PREVENTIVNÍ KONZERVACE: MODERNÍ POSTUPY A TECHNOLOGIE PRÄVENTIVE KONSERVIERUNG: MODERNE VERFAHREN UND TECHNOLOGIEN

PREVENTIVNÍ KONZERVACE: MODERNÍ POSTUPY A TECHNOLOGIE PRÄVENTIVE KONSERVIERUNG: MODERNE VERFAHREN UND TECHNOLOGIEN

Alena Selucká Hana Grossmannová Michal Mazík

PREVENTIVNÍ KONZERVACE: MODERNÍ POSTUPY A TECHNOLOGIE PRÄVENTIVE KONSERVIERUNG: MODERNE VERFAHREN UND TECHNOLOGIEN

Alena Selucká Hana Grossmannová Michal Mazík

Brno 2014

OBSAH | INHALTSVERZEICHNIS A Mikroklimatické parametry prostředí ukládání sbírkových předmětů, způsoby měření a regulace ...................................................................................................................... 4 1. Úvod ........................................................................................................................................................ 4 2. Teplota ..................................................................................................................................................... 4 3. Relativní vlhkost ...................................................................................................................................... 6 4. Měření a regulace teploty a relativní vlhkosti ....................................................................................... 11 5. Literatura ............................................................................................................................................... 13 B Efektivní hodnocení kvality vnitřního prostředí v muzejních a galerijních institucích .....................14 1. Úvod ...................................................................................................................................................... 14 2. Průzkum, monitoring, evaluace, aplikace .............................................................................................. 14 2.1. Výběr lokalit – kde je třeba měřit a co je třeba sledovat ............................................................... 15 2.2. Výběr konkrétních škodlivin – co budeme měřit .......................................................................... 16 2.3. Selekce analytických metod – jak budeme měřit, kritéria ............................................................. 16 2.4. Vyhodnocení – aplikace opatření ................................................................................................... 17 3. Literatura ............................................................................................................................................... 18 C Problematika vybraných biologických škůdců v ochraně kulturního dědictví ............................. 19 1. Úvod ...................................................................................................................................................... 19 2. Vybraní biologičtí škůdci ....................................................................................................................... 19 2.1. Problematika hub ........................................................................................................................... 20 2.1.1 Identifikace a lokalizace napadení ............................................................................................... 20 2.1.2 Možnosti dezinfekce .................................................................................................................... 21 2.1.3 Studie vlivu dezinfekce etylenoxidem na pH dezinfikovaného papíru ....................................... 22 2.2. Problematika napadení a vybrané druhy hmyzu ............................................................................ 22 2.2.1 Identifikace a lokalizace napadení ............................................................................................... 23 2.2.2 Možnosti dezinsekce hmyzu ........................................................................................................ 24 2.2.3 Studie – Vhodnost použití dýmovnic pro sanaci předmětů kulturního dědictví ......................... 25 3. Literatura ............................................................................................................................................... 28 A Mikroklimatische Parameter der Umgebung für die Aufbewahrung von Sammlungsgegenständen, Mess- und Regulierungsverfahren ................................................. 30 1. Einleitung ............................................................................................................................................... 30 2. Temperatur ............................................................................................................................................. 30 3. Relative Luftfeuchte .............................................................................................................................. 32 4. Messen und Regulieren der Temperatur und relativen Luftfeuchte ...................................................... 38 5. Literatur ................................................................................................................................................. 39 B Effektive Bewertung der Qualität der Innenumgebung in Museen und Galerien ........................ 41 1. Einleitung ............................................................................................................................................... 41 2. Untersuchung, Monitoring, Evaluierung, Applikation .......................................................................... 41 2.1 Auswahl der Messstellen – wo muss gemessen werden und was soll beobachtet werden ............. 42 2.2 Auswahl konkreter Schadstoffe – was werden wir messen ............................................................ 43 2.3 Auswahl der analytischen Methoden-wie werden wir messen, Kriterien ...................................... 43 2.4 Auswertung – Applikation der Maßnahmen ................................................................................... 45 3. Literatur ............................................................................................................................................ 46 C Problematik ausgewählter biologischer Schädlinge beim Schutz des Kulturerbes ....................... 47 1. Einleitung ............................................................................................................................................... 47 2. Ausgewählte biologische Schädlinge .................................................................................................... 48 2.1 Problematik von Pilzen ................................................................................................................... 48 2.1.1 Identifizierung und Lokalisierung des Bafalls ............................................................................. 48 2.1.2 Möglichkeiten der Desinfektion .................................................................................................. 49 2.1.3 Studie – Einfluss der Desinfektion mit Ethylenoxid auf den pH-Wert ........................................ 50 2.2. Problematik des Befalls und ausgewählte Insektenarten ............................................................... 51 2.2.1 Identifizierung und Lokalisierung des Befalls ............................................................................. 52 2.2.2 Möglichkeiten der Desinfektion des Insektenbefalls ................................................................... 52 2.2.3 Studie – Eignung des Einsatzes von Rauchkerzen für die Desinfizierung von Gegenständen des Kulturerbes ............................................................................................. 54 3. Literatur ................................................................................................................................................. 57 3

A Mikroklimatické parametry prostředí ukládání sbírkových předmětů, způsoby měření a regulace Alena Selucká Metodické centrum konzervace, Technické muzeum v Brně [email protected]

1. Úvod Jedním ze základních poslání sbírkotvorných institucí, jako jsou muzea a galerie, je uchovávání předmětů kulturního dědictví dalším generacím. Naplnění tohoto požadavku je spojeno se zajištěním odpovídajících parametrů vnitřního prostředí, ve kterém jsou předměty1 dlouhodobě ukládány nebo vystavovány. Snahou je vytvářet takové podmínky prostředí, při nichž jsou procesy poškozování historicky cenných předmětů výrazně zpomaleny, přičemž je jejich životnost prodlužována. Při nastavování vhodných podmínek prostředí je nutné v prvé řadě zvážit charakter uchovávaných předmětů – citlivost a specifické vlastnosti jednotlivých materiálů, ze kterých jsou tyto předměty složeny, způsob jejich využívání, očekávanou životnost a v neposlední řadě i ekonomické a energetické možnosti s tím související. Obecně je akceptováno, že mezi určující parametry prostředí, mající vliv na chování většiny materiálů, patří teplota, relativní vlhkost, světlo, polutanty a biologičtí škůdci. V této kapitole je pozornost věnována vlivu teploty a relativní vlhkosti2.

2. Teplota Většina dějů (chemických, biologických a fyzikálních) způsobujících poškozování materiálů probíhá rychleji se zvyšující se teplotou (T). Pro organické materiály platí, že rychlost degradace se zdvojnásobuje při každém nárůstu teploty o 5 °C. Užitečným nástrojem pro pochopení vlivu teploty a relativní vlhkosti na životnost organických materiálů je „preservation calculator“, vytvořený v Image Permanency Institut (IPI) [New Tools for Preservation, 1995]. Tento software, který je volně ke stažení na webových stránkách IPI3, stanovuje kvalitu ochrany prostředí pro ukládání organických materiálů pomocí tzv. „preservation index (PI)“. Jednotkou PI je čas v rocích, udávající za jak dlouho dojde u organických materiálů (uvažovány jsou citlivé materiály jako kyselý papír, barevné fotografie nebo magnetické pásky) k prokazatelnému poškození, pokud budou permanentně vystaveny prostředí při dané teplotě a relativní vlhkosti. Například při teplotě 20°C a relativní vlhkosti 50 % je PI 54 let, ale při snížení teploty na 10°C a relativní vlhkosti 45 % dojde k navýšení PI na 182 let. Obecně tedy chladné a suché podmínky navyšují PI, naopak teplé a vlhké prostředí hodnotu PI výrazně snižuje. Tento model však je třeba chápat pouze jako indikátor rychlosti chemického poškozování nestabilních materiálů vlivem různých kombinací teploty a relativní vlhkosti a nelze jej považovat za nástroj výpočtu „délky života“ pro konkrétní předměty. V rámci nastavování vhodných teplotních podmínek je doporučováno se vyvarovat zejména horních a spodních mezních hodnot teploty, včetně jejich náhlých fluktuací. Za nebezpečnou hranici se považují teploty nad 30 °C, kdy u chemicky citlivých materiálů může docházet k výraznému poškozování. Příkladem jsou magnetická média (např. video pásky, diskety), které při dlouhodobém ukládání za vyšších teplot přestávají být funkční, nitrát celulózy (celuloid) žloutne – rozpadá se, tištěný fotografický materiál bledne (i v tmavém prostředí), acetátové filmy podléhají zvýšené autodegradaci, guma a polyuretanové pěny křehnou, slepují 1 V textu je dále používán též termín sbírkové předměty. 2 Působení světla má významný vliv zejména v rámci vystavování předmětů; během jejich ukládání v muzejních depozitářích lze tento rizikový faktor účelně eliminovat, proto mu není věnována samostatná pozornost v rámci této kapitoly. 3 http://www.imagepermanenceinstitute.org/ shtml_sub/dl_prescalc.shtml

4

se. Kyselý papír (např. novinový papír, knihy s nízkou kvalitou papíru) žloutne, přírodní materiály (textil, useň) okyselené polutanty se zeslabují a mohou se rozpadat. Velmi poškozené celuloidové filmy se mohou samovznítit i při teplotě nad 38 °C! Materiály jako jsou akrylové barvy, jejichž teplota skleného přechodu Tg (teplota zeskelnění) je blízká nebo leží pod pokojovou teplotou, mohou měknout při této pokojové teplotě [Pas 198: 2012]. Ohroženy jsou také různé vosky a pryskyřice s poměrně nízkou teplotou tání (např. parafinový vosk má teplotu tání 52–58°C, včelí vosk 61–70 °C, karnaubský vosk 81–86 °C), [Konzervování a restaurování kovů, 2011, 303–304]. Za ještě bezpečnou spodní hranici teploty se považuje hodnota 5 °C, která je minimální podmínkou pro předcházení zámrzu vody v potrubí a udržování tak přiměřené kondice budov. Obecně je chladnější prostředí preferováno pro zajištění stability většiny materiálu. Některé sbírkové předměty jako jsou barevné fotografické záznamy (filmy a fotografie) vyžadují dokonce i velice nízké hodnoty teploty do 2 °C [ČSN/ISO 11799]. Naopak ale jiné polymerní materiály (moderní akrylátové barvy a nátěry) tuhnou a křehnou při teplotě pod 5 °C a stávají se tak velice citlivými pro další manipulaci. Notoricky známým typem poškození je též polymorfní přeměna cínu, zvaná cínový mor, probíhající podle teoretických předpokladů při teplotě pod 13 °C. Na základě posledních studií ale nelze tohoto degradačního mechanismu běžně dosáhnout v reálném prostředí muzejních objektů. K přeměně struktury cínu by bylo potřeba dosáhnout daleko nižších teplot, až pod – 40 °C. Navíc bylo prokázáno, že některé komponenty cínových slitin, například olovo, brzdí tuto přeměnu, a proto i nebezpečí pro sbírky cínového nádobí (zhotovených ze slitin cínu a olova) jsou vzhledem k nízké teplotě minimální [Msallamová, 2010]. Materiál Bílý dub, Quercus alba, příčný řez Bílý dub, Quercus alba, radiální řez Bílý dub, Quercus alba, tangenciální řez Olejová barva, white lead Olejová barva, yellow ochre Olejová barva, Naples yellow Kožní králičí klih Copper Aluminum T-2024

Teplotní koeficient délkové roztažnosti [ppm/°C] 0,3 32 40 44 64 52 29 17 23

Tab.1: Teplotní koeficinet délkové roztažnosti pro různé materiály malby, upraveno dle Mervin, 2007. Náhlé změny teploty jsou nebezpečné zejména pro předměty, zhotovené z více druhů materiálů, s různou tepelnou roztažností. Důsledkem je vytváření vnitřního teplotního gradientu a pnutí v materiálech. Příkladem je barevná vrstva obrazů obsahující různou skladbu organických a anorganických pigmentů a pojiv. Ukázka vybraných teplotních koeficientů délkové roztažnosti některých materiálů malby, včetně dřeva, je uvedena v tab. 1. Z obdobného důvodu jsou citlivé i smaltované kovové povrchy. Tyto materiály se vlivem rychlých změn teploty stávají velice křehkými pro transport a manipulaci. Důležité je též zdůraznit, že veškeré změny teploty přímo souvisejí i se změnou relativní vlhkosti. Čím vyšší je teplota, tím více vlhkosti může vzduch za stejného tlaku pojmout [Josef, 2010, str. 168]. Užitečné je si zapamatovat, že zhruba každý nárůst teploty o 1 °C znamená pokles relativní vlhkosti o 3 %. Přestože je z hlediska zajištění stability většiny materiálů doporučováno udržovat stálou hodnotu teploty i relativní vlhkosti, připouští se pomalé a postupné sezónní změny těchto klimatických parametrů z důvodu snížení s tím spojených energetických nákladů (tab. 2). 5

3. Relativní vlhkost Relativní vlhkost (RV) ovlivňuje rychlost mnoha degradačních mechanismů. Pro každý materiál existuje určitá úroveň obsahu vlhkosti v okolním prostředí, která je v souladu s jeho maximální chemickou, biologickou a fyzikální stabilitou. Jestliže je tato vlhkost prostředí nepřiměřená tj. příliš vysoká či nízká (či dochází k jejím náhlým změnám), stává se související hodnota relativní vlhkosti rizikovým faktorem. V zásadě neexistuje jedna univerzální hodnota relativní vlhkosti nebo interval jejich výkyvů, které by byly bezpečné pro většinu sbírkových předmětů. Příkladem jsou organické materiály, které jsou hygroskopické, tj. mají schopnost přijímat vodu z okolí nebo ji naopak do něj odevzdávat. K této výměně dochází tak dlouho, dokud se neustaví difuzní rovnováha mezi přirozeným obsahem vody v materiálu a okolním prostředím (rovnovážný obsah vlhkosti). Je-li vlhkost prostředí stálá a neměnná, organický materiál dosáhne určitý stupeň rovnováhy a je relativně stálý. Je-li vlhkost prostředí příliš vysoká či nízká nebo dochází k jejímu kolísání, organický materiál reaguje změnou fyzikálních parametrů až do stadia poškození (deformace, praskání, zvlnění, změna mechanických vlastností apod.). Obsah vlhkosti v materiálu je dán poměrem hmotnosti obsažené vody k celkové hmotnosti vlhkého vzorku (popř. hmotnosti sušiny). w = mv/m. 100 [%] Rovnovážná vlhkost materiálu je dosažena při vlhkosti materiálu odpovídající obsahem vlhkosti v okolním vzduchu. Tato závislost je vyjádřena sorpční izotermou (obr. 1).

Obr. 1: Sorpční izoterma běžného lesního dřeva při různých teplotách (w – obsah vlhkosti ve dřevě; φ (RV) – relativní vlhkost vzduchu). 6

Z uvedených sorpčních izoterm je patrné, že vlhkostní rovnováha materiálu závisí též na teplotě okolního vlhkého vzduchu. Tvar sorpčních izoterm naznačuje, že k většímu nárůstu rovnovážné vlhkosti dřeva dochází při relativní vlhkosti vzduchu nad 70 % a při snižování teploty. Kolísání relativní vlhkosti vzduchu v intervalu RV 40–60 % se většinou považuje u dřeva za přijatelné, nesmí však být rychlé a časté. Sorpční izotermy různých materiálů se mohou od sebe výrazně lišit, přesto sklony prostředních částí křivek odpovídajících dřevu jsou při teplotě okolo 20 °C poměrně blízké i pro řadu jiných organických materiálů jako je papír, textil apod. Na druhou stranu není obecně nutné, aby okolní vzduch musel mít pro zachování určité vlhkosti materiálu stálou teplotu i relativní vlhkost. Vlhkostní rovnováha je přijatelně splněna i při různých teplotách vzduchu, pokud lze zanedbat vliv teplotní roztažnosti materiálu a pokud je relativní vlhkost vzduchu přizpůsobena dané teplotě. Proto platí, že při nižší teplotě musí být relativní vlhkost vzduchu nižší a naopak, při vyšší teplotě musí být relativní vlhkost vzduchu vyšší [Černý, 2011]. Zároveň je třeba si uvědomit, že tradičně doporučované hodnoty teploty 18 – 20°C a relativní vlhkosti 50 ± 5 %, tzv. ideálního muzejního klimatu, nemusí být pro dřevo ani řadu jiných hygroskopických materiálů tím optimálním řešením. Platí to zejména pro případy, kdy jsou tyto materiály dlouhodobě aklimatizovány na zcela jiné podmínky prostředí, jako jsou prostory kostelů, hradů a zámků a násilná změna parametrů prostředí či jejich náhlý přesun do nových podmínek, jakkoliv ideálních, může u nich vyvolat závažná poškození. Nový koncept vyhodnocování a nastavování vhodných podmínek teploty a relativní vlhkosti organických hygroskopických materiálů zavádí nová evropská norma, vydaná v České republice pod ČSN EN 15757: Ochrana kulturního dědictví – Požadavky na teplotu a relativní vlhkost prostředí s cílem zamezit mechanickému poškozování organických hygroskopických materiálů, k němuž dochází v důsledku klimatu. Tato norma definuje tzv. „historické klima“, které je popsáno jako „klimatické podmínky prostředí, ve kterém byly objekty kulturního dědictví vždy drženy nebo v něm byly ponechány delší dobu (minimálně po dobu jednoho roku) a jsou v něm aklimatizovány.“ Pokud bylo prokázáno (na základě odborného zhodnocení jejich stavu konzervátorem-restaurátorem a dalšími specialisty), že historické mikroklima není pro dané materiály škodlivé, pak tato norma doporučuje ponechávat předměty v daném prostředí, na které byly po dlouhou dobu aklimatizovány. Důležitou součástí doporučení je stanovení průměrné hodnoty RV, sezónního cyklu a přijatelných krátkodobých výkyvů relativní vlhkosti a teploty. Sezónní cyklus je stanoven na základě středního měsíčního klouzavého průměru (MA), který je aritmetickým průměrem všech hodnot RV, měřených ve třiceti po sobě jdoucích dnech, přičemž krátkodobé výkyvy jsou odečítány jako rozdíl mezi aktuálně naměřenou hodnotou RV a danou hodnotou MA. Horní a spodní limit přijatelného rozmezí odpovídá 7. a 93. percentilu výkyvů RV, zaznamenaných ve sledovaném období (obr. 2). Závislost hodnot středního měsíčního klouzavého průměru v čase zvýrazňuje dlouhodobé trendy prostředí a odlišuje krátkodobé výkyvy. Tento způsob vyhodnocování RV a T umožňuje lépe pochopit např. střídání zimních a letních cyklů, identifikaci jednotlivých zón mikroklimatu uvnitř budov či vymezení náhlých skokových změn.

7

Obr. 2: Ukázka vyhodnocení historického klimatu: Přerušovaná vodorovná černá čára značí aritmetický roční průměr RH average – 62 %; Plná čára – střední měsíční klouzavý průměr RHma; Přerušované čáry – horní a spodní limit přijatelných výkyvů RV, odpovídající 7. a 93. percentilu (RHma-11,44 %, Rm+10,67 %). Při nastavování vhodných klimatických podmínek se doporučuje vzhledem k charakteru a citlivosti uchovávaných sbírkových předmětů zejména stanovit a nepřekračovat: • přípustné spodní a horní limity RV • přijatelnou rychlost změn RV • rozsah fluktuací RV U většiny materiálů dochází k jejich poškozování vlivem nesprávné relativní vlhkosti, pokud relativní vlhkost vzduchu je vyšší než 70 % nebo naopak konstantně nízká pod 30 %. Prostředí s vysokou RV je živnou půdou pro růst plísní, způsobujících rozklad a barevné změny organických materiálů, zejména usně, textilu, papíru a dřeva. Nejvíce ohrožené jsou materiály obsahující proteiny, škrob nebo cukr (např. pergamen, škrobený textil, živočišná lepidla, prachem zanesený papír). Tvorba plísní a rychlost jejich růstu je ovlivněna i dalšími faktory jako je teplota, pohyb vzduchu, druh plísní apod. Časová závislost růstu plísní na relativní vlhkosti je uvedena na obr. 3. Uvedená závislost prakticky vymezuje bezpečnou zónu pod 70 % RV, při které je potřeba řádově až stovky dní k viditelnému růstu plísní [ASHRAE, 2007, str. 244].

8

Obr. 3: Časová závislost viditelného růstu plísní na relativní vlhkosti vzduchu. Uvažován je citlivý materiál, kontaminovaný různými druhy plísní při teplotě 25 °C a vzrůstající relativní vlhkosti, upraveno dle https://www.cci-icc.gc.ca. Zvýšená vlhkost ovlivňuje také celou řadu fyzikálně-chemických reakcí, jako jsou významnější reakce s oxidy síry a jinými polutanty, koroze kovů, hydrolýza skla, pohyb solí uvnitř porézní keramiky a kamene, rozpad minerálů apod. Příkladem je třeba známý fakt, že pyrit (sulfid železnatý) se oxiduje a rozpadá při podmínkách relativní vlhkosti blízké 60 %. Proto pro ukládání mineralogických a paleontologických sbírek, které obsahují tento minerál, je nutné dodržovat relativní vlhkost pod 60 %. Obdobně také i nestabilní sklo (středověké sklo s vysokým podílem alkalických složek) je více náchylné při vyšší vlhkosti na vznik irizujícího povlaku a korozních produktů. Stejně tak je za vyšší vlhkosti (nad 65 %) významně urychlována kyselá hydrolýza papíru, zejména v případě kyselého, nekvalitního papíru a papíru obsahujícího železogalové inkousty. Nízká relativní vlhkost, pod 30 %, způsobuje vysušení a zkřehnutí organických materiálů – sesychání a praskání dřeva, usně, pergamenu, slonoviny, proutěných košíků, apod. Může být důvodem sesychání papíru a lepidel, praskání a odpadávání laků, malby, fotografické emulze. Stabilně nízká relativní vlhkost může způsobit též lokální vysychání skla a jeho praskání. Pro většinu anorganických materiálů jsou ale podmínky nízké relativní vlhkosti pod 30 % optimální. Příkladem jsou zkorodované železné předměty, pro které je doporučováno velmi suché prostředí s RV pod 18 % (stabilizace aktivní chloridové koroze) nebo pro předměty ze slitin mědi, napadené nemocí bronzů, platí podmínky RV pod 50 %.

9

Náhlé a rychlé výkyvy hodnot relativní vlhkosti jsou obecně považovány za velmi nebezpečné situace, ohrožující stabilitu mnoha sbírkových předmětů. Tyto podmínky mohou vyvolat objemové změny a strukturní poškození hygroskopických materiálů tj. bobtnání, praskání dřeva, odlupování polychromie, intarzií či zlacení. Hrozí například smršťování vláken u již narušených tapisérií, poškozování vrstvených materiálů jako např. knižní vazby, fotografií, negativů, magnetických záznamů či malby. Velmi dlouhé fluktuace, jako jsou sezónní změny, jsou dostatečně pozvolné, aby bylo možné využít procesu uvolnění – relaxace napětí v rámci struktury uchovávaných předmětů. Údaje o efektivním modulu pružnosti mnoha olejových a akrylátových nátěrů jako funkce času, teploty a relativní vlhkosti a přímé údaje o uvolnění napětí jak pro nátěr a dřevo ukazují, že napětí způsobené daným zatížením aplikovaným po dobu jednoho dne se snižuje na 50 % i méně, pokud je toto napětí aplikováno po dobu čtyř měsíců při přiměřené pokojové teplotě [Michalski, 1991]. Tudíž čtyřměsíční sezónní výkyv ± 20% RV by měl způsobit menší napětí ve většině zkoumaných artefaktů než týdenní fluktuace ±10 % hodnoty RV. Zároveň je nutné podotknout, že krátká fluktuace RV, v délce trvání do jedné hodiny, nezpůsobuje prokazatelnou odezvu u většiny předmětů [ASHRAE, 2007, str. 246]. Nastavení vhodných klimatických podmínek RV a T je tedy kompromisním řešením, vycházejícím z analýzy stavu uchovávaných sbírkových předmětů, jejich materiálových charakteristik, stavebně-technických parametrů budov, energetických nároků a s tím spojených finančních možností. Vhodným doporučením v této oblasti je klasifikace prostředí v muzeích, galeriích, archivech a knihovnách uvedená ve sborníku ASHRAE, 2007, která byla zpracována v úzké spolupráci s Kanadským konzervátorským institutem. Podmínky prostředí jsou rozděleny v rámci progresivních skupin AA až D, které vymezují odpovídající rozsah nastavení hodnot RV a T, v přímé vazbě s tím spojenými riziky a výhodami pro uchovávání předmětů (tab. 2). Například skupina AA odpovídá precizní kontrole bez možných sezónních výkyvů se stálou celoroční hodnotou RV a s minimální fluktuací ± 5 %. Takovéto podmínky však vyžadují odpovídající konstrukci budovy s kvalitní izolací a řízeným vnitřním klimatem. Energeticky výhodnější je skupina A, která připouští buď krátkodobé výkyvy anebo sezónní změny RV ± 10 %, ale ne obojí zároveň. Většina historických budov nebo menších muzeí spadá dále do skupiny B s uvedenými gradienty teploty a vlhkosti. Nastavení klasifikace C odpovídá prevenci rizik spojených s mezními hodnotami RV a T a skupina D je pouze ochrannou proti vysoké vlhkosti.

10

T °C

RV %

Změny RV, T

Rizika /Výhody

Roční průměr nebo Krátkodobá Roční průměr Sezónní nastavení historický fluktuace roční průměr

15 – 20 °C

50 %

± 5 °C

± 5 %; ±2 °C

+ 5 °C -10 °C

± 10 %; ± 2 °C

+10 % - 10 %

± 5 %; ± 2 °C

AA – bez rizik mechanického poškození většiny hygroskopických materiálů (malba apod.), mimo nestabilní kovy a minerály A – malá rizika mechanického poškození pro vysoce citlivé materiály, bez rizik pro většinu materiálů – malbu, knihy, fotografie

+10 % -10 % +10°C (pod 30 °C ± 10 %; ± 5 °C a dolní hranice tak, aby byla udržena požadovaná hodnota RV)

B – střední rizika mechanického poškození pro vysoce citlivé materiály, malá rizika pro většinu materiálů, malbu, fotografie a knihy

25 – 75 % T zřídka přes 30 °C, většinou pod 25 °C

C – vysoké riziko mechanického poškození pro vysoce citlivé materiály střední rizika pro většinu materiálů

pod 75 %

D – vysoké riziko náhlého/kumulativního mechanického poškození pro většinu materiálů

0 – 30 %

Suché prostředí – specifické podmínky pro ukládání kovů

Tab. 2: Klasifikace muzejního klimatu dle ASHRAE, 2007. Pozn.: Krátkodobá fluktuace je kterákoliv fluktuace v čase kratším než odpovídá změně sezónního nastavení.

4. Měření a regulace teploty a relativní vlhkosti Pro sledování hodnot teploty a relativní vlhkosti je vhodné používat kombinované elektronické záznamové měřicí přístroje (dataloggery). Naměřená data RV a T jsou poté převáděna do počítače a podle vhodného programu lze vyhodnocovat jednotlivé fluktuace nebo sezonní cykly. Průběžné měření dat by mělo probíhat v časových intervalech alespoň jedné hodiny, popř. i kratších úsecích, z důvodu zachycení dynamiky změn prostředí. Důležité je též dodržet správnou metodiku umístění měřících přístrojů ve sledovaném prostoru tzn. zvolit takové místo, které není ovlivněno proměnlivým prouděním, blízkostí oken a dveří, topných těles apod. Optimální je umístění do středu místnosti, zhruba ve výšce 1,5–1,8 m nad podlahou [Josef, 2010, str. 181]. Na druhou stranu pro objasnění různých vnitřních klimatických zón se někdy doporučuje též měření v blízkosti stěn, podlah či uvnitř úložných regálů. 11

Dosažení pokud možno co nejstabilnějších hodnot RV a T lze zajistit různými způsoby. V návaznosti na potřebu snižování energetických výdajů a emisí uhlíku jsou v posledních letech preferovány pasivní regulační prvky. Základem je vhodné architektonické a stavební řešení budov, které jsou určeny pro dlouhodobé ukládání sbírkových předmětů. Důležité je správné umístění budovy vůči možným rizikovým vlivům, jako jsou různé zdroje vlhkosti a též intenzita slunečního osvitu. S tím souvisí volba kvalitní izolace a stavebních materiálů s odpovídajícími hygrotermálními vlastnostmi včetně nastavení účinného způsobu ventilace vzduchu. Hodnoty vlhkosti lze regulovat pomocí zvlhčovacích nebo odvlhčovacích přístrojů, které mají efektivní použití zejména v případě menšího objemu kontrolovaného prostoru, s malou intenzitou výměny vzduchu. Určitým omezením pro kondenzační odvlhčovače je okolní nízká teplota, jelikož tyto přístroje pracují pouze do teploty asi 8 °C. V případě použití mobilních zařízení hraje roli také lidský faktor, jelikož je nutné zajistit průběžné doplňování nebo odebírání vody. Další možností, jak řídit vlhkost uvnitř budov, je využít vytápění. Jedná se o jednoduchý princip, který vychází ze závislosti relativní vlhkosti na teplotě (viz. dříve). V zahraničí je zavedena metoda vytápění, které je řízeno humidistatem, zvaná conservation heating. Tento postup je založen na předpokladu, že pro zajištění stability většiny materiálů je podstatnější kontrolovat relativní vlhkost než teplotu. Topení se spíná, pokud relativní vlhkost vzduchu roste nad hodnotu nastavení (např. 60 %) a vypíná při jejím poklesu pod danou hodnotu. Zároveň je zadána horní mezní teplota, při které se topení vždy vypne, aby nedocházelo k přehřívání prostoru (např. 25 °C). Opačně je nastavena i spodní mez (5 °C), při které je topení sepnuto, aby nehrozilo vymrzání objektu. Strategie kontroly relativní vlhkosti pomocí vytápění je úspěšně zavedena ve většině historických budov spravovaných National Trust ve Velké Británii [Stanifoth, 2007; Bullock 2009]. Pro velké budovy, vybavené tepelnými čerpadly vykazuje topení s humidistaty nejefektivnější energetický postup za předpokladu, že jejich tepelná izolace není příliš špatná [Broström, 2011]. Jiný koncept regulace relativní vlhkosti bere v potaz vliv teploty na sorpční izotermy hygroskopických materiálů, který bývá většinou zanedbáván u jiných způsobů kontroly klimatu. Pro tyto materiály platí, že jejich obsah vlhkosti je redukován při zvyšování teploty okolí, i když zůstává RV konstantní (viz obr. 2). Z tohoto důvodu je přijatelné zajistit vyšší RV v létě než v zimě. Metoda je založena na kontrole relativní vlhkosti vzduchu dle okamžité hodnoty teploty s cílem zajistit stabilizaci rovnovážného obsahu vlhkosti předmětu na základě sorpčních izoterm daných materiálů. Uvedený způsob regulace mikroklimatu je zaveden v Kapli sv. Kříže na hradě Karlštejn [Broström, 2011]. Budovy vybavené stabilním vzduchotechnickým zařízením mohou využívat různých funkcí řízené regulace vzduchu, zahrnující jeho filtraci, ohřívání a ohlazování, zvlhčování nebo odvlhčování či komplexní řešení centrální klimatizace. Tato strategie musí být vždy pečlivě zvážena z hlediska stavebně-technického řešení budovy, charakteru a způsobu využívání sbírkových předmětů a v neposlední řadě též na základě kalkulace energetických a finančních nákladů. Zkušenosti z posledních let ukazují, že je nutné hledat úspornější řešení regulace klimatických parametrů pro dlouhodobé ukládání předmětů kulturní povahy, varianty s menší ekologickou zátěží a též v kontextu s reálně nastavenými standardy doporučených hodnot relativní vlhkosti a teploty. Předpokladem pro zkvalitňování těchto podmínek je vzájemná diskuze vedená napříč mezi profesemi architektů, stavebních inženýrů, klimatologů, muzejních pracovníků a konzervátorů-restaurátorů. Hlavní zásady spojené s těmito otázkami jsou součástí nedávného stanoviska pracovníků z Doerner Institutu v Mnichově [Burmester, 2013], zpracované též v návaznosti na výsledky evropského projektu Climate for Culture a určitě budou dále reflektovány v rámci širokého spektra institucí, spravujících světové kulturní dědictví.

12

5. Literatura ASHRAE Handbook – the American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Chapter 21, 2007. Broström T., Vyhlídal T., Simeunovic G., Larsen P. K., Zítek P.: Evaluation of diffrent approaches of microclimate control in cultural heritage buildings, Climate for Collections – Standards and Uncertainties, Munich 2012, Aarchetype Publications Ltd in association with Doerner Institut, 2013, s. 105–114. Bullock L.: Environmental Control in National Trust Properties, Journal of Architectural Conservation, March 2009, s. 83–97. Burmester A., Eibel M.: Klima und Kulturgut, Die Munchner Position zu den Internim Guideliness der Bizot Gruppe, Restauro 3/2013, s. 53–59. Černý M., Němeček M.: Mikroklima v historických interiérech, Národní památkový ústav, Praha 2011, s. 23. ČSN/ISO 11799: Informace a dokumenty. Požadavky na ukládání archivních a knihovních dokumentů. ČSN EN 15757: Ochrana kulturního dědictví – Požadavky na teplotu a relativní vlhkost prostředí s cílem zamezit mechanickému poškozování organických hygroskopických materiálů, k němuž dochází v důsledku klimatu., Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. Josef, J.: Úvod do preventivní konzervace, Úvod do muzejní praxe, Asociace muzeí a galerií ČR, Praha, 2010, s. 168 a s. 181. Konzervování a restaurování kovů – Ochrana předmětů kulturního dědictví z kovů a jejich slitin, Technické muzeum v Brně, 2011, s. 303–304. Mervin R.: The Benefits and Disadvantages of Adding Silica-gel to Microclimate Packages for panel paintings, In: Museum Microclimates, The National Museum of Denmark, Copenhagen, 2007, s. 237. Michalski, S.: Paintings, their response to temperature, relative humidity, shock and vibration. In: Works of Art in Transit, s. 223–248. M. F. Mecklenburg, ed. National Gallery, Washington, D. C. 1991. Msallamová, Š., Jindrová E.: Cínové křtitelnice z 2. pol. 16. století, Sborník z Konference konzervátorů-restaurátorů, Technické muzeum v Brně, Brno 2010, s. 31. New Tools for Preservation, Assessing Long-Term Enviromental Effects on Library and Archives Collections, The Commission on Preservation & Access, 1995. Pas198:2012, Specification for managing enviromental conditions of cutural collections, the British Standards Institution, 2012, s. 6–8. Staniforth S.: Conservation Heating to Slow Conservatiom: A Tale of the Approprite Rather Than the Ideal, Contribution to the Experts Roundtable on Sustainable Climate Management Strategies, held in April 2007, in Tenerife, Spain, The Getty Conservation Institute.

13

B

Efektivní hodnocení kvality vnitřního prostředí v muzejních a galerijních institucích

Hana Grossmannová Metodické centrum konzervace, Technické muzeum v Brně [email protected]

1. Úvod Oblast preventivní konzervace – zajištění vhodných dlouhodobých i krátkodobých podmínek pro uložení sbírkového předmětu – zahrnuje několik důležitých faktorů. Ve většině institucí je dnes již kladen důraz na sledování a regulaci hodnot relativní vlhkosti, teploty a osvětlení v depozitárních prostorách i expozicích. Dalším důležitým, často však opomíjeným faktorem, který má významný vliv na stav předmětů je také kvalita prostředí z pohledu koncentrace škodlivin – polutantů. Důvodů pro tento fakt je hned několik. Z pohledu muzejního pracovníka je velmi náročné jak odborně tak i ekonomicky tuto oblast preventivní konzervace uchopit. Lze říci, že pomineme-li některá zařízení, která fungují na principu dozimetrického stanovení celkové korozivní zátěže prostředí, nelze využít jednotné postupy a jednotné analytické techniky. Tento metodický text vám umožní zorientovat se ve zjednodušené formě v této oblasti a nabídne některá parciální řešení. Konečným bodem každého projektu hodnocení kvality ovzduší a vlivu na sbírkové předměty by měla být aplikace opatření, vedoucích k vyřešení akutních i dlouhodobých problémů způsobených zatížením prostředí škodlivinami. Komplexní přístup k tomuto problému tak zahrnuje výzkum, monitorování, evaluaci, vymezení strategie a aplikaci získaných poznatků do praxe v souvislosti s chemickou zátěží v expozicích a depozitářích. Daných cílů můžeme dosáhnout využitím jak moderních sofistikovaných analytických metod, tak i ekonomicky a uživatelsky nenáročných technik. Je třeba si položit důležitou otázku – zda je v silách stálých pracovníků instituce daný projekt zvládnout a kdy je potřeba využít služeb odborníků. Tento text si klade za cíl nikoliv vytvořit důsledný přehled analytických metod, využívaných pro environmentální analýzu, ale poskytnout ucelený přehled o dané problematice pro muzejní a galerijní pracovníky s různou odborností a nabídnout řešení problémů způsobených znečištěním prostředí a vytvořit podmínky pro efektivnější ochranu za využití ekonomicky i energeticky nenáročných opatření.

2. Průzkum, monitoring, evaluace, aplikace Co vše nás tedy čeká, pokud se budeme chtít vypořádat s problémem znečištění vnitřního prostředí v instituci a proč se této náročné práce vůbec pouštět. Základní motivací pro realizaci projektu hodnocení kvality ovzduší může být obecně několik. Optimální variantou je snaha odborných pracovníků zajistit efektivnější ochranu sbírkových předmětů. Častěji však odborníci reagují až na zjevné známky zvýšené degradace materiálu nebo na zvýšený zdroj škodlivin v objektu v důsledku nastalých změn. Z toho pohledu je třeba říci, že analyzovat, zda daný materiál je degradován vlivem škodlivin nebo v důsledku nevhodných klimatických parametrů je poměrně náročné. Stejně tak i provedení experimentálních testů za účelem vyhodnocení kvality ovzduší (v porovnání s měřením klimatických faktorů jako je teplota a vlhkost) vyžaduje značně specifické schopnosti a odborné znalosti. Jakým způsobem a co lze tedy vyhodnotit. Daný cíl realizujeme na základě splnění následujících úkolů: výběr lokalit pro měření, výběr konkrétních škodlivin, selekce analytických metod, vyhodnocení a aplikace výstupů. Sjednocujícím prvkem, který musíme vzít v úvahu v každém kroku experimentu pak je časová, odborná a hlavně ekonomická náročnost provedení.

14

2.1. Výběr lokalit – kde je třeba měřit a co je třeba sledovat První otázkou, kterou by si měl odborný pracovník položit je, které lokality a proč je potřeba z pohledu znečištění chemickými látkami sledovat. Zde je na místě si uvědomit, že základem jakékoliv studie v této oblasti je zejména pečlivý prvotní průzkum lokalit a s ním spojené vyhodnocení možných rizik. Spíše než detailně a velmi složitě popisovat a analyzovat přítomné polutanty, je totiž potřeba naučit se základním průzkumem odhadnout, kde jsou přítomny potenciální zdroje škodlivin a naučit se je vhodným způsobem eliminovat. Série měření by pak měly být prováděny zcela jednoznačně současně v několika konkrétních vytipovaných lokalitách. Jedna z nich by pak měla být ve vnějším prostředí, což je důležité pro získání referenčních hodnot. Jak tedy postupovat při výběru míst k provedení analýzy? Je potřeba zaměřit se především na riziková místa z pohledu následujících faktorů: 1) Očekávaný výskyt konkrétních polutantů Každý objekt, ve kterém jsou uloženy předměty kulturní hodnoty je z chemického hlediska jedinečný. Z pohledu vnějších zdrojů škodlivin bývá nejrizikovější zejména zvýšené zatížení dopravou nebo průmyslovou aktivitou v blízkém okolí objektu. Z pohledu vnitřního prostředí pak věnujeme pozornost materiálové skladbě budovy, samotnému mobiliáři v expozicích a depozitářích, užitým obalovým materiálům a v neposlední řadě také materiálové struktuře vlastní sbírky. Typickými příklady materiálů, které mohou být zdrojem škodlivin a poškozovat tak sbírkové předměty jsou například kyselé druhy dřeva, dřevotřískové desky, kyselý papír nebo lepenky, většina lepicích pásek a lepidel, používaných v interiérech, nátěry a laky (olejové, epoxidové), kámen nebo cihly kontaminované solí, kov (při vysoké vlhkosti), organický materiál (kůže/useň, vlna), některé plasty (např. polyvinylchlorid, polyuretanová pěna, vulkanizovaná guma, nitrát a acetát celulosy) nebo čisticí prostředky. 2) Specifická zátěž prostředí Každá nemovitost, která ukrývá předměty kulturní povahy, je vystavena nejenom stabilním dlouhodobým vlivům, ale i časově nebo prostorově specifickým zátěžím. Zvýšená pozornost by tak měla být věnována například uzavřeným izolovaným depozitářům či vitrínám bez aplikovaných opatření na úpravu kvality ovzduší. Problémem bývají také například lokality, které prošly v nedávné době rekonstrukcí (významným zdrojem škodlivin jsou stavební materiály, nátěry, lepidla, apod.). Zátěž prostředí mohou také navýšit další faktory, jako je nově instalovaný mobiliář či vybavení, změna dopravní situace nebo jiné dočasné vnější zdroje. 3) Známky zrychlené degradace uloženého materiálu Podrobným průzkumem muzea či galerie můžeme usoudit na zvýšenou koncentraci škodlivin v ovzduší pomocí nepřímé metody, a to nalezením předmětů se známkami urychlené degradace materiálu. Zde je však zcela evidentně nutná spolupráce s konzervátorem-restaurátorem sbírky. Analýzu změny stavu materiálu v čase, související s nevhodným uložením a vystavením předmětu škodlivinám, musí posoudit odborník, pečující o stav sbírky. Nutno je také odlišit vliv polutantů od důsledků nevhodného klimatu či neefektivně provedeného konzervátorsko-restaurátorského zásahu. Typickým příkladem urychlené degradace materiálu může být zjištění aktivní koroze kovů, změna opacity skla či keramiky, změna barevnosti textilií, nezapříčiněná světelnou expozicí, křehnutí materiálu papíru, rozklad vápenatých struktur, apod.). 4) Nevhodné klimatické parametry Dalším významným faktorem, souvisejícím s vlivem škodlivin na stav sbírkových předmětů, jsou klimatické změny a nevhodné klimatické parametry prostředí. Typickým příkladem může být vysoká fluktuace teploty a s ní spojená fluktuace relativní vlhkosti, či obecně dlouhodobé vystavení materiálu extrémním klimatickým podmínkám. Zvýšená teplota oproti standardním doporučeným hodnotám (15 – 22 °C) může totiž znamenat prudký nárůst reakčních rychlostí degradačních dějů nebo intenzivnější uvolňování látek z objemu materiálu. Vysoká relativní vlhkost pak může znamenat, že i při nízkém poklesu teploty bude docházet ke kondenzaci vody na povrchu předmětu, což zapříčiní vytvoření reaktivní vrstvy vody a směsi plynných, kapalných i pevných škodlivin. Voda tak působí jako reaktant a zároveň jako nosné médium pro ostatní polutanty. Obdobné 15

následky na stav materiálu mají i intenzivní krátkodobé fluktuace teploty a relativní vlhkosti. Problematickým parametrem prostředí může také být vysoké zatížení světlem. Záření z viditelné oblasti spektra a UV záření zapříčiní fotochemické reakce a také je zdrojem energie pro další chemické reakce. 2.2. Výběr konkrétních škodlivin – co budeme měřit V rámci analýzy bychom se měli soustředit na ty chemické látky, jejichž zdroje byly identifikovány při průzkumu nebo na ty, které jsou obecně považovány za nejsilnější degradanty. To jsou konkrétně plynné polutanty: oxidy síry, oxidy dusíku, kyselina octová a mravenčí (obecně kysele reagující látky), ozon, formaldehyd, sirovodík, amoniak (obecně zásadité látky) nebo jejich směsi (např. těkavé organické látky – VOC). Samostatnou kapitolou pak je analýza aerosolu – stanovení množství těžkých kovů, frakcí prachových částic, sedimentovaných i rozptýlených v ovzduší, apod. Vyhodnotit lze také celkovou korozivní zátěž prostředí využitím korozivních kuponů – jedná se o poměrně jednoduché a orientační měření, které je však výhodné z pohledu ekonomické i odborné náročnosti daných experimentů. 2.3. Selekce analytických metod – jak budeme měřit, kritéria V současné době se pro detekci polutantů v životním prostředí využívají dva obecné typy odběru vzorku pro monitoring – aktivní a pasivní. Oba tyto typy v podstatě využívají principu absorpce či adsorpce plynných polutantů (ať již fyzikální nebo chemické) na různé pevné nebo gelové médium, případně přímý odběr média – plynu, kapaliny a pevných částic. Metody aktivního vzorkování jsou v principu ty, které pro odebrání vzorku využívají „aktivní“ odběr vzduchu, např. přes ruční či elektrickou pumpu. Pasivní vzorkování pak v zásadě znamená pouhé umístění sorbentu do zkoumaného prostředí a sorpci látek na základě přirozené difuse. Aktivní metody vzorkování sebou nutně přinášejí i nutnost náročné přístrojové analýzy, jejich využití je tedy obtížné jak z hlediska odborného, tak i z hlediska ekonomického. Proto je jejich aplikace vhodná pouze pro řešení jednotlivých parciálních úkolů a nikoliv pro monitoring kvality prostředí obecně. Pro stanovení koncentrací mnoha důležitých škodlivin by bylo nutné dlouhodobě odebírat řadu vzorků souběžně ze všech lokací. Mezi analytické metody, využívané k hodnocení znečištění prostředí patří např. fotometrie, chemiluminiscence, plynová chromatografie, vysokoúčinná kapalinová chromatografie, gravimetrie nebo hmotnostní spektroskopie s indukčně vázaným plazmatem. Větší význam pro instituce, jako jsou muzea a galerie, mají dozimetrická stanovení koncentrací látek pomocí pasivního odběru. Obecně se dá říci, že jejich užití je jednodušší a na trhu existuje celá řada vhodných produktů. Existují varianty pasivních dozimetrů, které vyžadují následně analýzu vzorku v laboratoři, ale i takové, které na základě změny své vlastnosti (např. barevnosti) jsou schopny detekovat koncentraci některých látek v ovzduší přímo na místě měření. Dále je v souvislosti s kvalitou prostředí nutné zabývat se také koncentrací nikoliv plynných polutantů, ale i pevných, které obecně nazýváme prach. Jedná se však o složitou směs látek, která je charakteristická pro danou lokalitu a místní zdroje znečištění. Specifickou skupinou analytických metod, využívaných pro monitoring prostředí, jsou pak takové, které fungují na principu hodnocení degradace modelového materiálu. Tyto techniky však neumožňují stanovit koncentraci konkrétních polutantů, ale pouze udávají celkovou zátěž prostředí, a to včetně vlivu teploty, vlhkosti a dalších parametrů. To je však v podstatě velmi zásadní! Jedním z principů preventivní konzervace je sledování všech vlivů, které mohou ovlivnit stav materiálu. Tak jako relativní vlhkost striktně souvisí s teplotou, tak i rychlost reakcí a volatilita polutantů nebo uvolňování látek z materiálu je velmi závislá na ostatních parametrech prostředí. Příkladem může být vztah teploty a rychlosti chemické reakce, který je svázán Arrheniovou rovnicí. Vždy je proto třeba sledovat celkovou zátěž prostředí, anebo hodnotit koncentrace látek v souvislosti s teplotou a vlhkostí. Mezi tyto techniky pak patří zejména korozní kupóny různých typů, obsahující většinou plátky čistého kovu (měď, stříbro). Tyto kupony jsou vystaveny sledovanému prostředí po dobu danou výrobcem a poté jsou odeslány k analýze. V ideálním případě pak je stanovena míra korozivity prostřední (stupeň C1 až C5) nebo popsány korozní produkty, které byly vytvořeny na kovových plátcích. Z těchto výsledků pak můžeme usoudit na výskyt některých skupin polutantů. Výhodou těchto technik je možnost porovnat celkovou zátěž prostředí na mnoha místech paralelně. Nevýhodou je 16

skutečnost, že celková zátěž je v tomto případě stanovena na základě koroze kovů. I když jsou v publikacích běžně označovány jako nejvýznamnější polutanty takové látky, na které jsou kovy citlivé. Nevyhneme se otázce, zda v souvislosti s degradací jiných materiálů nemají mnohem větší vliv zcela jiné chemické látky. Další možností je využít pro experimenty přístroje, které by měly být schopny podávat informace o kvalitě prostředí kontinuálně. Nyní jsou na trhu typy, které fungují na principu koroze kovů – obsahují elektrochemické senzory obsahující opět čistý plátek kovu. Výstupem bývá záznam teploty, vlhkosti a křivka koroze měděného a stříbrného senzoru v čase. V současné době probíhají různé výzkumné projekty, jež se snaží vyvinout přístroj, který by byl schopen muzejním pracovníkům poskytnout lepší představu o kvalitě ovzduší, a to na základě in situ sledování degradace jiných druhů materiálu, jako jsou např. polymery nebo sklo. Prozatím je však využití těchto prototypů značně omezené. Jednoznačným doporučením, pokud se týká využití různých typů korozivních či jiných dozimetrů nebo pasivních odběrů, je využití stejných typů zařízení paralelně ve všech zkoumaných lokalitách. Jak ukazuje zkušenost, absolutní hodnoty výsledků různých laboratoří se značně liší a lze výsledky použít spíše pro vzájemnou komparaci jednotlivých lokalit. 2.4. Vyhodnocení – aplikace opatření Výsledky měření a zejména vzájemné porovnání koncentrací škodlivin z jednotlivých lokalit umožňují především vytvořit strategii pro umístění a efektivnější ochranu sbírkových materiálů dle stupně jejich citlivosti nebo aktuálního stavu. Důležitým výstupem studie je i potvrzení zdrojů škodlivin a s tím související realizace nápravných opatření – zejména odstranění zdrojů škodlivin (např. výměna nevhodného mobiliáře), zamezení uvolňování škodlivin (nátěry, bariérové folie), či instalace vhodných pasivních sorbentů nebo aktivních filtračních jednotek různých parametrů. Nejprve se tedy věnujme otázce vyhodnocení rozdílů v experimentálně zjištěné chemické zátěži jednotlivých lokalit. Tyto výsledky nám mohou napomoci například k efektivnějšímu rozmístění sbírek v rámci jednotlivých místností nebo částí objektu tak, aby nejcitlivější a nejvzácnější sbírky byly ochráněny co nejlépe. Zde je však potřeba si uvědomit, že značný podíl na znečištění ovzduší mají často právě i ty materiály, ze kterých jsou zhotoveny sbírkové předměty. Při vlastní evaluaci výsledků se musíme zaměřit na vyhodnocení zásadní otázky, a to zda je zatížení prostředí způsobeno zejména vnějšími nebo vnitřními zdroji. Pokud jsou zdrojem problémů hlavně vnější polutanty, je potřeba zabránit jejich penetraci do budovy a zároveň pečlivě udržovat vnitřní klima. Pokud je budova vybavena klimatizačním systémem, je velmi potřebné sledovat a udržovat dobrý stav instalovaných filtrů. V případě, že škodliviny zjištěné v prostředí pocházejí zejména z vnitřních zdrojů, je situace odlišná. Pokud není identifikován významný aktivní zdroj polutantů, je situace způsobena nejčasněji nedostatečnou cirkulací vzduchu. S tím se setkáme většinou u prostor, které nejsou upravovány centrální klimatizací (malé uzavřené depozitáře, vitríny, utěsněné úložné prostory, využití obalových materiálů, apod.) a zároveň prostředí není upravováno žádným filtračním mobilním zařízením nebo pasivním sorbentem. Mezi efektivní a ekonomicky nenáročná ochranná opatření pak patří např. využívání vhodnějších druhů obalových materiálů. Využijte takové materiály, které jsou chemicky neutrální (nekyselé lepenky a papíry, nebarvenou bavlnu, polyethylenové sáčky a folie) nebo aktivně sorbující škodliviny (archivní papíry a lepenky s alkalickou rezervou). Na trhu je dnes k dispozici řada výrobků, které tyto parametry splňují, namátkou jmenujme papíry a lepenky Silversafe™ a Microchamber™, Pacific Silver textilie a Corrosion Intercept™ folie a sáčky pro ochranu kovových předmětů. Je zde však potřeba zvýšená opatrnost v souvislosti s kontaktem předmětů s obalovým materiálem se specifickými vlastnostmi. Některé druhy chemických látek využívaných jako bufery nebo pufry mohou být nebezpečné například pro fotografie nebo textilie. Vhodným prostředkem, využívaným pro pasivní úpravu prostředí, je aktivní uhlí, které je velmi silným sorbentem polutantů a na trhu je k dispozici mnoho druhů výrobků včetně textilie z aktivního uhlí. Významným negativem těchto výrobků je, že nejsou známy sorpční kapacity materiálů a tudíž je značně omezeno jejich využití pro dlouhodobé uložení. Pro úpravy kvality vzduchu lze také využít malé přenosné filtrační jednotky, napájené bateriemi, kompaktní mobilní přenosné filtrační zařízení nebo i průmyslově vyráběné čističky vzduchu. 17

3. Literatura Grzywacz, C. M.: Monitoring for gaseous pollutants in museum environments, Getty Publications, Los Angeles, 2006. Hatchfield, P. B.: Pollutants in the Museum Environment: Practical Strategies for Problem Solving in Design, Exhibition and Storage, Archetype Publications, London, 2002. Kol. autorů: Advice sheet – Air pollution, www.museumsgalleriesscotland.org.uk, Museum and Galleries Scotland, 2003, staženo 10.8.2013. Kol. autorů: Environmental Control for Museums, Libraries, and Archival Storage Areas, Purafil, Inc. Technical Bulletin-600A, 2004. Kol. autorů: Guidlines for Air Pollution Evaluation, Monitoring and Mitigation in Preventive Conservation of Cultural Heritage, TeACH Consorcium, 2012. Tétreault, J.: Airborne Pollutants in Museums, Galleries, and Archives: Risk Assessment, Control Strategies, and Preservation Management. Canadian Conservation Institute, 2003.

18

C

Problematika vybraných biologických škůdců v ochraně kulturního dědictví

Michal Mazík Metodické centrum konzervace, Technické muzeum v Brně [email protected]

1. Úvod Napadení sbírkových předmětů biologickými škůdci je jedním z nejčastějších problémů správců fondů kulturní povahy. Týká se významné části materiálového zastoupení sbírek. Biologické napadení lze předpokládat jak u materiálů přírodního původu, tak i syntetických materiálů, které mají vlastnosti umožňující jejich metabolizaci. Poškození může nastat přímým napadením materiálu – v případě získávání zdrojů obživy nebo nepřímým – působením sekundárních faktorů biologické aktivity. Příkladem nepřímého biologického napadení může být produkce sulfanu sírany redukujících bakterií, které jsou běžně přítomné v našem prostředí. Sulfan jako metabolický produkt může výrazně ovlivnit vzhled stříbrného předmětu ve velmi malých koncentracích. V tomto smyslu se může biologické napadení týkat téměř všech druhů materiálů, vyskytujících se ve sbírkách. Podmínky pro vznik biologického napadení jsou logicky podobné pro všechny druhy forem života ovlivňující stabilitu sbírkového fondu. U nižších forem biologického napadení jsou podmínky pro život nejširší, jsou charakteristické velkou odolností a schopností přizpůsobit se. Jejich výhodou je efektivní způsob rozmnožování, díky nimž jsou například plísně a bakterie téměř všudypřítomné. Jejich vegetativní formy jsou mnohonásobně odolnější vůči fyzikální sanaci jako například hmyz. Strategie získávání energie z napadeného materiálu u bakterií, plísní a hub je ve většině případů enzymatické štěpení, které je často spojené s určitými podmínkami závislými na teplotě, pH, RV atd. Jedním ze základních problémů je identifikace a lokalizace napadeného materiálu. Při nižších formách biologického napadení se často jedná v počátečních fázích o skrytý projev napadení. Průběh napadení je charakteristický exponenciálním růstem, který komplikuje sanaci při pozdní lokalizaci poškození. V případě biologického napadení vyšších organismů, kromě vnějších podmínek potřebných pro život, rozlišujeme zásadní kritérium, a to ročních období. Vyšší organismy mají komplikovanější strategii rozmnožování, spojenou do víceúrovňového dospívání, které je často závislé na počasí a roční době. Je u nich možná přímá migrace, taktéž často spojená s ročním obdobím a počasím. Častým problémem u vyšších vývojových druhů je inteligence, kdy například hlodavci nebo ptáci jsou schopní obejít protiopatření ve formě pastí, požerových nástrah nebo plašiček. Problematika biologického napadení je široká, autor stručně jmenuje jen některé oblasti. Text by měl pomoct v orientaci vybrané problematiky biologického napadení sbírek pro pracovníky v oblasti kulturního dědictví. Částečně se zaměřuje na výzkumnou činnost autora v oblasti sanace etylenoxidem a použití dýmovnic při sanaci muzejních depozitářů.

2. Vybraní biologičtí škůdci Problematika řešení ochrany před biologickými možnostmi napadení je velmi široká. Pro možnosti preventivní i sanační ochrany předmětů kulturní povahy je nutné zohledňovat řadu faktorů. Text nabízí metodický pohled pro základní uchopení vybrané problematiky. S důrazem pro praktické možnosti využití u identifikace a možnosti sanace jsou nejčastěji se vyskytujícími variantami biologického napadení houby a hmyz. K často napadaným materálům patří také dřevo, a proto je text orientován právě na tuto specifickou oblast.

19

2.1. Problematika hub Houby (Fungi), dříve podskupinou rostlin jsou velkou říší živých organismů. Jednou ze skupin hub jsou plísně. Plísně jsou charakteristické tvorbou mycelia na substrátu, který rozkládají za tvorby zásobní látky glykogenu. Rozmnožování je možné několika variantami – vegetativně nebo pomocí výtrusů. Mezi nejrizikovější materiály patří přírodní materiály jako dřevo, papír, kůže, přírodovědné preparáty, kombinace látek obsahujících cukry, aminokyseliny. U dřeva máme možnost se setkat se třemi základními kategoriemi, a to s houbami dřevozbarvujícími, dřevokaznými a ligninolytické houby. V prvním případě nedochází k přímému ovlivnění vlastností dřeva, napadení je však spojeno s napadením dřevokazným hmyzem. Přičemž symbiotický vztah s hmyzem si zachovávají i dřevokazné houby, ke kterým patří například dřevomorka domácí nebo konifora sklepní. U obou jde o zásadní napadání chemické struktury dřeva. Napadení je často skryto z důvodu potřeby vysoké relativní vlhkosti dřeva, která je na povrchu obecně nejnižší. Relativní vlhkost je zásadním faktorem pro rozvoj hub. Při přímém kontaktu, zejména s plísněmi, je vhodné používat příslušné bezpečností opatření ochrany zdraví, které by mělo být zohledněno také při volbě sanačního prostředku. Možnosti předpokládat interakce fungicidu s ostatními materiály ve sbírce je taktéž důležitá. Obecně by fungicid neměl obsahovat látky korozivní, ovlivňující pH, barevnost a vzhled ošetřovaného materiálu. Posouzení vhodnosti použitého prostředku s technologií a aplikačními možnostmi sanace je zapotřebí mezioborové spolupráce. 2.1.1 Identifikace a lokalizace napadení Houby, závislé na dostatečném přísunu vody, lze předpokládat na kondenzačních plochách, plochách dřevěných konstrukcí, které jsou v kontaktu s vlhkou omítkou, místech s malým prouděním vzduchu nebo v případě zatékání do střešní krytiny. Často se vyskytují v omezeném prostoru, umožňujícím vznik mikroklimatu – např. fotografie ve skleněném rámu na papírové podložce, obaly, které neumožňují propustnost vodních par, těsné výstavní vitríny atd. Jak bylo zmíněno, identifikace je obtížná a často je spojena s mechanickým poškozením předmětu, zapříčiněným aktivitou hub. U plísní je možnost použití ultrafialového světla pro detekci luminiscencí glykogenu a jiných metabolitů v UV oblasti (Obr. č. 1). Pozorování pod UV světlem je výrazně ovlivněno pozadím pozorovaného materiálu. Nejvhodnější kontrastní barvou je bílá, tedy pozorování napadení papírových nosičů, tapet a textilií, kde mycelium barevně splývá se substrátem předmětu. Vhodný k pozorování je UV zářič o vlnové délce 360 nm. Germicidní zářiče o vlnových délkách 200–280 nm nejsou vhodné. Metoda však neumožňuje sledovat spory plísní. Spolehlivá je metoda kultivace v laboratorních podmínkách, prováděná prostřednictvím stěrů. Po kultivaci se pomocí morfologických prvků, jako barva mycelia, tvar, rychlost růstu, tloušťka vláken a větvení, identifikuje druh houby. Je možno využít také nepřímé metody. Jsou založeny na analytickém stanovení typického metabolitu. Využívá se kapilární elektroforéza, různé druhy chromatografií, zejména plynová a kapalinová. Moderní přístupy umožňují identifikaci na principu analýzy DNA při speciálních případech přesného zařazení druhu.

20

Obr. č. 1: Povlečení polštáře, napadeného plísní, pod UV světlem, foto Jana Fricová. 2.1.2 Možnosti dezinfekce Na základě podmínek, které jsou typické pro život hub, můžeme předpokládat efektivní snížení jejich výskytu při prováděné kontrole relativní vlhkosti v sanovaném prostoru. Obecně musí dřevo obsahovat minimálně 20 % vody, aby došlo k rozvoji houby. Optimální podmínky pro rozvoj hub nastávají při vlhkosti dřeva 30–35 %. Optimální teplota pro růst většiny druhů hub je 20–25 °C. Optimální teplota pro rozvoj plísní je 24–29 °C, při teplotě nad 55 °C odumírají, při poklesu pod 4 °C se zastavuje jejich vývoj. Při poklesu vlhkosti dřeva pod 20 % plísně odumírají. Zde se nabízí možnost sanace řízením teploty, vymrazováním nebo naopak zahříváním sanovaného prostoru. Obě varianty sanace prostřednictvím řízení prostředí T/RV mají malou účinnost vůči vegetativním formám hub. Dochází tedy při obnově běžných podmínek k obnovení jejich růstu. Další fyzikální metodou je použití mikrovlnného záření, které se používá pro sanaci dřevěných konstrukcí, nábytku, zdiv, apod. Jeho výhodou je vysoká účinnost, působící v hloubce ošetřovaného předmětu. Nevýhodou je velká časová a investiční náročnost sanace. Rizikové je ošetřování kombinace materiálů kov-dřevo. Kovy se mikrovlnným zářením silně zahřívají a může nastat poškození sanovaného předmětu obsahující kovové prvky–polychromie. Použití chemických prostředků můžeme rozdělit do dvou rovin, a to roviny preventivní a roviny sanační. Preventivní užití chemických přípravků spočívá zejména v napouštění chráněného materiálu účinnou látkou. V současnosti jsou nejčastěji aplikované fungicidy na bázi kvarterních amoniových solí (alkylbenzyldimethylamonium-chlorid), na bázi boritanů a kyseliny borité. Klasické přípravky, založené na fungicidních vlastnostech mědnatého a chromitého kationtu, jsou dosud svou komplexností a jednoduchostí nepřekonané. Mezi látky s výraznými fungicidními patří také sulfonaminy, thiazoly, triazoly a karbamáty. Při sanačním použití fungicidů je důležitá forma aplikace. 21

Fungicidy fungují pouze na kontaktním principu, proto je důležité toto kritérium zohlednit. Z hlediska možností aplikace fungicidů, můžeme hovořit o fungicidech aplikovaných v roztoku a fungucidech plynných. U plynných fungicidů je často sanace spojená s použitím speciálního zařízení pro plynování. Nejčastěji se jedná o plynovací komory v knihovnách a archivech. Fungicidem zde bývá etylenoxid, nebo dříve používaný formaldehyd. Plynování je možno provádět i plošně, prostřednictvím dýmovnic nebo jinak iniciovaných zdrojů plynu do izolovaných částí budov, místností nebo jednotlivých obalených předmětů. Při plošném užití nebezpečných fungicidních látek, často s velmi širokým spektrem účinnosti, jako jsou kyanovodík (HCN) nebo fosfan (PH3), je nutné zvážit při přítomnosti jiných materiálů. Rizikové jsou zejména kovy, včetně zlata. Jednoduché laboratorní formy sanace plísní, poskytují dezinfekce butanolem ve formě par. U plynování je zásadní tlakový gradient, umožňující penetraci účinné látky materiálem. U aplikace kapalných fungicidů existují varianty bez vnějšího tlakového působení, založené na preventivní nátěrové nebo postřikové aplikaci povrchové impregnace fungicidu. Tlakové metody mohou využívat nízkotlakou impregnaci, která ovšem vyžaduje specializované zařízení. U sanačních aplikací se využívá injektážní a infuzní metody tlakového vhánění fungicidu do ošetřovaného materiálu. Fungicidně působí i některé dezinfekční prostředky, zejména na bázi oxidačních činidel. Tyto prostředky často obsahují chlornan sodný (NaClO). Při aplikaci prostředků na této bázi je nutné počítat s rozkladným produktem – chloridem sodným, který je vysoce korozivní vůči většině kovů. Aplikace tohoto druhu fungicidu přímo na napadené zdivo může způsobit zvýšenou rozpustnost vápenatých pojiv s pozdějšími projevy v podobě solných výkvětů. 2.1.3 Studie vlivu dezinfekce etylenoxidem na pH dezinfikovaného papíru V rámci dezinfekce etylenoxidem papírových nosičů černobílých fotografií a grafických tisků byla sledována hodnota pH papíru před a po procesu dezinfekce. Byla použita sterilizační jednotka SteriVac 5XL, objem komory 136 l, rozměry komory 380 x 430 x 830, náplně Steri-Gas 4-100, výrobce spol. 3 M New Ulm USA. Sterilizovaný materiál je vystaven účinku plynného etylenoxidu za absolutního tlaku 60 kPa, při teplotě 37 °C, po dobu 3 hodin. Následuje odvětrávání vysterilizovaného materiálu po dobu 9 hod. přímo ve sterilizátoru za podtlaku 10 kPa (plynná sterilizační látka je vzduchem zředěna a následně spalována v abátoru typu M50). Z měření pH lze usuzovat, že sanačním zásahem nedošlo ke snížení kyselosti papíru (naopak hodnoty pH jsou u všech měření vyšší pH 4,9–5,1). Vizuálním zhodnocením stavu dokumentů (zejména fotografií) po sanaci nebylo prokázáno žádné sekundární poškození. Ukázka měření hodnot pH na dvou archiváliích a-b před a po ošetření místa měření hodnota pH před sanací hodnota pH po sanaci

1a 4,1 4,9

2a 4,3 5,0

3a 4,2 5,1

4b 4,2 5,1

5b 3,9 4,8

6b 4,1 4,9

Každé měření je mediánovým průměrem ze tří měření. Měření bylo uskutečněno na třech místech archu sanovaného materiálu. Určení hodnot pH bylo měřeno přístrojem Waterproof pH tester 10BNC s dotykovou pH elektrodou accumet typu YO 55500-14. Dvoubodová kalibrace byla provedena na ftalátový pufr pH=4,00 a na fosfátový pufr pH=7,00 při 25 ˚C. Zvýšení pH sanovaných papírových nosičů po aplikaci etylenoxidu pravděpodobně způsobuje vlastní technologie sanačního procesu. Ta je spojena s nutností aplikace vody při dezinfekci etylenoxidem. Tento proces tedy může působit deacidifikačně na papírové nosiče. 2.2. Problematika napadení a vybrané druhy hmyzu Hmyz (Insekta) je třídou členovců, jež je charakteristická šesti končetinami, schopností létat a dělením těla na hlavu, hruď a zadeček. Článkovité tělo s exoskeletem, tvořeným chitinem a proteiny, má nervovou, oběhovou, trávicí, rozmnožovací a dýchací soustavu. Rozmnožuje se pohlavně, vývojové stupně jsou vajíčko, larva a dospělý jedinec. V ČR existuje přibližně 30 000 druhů hmyzu. V souvislosti s napadáním 22

předmětů a objektů kulturního dědictví je však spojováno jen několik druhů. Variabilita použitých materiálů je v tomto ohledu natolik rozsáhlá, že není možné jmenovat všechny druhy, jež by mohly ovlivňovat jejich vlastnosti. Problematika různorodosti potenciálně nebezpečných druhů se mění také vlivem podnebí či působením lidské činnosti. Významným zástupcem je dřevokazný hmyz, poškozující dřevo tvorbou spletitých chodeb, vyplňovaných požerkovou drtí. V masivnějších formách napadení dřevokazným hmyzem ztrácí dřevo pevnost. Kolonizace dřevokazným hmyzem bývá často kombinována s přítomností hub. V místních podmínkách je nejčastějším problémem přítomnost čeledí červotočovití (Anobiidae), hrbohlavovití (Lyctidae) a tesaříci (Cerambycidae). Problémem mohou být i některé druhy mravenců. Vybraný přehled hmyzích škůdců a rizikový materiál, který je charakteristický pro jejich napadení Druh hmyzu červotoč umrlčí a červotoč proužkovaný tesařík krovový rušník muzejní mravenci švábi mol šatní rybenka domácí veš knižní kožojed obecný

Druh napadaného materiálu dřevo, papír dřevo keratin, vlasy, kůže/useň,vlna, peří dřevo papír, kůže/useň, vlna vlasy, želatinové materiály, textil – zejména vlna, peří, kožešiny papír akvarely, želatiny, papír a kůže/useň keratin, kůže/useň, pergamen, kožešiny

2.2.1 Identifikace a lokalizace napadení Znaky přítomnosti hmyzu jsou způsobeny jeho aktivitou nebo jeho přímým pozorováním. Mnoho druhů hmyzu, znehodnocujících materiály předmětů kulturní povahy, využívá napadaný předmět jako ochranu před predátory a současně jako zdroj potravy. Přímá detekce hmyzu je tedy možná jen v krátkém intervalu migrace spojené s rozmnožováním. K pozorovaným projevům aktivy bývají často požerové stopy typické velikosti pro aktivní hmyz. Velmi důležité jsou podmínky teploty a RV prostředí. Obecně ideální podmínky pro vývoj jsou vysoká relativní vlhkost, stabilní teplotní podmínky, bohatý zdroj potravy, malá lidská aktivita. Například u červotoče proužkovaného je optimum 22–23 ˚C, vlhkost dřeva 15–20 % a relativní vlhkost 70–80 % Tvoří chodbičky o průměru 2,5–3 mm. Výletová aktivita je v květnu a červnu, jedinec klade přibližně 30 vajíček. Rozmnožování červotoče není spojeno s velkou migrační aktivitou, napadáno bývá totožné dřevo nebo dřevo v blízkém okolí. Proto se degradace způsobená červotočem může časem násobit. Vývoj larev závisí na výživnosti dřeva a podmínek okolí, trvá 1–3 roky. U tesaříka krovového larvální stadium může trvat řadu let běžně 3–4 roky. U mola šatního trvá larvální stadium běžně 35 dní. K identifikaci přítomnosti hmyzu můžeme využít různých forem pastí. Základní informací, sloužící k identifikaci, je druh napadeného materiálu. Tedy identifikace na základě potravy, která napovídá, jaký druh pasti aplikovat. Pasti-lapače můžeme rozdělit podle principu na pasti požerové, mechanické, světelné, pachové a feromonové. Hlavním principem pastí je přilákání jedinců hmyzu a znemožnění úniku nebo usmrcení. Druh pasti se přizpůsobuje životní strategii lapaného hmyzu např. parametry jako citlivost na světlo, hluk, charakter pohybu, možnosti detekce pasti hmyzem, znalost návyků denního cyklu, předvídání problematických míst umožňující migraci hmyzu. Velice efektivní jsou světelné a feromonové lapače, které působí do velké vzdálenosti od zdroje. Sběr uhynulého hmyzu z oken, koutů a těžko přístupných míst nám může poskytnout informace o migračních trasách, identifikaci napadeného materiálu, nebo k identifikaci přítomného hmyzu. Při určení výskytu nežádoucího hmyzu je vhodné zjistit jeho zdroj. Prakticky může jít o migrační variantu kontaminace nebo možnost zanesení nežádoucího hmyzu prostřednictvím pohybu předmětů v rámci depozitářů, expozicí nebo kulturně chráněných budov. Efektivním preventivním opatřením je používání tranzitních depozitářů při pohybu předmětů, kde je možnost sledovat potenciálně napadený předmět v izolaci bez rizika rozšířením biologického napadení. 23

2.2.2 Možnosti dezinsekce hmyzu Hubení nežádoucích forem hmyzu můžeme realizovat fyzikálními metodami nebo chemickými metodami aplikace insekticidů. Fyzikální formy sanace využívají kontrolu parametrů teploty, vlhkosti nebo se jedná o působení příslušného elektromagnetického záření. Aplikace využívající kontroly teploty jsou u hubení hmyzu zaměřené zejména do oblasti zvyšování teploty nad hranici umožňující likvidaci vývojových stadií hmyzu. Např. hodnoty pro úhyn larev červotoče jsou v oblasti 39–41 °C. Komplikace termosanace spočívá v podmínce dosažení kritické teploty v celém objemu sanovaného materiálu. Teplota prostředí pro dosažení teploty 50°C při sanaci dřevěných konstrukčních prvků může dosahovat 80–90 °C. Důležitý faktor termosanace jsou také možnosti technologického provedení. Při termosanaci je zapotřebí vhánět horký vzduch systémem teplovzdušného potrubí, které si může vyžádat drobné stavební úpravy, např. odkrytí části střešní krytiny. Při sanaci je nutná kontrola relativní vlhkosti prostředí a sanovaného materiálu kvůli možnosti přesušení a popraskání, zejména dřeva. Sanace vymrazováním se dá aplikovat např. u textilií napadených molem šatním nebo jiným škůdcem, citlivým na nízké teploty. Obecně jsou nízkoteplotní aplikace méně efektivní než aplikace využívající zvýšení teploty. Důvod je pravděpodobné v rozdílné interakci na životní funkce hmyzu. Při nižších teplotách, které jsou v přírodě běžné, je vyšší pravděpodobnost adaptace.Některé druhy hmyzu, hlavně v našich podmínkách, dokonce krátkodobé teploty pod bodem mrazu vyžadují pro zazimování. U aplikací vyšších teplot jako jsou teploty běžné, jde hlavně o denaturaci bílkovin nebo proměnu jiných životně důležitých látek, na které se hmyz těžko adaptuje. Při aplikaci forem elektromagnetického záření jde zejména o sanaci gama a mikrovlnným zářením. Tyto metody jsou známy svou vysokou efektivitou a širokospektrální účinností. Vysoká účinnost těchto metod je založená na velké pronikavosti zejména gama záření. Pronikavost materiálem klesá s rostoucí hustotu ošetřovaného materiálu. U sanace gama zářením jde o metodu vázanou na ozařovací komoru. Využívá se trvalého zářiče, např. izotopu Co. Tato forma záření je energeticky bohatá, má však zanedbatelný vliv na chemicko-fyzikální vlastnosti materiálů. U této metody je nevýhodou malá dostupnost ozařovacích komor a rozměrové omezení sanovaného předmětu. V případech sanace papíru a některých druhů skla se aplikace ozařováním nedoporučuje. Samotná sanace není časově náročná a ošetření se pohybuje řádově v úrovni několika stovek korun za metr kubický prozářeného materiálu. V zahraničí oblíbená sanační metoda inertní atmosféry se spíše zařazuje svým principem účinku mezi fyzikální metody hubení hmyzu. Ošetřovaný materiál se plynotěsně uzavře s vytvořením inertní atmosféry s malou relativní vlhkostí a malou koncentrací kyslíku. Hmyz odumírá dehydratací spojenou se zrychlením metabolismu vlivem nedostatku kyslíku. Inertní atmosféry jsou složením dusíkovo-argonové nebo kombinace dusík-oxid uhličitý. Možností kombinací je velmi mnoho. Tato metoda je časově a finančně velmi náročná. Doba sanace se pohybuje v intervalu týdnů. Technologie udržení vhodných podmínek pro efektivní průběh sanace je komplikovaná. Výhodou však je minimální kontaminace nebo chemické působení na sanovaný prostor. Společnou nevýhodou fyzikálních metod sanace je potřeba preventivního ošetření ozařovaného materiálu. Aplikace je tedy nutně spojena s potřebou preventivní aplikace insekticidu. Chemické prostředky pro hubení hmyzu, insekticidy, můžeme dělit na základě několika faktorů, a to dle možnosti strategie průniku do organismu, fyziologického účinku, chemického původu a druhu insekticidu. Podle metody aplikace se může jednat o preventivní aplikaci nebo sanačně-likvidační aplikaci. Podle způsobu průniku do organismu rozlišujeme: • kontaktní............................ průnik celým povrchem těla (plynování, postřik) • požerkové.......................... průnik přes zažívací trakt (nástrahy, preventivní aplikace) • dýchací.............................. průnik dýchacím ústrojím (plynování) Podle fyziologického účinku na organismus sanovaného hmyzu rozdělujeme insekticidy na: • respirační........................... blokují dýchací systém • protoplasmové................... způsobují rozpad živých buněk • nervové.............................. blokují činnost centrální nervové soustavy • hormonální..........................ovlivňují vývoj, rozmnožování, růst a chování hmyzu. 24

V oboru anorganických solí se v tuzemsku pro ochranu dřeva stále používají borité soli. Jsou požerkovým, protoplasmovým insekticidem vhodným výlučně pro preventivní ochranu. Organických sloučenin, využitelných jako insekticidy, je velké množství. Trendem je používání pyretroidů. Hormonální insekticidy jsou v současnosti omezovány. Mezi časté aplikační pyretroidy patří: permetrin, cypermetrin, deltametrin, cyflutrin. Syntetické pyretroidy jsou strukturální analogy přírodních pyretrinů, získávaných extrakcí z květů plantážnicky pěstované teplomilné chryzantémy (Chrysanthenumcinerariaefolium). Pyretroidy jsou kontaktními, nervovými insekticidy, používanými jak pro preventivní, tak i sanační ochranu. Pro ochranu dřeva se doporučují: • permetrin................ hranice účinnosti 10 g/m3 • cypermetrin............ hranice účinnosti 2 g/m3 • deltametrin............. hranice účinnosti 0,2 g/m3 • cyflutrin................. hranice účinnosti 0,5 g/m3 Předností pyretroidů je široké spektrum účinnosti proti hmyzu, malá toxicita pro teplokrevné živočichy a značná expoziční stabilita, která je však časově omezená. Všeobecně platí, že se ochrana pyretroidy se pravidelně obnovuje v pětiletých až desetiletých cyklech. Hormonální insekticidy jsou látky, které cíleně narušují určité stadium vývoje hmyzu. Vývoj hmyzu je synchronizovaný hormony od vajíčka až po imago, přičemž růst a přeměny forem hmyzu kontrolují především dva typy specifických hormonů: a) „Svlékací hormon“ – kontroluje a umožňuje u larev v průběhu jejich růstu několikeré svléknutí staré (zchitinizované) kutikuly a nárůst vždy nové (a větší) – až po kuklu. b) „Juvenilní hormony“ – kontrolují a řídí líhnutí vajíček, přeměnu larvy na kuklu a líhnutí hmyzu. 2.2.3 Studie – Vhodnost použití dýmovnic pro sanaci předmětů kulturního dědictví Dýmovnice využívají exotermické reakce k dosažení požadované teploty pro rozptýlení účinné látky do prostoru. Na trhu jsou dostupné různé druhy dýmovnic s různou možností šíření účinné látky. Pozornost si vyžadují dýmovnice, které obsahují jako oxidující složku chlorečnany. Tato silná oxidační činidla slouží jako zdroj exotermické reakce při hoření dýmovnice. Často se vyskytující účinná látka, která je při hoření uvolňovaná sublimací do ošetřovaného prostředí, je širokospektrální insekticid permethrin (3-fenoxyfenyl) methylester kyseliny 2,2-dimethyl-3-(2,2-dichlorovinyl) cyklopropankarboxylové nebo jeho deriváty. Tato látka však vykazuje malou reaktivitu zejména s kovy, na rozdíl od rozkladných produktů chlorečnanů. Tyto produkty hoření chlorečnanu jsou hlavně chloridy. Teoretický princip průběhu použití dýmovnice (návod k použití) počítá se vznikem tuhých produktů hoření zejména chloridů, které zůstávají v těle dýmovnice. Uvolňovat by se měla teoreticky jen účinná látka (permethrin) ve formě sublimátu. Praktické použití dýmovnic však poukazuje na fakt, že při použití dýmovnic vzniká spad, pokrývající deponovaný prostor a předměty v něm uložené. Studie popisuje experimenty, které byly zaměřeny na analýzu dýmovnicového spadu a na jeho potenciální korozní agresivitu, hlavně vůči kovům. V první fázi bylo úlohou určit metodiku detekce a možnosti hodnocení vhodnosti použití k sanaci kulturního dědictví. K analýze bylo využito scanovací elektronové mikroskopie a potenciometrické měření chloridů vůči iontově selektivní elektrodě. Při úvodní studii dýmovnic, používaných v muzejních depozitářích, se prokázala přítomnost chloridů ve spadu u typu dýmovnic Ultimate. Dá se předpokládat, že podobný korozivní obsah bude mít spad veškerých dýmovnic využívajících chlorečnanů jako zdroje exotermní reakce (např. dýmovnice Coopex). Shodnou metodikou byla testována dýmovnice Dobol, která má navíc fungicidní vlastnosti a jako zdroj tepla pro šíření účinné látky využívá exotermní reakce oxidu vápenatého s vodou. Při jejím použití nebyl detekován žádný spad a dle předpokladu nebyla dokázána ani přítomnost chloridů na povrchu deponovaného vzorku skla. V rámci testování metodiky detekce škodlivosti dýmovnicového spadu, byly otestovány možnosti elektrochemické detekce chloridů v rámci testování ventilace v depozitářích Moravské galerie v Brně. Použita byla dýmovnice Miniax a byla prokázána přítomnost chloridů potenciometricky, pomocí chloridové 25

ISE elektrody kalibrační křivkou. Taktéž byla otestována jednoduchá možnost testování vhodnosti dýmovnic na principu Oddyho testu na kuponech Fe, Al, Cu, Pb, Ag (Obr. č. 3), kde se zvýšená korozní zátěž projevila zejména u železa a mědi. Tato jednoduchá metodika by se dala využít jako orientační v každém muzeu. Dýmovnice Ultimate Vzorek spadu byl deponován v průběhu celého plynování a byl umístěn vodorovně s podlahou místnosti ve vzdálenosti několika metrů od zdroje spadu. Vzorek pochází z plynování depozitáře Krkonošského muzea ve Vrchlabí. Deponované sklíčko bylo analyzováno za pomoci SEM-EDS.

Obr. č. 2: Snímek částic deponovaného prachu na skleněné podložce z dýmovnice Ultimate. Při zvětšení jsou viditelné dva druhy prachových částic, tmavé částice prachu jsou pravděpodobně běžně se vyskytující prach. Malé světlé částečky o přibližné velikosti 10 μm obsahují vysoký obsah chlóru. Jedná se o produkty hoření chlorečnanů z použité dýmovnice. Element

App

Intensity

Conc.

Corrn.

CK

33.38

0.4501

16.97

0.69

23.80

62.18

CO2

2.97

Na K

43.94

1.0413

9.66

0.21

7.07

13.02

Na2O

0.88

Mg K

2.21

0.8033

0.63

0.06

0.44

1.05

MgO

0.05

Si K

29.87

0.9380

7.29

0.16

4.37

15.59

SiO2

0.55

Cl K

25.1

0.8093

7.10

0.17

3.37

0.00

Ca K

3.20

0.9587

0.76

0.06

0.32

1.07

57.59

0.73

60.63

O Totals

Weight%

Weight%

Atomic%

Compd%

Formula

Sigma

Number ofions

0.42 CaO

0.04 7.58

100.00 Cation sum

4.50

Tabulka č. 1: Složení prachové částice deponované při plynování dýmovnicí typu Ultimate, analýzou SEM-EDS. 26

Obr. č. 3: Sada kovových kuponů pro zhodnocení korozní agresivity dýmovnicového spadu v popředí. V pozadí sklo pro analýzu deponovaného spadu za pomoci SEM, foto Igor Fogaš.

Obr. č. 4: Ukázka iniciace dvou dýmovnic Miniax KS, foto Igor Fogaš. Poděkování: Touto formou bych rád poděkoval za spolupráci při řešení problematiky dýmovnic Ak. mal. Igoru Fogašovi, pracovníkům Krkonošského muzea ve Vrchlabí, za konzultaci k termosanaci a problematice dřevokazného hmyzu Ing. Andree Nasswettrové a za praktickou výpomoc svým spoluautorům a kolegům. 27

3. Literatura: Kopecká I. a kolektiv: Preventivní péče o historické objekty a sbírky v nich uložené, Státní ústav památkové péče, Praha 2002. Thomson G.: The Museum Environment – Second Edition, Butterworth – Heinemann, Oxford 1986. Ďurovič, M.: Restaurování a konzervování archiválií a knih. Praha 2002. Bartl, B., Paulusová, H., Straka, R.: Ochrana archivních fondů a sbírek. In: Aby na nic a na nikoho nebylo zapomenuto. K jubileu Ústředního archivu českého státu 1954–2004. Praha 2004, s. 219–316. Součková, M.: Co vypovídá pergamen. Ikaros 2004, roč. 15, č. 1 [cit. 2006-12-20], s. 30–33. Riefler, R., Krohn, J., Start, B., Socotch, C.: Role of sulfur-reducing bakteria in a wetland system treating acid mine drainage. – Science of the Total Environment, 394, s. 222–229. Šefců,O., Vinař J., Pacáková, M.: Metodika ochrany dřeva. Národní památkový ústav, Praha 2000, sv. 21, s. 15–75. Kučerová, I. a kolektiv autorů: Koroze a degradace polymerních materiálů, Studijní materiály VŠCHT, část 3, s. 19–98.

28

A Mikroklimatische Parameter der Umgebung für die Aufbewahrung von Sammlungsgegenständen, Mess- und Regulierungsverfahren Alena Selucká Methodisches Zentrum für Konservierung, Technisches Museum in Brünn. [email protected]

1. Einleitung Eine der wichtigsten Aufgaben von Sammlungsinstitutionen, wie Museen und Galerien, ist es, die Gegenstände1 des Kulturerbes für die folgenden Generationen zu erhalten. Die Erfüllung dieser Anforderung ist mit der Sicherstellung der entsprechenden Parameter jener Räumlichkeiten verbunden, in welchen die Gegenstände langfristig aufbewahrt oder ausgestellt werden. Das Bemühen ist darauf gerichtet, solchen Bedingungen in der Umgebung zu schaffen, in denen die Beschädigungsprozesse der historisch wertvollen Gegenstände wesentlich verlangsamt werden, womit deren Lebensdauer verlängert wird. Für die Bereitstellung geeigneter Umgebungsbedingungen ist es zuerst erforderlich, den Charakter der aufbewahrten Gegenstände zu beurteilen – die Empfindlichkeit und die spezifischen Eigenschaften der einzelnen Materialien, aus denen diese Gegenstände bestehen, deren Verwendungsart, die zu erwartende Lebensdauer und nicht zuletzt auch die damit zusammenhängenden wirtschaftlichen und energetischen Möglichkeiten. Es ist allgemein anerkannt, dass zu den Bestimmungsparametern der Umgebung, welche Einfluss auf das Verhalten des meisten Materialien haben, die Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit, Licht, Umweltschadstoffe und biologische Schädlinge gehören. In diesem Kapitel wird die Aufmerksamkeit auf die Temperatureinflüsse und die relative Luftfeuchtigkeit gerichtet2.

2. Temperatur Die meisten Prozesse (chemische, biologische und physikalische), die Beschädigungen der Materialien hervorrufen, verlaufen mit steigender Temperatur schneller (T). Bei organischen Materialien gilt, dass sich die Zerfallsgeschwindigkeit bei jedem Temperaturanstieg von 5 °C verdoppelt. Ein geeignetes Werkzeug für das Begreifen des Einflusses der Temperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit auf die Lebensdauer organischer Materialien stellt der „preservation calculator“ dar, welcher vom Image Permanency Institut (IPI) [New Tools for Preservation, 1995] entwickelt wurde. Diese Software, die kostenfrei von der Website des IPI3, heruntergeladen werden kann, legt die Qualität des Schutzes der Umgebung für die Aufbewahrung organischer Materialien mithilfe des sog. „preservation index (PI)“ fest. Die Maßeinheit „PI“ gibt die Dauer in Jahren an, in welcher es bei organischen Materialien (in Betracht kommen empfindliche Materialien wie säurehaltiges Papier, Farbfotos oder Magnetbänder) zu nachweisbaren Beschädigungen kommt, sofern sie dauerhaft einer gegebenen Temperatur und relativen Luftfeuchtigkeit ausgesetzt sind. Zum Beispiel beträgt bei einer Temperatur von 20°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 % der PI 54 Jahre, bei einer Temperatursenkung auf 10°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 45 % erhöht sich der PI auf 182 Jahre. Allgemein gilt also, dass kühle und trockene Bedingungen den PI erhöhen und umgekehrt eine warme und feuchte Umgebung den PI- Wert deutlich verringern. Dieses Modell muss jedoch nur als Indikator für die Geschwindigkeit der chemischen Beschädigung instabiler Materialien durch den Einfluss einer Kombination von Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit und nicht als Werkzeug zur Berechnung der „Lebensdauer“ für konkrete Gegenstände betrachtet werden. 1 2 3

30

Im Text wird weiter der Begriff „Sammlungsgegenstände verwendet. Der Einfluss von Licht hat einen bedeutenden Einfluss insbesondere bei der Ausstellung der Gegenstände; beideren Verwahrung in Museumsdepots kann dieser Risikofaktor zweckmäßig eliminiert werden, deshalb wird ihm in diesem Kapitel keine weitere Aufmerksamkeit gewidmet. http://www.imagepermanenceinstitute.org/ shtml_sub/dl_prescalc.shtml

Im Rahmen der Einstellung geeigneter Temperaturbedingungen wird empfohlen, insbesondere maximale und minimale Temperaturen zu vermeiden, einschließlich deren plötzliche Schwankungen. Als gefährliche Grenzwerte gelten Temperaturen über 30 °C, unter denen bei chemisch empfindlichen Materialien schwerwiegende Beschädigungen auftreten können. Ein Beispiel hierfür sind magnetische Medien (z. B. Videobänder, Disketten), welche bei langer Aufbewahrungsdauer bei höheren Temperaturen nicht mehr funktionstüchtig sind, das Nitrat der Zellulose (Zelluloid) vergilbt – zerfällt, gedrucktes fotografisches Material bleicht aus (auch in dunkler Umgebung), Filmmaterial aus Acetat unterliegen einer erhöhten Zerfallsgeschwindigkeit, Gummi und Polyurethanschaum werden brüchig und verkleben. Säurehaltiges Papier (z. B. Zeitungspapier, Bücher mit einer schlechten Papierqualität) vergilben, natürliche Materialien (Textil, Leder) die säurehaltigen Umweltschadstoffe zerfallen und können sich auflösen. Schwer beschädigte Zelluloidfilme können sich sogar bei einer Temperatur von 38 °C selbst entzünden! Materialien wie Acrylfarben, deren Temperatur zur Aushärtung Tg (Aushärtungstemperatur) nahe, bzw. unter Zimmertemperatur liegt, können bei dieser Zimmertemperatur aufweichen [Pas 198: 2012]. Gefährdet sind auch verschiedene Wachsarten und Harze mit einer relativ niedrigen Schmelztemperatur (z. B. lieg bei Parafinwachs die Schmelztemperatur bei 52–58°C, bei Bienenwachs bei 61–70 °C, bei Carnaubawachs bei 81–86 °C), [Konzervování a restaurování kovů, 2011, 303–304]. Als eine gerade noch sichere Temperaturuntergrenze wird der Wert von 5 °C betrachtet, welcher der Minimalwert zur Vermeidung des Einfrierens von Wasser in den Leitungen und damit des Erhalts des Gebäudezustandes ist. Allgemein wird eine kühlere Umgebung für die Sicherstellung der Stabilität der meisten Materialien bevorzugt. Manche Sammlungsgegenstände wie z. B. Farbaufnahmen (Filme und Fotografien) erfordern sogar viel niedrigere Temperaturen von bis zu 2 °C [ČSN/ISO 11799]. Im Gegensatz dazu werden andere polymere Materialien (moderne Akrylfarben und Anstriche) bei einer Temperatur unter 5 °C hart und brüchig und sie werden dadurch für eine weitere Handhabung sehr empfindlich. Eine notorisch bekannte Beschädigung ist die allotrope Umwandlung von Zinn, „Zinnpest“ genannt, die gemäß theoretischer Voraussetzungen bei Temperaturen unter 13 °C abläuft. Auf Grundlage neuester Studien kann jedoch dieser Zerfallsprozess im Allgemeinen nicht in realen Museumsräumlichkeiten erwartet werden. Zur Umwandlung der Zinnstruktur wäre es erforderlich, viel niedrigere Temperaturen zu erreichen, nämlich bis zu unter – 40 °C. Zudem wurde nachgewiesen, dass manche Komponenten von Zinnlegierungen, z. B. Blei, diese Umwandlung hemmen und somit eine Gefahr für Sammlungen von Zinngeschirr (hergestellt aus Zinn-Blei-Legierungen) in Anbetracht niedriger Temperaturen minimal ist. [Msallamová, 2010]. Material Weiße Eiche, Quercus alba, Querschnitt Weiße Eiche, Quercus alba, Radialschnitt Weiße Eiche, Quercus alba, tangential Ölfarbe, white lead Ölfarbe, yellow ochre Ölfarbe, Naples yellow Hasenleim Kupfer Aluminium T-2024

Temperatur- Längenausdehnungskoeffizient [ppm/°C] 0,3 32 40 44 64 52 29 17 23

Tab.1: Temperatur-Längenausdehnungskoeffizient für verschiedene Malmaterialien, angepasst nach Mervin, 2007.

31

Plötzliche Temperaturschwankungen sind insbesondere für jene Gegenstände gefährlich, welche aus verschiedenen Materialien mit verschiedenen Längenausdehnungskoeffizienten gefertigt wurden. Die Folgen sind eine Herausbildung eines inneren Temperaturgradienten und Spannungen in den Materialien. Ein Beispiel hierfür ist eine Farbschicht auf Gemälden, welche eine unterschiedliche Zusammensetzung von organischen und anorganischen Pigmenten und Bindemitteln aufweist. Beispiele ausgewählter Längenausdehnungskoeffizienten einiger Malmaterialien, einschließlich Holz, werden in Tab. 1 angeführt. Aus dem gleichen Grund sind emaillierte Metalloberflächen empfindlich. Diese Materialien werden durch plötzliche Temperaturschwankungen sehr brüchig und für einen Transport und weitere Handhabung schwierig. Es ist wichtig zu betonen, dass sämtliche Temperaturschwankungen direkt mit der Änderung der relativen Luftfeuchtigkeit zusammenhängen. Je höher die Temperatur, umso mehr Feuchtigkeit kann die Luft bei gleichem Luftdruck aufnehmen [Josef, 2010, S. 168]. Als Faustregel gilt, dass ein Temperaturanstieg von ungefähr 1 °C ein Absinken der relativen Luftfeuchtigkeit um 3 % bewirkt. Obwohl unter dem Aspekt der Sicherstellung der Stabilität der Mehrzahl von Materialien es empfehlenswert ist, eine konstante Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit zu halten, werden langsame und schrittweise saisonale Änderungen dieser Klimaparameter zugelassen, und zwar aufgrund der Senkung der zusammenhängenden Energiekosten (Tab. 2).

3. Relative Luftfeuchte Die relative Luftfeuchte (RV) beeinfluss die Geschwindigkeit zahlreicher Zerfallsmechanismen. Für jedes Material existiert eine bestimmte Stufe der Luftfeuchtigkeit in der Umgebung, welche im Einklang mit dessen chemischen, biologischen und physikalischen Stabilität steht. Sofern die Umgebungsfeuchtigkeit unangemessen ist, d. h. zu hoch oder zu niedrig (oder es treten plötzliche Temperaturschwankungen ein), dann wird der entsprechende Wert der relativen Luftfeuchte zum Risikofaktor. Grundsätzlich gibt es keinen allgemeingültigen Wert der relativen Luftfeuchte oder einen Intervall deren Schwankungen, welche sicher für die Mehrzahl von Sammlungsgegenständen sein könnten. Ein Beispiel hierfür sind organische Materialien, welche hygroskopisch sind, d. h. die Fähigkeit besitzen, Wasser aus der Umgebung aufzunehmen oder im Gegenteil, das Wasser an die Umgebung abzugeben. Dieser Austausch findet so lange statt, solange nicht ein Diffusionsgleichgewicht zwischen dem natürlichen Wasserinhalt des Materials mit der Umgebung erreicht wird (gleichgewichtige Feuchte). Sofern die Feuchtigkeit der Umgebung gleichmäßig und unverändert bleibt, dann erreicht das organische Material eine bestimmte Stufe des Gleichgewichts und es bleibt relativ stabil. Sofern die Feuchtigkeit der Umgebung zu hoch oder zu niedrig ist oder deren Schwankungen auftreten, dann reagiert das organische Material mit einer Veränderung der physikalischen Parameter bis hin zum Stadium von Beschädigungen (Deformierung, Risse, Wellen, Veränderung der mechanischen Eigenschaften o. Ä.). Die volumenbezogene Feuchte im Material ist durch das Verhältnis der Masse des Wasservolumens zur gesamten Masse des feuchten Musters gegeben (ggf. der Masse der Trockensubstanz). w = mv/m. 100 [%] Die gleichgewichtige Feuchte des Materials wird beim Erreichen der Feuchte des Materials mit der entsprechenden volumenbezogenen Feuchte in der Umgebungsluft hergestellt. Diese Abhängigkeit wird in der Sorptionsisotherme dargestellt (Abb. 1).

32

Abb. 1: Sorptionsisotherme eines gewöhnlichen Waldholzes bei verschiedenen Temperaturen (w – volumenabhängige Feuchte im Holz; ; φ (RV) – relative Luftfeuchte). Aus den angegebenen Sorptionsisothermen ist ersichtlich, dass das Feuchtegleichgewicht auch von der Umgebungstemperatur der feuchten Luft abhängig ist. Die Gestalt der Sorptionsisothermen deutet an, dass es zum höheren Anwachsen der gleichgewichtigen Feuchte von Holz bei einer relativen Luftfeuchtigkeit über 70% und beim Absinken der Temperatur kommt. Schwankungen der relativen Luftfeuchte im Intervall RV von 40-60 % gilt zumeist bei Holz als akzeptabel, sie dürfen jedoch nicht zu schnell und zu häufig verlaufen. Die Sorptionsisotherme verschiedener Materialen können sehr unterschiedlich sein, dennoch sind die Abschnitte im mittleren Bereich der dem Holz zugehörigen Kurven bei einer Temperatur um 20 °C auch für eine ganze Reihe anderer organischer Materialien wie Papier, Textilien o. Ä. ähnlich. Andererseits ist es im Allgemeinen nicht notwendig, dass die Umgebungsluft für die Erhaltung einer bestimmten Feuchte des Materials eine stets gleichbleibende Temperatur und relative Luftfeuchte haben muss. Das Gleichgewicht der Feuchte wird auch bei unterschiedlichen Lufttemperaturen akzeptabel erreicht, sofern der Einfluss des Temperatur-Längenausdehnungskoeffizienten vernachlässigt werden kann und sofern die relative Luftfeuchte der gegebenen Temperatur angepasst wird. Deshalb gilt, dass bei niedrigerer Temperatur die relative Luftfeuchte niedrigerer sein muss und umgekehrt, bei höherer Temperatur muss die relative Luftfeuchte höher sein [Černý, 2011]. Gleichzeitig ist es notwendig zu beachten, dass die traditionell empfohlenen Werte der Lufttemperatur von 18–20°C und relativer Luftfeuchtigkeit von 50 ± 5 %, das sog. „ideale Museumsklima“ weder für Holz noch für eine ganze Reihe weiterer hygroskopischer Materialien die optimale Lösung sein muss. Dies gilt insbesondere für jene Fälle, in denen diese Materialien langzeitig auf völlig andere Umgebungsbedingungen, wie z. B. Kirchen-, Burgen- und Schlösserräume akklimatisiert sind und eine abrupte Veränderung der Umgebungsparameter oder deren kurzfristige Umlagerung, wie ideal auch immer, bei ihnen schwerwiegende Beschädigungen hervorrufen können. Ein neues Konzept für die Auswertung und Festlegung geeigneter Temperaturbedingungen und der relativen Luftfeuchte organischer hygroskopischer Materialen führt die neue EU-Norm, in der Tschechischen Republik herausgegeben unter ČSN EN 15757: „Erhaltung des kulturellen Erbes – Festlegungen für Tem33

peratur und relative Luftfeuchte zur Begrenzung klimabedingter mechanischer Beschädigungen an organischen hygroskopischen Materialien“. Diese Norm definiert ein sog. „historisches Klima“, welches als „klimatische Umgebungsbedingungen, in dem diese Objekte des Kulturerbes stets gehalten oder in welchem sie für einen längeren Zeitraum (mindestens über den Zeitraum eines Jahres) aufbewahrt wurden und in der sie akklimatisiert sind“. Sofern nachgewiesen worden ist (aufgrund einer fachlichen Bewertung deren Zustandes durch ein Konservator-Restaurator und weitere Spezialisten), dass das historische Mikroklima für die gegebenen Materialien unschädlich ist, dann empfiehlt diese Norm, die Gegenstände in der gegebenen Umgebung, auf die sie sich über einen längeren Zeitraum akklimatisiert haben, zu belassen. Ein wichtiger Bestandteil der Empfehlungen ist die Festlegung des sog. „durchschnittlichen Wertes der Luftfeuchte, des saisonalen Zyklus und akzeptabler Schwankungen der relativen Luftfeuchte und Temperatur“. Der saisonale Zyklus wird auf Grundlage des mittleren monatlichen gleitenden Durchschnitts (MA), der ein arithmetischer Durchschnitt aller Werte der Luftfeuchte (RV) ist, welche innerhalb von dreißig aufeinanderfolgenden Tagen gemessen wird, wobei kurzfristige Schwankungen als Differenz zwischen dem aktuell gemessenen Wert RV und dem Wert MA abgezogen werden. Das obere und untere Limit des akzeptablen Wertebereichs entspricht 7. und 93. Perzentilen der Schwankungen RV, welche im Beobachtungszeitraum aufgezeichnet wurden (Abb. 2). Die Abhängigkeit der Werte des mittleren gleitenden Monatsdurchschnittes in Zeit verdeutlich die langfristigen Umgebungstrends und grenzt kurzfristige Schwankungen ab. Diese Art und Weise der Auswertung der RV und T ermöglicht es z. B., den Wechsel der Winter- und Sommerzyklen, die Identifizierung einzelner Zonen des Mikroklimas innerhalb von Gebäuden, bzw. die Abgrenzung plötzlicher sprunghafter Veränderungen besser zu begreifen.

Abb. 2: Beispiel der Auswertung des historischen Klimas.

34

Bei der Festlegung geeigneter klimatischer Bedingungen wird in Anbetracht des Charakters und der Empfindlichkeit der aufbewahrten Sammlungsgegenstände empfohlen, folgende Werte einzustellen und nicht zu überschreiten: • zulässiges Unter- und Oberlimit RV • akzeptable Veränderungsgeschwindigkeit RV • Umfang der Fluktuationen RV Bei der Mehrzahl der Materialien treten Beschädigungen durch den Einfluss einer falschen relativen Luftfeuchte auf, sobald die relative Luftfeuchtigkeit höher als 70 % oder konstant niedriger als 30 % ist. Eine Umgebung mit hoher Luftfeuchte ist ein Nährboden für das Schimmelwachstum, das die Zersetzung und Farbveränderung organischer Materialen verursacht, insbesondere bei Leder, Textilien, Papier und Holz. Am meisten gefährdet sind Materialien, welche Proteine, Stärke oder Zucker beinhalten (z. B. Pergament, gestärkte Textilien, tierische Klebstoffe, staubiges Papier o. Ä.). Das Entstehen von Schimmelpilzen und die Geschwindigkeit deren Ausbreitung wird zusätzlich durch weitere Faktoren, wie Temperatur, Luftzirkulation, die Schimmelart o. Ä. beeinflusst. Die zeitliche Abhängigkeit des Schimmelwachstums von der relativen Luftfeuchte wird in der Abb. 3 dargestellt. Die angegebene Abhängigkeit zeigt eine sichere Zone unter 70 % RV, in der bis zu mehrere Hunderte Tage vergehen müssen, um ein sichtbares Schimmelwachstum zu bewirken. [ASHRAE, 2007, S. 244].

Abb. 3: Zeitliche Abhängigkeit des sichtbaren Schimmelwachstums von der relativen Luftfeuchte. Berücksichtigt wird empfindliches Material, das durch verschiedene Schimmelarten bei einer konstanten Temperatur von 25 °C und einer ansteigenden relativen Luftfeuchte kontaminiert wird, angepasst nach https://www.cci-icc.gc.ca. Erhöhte Feuchte beeinflusst weiter eine ganze Reihe physikalisch-chemischer Reaktionen, wie z. B. deutlichere Reaktionen mit Oxiden und weiteren umweltschädigenden Mitteln, Korrosion von Metallen, Hydrolyse von Glas, Bewegung von Salzen innerhalb poröser Keramik oder Steinen, Zerfall von Mineralien 35

u. Ä. Ein Beispiel hierfür ist die bekannte Tatsache, das Pyrit (Eisen-II-Disulfid) bei Bedingungen einer relativen Luftfeuchte nahe 60 % oxidiert und zerfällt. Deswegen ist es für die Aufbewahrung von mineralogischen und paläontologischer Sammlungen, welche dieses Mineral enthalten erforderlich, die relative Luftfeuchte unter 60 % zu halten. Gleiches gilt für instabiles Glas (mittelalterliches Glas mit einem hohen Anteil alkalischer Anteile), das bei höherer Luftfeuchte für die Entstehung eines irisierenden Belages und Korrosionsprodukten stärker anfällig ist. Ebenfalls wird bei höherer Luftfeuchte (über 65 %) die sauere Hydrolyse des Papieres bedeutend beschleunigt, insbesondere bei stark säurehaltigem, minderwertigem Papier sowie bei Papieren, welche mit Tinten mit Eisengallustinen beschriftet sind. Eine niedrige relative Luftfeuchte, unter 30 % bewirkt das Austrocknen und Brüchigwerden organischer Materialen – Austrocknen und Aufplatzen von Holz, Leder, Pergament, Elfenbein, Flechtkörben u. Ä. Sie kann ein Grund für das Vertrocknen von Papier und Kleber sein, weiter Aufplatzen und Ablösung von Lacken, Malereien, fotografischer Emulsionen. Eine stabil niedrigere relative Luftfeuchte kann auch zu einer lokalen Austrocknung von Glas und dessen Zerspringen führen. Für die Mehrzahl anorganischer Materialien sind jedoch Bedingungen einer niedrigen relativen Luftfeuchte unter 30 % optimal. Beispiele hierfür sind Eisengegenstände, für die eine sehr trockene Umgebung mit einer relativen Luftfeuchte unter 18 % empfohlen wird (Stabilisierung der aktiven Chloridkorrosion) oder bei Gegenständen, bestehend aus Kupferlegierungen die von der Bronzekrankheit betroffen sind, gelten Bedingungen mit einer relativen Luftfeuchte von unter 50 %. Plötzliche und schnelle Schwankungen der Werte relativer Luftfeuchte werden im Allgemeinen als sehr gefährliche Situationen, welche die Stabilität zahlreicher Sammlungsgegenstände bedrohen, betrachtet. Diese Bedingungen können Volumenveränderungen und strukturelle Beschädigungen hygroskopischer Materialien herbeiführen, z. B. Aufquellen, Aufplatzen von Holz, Ablösung der Polychromie, Intarsien oder Vergoldungen. Es droht z. B. ein Schrumpfen von Fäden bei bereits beschädigten Tapisserien, Beschädigungen von Oberflächenmaterialien wie z. B. Bucheinbänden, Fotografien, Negativen, Magnetaufzeichnung oder Malereien. Sehr lange Fluktuationszeiten, wie z. B. saisonale Änderungen, sind ausreichend allmählich, um den Entspannungsprozess zu ermöglichen – Anpassung der Spannungen im Rahmen der Struktur der aufbewahrten Gegenstände. Angaben zum effektiven Modul der Elastizität zahlreicher Öl- und Akrylfarbanstriche, wie das Einwirken von Zeit, Temperatur und relativer Luftfeuchte und direkte Angaben zur Lösung von Spannungen sowohl für den Anstrich auch als für das Holz zeigen, dass die durch die gegebene Belastung über einen Tag hinweg erzeugte Spannung sich auf 50 % und weniger vermindert, wenn diese Spannung über vier Monate bei angemessener Zimmertemperatur einwirkt [Michalski, 1991]. Dies bedeutet, dass viermonatige saisonbedingte Schwankungen der relativen Luftfeuchte von ± 20% geringere Spannungen in der Mehrzahl der untersuchten Artefakte bewirken sollte, als eine Fluktuation der relativen Luftfeuchte ±10 % über eine Woche hinweg. Gleichzeitig muss jedoch darauf hingewiesen werden, dass eine kurze Fluktuation der relativen Luftfeuchte mit einer Dauer von bis zu einer Stunde keine nachweisbare Einwirkung bei den meisten Gegenständen hervorruft [ASHRAE, 2007, S. 246]. Das Festlegen geeigneter klimatischer Bedingungen der relativen Luftfeuchte und der Temperatur ist also eine Kompromisslösung, welche auf der Analyse des Zustandes der aufbewahrten Sammlungsgegenstände beruht, des Charakters des Materials, der bautechnischen Parameter der Gebäude, dem Energieaufwand und den damit zusammenhängenden finanziellen Möglichkeiten. Eine geeignete Empfehlung diesbezüglich bietet die Klassifikation der Umgebungen in Museen, Galerien, Archiven und Bibliotheken, die im Sammelwerk ASHRAE, 2007 angegeben ist und in enger Zusammenarbeit mit dem Kanadischen Institut der Konservatoren erarbeitet wurde. Die Umgebungsbedingungen werden im Rahmen von progressiven Gruppen von AA bis D untergliedert, welche den entsprechenden Rahmen zu Festlegungen der Werte RV und T abstecken, und zwar in direktem Zusammenhang mit den damit verbundenen Risiken und Vorteilen für die aufbewahrten Gegenstände (Tab. 2). So entspricht z. B. die Gruppe AA einer präzisen Kontrolle ohne die Möglichkeit saisonbedingter Schwankungen mit einem ganzjährig konstanten Wert RV und einer minimalen Fluktuation von ± 5 %. Solche Bedingungen 36

erfordern jedoch eine entsprechende Gebäudekonstruktion mit einer hochwertigen Isolierung und einem gesteuerten Innenklima. Energetisch ist die Gruppe A vorteilhafter, welche entweder kurzfristige Schwankungen oder saisonbedingte Änderungen RV ± 10 % zulässt, jedoch nicht beides gleichzeitig. Die Mehrzahl historischer Gebäude oder kleinere Museen fallen in die Gruppe B mit den angegebenen Gradienten der Temperatur und Luftfeuchte. Die Festlegung der Klassifikation C entspricht der Prävention von Risiken, welche mit den Grenzwerten RV und T zusammenhängen und die Gruppe D stellt nur den Schutz gegen hohe Luftfeuchte dar.

T °C

RV %

Jahres- oder Jahres-durch- historischer schnitt Jahresdurchschnitt

15–20 °C

50 %

Änderungen RV, T Saisonale Festlegung

± 5 %; ±2 °C

+ 5 °C -10 °C

± 10 %; ± 2 °C

+10 % - 10 %

± 5 %; ± 2 °C

25–75 % T selten über 30 °C, zumeist unter 25 °C

unter 75 %

0–30 %

Kurzzeitige Fluktuation

± 5 °C

+10 % -10 % +10°C (unter 30 °C (und die Untergrenze so, dass der erforderlich Wert RV erhalten bleibt).

Risiken /Vorteile

± 10 %; ± 5 °C

AA – ohne Risiken mechanischer Beschädigungen der meisten hygroskopischen Materialien (Malereien o. Ä.) außer instabile Metalle und Mineralien. A – geringe Risiken einer mechanischen Beschädigung für hochempfindliche Materialien, ohne Risiken für die meisten Materialien – Malereien, Bücher, Fotografien. B – mittlere Risiken einer mechanischen Beschädigung für hochempfindliche Materialien, geringe Risiken für die meisten Materialien – Malereien, Bücher, Fotografien. C –hohe Risiken einer mechanischen Beschädigung für hochempfindliche Materialien, mittlere Risiken für die meisten Materialien. D – hohes Risiko einer plötzlichen/kummulativen mechanischen Beschädigung für die meisten Materialien. Trockene Umgebung – spezifische Bedingungen für die Aufbewahrung von Metallen.

