woodNANObonding

Dieses von der Gebert Rüf Stiftung geförderte Projekt wird von folgenden weiteren Projektpartnern mitgetragen: EMPA, Cellulose & Wood Materials; Hochschule der Künste Bern; Berner Fachhochschule, Zentrum Holz

Données de projet

Numéro du projet: GRS-013/18
Subside accordé: CHF 297'000
Consentement: 04.07.2018
Durée: 01.2019 - 06.2021
Champs d'activité: Pilotprojekte, 1998 - 2018

Direction du projet

Dr. Thomas Geiger, Gruppenleiter
Empa
Cellulose & Wood Materials
Überlandstrasse 129
8600 Dübendorf (Schweiz)
thomas.notexisting@nodomain.comgeiger@empa.notexisting@nodomain.comch

Description du projet

Ist etwas kaputt, dann wird es geklebt! Während im Alltag für jedes erdenkliche Material eine Reihe von verschiedenen Klebstoffen angeboten wird, ist es bei Kunst- und Kulturgütern aus Holz nicht ganz so einfach. Unzählige Holzskulpturen, Tafelgemälde oder ganze Retabel in Kirchen und Schlössern weltweit zeigen auf Grund ihres hohen Alters und den selten idealen Lagerungsbedingungen Festigkeitseinbussen. Hinzu kommen Risse und Brüche, die geklebt werden müssen – restauratorische Massnahmen werden notwendig. Dann sind Klebstoffe gefragt, die den Grundsätzen der Restaurierungsethik folgen, d.h. reversibel, stabil und rein sind, resistent gegen klimatische Schwankungen, hohe Substrataffinität aufweisen, unsichtbar sind, jedoch als spätere Zutat erkennbar bleiben. Ihre Klebfestigkeit muss insbesondere an die spezifische Werkfestigkeit angepasst sein. Gängige Klebstoffe aus natürlichen Rohstoffen oder industriellen Quellen erfüllen nicht alle Anforderungen und weisen oftmals eine zu hohe Klebkraft auf, welche zu Folgeschäden am Original führen kann. Neben der unterschiedlichen Werkstofffestigkeit, ist ein Grund dafür der Materialunterschied zwischen dem Klebstoff und dem Holz des Kulturgutes.
Holz verklebt Holz – dies ist unsere Idee, die zu stufenweise an die Werkfestigkeit anpassbaren Klebstoffen für die Restaurierung von Holzartefakten führen soll und die der wachsenden gesellschaftlichen Bedeutung von Nachhaltigkeit Rechnung trägt. Cellulose-Strukturen, über chemische Kräfte zu Fibrillen und Fasern organisiert, sind das stabile Grundgerüst einer jeden Pflanze. Das Ziel unseres Projektes ist die Entwicklung, Optimierung und gezielte Nutzung genau dieser Cellulose-Strukturen als wässrige Klebstoff-Suspensionen für Verklebungen von Holzartefakten. Das Projekt ist interdisziplinär angelegt. Restauratoren der Hochschule der Künste Bern sowie Wissenschaftler der Abteilung Cellulose & Holzmaterialien der Empa bündeln dabei ihre Kompetenzen und nutzen Synergien.

Quelles sont les particularités de ce projet?

Der Erhalt von Kunst- und Kulturgütern geniesst nicht nur in der Schweiz einen hohen Stellenwert. Archäologische Fundstellen und Funde sowie historische Denkmäler und Artefakte sind Teil unserer kulturellen Identität und unserer Heimat. Diese historischen Kulturgüter sind Umwelteinflüssen ausgesetzt und benötigen eine intensive, regelmässige Begutachtung und nachhaltige Restaurierung. Wir sehen daher das Besondere in unserem Projekt darin, einen nachhaltigen Beitrag für den Erhalt, die Pflege, die Dokumentation, die Erforschung und Restaurierung archäologischer und historischer Kunst- und Kulturgüter leisten zu können. Zudem ist es unser Ziel, einerseits die Eingriffe an Werken langlebiger zu machen, andererseits soll es im Fall einer erneuten Restaurierung möglich sein, das bereits Hinzugefügte ohne originalen Materialverlust wieder zu entfernen. Darüber hinaus erhoffen wir uns ein umweltverträgliches Material, sowie auch einen geringeren Einsatz von Materialien, die die Gesundheit von Restauratoren gefährden. Ist unser Projekt erfolgreich, so ändern und vereinfachen wir den Entscheidungsfindungsprozess für den Einsatz eines Klebstoffes durch die entwickelte Toolbox mit ihren Klebstoffformulierungen und dokumentierten Einsatzbereichen. Eine spezifischer als bislang auf den Einzelfall abgestimmte Verklebung von Holzwerken ist dadurch möglich.

Etat/résultats intermédiaires

Das Projekt wurde im Dezember 2020 erfolgreich abgeschlossen. Zu Beginn des Projektes wurden reine und ligninhaltige mikrofibrillierte Nanocellulosen hergestellt und charakterisiert. Anschliessend konnten zahlreiche Klebstoffsuspensionen und -lösungen mit einer Hydroxypropyl-Methylcellulose, Methocel E3 sowie den Nanocellulosen formuliert, mit dem Speed-Mixer hergestellt und ebenfalls charakterisiert werden. Insgesamt dienten weit über 1000 Lindenholzproben für Testverklebungen, die aus abgelagerten Stämmen geschnitten und gehobelt wurden. Für die Untersuchungen der Klebeeigenschaft der Bindemittelsysteme wurden zwei standardisierte Pressvorrichtungen entwickelt, konstruiert und gebaut: eine hochpräzise, massive Version aus Metall und eine leichtere, günstige Version aus Multiplex zur eintägigen Selbstmontage durch die Anwender*innen. Die Prüfung der Verklebungen erfolgte an statischen Materialprüfmaschinen. Ein vollständig standardisierter Prozess von der Herstellung über die Verarbeitung bis zur Prüfung von Methylcellulose/Nanocellulose-basierten Klebstoffen steht nun zur Verfügung und bildet den zentralen Bestandteil der Toolbox. Restauratoren und Restauratorinnen können auf diese Weise eigene, standardisierte Verklebungen unkompliziert durchführen und sie anschliessend selbst testen oder an ein Labor mit Materialprüfmaschine schicken, z.B. das von der HKB.
Vor einer Anwendung am Original wurden vor allem die Applikationstechniken und die Offenzeit mit den Klebstoffen und -mischungen untersucht sowie mit gängigen Glutinleimen verglichen. Anschliessend konnte erfolgreich eine 4 mm starke, einfach längs der Faser gebrochene Lindenholztafel, mit einer aus dem Projekt hervorgegangenen Klebstoffmischung verklebt werden. Basierend auf den zahlreichen praktischen Tests und den Toolbox-Untersuchungsergebnissen konnte eine komplizierte Verklebung eines mittelalterlichen Lindenholzreliefs effizient und präzise umgesetzt werden. Die jahrzehntelang separat gealterten, teilweise passungenauen Fügeteiloberflächen eines Fragments und des Hauptteils wurden vorgängig mittels digitaler photogrammetrischer 3D-Modelle erfasst. Durch eine digitale Rekonstruktion der Fügeteiloberflächen und eine anschliessende digitale Ausrichtung der digitalen Modelle konnten die wenigen Passgenauigkeiten sowie der grossflächige Hohlraum lokalisiert werden. Diese Ergebnisse ermöglichten das präzise CNC-Fräsen einer den Hohlraum ideal füllenden Lindenholz-Ergänzung. Für die Verklebung wurde als Ausgangsmischung Hydroxypropyl-Methylcellulose Methocel E3, mit mikrofibrillierter Zellulose (MFC) als Additiv ausgewählt und im Sinne der Toolbox an die Bedürfnisse des Originals angepasst. Die Verklebung verlief unproblematisch und die praktische Handhabung der Klebstoffmischung war sehr vielversprechend, da genügend Offenzeit zur Ausrichtung der Fügeteile zur Verfügung stand.
In Vorbereitung sind Publikationen für die restauratorische Fachwelt und Internetseiten für Interessierte mit weiteren Informationen, Listen der Rohstoffe mit entsprechenden Bezugsquellen, Übersichtstabellen der Klebstoffformulierungen und die genauen Verklebungsherangehensweisen.
Die neuen Klebstoffmischungen und Ergebnisse aus dem Projekt werden bereits in Lehre und Ausbildung, nicht nur an der der Hochschule der Künste Bern sondern auch International, eingebunden sowie in Semester- und Masterarbeiten als auch Dissertationen weiter untersucht. Die publizierten Ergebnisse und Informationen zur Toolbox werden laufend auf den Homepages der Empa und der HKB aufgeschaltet.
In Vorbereitung sind ein erster "User Guide" und Informationen zu Material und Toolbox als Pdf-Informationsbroschüren, die zum Download zur Verfügung gestellt werden. Die bekannten Anbieter von Produkten für die Restaurierung werden kontaktiert, um einen Vertrieb der Rohstoffe über diese Firmen zu ermöglichen. Es sind mehrere Firmen in der Schweiz, Europa und USA bekannt, die bereits jetzt hochwertiges Cellulose-Material (MFC, NCC) produzieren und vertreiben. Somit wäre auch eine von der Empa unabhängige und billigere Versorgung mit MFC möglich.

Liens

Impact Clip EMPA – Cellulose & Wood Materials
Hochschule der Künste Bern
Berner Fachhochschule – Zentrum Holz

Personnes participant au projet

Dr. Thomas Geiger, Co-Projektleiter, EMPA
Prof. Dr. Karolina Soppa, Co-Projektleiterin, HKB
Electra D'Emilio, EMPA
Andreas Hochuli, HKB

Dernière mise à jour de cette présentation du projet 27.07.2021

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Champs d'activité

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