der pH-Wert) Oberfläche, Porosität, …
2) Muss die Entsäuerungsleistung gut abbilden können
Testpapier muss möglichst homogen sein (kritisch bei mechanischen Tests) Testpapier muss den Testmethoden zugänglich sein Verfügbarkeit, …
Potthast und Henniges, ABI Technik, 2016
Das Testpapier
Die negative alkalische Reserve
Alkalimengeder Entsäuerung
= konstanter Wert pro Durchgang
VerbleibendeAlkalische Reserve =
Abhängig von Säuregehalt im Papier
Neutralisation
Säure im Papier
Säure im Papier(AR -0.30 (N=5))
0
alka
lisch
eR
eser
ve in
%M
gCO
3
Das Testpapier Die negative alkalische Reserve
Testpapier muss dieseSituation simulieren
Potthast und Henniges, ABI Technik, 2016
Warum hat das neue Testpapier kein Lignin ?
Was spricht gegen Lignin im Testpapier:
Entsäuerung von ligninreichen Papieren ist kein Problem für die eigentliche Entsäuerung (Zeitungspapier) Rolle des Lignins bei der Versäuerung ist nicht vollständig geklärt Grosse Mengen an Lignin (mechanische pulps) sind einer DP-Messung nicht zugänglich Intrinsische strukturelle Heterogenität des Lignins
Was spricht für Lignin im Testpapier:
Ligninhaltige Papiere scheinen stärker zu versäuern Lignin scheinbar ein wichtiger Teil des Problems Lignin wird oxidiert, dabei entstehen organische Säuren
Potthast und Henniges, ABI Technik, 2016
Warum hat das neue Testpapier kein Lignin ?
Strukturvorschlag für natives Lignin G. Brunow 1998
Entscheidend für den Abbaudes Papier (Cellulose) ist die Mengean Säure !
2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
2.6%
24.92%
20.22%
52.25%
<DP60DP60-200DP200-2000>DP2000
Book No. 18N
36.7%
2.7%
22.5%
38.1%
<DP60DP60-200DP200-2000>DP2000
oxidized model pulp
Book No. 18N Oxidized model pulp
log Mw
Was wäre das ideale Testpapier ?
Zellstoffauswahl:
Historischer KontextMolmasseverteilung /Zuckerzusammensetzung
Sulfitpapier
Sehr ähnlichesHemicellulose-
profil for Modelpapierund historisches
Papier!
model pulp
Beurteilung der Nachhaltigkeit der MEerfordert die Analyse auf molekularer Ebene
Warum DP-Bestimmung als neue Methode ?
… der Bruch der Celluloseketten.
Die Testmethode muss im besten Fall direkt messen, was durch ME verhindert werden soll …
Was muss Massenentsäuerung können ?
Kettenspaltung (chain scission)
Säure (H+)
(chain scission)
Säure (H+)
Kettenspaltung durch Säuren aller Art verhindern
Kettenspaltung
Kettenspaltung (chain scission)
Anzahl der Kettenspaltungkann direkt überdie Abnahme der Kettenlängegemessenwerden
DP-Bestimmung als neue Methode !
Potthast und Henniges, ABI Technik, 2016
Erfolg / Misserfolg der Massenentsäuerungist direkt messbar und auch zwischen Verfahrenvergleichbar (identes Buch oder (Test)Papier)
Nachleimungseffekte, die mechanische Tests beeinflussen können,spielen auf molekularer Ebene keine Rolle
Inhomogenitäten des Papiers (makroskopische Ebene)sind nicht kritisch, Inhomogenitäten des DP werden gemittelt
Methode ist seit Jahrzehnten ein Standardverfahren in der Zellstoffindustrie
Grössere Mengen Lignin stören die DP-Bestimmung
DP-Bestimmung als neue Methode !
Mechanische Tests vs. DP
DP (Viskosität) Mechanischer Test
Universell anwendbar ++ +++
Probenmenge +++ +
Empfindlichkeit +++ +
Fehlergrenze ~5% ~20-25%
Homogenität desTestpapiers
unerheblich problematisch
Target direkt indirekt
ISO Ja, mit Modifizierung tw., nicht für Bansa-Hofer Test
Fazit Empfehlungen der KUR-Studie sind in der Folge nur teilweise umgesetzt worden.
Vergleichende Beurteilung von ME-Verfahren muss den entsprechenden aktuellen Status beschreiben und darf nicht retrospektiv sein
Datenbasierte Entscheidungsfindung (z.B. in Vergabeverfahren) imHinblick auf die Entsäuerungsleistung ist essentiell
Vergleiche zwischen ME-Verfahren sind möglich
ISO-TS eröffnet neue Möglichkeiten Massenentsäuerung normativ zubegleiten.
Testpapier in ausreichender Menge erforderlich
Literatur Ahn, K., Rosenau, T., Potthast, A.The influence of alkaline reserve on the aging behavior of book papers(2013) Cellulose, 20 (4), pp. 1989-2001.
Ahn, K., Henniges, U., Banik, G., Potthast, A.Is cellulose degradation due to β-elimination processes a threat in mass deacidification of library books? (2012) Cellulose, 19 (4), pp. 1149-1159.
Ahn, K., Banik, G., Potthast, A.Sustainability of mass-deacidification. Part II: Evaluation of alkaline reserve. (2012) Restaurator, 33 (1), pp. 48-75.
Ahn, K., Henniges, U., Blüher, A., Banik, G., Potthast, A.Sustainability of mass deacidification. Part I: Concept, selection of sample books and pH-determination. (2011) Restaurator, 32 (3), pp. 193-222.
Potthast, A., Henniges, U. Vertrauen ist gut, Kontrolle ist besser – Kriterien für Testpapiere zur Qualitätskontrolle in der Mengenentsäuerung nach der neuen ISO / TS 18344. (2016) ABI Technik 36(2), pp. 68-77
Potthast, A., Ahn, K. Critical evaluation of approaches toward mass deacidification of paper by dispersed particles. (2016) Cellulose, in press
Haberditzl, A., Allscher, T. Effektivität der Papierentsäuerung – international normiert -Zum Erscheinen der neuen ISO/TS 18344. (2016) Archivar 69, pp. 24-26.
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !