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„Green solvents“ zur Festigung von vegetabil gegerbtem Leder mit Aerosolen

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Technische Hochschule Köln
CICS - Cologne Institute of Conservation Sciences
Ubierring 40
50978 Köln

Zielsetzung

Das Schadensphänomen „roter Zerfall" betrifft Bibliotheksbestände aus dem 19. Jahrhundert in nationalen und internationalen Bibliotheken. Roter Zerfall tritt typischerweise bei vegetabil gegerbten Ledern auf, die mit kondensierten Gerbstoffen gegerbt wurden. Extrinsische Faktoren, die während der Industrialisierung aufkamen – wie die Gasbeleuchtung und die damit verbundene längere Exposition gegenüber schädlichem Licht und schwefeloxidhaltigen Abgasen – haben in Kombination mit der minderwertigen Lederqualität dieser Zeit das Schadensbild zusätzlich beschleunigt. Schwefeldioxid aus der Luft wird vom Leder absorbiert, was zu einer erhöhten Säurebelastung führt und einen Abbau der Kollagenfasern durch saure Hydrolyse bewirkt. Die betroffenen Bücher pudern stark ab, und die Lederfasern lösen sich aus ihrem Verbund, was zu einer erheblichen mechanischen Schwächung führt. Die Auswirkungen des roten Zerfalls sind irreversibel (siehe Abbildung 1). Obwohl Bibliotheksgut heute in großem Maßstab massenentsäuert wird, um den Verfall papierbasierter Bestände zu verlangsamen, sind Lederbände von diesen Verfahren ausgenommen. Eine Exposition gegenüber den eingesetzten Entsäuerungslösungen führt bei abgebautem Leder zu irreversiblen Strukturveränderungen. Diese Bestände können daher nur mit Einschränkung massenentsäuert, katalogisiert und digitalisiert werden und entziehen sich dadurch der wissenschaftlichen Nutzung und Bearbeitung.
Zur Wiederherstellung der Benutzbarkeit von Objekten mit rotem Zerfall muss das Leder gefestigt werden. Eine Konsolidierungslösung besteht aus einem Bindemittel – häufig Hydroxypropylcellulose (Klucel©) – und einem Lösungsmittel. Für die Festigung von rotem Zerfall existiert bislang lediglich eine Einzelobjektlösung: das manuelle Aufbringen von Klucel© gelöst in Butanol oder Ethanol (Pataki, Pesch, Börngen 2022). Dieses Verfahren ist für große Bibliotheksbestände jedoch unrealistisch. Als mögliche Lösungsmittel kommen neben Butanol unter anderem 1-Pentanol, Aceton und Toluol in Frage. Doch haben alle bislang eingesetzten Lösungsmittel den Nachteil, gesundheits- und umweltschädlich zu sein – sie können Haut- und Augenreizungen verursachen sowie zur Wasserverschmutzung beitragen. Zudem sind klassisch eingesetzte Lösungsmittel wie Ethanol und Butanol leicht entflammbar, toxisch und leicht flüchtig, was den Bedarf an sichereren Alternativen unterstreicht.

Arbeitsschritte

Zunächst wird eine umfassende Literaturrecherche durchgeführt, um aktuelle Forschungsergebnisse zur Evaluierung von „green solvents“ zu erfassen sowie den aktuellen Stand der Technik geeigneter Aerosolkammern zu ermitteln. Parallel dazu erfolgt eine Umfrage unter den Kooperationsbibliotheken. Diese zielt darauf ab, praxisnahe Anforderungen an die Festigung von abgebautem Leder zu erheben. Auf der Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse aus der ersten Phase konzentriert sich das Projekt im nächsten Schritt auf die Probenherstellung und -auswertung. Hierfür werden historische und neue Lederproben beschafft, künstlich gealtert und anschließend analysiert. Ziel ist es, die Stabilität und eventuelle chemische oder farbliche Veränderungen der Proben zu bewerten, um die Ergebnisse auf ein Originalobjekt übertragen zu können. Die Auswertung erfolgt mittels visueller, farbmetrischer und profilometrischer Methoden, um sowohl qualitative als auch quantitative Daten zu sammeln. Zeitgleich wird die Entwicklung und das Testen einer Aerosolkammer vorangetrieben, wobei die enge Zusammenarbeit mit dem KMU von entscheidender Bedeutung ist. Die Parameter der Kammer werden festgelegt, getestet und optimiert, um die Effizienz, Nachhaltigkeit und Sicherheit zu gewährleisten. In diesen Prozess werden ebenfalls die kooperierenden Bibliotheken intensiv eingebunden, um sicherzustellen, dass die entwickelten Methoden in der Praxis anwendbar sind und den Anforderungen der Bibliotheken entsprechen. Die abschließende Phase umfasst die Zusammenfassung der Projektresultate und den Abgleich mit den ursprünglich gesetzten Zielen. Hier spielt die Expertise des KMU eine besondere Rolle, um die Praxistauglichkeit und die Implementierung in realen Anwendungsszenarien zu gewährleisten. Die gewonnenen Ergebnisse werden schließlich veröffentlicht und in Workshops den beteiligten Bibliotheken sowie weiteren Interessierten präsentiert. Diese Maßnahmen fördern den Wissenstransfer und unterstützen die Verbreitung der entwickelten Methoden. Durch die weitere Forschung zu „green solvents“ in der Konservierungswissenschaft und die dadurch verbundene Reduktion schädlicher Chemikalien leistet das Projekt einen signifikanten Beitrag zur Umweltentlastung. Darüber hinaus ermöglicht die Digitalisierung der stabilisierten Bücher eine dauerhafte Bewahrung und Nutzung des schriftlichen Kulturerbes, während zeitaufwändige Restaurierungen minimiert werden.