Tab. 2: Klassifizierung des Museumsklimas nach ASHRAE, 2007. Anm.: Eine kurzzeitige Fluktuation ist jedwede Fluktuation innerhalb eines Zeitraumes, der kürzer ist als die Änderung der saisonbedingten Festlegung. 37

4. Messen und Regulieren der Temperatur und relativen Luftfeuchte Für die Messung der Temperatur- und Luftfeuchtewerte eignen sich kombinierte elektronische Aufzeichnungs- und Messapparaturen (Datalogger). Die gemessenen Daten RV und T werden danach auf den Rechner übertragen und mit einem geeigneten Programm können die einzelnen Fluktuationen und Saisonzyklen ausgewertet werden. Die laufende Messung der Daten sollte in Zeitabständen von mindestens einer Stunde, ggf. auch kürzeren Zeitabständen vorgenommen werden, um die Dynamik der Umgebungsveränderungen erfassen zu können. Ebenso wichtig ist es, die richtige Methodik der Aufstellung der Messgeräte im Messbereich einzuhalten, d. h. einen solchen Platz zu wählen, der nicht durch schwankenden Luftzug, durch die Nähe von Fenstern und Türen, Heizkörpern o. Ä. beeinflusst wird. Optimal ist die Platzierung in der Mitte des Raumes, ca. 1,5-1,8 m über dem Fußboden [Josef, 2010, S. 181]. Andererseits wird zu Klärung verschiedener klimatischer Zonen in Innenräumen manchmal empfohlen, die Messungen in der Nähe der Wände, Fußböden oder im Inneren der Lagerregale durchzuführen. Das Erreichen möglichst stabilster Werte RV und T kann auf verschiedene Art und Weisen erreicht werden. Infolge der Notwendigkeit, die Ausgaben für Energie sowie Kohlenwasserstoffemissionen zu senken, werden in den letzten Jahren passive Regulierungselemente bevorzugt. Die Grundlage hierfür ist eine geeignete architektonische und bautechnische Gestaltung jener Gebäude, die für eine langzeitige Aufbewahrung von Sammlungsgegenständen bestimmt sind. Wichtig ist die richtige Platzierung des Gebäudes mit einem Schutz gegen Risikoeinflüsse wie verschiedene Feuchtigkeitsquellen oder Sonneneinstrahlung. Damit hängt auch die Auswahl einer hochwertigen Isolationsausstattung und Baumaterialien mit entsprechenden hygrothermalen Eigenschaften einschließlich des Einbaues eines wirkungsvollen Lüftungssystems zusammen. Die Werte der Luftfeuchte können mit Hilfe von Luftbefeuchtern und Lufttrocknern, die insbesondere in Fällen kleinerer zu kontrollierenden Räumen mit einer geringen Intensität des Luftaustausches effektiv eingesetzt werden. Eine gewisse Einschränkung bei Kondenstrocknern ist die niedrige Umgebungstemperatur, da diese Geräte nur bis zu einer Temperatur von ca. 8 °C arbeiten. Sofern mobile Geräte eingesetzt werden, dann spielt auch der menschliche Faktor einer Rolle, denn es ist notwendig, laufend das Nachfüllen, bzw. Leeren des Wassers sicherzustellen. Eine weitere Möglichkeit die Luftfeuchte innerhalb von Gebäuden zu regulieren ist es, die Beheizung zu nutzen. Es handelt sich um ein einfaches Prinzip, welches auf der Abhängigkeit der relativen Luftfeuchte von Temperatur beruht (s.o.). Im Ausland wird eine Beheizungsmethode eingesetzt, die mittels eines Luftfeuchtereglers gesteuert wird, das sog. „conservation heating“. Dieses Verfahren beruht auf der Voraussetzung, dass für die Sicherstellung der Stabilität der meisten Materialien es wichtiger ist, die relative Luftfeuchte zu kontrollieren als die Temperatur. Die Heizung setzt ein, sobald die relative Luftfeuchte über den eingestellten Wert (z. B. 60 %) ansteigt und sie schaltet sich bei deren Absinken unter einen eingestellten Wert wieder ab. Gleichzeitig wird ein oberer Temperaturgrenzwert eingegeben, bei welchem sich die Heizung stets abschaltet, um ein Überheizen des Raumes zu verhindern (z. B. 25 °C). Im Gegenzug wird auch ein unterer Temperaturgrenzwert (5 °C) eingestellt, bei dem die Heizung einsetzt, damit das Gebäude nicht frostig abkühlt. Die Strategie der Kontrolle der relativen Luftfeuchte mithilfe der Heizung wurde erfolgreich in der Mehrzahl historischer Gebäude, die vom National Trust in Großbritannien verwaltet werden, eingeführt [Stanifoth, 2007; Bullock 2009]. Für große Gebäude, die mit Wärmepumpen ausgestattet sind, erweist sich die Beheizung mit Feuchtigkeitsmessern als das effektivste Verfahren, vorausgesetzt dass deren Wärmedämmung nicht allzu schlecht ist [Broström, 2011]. Ein anderes Konzept zur Regulierung der relativen Luftfeuchte berücksichtigt den Einfluss der Temperatur auf Sorptionsisotherme von hygroskopischen Materialien, der bei anderen Arten der Klimakontrolle oft vernachlässigt wird. Für diese Materialien gilt, dass deren Feuchtigkeitsvolumen bei einer Temperaturerhöhung in der Umgebung reduziert wird, selbst wenn die relative Luftfeuchte konstant bleibt (s. Abb. 2). Aus diesem Grund ist es angemessen, im Sommer eine höhere relative Luftfeuchte einzustellen als im Win38

ter. Diese Methode beruht auf der Kontrolle der relativen Luftfeuchte gemäß des augenblicklichen Temperaturwertes mit dem Ziel, eine Stabilisierung des gleichgewichtigen Feuchtigkeitsvolumens des Gegenstandes auf der Basis der Sorptionsisotherme der gegebenen Materialien sicherzustellen. Das angeführte Verfahren der Regulierung des Mikroklimas wurde in der hl. Kreuzkapelle auf der Burg Karlštejn eingeführt [Broström, 2011]. Gebäude, welche mit stabilen lufttechnischen Anlagen ausgerüstet sind, können verschiedene Funktionen der gesteuerten Regulierung der Luft, nämlich deren Filtrierung, Erwärmung und Abkühlung, Befeuchtung und Trocknung bzw. umfassende Möglichkeiten einer zentralen Klimatisierung, einsetzen. Diese Strategie muss stets sorgfältig abgewogen werden, und zwar unter dem Aspekt der gebäudetechnischen Ausstattung des Gebäudes, dem Charakter und der Verwendungsart der Sammlungsgegenstände und nicht zu Letzt auf Grundlage der Energie- und sonstiger finanzieller Aufwendungen. Die Erfahrungen der letzten Jahre zeigen, dass es notwendig ist, kostengünstigere Verfahren zur Regulierung der Klimaparameter für die langzeitige Aufbewahrung von Gegenständen mit kulturellem Charakter zu suchen, und zwar Varianten mit einer geringeren ökologischen Belastung sowie im Kontext zu den real festgelegten Standards der empfohlenen Werte für die relative Luftfeuchte und der Temperatur. Voraussetzung zur Verbesserung dieser Bedingungen ist eine gegenseitige, interdisziplinäre Diskussion von Architekten, Bauingenieuren, Klimatologen, Museumsmitarbeitern und Konservatoren-Restauratoren. Die mit diesen Fragen zusammenhängenden Grundsätze sind Bestandteil der unlängst veröffentlichen Stellungnahme der Mitarbeiter des Doerner-Instituts in München. Auch diese wurden unter Bezugnahme auf die Ergebnisse des europäischen Projektes „Climate for Culture“ erarbeitet und sie werden sicherlich weiter im Rahmen des breiten Spektrums jener Institutionen reflektiert werden, welche das Weltkulturerbe bewahren.

5. Literatur ASHRAE Handbook – the American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Chapter 21, 2007. Broström T., Vyhlídal T., Simeunovic G., Larsen P. K., Zítek P.: Evaluation of diffrent approaches of microclimate control in cultural heritage buildings, Climate for Collections – Standards and Uncertainties, Munich 2012, Aarchetype Publications Ltd in association with Doerner Institut, 2013, S. 105–114. Bullock L.: Environmental Control in National Trust Properties, Journal of Architectural Conservation, March 2009, S. 83–97. Burmester A., Eibel M.: Klima und Kulturgut, Die Münchner Position zu den Internim Guidelines der Bizot Gruppe, Restauro 3/2013, S. 53–59. Černý M., Němeček M.: Mikroklima v historických interiérech, Národní památkový ústav, Praha 2011, S. 23. ČSN/ISO 11799: Informace a dokumenty. Požadavky na ukládání archivních a knihovních dokumentů. ČSN EN 15757: Ochrana kulturního dědictví – Požadavky na teplotu a relativní vlhkost prostředí s cílem zamezit mechanickému poškozování organických hygroskopických materiálů, k němuž dochází v důsledku klimatu., Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. Josef, J.: Úvod do preventivní konzervace, Úvod do muzejní praxe, Asociace muzeí a galerií ČR, Praha, 2010, S. 168 und S. 181. Konzervování a restaurování kovů – Ochrana předmětů kulturního dědictví z kovů a jejich slitin, Technické muzeum v Brně, 2011, S. 303–304. Mervin R.: The Benefits and Disadvantages of Adding Silica-gel to Microclimate Packages for panel paintings, In: Museum Microclimates, The National Museum of Denmark, Copenhagen, 2007, S. 237.

39

Michalski, S.: Paintings, their response to temperature, relative humidity, shock and vibration. In: Works of Art in Transit, S. 223–248. M. F. Mecklenburg, ed. National Gallery, Washington, D. C. 1991. Msallamová, Š., Jindrová E.: Cínové křtitelnice z 2. pol. 16. století, Sborník z Konference konzervátorů-restaurátorů, Technické muzeum v Brně, Brno 2010, S. 31. New Tools for Preservation, Assessing Long-Term Enviromental Effects on Library and Archives Collections, The Commission on Preservation & Access, 1995. Pas198:2012, Specification for managing enviromental conditions of cutural collections, the British Standards institution, 2012, S. 6–8. Staniforth S.: Conservation Heating to Slow Conservatiom: A Tale of the Approprite Rather Than the Ideal, Contribution to the Experts Roundtable on Sustainable Climate Management Strategies, held in April 2007, in Tenerife, Spain, The Getty Conservation Institute.

40

B Effektive Bewertung der Qualität der Innenumgebung in Museen und Galerien Hana Grossmannová Methodisches Zentrum für Konservierung, Technisches Museum in Brünn. [email protected]

1. Einleitung Der Bereich der präventiven Konservierung – die Sicherstellung geeigneter lang- und kurzzeitiger Bedingungen für die Aufbewahrung eines Sammlungsgegenstandes – umfasst mehrere wichtige Faktoren. In der Mehrzahl der Institutionen wird bereits heute Wert auf die Überwachung und Regulierung der Werte der relativen Luftfeuchte, Temperatur und Beleuchtung in den Depot- und Ausstellungsräumen gelegt. Ein weiterer wichtiger, jedoch oft vernachlässigter Faktor, welcher bedeutenden Einfluss auf den Zustand der Gegenstände hat, ist die Qualität der Umgebung in Hinblick auf die Konzentration von Schadstoffen – Umweltschadstoffen. Gründe für diese Tatsache gibt es gleich mehrere. Aus der Sicht eines Museumsmitarbeiters ist es sowohl fachlich als wirtschaftlich äußerst schwierig, sich dieses Bereiches der präventiven Konservierung anzunehmen. Man kann sagen, sofern wir einige Einrichtungen, welche auf dem Prinzip einer dosimetrischen Überwachung einer Korrosionsgesamtbelastung funktionieren, kann eine einzige verbindliche Vorgehensweise und einheitliche Analysetechniken eingesetzt werden. Dieser methodische Text ermöglicht es Ihnen, sich in vereinfachter Form in diesem Bereich zu orientieren und er bietet einige partielle Lösungen an. Der Schlusspunkt eines jeden Projektes der Bewertung der Luftqualität und des Einflusses auf die Sammlungsgegenstände sollte der Einsatz von Maßnahmen darstellen, welche zur Lösung akuter und langzeitiger Probleme führt, welche durch die Belastung durch Schadstoffe hervorgerufen werden. Ein umfassendes Herangehen an dieses Problem umfasst daher die Erforschung, das Monitoring, die Evaluation, die Festlegung von Strategien und Anwendung der gewonnen Erkenntnisse in der Praxis im Zusammenhang mit der chemischen Belastung in Ausstellungen und Depots. Die gestellten Ziele können wir mit dem Einsatz moderner, ausgeklügelter Analysemethoden erreichen, aber auch mit wirtschaftlich und anwendertechnisch einfachen Techniken. Man muss sich eine wichtige Frage stellen – ob es in den Kräften der ständigen Mitarbeiter einer Institution liegt, ein entsprechendes Projekt selbst zu bewältigen und wann es notwendig ist, die Dienstleistungen von Fachleuten in Anspruch zu nehmen. Ziel dieses Textes ist es nicht, eine ausgefeilte Übersicht von Analysemethoden zu erstellen, welche für die Umweltanalyse genutzt werden, sondern eine vollständige Übersicht der gegebenen Problematik für Museums- und Galerienmitarbeiter mit verschiedenem Fachwissensgebieten zur Verfügung zu stellen sowie Lösungswege für Probleme, welche durch Umweltverschmutzung hervorgerufen werden anzubieten und damit Bedingungen für einen effektiveren Schutz unter dem Einsatz wirtschaftlich und energetisch wenig anspruchsvollen Maßnahmen zu schaffen.

2. Untersuchung, Monitoring, Evaluierung, Applikation Was also alles erwartet uns, sofern wir mit dem Problem der Verschmutzung von Innenräumen in Institutionen fertig werden wollen und warum überhaupt mit dieser anspruchsvollen Arbeit beginnen? Grundlegende Motivationen für die Durchführung eines Projektes der Bewertung der Umweltqualität kann es im Allgemeinen mehrere geben. Die optimale Variante ist das Bemühen der fachlichen Mitarbeiter, einen effektiveren Schutz der Sammlungsgegenstände zu erreichen. Häufiger jedoch reagieren die Fachleute erst auf offensichtliche Anzeichen eines fortschreitenden Verfalls des Materials oder auf ein Anwachsen der Schadstoffe in den Objekten infolge der entstandenen Veränderungen. Unter diesem Aspekt muss gesagt werden, dass eine Analyse, ob nun das gegebene Material aufgrund des Einflusses von Schadstoffen oder in Folge un41

geeigneter Klimaparameter zerfällt, verhältnismäßig anspruchsvoll ist. Ebenso erfordert die Durchführung experimenteller Tests mit dem Ziel, die Umweltbedingungen auszuwerten (in Vergleich mit dem Messen der Klimafaktoren Temperatur und Feuchte) ein hohes Maß spezifischer Fähigkeiten und Fachkenntnisse. Auf welche Art und Weise und was kann also ausgewertet werden? Das gegebene Ziel erreichen wir auf Grundlache der Erfüllung der folgenden Aufgaben: Auswahl der Messstellen, Auswahl konkreter Schadstoffe, Auswahl der Analysemethoden, Auswertung und Anwendung der Ergebnisse. Das einigende Element, das wir bei jedem Schritt des Experiments zu berücksichtigen haben, sind die zeitlichen, fachlichen und vor Allem die wirtschaftlichen Anforderungen an die Durchführung. 2.1. Auswahl der Messstellen – wo muss gemessen werden und was soll beobachtet werden Die erste Frage, die sich der Fachmitarbeiter stellen sollte, welche Stellen und weshalb diese unter dem Aspekt der Verschmutzung durch chemische Stoffe überwacht werden sollen. Hier ist es angebracht zu berücksichtigen, dass die Grundlage einer jedweden Studie in diesem Bereich insbesondere die erstmalige Untersuchung von Lokalitäten und der mit ihnen zusammenhängende Auswertung möglicher Risiken ist. Wichtiger als detailliert und hoch kompliziert die vorhandenen Schadstoffe zu beschreiben und zu analysieren ist es nämlich, mittels einer grundlegenden Untersuchung abzuschätzen, wo potenzielle Schadstoffquellen vorhanden sind und zu lernen, diese auf eine geeignete Art und Weise zu eliminieren. Die Messserien sollten dann völlig eindeutig gleichzeitig an einigen konkret ausgewählten Lokalitäten durchgeführt werden. Eine der Messstellen sollte im Außenbereich stattfinden, was für die Gewinnung von Referenzwerten wichtig ist. Wie geht man nun bei der Auswahl der Messstellen für die Analyse vor? Es ist erforderlich, den Blick insbesondere auf Risikostellen zu richten, und zwar auf folgende Faktoren: 1) Zu erwartetendes Vorhandsein von Schadstoffen Jedes Objekt, in dem Gegenstände mit kulturellem Wert aufbewahrt werden, ist aus chemischer Sicht einzigartig. Unter dem Aspekt der Schadstoffquellen im Außenbereich sind insbesondere eine erhöhte Belastung durch den Verkehr oder industrielle Aktivitäten in der näheren Umgebung des Objektes besonders risikoreich. Unter dem Aspekt der Umgebung im Inneren wiederum widmen wir die Aufmerksamkeit der Materialzusammensetzung des Gebäudes selbst, dem Mobiliar in den Ausstellungen und Depots, den verwendeten Verpackungsmaterialien und nicht zuletzt der Materialstruktur der Sammlung an sich. Typische Beispiele für Materialien, welche Schadstoffquellen sein, und somit Sammlungsgegenstände beschädigen können sind z. B. säurehaltige Holzarten, Pressspanplatten, säurehaltiges Papier oder säurehaltige Klebestreifen, die Mehrzahl von Klebestreifen und Klebern, die im Innenbereich verwendet werden, Anstriche und Lacke (auf Öl- oder Epoxidbasis), Steine oder Ziegel, die mit Salz verunreinigt sind, Metall (bei hoher Luftfeuchtigkeit), organisches Material (Leder, Wolle), einige Kunststoffe (z. B. PVC, Polyurethan-Schaum, vulkanisierter Gummi, Nitrat und Acetat der Zellulose) oder Reinigungsmittel. 2) Spezifische Belastung der Umgebung Jede Immobilie, die Gegenstände kulturellen Charakters aufbewahrt, ist nicht nur stabilen langzeitigen Einflüssen, sondern auch zeitlichen oder räumlichen spezifischen Belastungen ausgesetzt. Eine erhöhte Aufmerksamkeit sollte daher z. B. geschlossenen isolierten Depots oder Vitrinen ohne gerätegesteuerte Regulierung der Luftqualität gewidmet werden. Problematisch sind gleichfalls z. B. Lokalitäten, die erst kürzlich renoviert worden sind (eine bedeutende Schadstoffquelle sind Baumaterialien, Anstriche, Kleber o. Ä). Die Umweltbelastungen können durch weitere Faktoren, wie neu aufgestelltes Mobiliar oder neue Ausstattung, Veränderung der Verkehrslage oder andere befristete Außeneinflüsse zusätzlich ansteigen. 3) Anzeichen des beschleunigten Verfalls des aufbewahrten Materials Mit einer detaillierten Untersuchung eines Museums oder einer Galerie können wir eine erhöhte Schadstoffkonzertration mithilfe einer indirekten Methode beurteilen, und zwar durch das Auffinden von Gegenständen mit beschleunigtem Verfall des Materials. Hier ist jedoch ganz klar eine Zusammenarbeit mit dem 42