Ergebnisse

Aus der Literaturrecherche und den Vorversuchen gingen drei green solvents – Ethyllactat, Dowanol PM und MMB – sowie 1-Pentanol als Referenz in die Konsolidierungsversuche ein. Für die Lederfestigung wurde daher eine Konzentration von 0,5 % bevorzugt.

Unter den getesteten green solvents erzielte Dowanol PM die besten Ergebnisse. Im Vibrationssiebtest, der die Gesamtstabilität der Probekörper abbildet, erreichte eine 0,5 % Dowanol PM- Lösung mit Klucel© G gute Festigungsergebnisse von 99,3 %. Der entscheidende Vorteil von Dowanol PM zeigte sich im Abklatschtest, der die gute Penetrationstiefe widerspiegelt.

Die Multiphotonenmikroskopie bestätigte, dass das Klucel© nach der Festigung mit Dowanol PM gleichmäßig im gesamten Probekörper verteilt ist. Die 3D-Profilometrie zeigte, dass die Festigung die Faserstruktur kaum verändert und die Oberfläche nur geringfügig kompakter wird. Diese Befunde bestätigen gemeinsam, dass Klucel© G in Dowanol PM (0,5 %) das optimale Verhältnis aus Viskosität, Penetrationstiefe und Materialverträglichkeit bietet und damit als gleichwertiger Ersatz für das bislang eingesetzte Butanol gelten kann.

Das berührungsfreie Vernebeln der Konsolidierungslösung war ein zentrales Projektziel, da das fragile, von rotem Zerfall befallene Leder mechanische Belastungen durch Pinsel kaum toleriert. Der Auftrag geschah ohne Überschuss, so dass keine Lösungsmittelabfälle anfielen. Der Zwerg-Zerstäuber der Firma Sommer-Technik GmbH erwies sich als geeignetes Applikationsinstrument: Mit einem Sprühwinkel von maximal 30° und einer ermittelten durchschnittlichen Tröpfchengröße von 50 micrometer liegt die Applikation im Aerosolbereich und erlaubt eine präzise, kontrollierte Festigung. Für den Einsatz in größeren Beständen wurde gemeinsam mit der Firma BELO Restaurierungsgeräte GmbH eine modulare Aerosolkammer entwickelt und ein Prototyp gefertigt.

Die Projektziele konnten mit den beiden wissenschaftlichen Mitarbiterinnen und den beiden studentischen Hilfskräften umgesetzt und durchgeführt werden.

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Die Forschungsergebnisse wurden in der Zeitschrift Restaurator, DeGruyter Verlag, als wissenschaftliche Publikation eingereicht (Titel: „Green solvents for the consolidation of vegetable-tanned leather with aerosols, A Pataki-Hundt, M Linden, M Börngen) und befinden sich noch im Double-Blind- Peer-Review Verfahren.
Maike Linden, M.A., hat die Inhalte des Projekts bei der internationalen IADA Tagung am 08. September 2025 ( mit dem Titel „Green solvents’: Consolidation of Vegetable-Tanned Leather with Aerosols“ vorgetragen.
Im Rahmen einer virtuellen Fortbildung der ICOM-CC Working Group Graphic Documents (Chair: Andrea Pataki-Hundt) wurde das Projekt am 24. November 2025 vorgestellt (
Die Staatsbibliothek zu Berlin, Preußischer Kulturbesitz, hat für das Projekt eine Reihe von Ledereinbänden zur Verfügung gestellt. Die Rückführung der Buchbestände wurde dazu benutzt, um einen eintägigen Workshop in den Räumlichkeiten der Staatsbibliothek am 09. Juli 2026 zu geben.

Fazit

Das Projekt „Green solvents zur Festigung von vegetabil gegerbtem Leder mit Aerosolen“ hat gezeigt, dass sich der Einsatz umwelt- und gesundheitsverträglicher Lösungsmittel für die Konsolidierung von rotem Zerfall erfolgreich realisieren lässt. Unter den drei untersuchten green solvents – Dowanol PM, Ethyllactat und MMB – erwies sich Dowanol PM in Kombination mit Klucel© G (0,5 %) als besonders geeignet: Es erreichte im Vibrationssiebtest und im Abklatschtest die besten Festigungs- und Penetrationswerte und war dabei dem bislang verwendeten, aber gesundheits- und umweltschädlichen 1-Pentanol ebenbürtig oder überlegen. Multiphotonenmikroskopie und 3D-Profilometrie bestätigten zudem, dass die Konsolidierungslösung das Leder vollständig durchdringt, ohne dessen Faserstruktur oder Oberflächenbeschaffenheit sichtbar zu verändern.
Mit der Anwendung eines Zwerg-Zerstäubers als geeignetem Applikationswerkzeug und der Entwicklung eines modularen Aerosolkammer-Prototyps in Zusammenarbeit mit der Firma BELO Restaurierungsgeräte GmbH wurde erstmals eine praxistaugliche, berührungsfreie Applikationstechnik für die großflächige Anwendung an Bibliotheksbeständen erarbeitet. Die erfolgreichen Praxistests an Originalobjekten der Universitäts- und Landesbibliothek Düsseldorf und der Staatsbibliothek zu Berlin, Stiftung Preußischer Kulturbesitz, belegen, dass sich die im Labor entwickelte Methode zuverlässig auf historische Bestände übertragen lässt.