Konservator-Restaurator der Sammlung notwendig. Eine Analyse der Veränderung des Materialzustandes in einer Zeit, die mit einer ungünstigen Aufbewahrung und der Aussetzung des Gegenstandes Schadstoffen zusammenhängen, muss ein Fachmann beurteilen, welchem die Obsorge für die Sammlung obliegt. Gleichfalls ist es erforderlich, den Einfluss der Umweltschadstoffe von den Folgen eines ungünstigen Klimas oder eines uneffektiven konservatorisch-restauratorisch durchgeführten Eingriffs abzugrenzen. Typische Beispiele für den beschleunigten Verfall des Materials können sein, Feststellung einer aktiven Metallkorrosion, Veränderung der Opazität von Glas oder Keramik, Farbveränderungen an Textilien, die nicht von der Sonnenlichtaussetzung herrühren, Brüchigwerden von Papiermaterial, Zerfall von Kalkstrukturen u. Ä. 4) Ungünstige klimatische Parameter Weitere wichtige Faktoren, welche mit dem Einfluss von Schadstoffen auf den Zustand der Sammlungsgegenstände einhergehen, sind klimatische Veränderungen und ungünstige klimatische Parameter der Umgebung. Ein typisches Beispiel können hohe Temperaturschwankungen und der damit zusammenhängenden Schwankungen der relativen Luftfeuchte sein, oder allgemein ein langzeitiges Aussetzen des Materials extremen klimatischen Bedingungen. Eine gegenüber den empfohlenen Standardwerten (15–22 °C) erhöhte Temperatur kann nämlich einen sprunghaften Anstieg der Reaktionsgeschwindigkeit der Zerfallsprozesse bedeuten, sodass es auch bei einem geringen Absinken der Temperatur zur Kondensation des Wassers auf der Oberfläche des Gegenstandes kommen wird, was wiederum die Herausbildung einer reaktiven Wasserschicht und ein Gemisch gasförmiger, flüssiger sowie fester Schadstoffe verursacht. Das Wasser wirkt somit wie ein Reaktant und gleichzeitig als Trägermedium für die weiteren Schadstoffe. Ganz ähnliche Folgen auf den Materialzustand haben auch intensive kurzzeitige Schwankungen der Temperatur und der relativen Luftfeuchte. Ein problematischer Umgebungsparameter kann auch eine hohe Belastung durch Licht bedeuten. Die Strahlung des sichtbaren Spektrums und UV-Strahlung setzt fotochemische Reaktionen in Gang und sie sind eine Energiequelle für weitere chemische Reaktionen. 2.2. Auswahl konkreter Schadstoffe – was werden wir messen Im Rahmen der Analyse sollten wir uns auf jene chemischen Stoffe konzentrieren, deren Herkunft bei der Untersuchung identifiziert worden ist oder auf jene, die allgemein als die stärksten Verursacher des Zerfalls betrachtet werden. Dies sind konkret gasförmige Umweltschadstoffe: Schwefeloxide, Stickoxide, Essigsäure und Ameisensäure (allgemein sauer reagierende Stoffe), Ozon, Formaldehyd, Schwefelwasserstoff, Ammoniak (allgemein alkalische Stoffe) oder andere Gemische (z. B. flüchtige organische Stoffe – VOC). Ein eigenes Kapitel ist dann die Analyse der Aerosole – Festlegung der Menge von Schwermetallen, Fraktionen von Staubteilchen, sedimentierter und in der Luft verteilten, u. Ä. Ausgewertet kann eine solche Gesamtkorrosionsbelastung mittels Korrosions-Coupons – dabei handelt es sich um ein relativ einfaches und der Orientierung dienendes Messverfahren, welches jedoch unter dem Aspekt der Wirtschaftlichkeit und fachlicher Ansprüche der entsprechenden Experimente relativ günstig ist. 2.3. Auswahl der analytischen Methoden-wie werden wir messen, Kriterien Gegenwärtig werden für die Detektion von Umweltschadstoffen zwei allgemeine Typen für die Probenentnahme und das Monitoring verwendet – die aktive und die passive. Beide Typen beruhen auf dem Prinzip der Absorption, bzw. Adsorption gasförmiger Schadstoffe (sowohl physikalische als auch chemische) auf einem festen oder gelartigen Medium, ggf. der direkten Entnahme des Mediums – Gas, Flüssigkeit und fester Teilchen. Die Methoden der aktiven Bemusterung sind im Prinzip solche, welche nach der Probeentnahme eine „aktive“ Entnahme der Luft nutzen, z. B. mittels einer Hand- oder elektrischen Pumpe. Die passive Bemusterung bedeutet im Prinzip nur die Platzierung eines Sorbenten in die zu untersuchende Umgebung und die Sorption der Stoffe auf Grundlage der natürlichen Diffusion. Die aktiven Methoden bringen naturgemäß die Notwendigkeit einer aufwendigen Analyse mittels Apparaturen mit sich, deren Nutzung ist somit schwierig, sowohl unter dem fachlichen als auch wirtschaftlichen Aspekt. Deswegen eignen sie sich nur für die Lösung partieller Aufgaben und keinesfalls für das Monitoring der Umweltqualität allgemein. Für die 43

Feststellung der Konzentration zahlreicher wichtiger Schadstoffe wäre es notwendig, langzeitig eine Reihe von Proben gleichzeitig, parallel aus allen Lokalitäten zu entnehmen. Zu den Analysemethoden, welche zur Bewertung der Umweltverschmutzung eingesetzt werden, gehören z. B. die Fotometrie, Chemolumineszenz, Gaschromatografie, hochauflösende Flüssigkeitschromatografie, Gravimetrie oder Massenspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma. Eine größere Bedeutung für Institutionen, wie Museen und Galerien, besitzen dosimetrische Feststellungen der Konzentration von Stoffen mittel einer passiven Entnahme. Allgemein kann gesagt werden, dass deren Einsatz einfacher ist und auf dem Markt eine ganze Reihe geeigneter Produkte zu Verfügung steht. Es gibt Varianten passiver Dosimeter, welche eine nachfolgende Analyse der Proben im Labor erfordern aber auch solche, die aufgrund der Veränderung ihrer Eigenschaften (z. B. Farbveränderung) in der Lage sind, die Konzentration mancher Stoffe in der Luft direkt an der Messstelle festzustellen. Weiterhin ist es im Zusammenhang mit der Luftqualität erforderlich, sich nicht nur mit der Konzentration gasförmiger Umweltschadstoffe zu beschäftigen, sondern auch mit den festen Umweltschadstoffen, allgemein „Staub“ genannt. Es handelt sich jedoch um ein kompliziertes Gemisch von Stoffen, welches für die entsprechende Lokalität und die örtliche Quelle der Verschmutzung charakteristisch ist. Eine spezifische Gruppe von Analysemethoden, welche für das Umweltmonitoring eingesetzt werden, sind dann jene, welche auf dem Prinzip der Auswertung des Zerfalls von Modellmaterial beruhen. Diese Techniken ermöglichen jedoch nicht, die Konzentration konkreter Umweltschadstoffe zu bestimmen, sie geben nur die Gesamtbelastung der Umgebung an, und zwar einschließlich der Einflüsse der Temperatur, Feuchte und weiterer Parameter. Dies ist jedoch im Wesentlichen sehr wichtig! Eines der Prinzipien der präventiven Konservierung beruht auf der Verfolgung aller Einflüsse, welche den Zustand des Materials beeinflussen können. Ebenso, wie die relative Luftfeuchte strikt mit der Temperatur zusammenhängt, so ist die Reaktionsgeschwindigkeit und Volatilität der Umweltschadstoffe oder die Freisetzung von Stoffen aus dem Material sehr abhängig von den weiteren Parametern der Umwelt. Ein Beispiel hierfür ist die Beziehung der Temperatur und der Geschwindigkeit der chemischen Reaktion, welche mittels der Arrhenius Gleichung ausgedrückt wird. Es ist daher stets erforderlich, die gesamte Umweltbelastung, oder die Schadstoffkonzentration in Zusammenhang mit der Temperatur und Feuchte, zu verfolgen. Zu diesen Techniken gehören insbesondere Korrosions-Coupons verschiedener Typen, welche zumeist Plättchen reinen Metalls enthalten (Kupfer, Silber). Diese Coupons werden in der zu überwachenden Umgebung für einen vom Hersteller angegebenen Zeitraum aufgestellt und danach zur Analyse gesendet. Im Idealfall wird dann die Korrosionsstufe der Umgebung ermittelt (Stufe C1 bis C5) oder jene Korrosionsprodukte beschrieben, welche sich auf den Metallplättchen gebildet haben. Diesen Ergebnissen können wir das Vorhandensein bestimmter Gruppen von Umweltschadstoffen entnehmen. Der Vorteil dieser Techniken ist die Möglichkeit, die Gesamtbelastung der Umgebung an vielen Stellen parallel zu ermitteln. Ein Nachteil ist die Tatsache, dass die Gesamtbelastung in diesem Fall auf der Grundlage der Metallkorrosion ermittelt wird. Selbst wenn in den Publikationen allgemein als die wichtigsten Umweltschadstoffe solche Stoffe bezeichnet werden, die auf Metalle reagieren, können wir der Frage nicht ausweichen, ob im Zusammenhang mit dem Zerfall anderer Materialien völlig andere chemische Stoffe eine überaus wichtige Rolle spielen. Eine weitere Möglichkeit beruht darauf, für Experimente Apparaturen zu verwenden, welche in der Lage sein sollten, kontinuierlich Informationen über die Qualität der Umgebung zu geben. Derzeit gibt es auf den Markt solche Typen, welche auf dem Prinzip der Metallkorrosion beruhen – sie bestehen aus elektrochemische Sensoren die wiederum einen reinen Metallstreifen beinhalten. Sie liefern Daten über die Temperatur, Feuchte und eine zeitliche Korrosionskurve der Kupfer- und Silbersensoren. Gegenwärtig laufen verschiedene Forschungsprojekte, welche bemüht sind, eine solche Apparatur zu entwickeln, die in der Lage wäre, den Museumsmitarbeitern eine bessere Vorstellung über die Qualität der Luft zu geben, und zwar aufgrund einer In-Site Ermittlung des Verfalls anderer Materialarten, wie z. B. Polymere oder Glas. Einstweilen ist der Einsatz dieser Prototypen äußerst beschränkt. Eine eindeutige Empfehlung, was den Einsatz verschiedener Typen von 44

Korrosions- oder anderer Dosimeter, bzw. der passiven Entnahmen anbetrifft, ist der Einsatz gleicher Typen parallel in allen untersuchten Lokalitäten. Wie die Erfahrung zeigt, unterscheiden sich die Ergebniswerte verschiedener Laboratorien deutlich und die Ergebnisse können eher für einen Vergleich der einzelnen Lokalitäten verwendet werden. 2.4. Auswertung – Applikation der Maßnahmen Die Ergebnisse der Messungen und insbesondere der gegenseitige Vergleich der Schadstoffkonzentrationen aus einzelnen Lokalitäten ermöglichen vor Allem eine Strategiefestlegung für die Aufstellung und den effektiveren Schutz der Sammlungsmaterialien gemäß der Stufe ihrer Empfindlichkeit oder ihres aktuellen Zustandes. Ein wichtiges Ergebnis der Studie ist auch der Nachweis der Schadstoffquellen und der damit zusammenhängenden Umsetzung von Korrekturmaßnahmen – insbesondere der Entfernung von Schadstoffquellen (z. B. Austausch ungeeigneten Mobiliars), Verhindern der Freisetzung von Schadstoffen (Anstriche, Barrierefolien), bzw. Installation geeigneter passiver Sorbente oder aktiver Filtereinheiten mit verschiedenen Parametern. Wenden wir uns also zunächst der Frage der Auswertung der Unterschiede der experimentell ermittelten chemischen Belastung einzelner Lokalitäten zu. Diese Ergebnisse können z. B. für eine effektivere Platzierung der Sammlungen im Rahmen einzelner Räume oder Gebäudeteilen hilfreich sein, damit die empfindlichsten und wertvollsten Sammlungen bestmöglichst geschützt werden. Hier muss man jedoch bedenken, dass eben die Materialien, aus denen die Sammlungsgegenstände angefertigt sind, auf die Luftverschmutzung häufig einen bedeutenden Einfluss haben. Bei der eigentlichen Evaluation der Ergebnisse müssen wir uns der Beantwortung der grundlegenden Frage zuwenden, und zwar, ob die Umweltbelastung insbesondere durch Quellen von Außen oder Innen hervorgerufen wird. Sofern die Quelle des Problems auf Umweltschadstoffen von Außen beruht, ist es erforderlich, deren Eindringen in das Gebäude zu verhindern und gleichzeitig das Innenklima stabil zu halten. Sofern das Gebäude mit einer Klimaanlage ausgestattet ist, dann ist es sehr wichtig den guten Zustand der installierten Filter zu überwachen und zu erhalten. In dem Fall, dass die in der Umgebung festgestellten Schadstoffe insbesondere aus Quellen im Inneren stammen, ist die Lage anders. Sofern nicht eine bedeutende aktive Schadstoffquelle identifiziert werden kann, wird die Lage am häufigsten durch unzureichende Luftzirkulation hervorgerufen. Dem begegnen wir am häufigsten in Räumen, die über keine Klimaanlage verfügen (kleine geschlossene Depots, Vitrinen, enge Aufbewahrungsräume, Verwendung von Verpackungsmaterialien u. Ä). Gleichzeitig ist diese Umgebung mit keiner mobilen Filteranlage oder einem passiven Sorbenten ausgestattet. Zu den effektivsten und wirtschaftlich günstigen Schutzmaßnahmen gehöre z. B. die Verwendung geeigneterer Verpackungsmaterialien. Verwenden Sie solche Materialien, die chemisch neutral sind (säurefreie Klebefolien und Papiersorten, ungefärbte Baumwolle, Polyäthylenbeutel oder –folien, oder aktiv schadstoffsorbierende Materialien (Archivpapiersorten und –klebefolien mit alkalischer Reserve). Am Markt steht heute eine ganze Reihe von Produkten zur Verfügung, die diese Anforderungen erfüllen, ohne Anspruch auf Vollständigkeit nennen wir hier die Papiersorten und Klebestreifen Silversafe™ und Microchamber™, Pacific Silver textilie und Corrosion Intercept™ Folien und Beutel für den Schutz von Metallgegenständen. Hier ist jedoch erhöhte Vorsicht im Zusammenhang mit dem Kontakt der Gegenstände mit dem Verpackungsmaterial mit dessen spezifischen Eigenschaften geboten. Manche Arten chemischer Stoffe, welche als Puffer eingesetzt werden, können z. B. für Fotografien oder Textilien gefährlich sein. Ein geeignetes Mittel, welches für eine passive Gestaltung der Umgebung verwendet wird, ist Aktivkohle, die ein sehr starkes Sorbent von Umweltschadstoffen ist und auf dem Markt in Form zahlreicher Produktarten, einschließlich Textilien aus Aktivkohle, zur Verfügung stehen. Ein nicht zu vernachlässigender Nachteil dieser Produkte ist es, dass die Sorptionskapazitäten dieser Materialien nicht bekannt sind, und deren Einsatz somit für eine langzeitige Aufbewahrung deutlich eingeschränkt wird. Für die Verbesserung der Luftqualität können kleine, batteriebetriebene mobile Filtereinheiten, kompakte mobile Filtergeräte oder Industrie-Luftreinigungsanlagen eingesetzt werden. 45

3. Literatur Grzywacz, C.M.: Monitoring for gaseous pollutants in museum environments, Getty Publications, Los Angeles, 2006. Hatchfield, P.B.: Pollutants in the Museum Environment: Practical Strategies for Problem Solving in Design, Exhibition and Storage, Archetype Publications, London, 2002. Autorenkollektiv: Advice sheet – Air pollution, www.museumsgalleriesscotland.org.uk, Museum and Galleries Scotland, 2003, Download am 10.8.2013. Autorenkollektiv: Environmental Control for Museums, Libraries, and Archival Storage Areas, Purafil, Inc. Technical Bulletin-600A, 2004. Autorenkollektiv: Guidlines for Air Pollution Evaluation, Monitoring and Mitigation in Preventive Conservation of Cultural Heritage, TeACH Consorcium, 2012. Tétreault, J.: Airborne Pollutants in Museums, Galleries, and Archives: Risk Assessment, Control Strategies, and Preservation Management. Canadian Conservation Institute, 2003.

46

C Problematik ausgewählter biologischer Schädlinge beim Schutz des Kulturerbes Michal Mazík Methodisches Zentrum für Konservierung, Technisches Museum in Brünn. [email protected]

1. Einleitung Der Befall von Sammlungsgegenständen durch biologische Schädlinge ist eines der häufigsten Probleme für die Kuratoren von Beständen kulturellen Charakters. Er betrifft einen bedeutenden Anteil der Materialien der Sammlungen. Ein biologischer Befall ist sowohl bei Materialien natürlichen Ursprungs als auch bei synthetischen Materialien, welche Eigenschaften zu deren Metabolisierung besitzen, zu erwarten. Eine Beschädigung kann durch den direkten Befall des Materials – im Fall der Erlangung von Nährquellen oder einen indirekten Befall – durch Einwirken sekundärer Faktoren biologischer Aktivitäten, eintreten. Ein Beispiel für den indirekten Befall ist die Produktion von Schwefelwasserstoff aus Zerfallsaktivitäten von Bakterien, welche in unserer Umwelt allgegenwärtig vorhanden sind. Der Schwefelwasserstoff als Zerfallsprodukt kann bedeutend das Aussehen von Silbergegenständen verändern, und zwar bereits in sehr niedriger Konzentration. In diesem Sinn kann der biologische Befall nahezu alle Materialarten betreffen, welche sich in den Sammlungen befinden. Die Bedingungen für die Entstehung eines biologischen Befalles sind logisch bei allen Lebensarten- und –formen, welche die Stabilität der Sammlungsbestände beeinflussen, ähnlich. Bei den niederen Formen des biologischen Befalles sind die Lebensbedingungen breiter angelegt, sie sind durch ihre hohe Widerstandsfähigkeit und Anpassungsfähigkeit charakteristisch. Ihr Vorteil beruht auf der effektiven Vermehrung, aufgrund welcher z. B. Schimmel und Bakterien nahezu allgegenwärtig sind. Ihre vegetativen Formen sind für eine physikalische Bekämpfung um ein Vielfaches widerstandsfähiger als beispielsweise Insekten. Die Strategie der Energiegewinnung aus dem befallenen Material durch Bakterien, Schimmel und Pilze beruht zumeist in der enzymatischen Spaltung, die häufig mit bestimmten Bedingungen, abhängig von der Temperatur, dem pH-Wert, der relativen Luftfeuchte usw., einhergeht. Eines der Grundprobleme ist die Identifizierung und Lokalisierung des befallen Materials. Bei den niederen Formen des biologischen Befalls handelt es sich in der Anfangsphase häufig um eine diskrete Form des Befalls. Der Verlauf des Befalls ist durch ein exponentiales Wachstum charakteristisch, welches die Bekämpfung bei einer zu späten Lokalisierung erschwert. Im Fall eines biologischen Befalls durch höhere Organismen, außer von Außenbedingung, die für die Erhaltung des Lebens notwendig sind, unterscheiden wir ein entscheidendes Kriterium, und zwar die Jahreszeiten. Höhere Organismen verfolgen eine kompliziertere Strategie ihrer Vermehrung, verbunden mit mehrstufigen Wachstumsphasen, die häufig vom Wetter und der Jahreszeit abhängen. Bei ihnen ist eine direkte Migration möglich, die ebenfalls von der Jahreszeit und dem Wetter abhängig ist. Ein häufiges Problem bei höheren Lebensarten ist die Intelligenz, wenn z. B. Nagetiere oder Vögel fähig sind, Gegenmaßnahmen wie Fallen, Fressfallen oder Vogelscheuchen, zu umgehen. Die Problematik des biologischen Befalls ist breit gefächert, der Autor benennt nur einige Bereiche. Der Text sollte der Orientierung in ausgewählten Problembereichen des biologischen Befalls für Mitarbeiter im Bereich des Kulturerbes dienen. Teilweise widmet er sich der Forschungsarbeit des Autors im Bereich der Schädlingsbekämpfung mittels Ethylenoxid und der Verwendung von Rauchkerzen bei der Schädlingsbekämpfung in Museumsdepots.

47

2. Ausgewählte biologische Schädlinge Die Problemstellung des Schutzes vor Möglichkeiten des biologischen Befalls ist äußerst breit gefächert. Für Möglichkeiten eines präventiven Schutzes sowie der Schädlingsbekämpfung bei Gegenständen kulturellen Charakters ist es notwendig, eine ganze Reihe von Faktoren zu berücksichtigen. Der folgende Text bietet einen methodischen Überblick für ein Grundverständnis der gewählten Problematik. Der Schwerpunkt für praktische Anwendungsmöglichkeiten zur Identifizierung und Möglichkeiten der Schädlingsbekämpfung liegt bei den am häufigsten vorkommenden Varianten des biologischen Befalls, und zwar durch Pilze und Insekten. Ein sehr häufig befallenes Material ist Holz, deshalb widmet sich dieser Text hauptsächlich diesem Bereich. 2.1. Problematik von Pilzen Pilze (fungi), früher einer Pflanzenunterart, sind ein Riesenreich lebender Organismen. Eine Gruppe von Pilzen sind Schimmelarten. Schimmelarten sind durch die Herausbildung von Myzelien auf dem Substrat charakteristisch, welches sie unter Herausbildung des Energiespeichers Glykogen zersetzen. Die Vermehrung ist auf mehrere Arten möglich – vegetativ oder mit Hilfe von Ausscheidungen. Zu den risikoreichsten Materialien gehören natürliche Materialien wie Holz, Papier, Leder, naturwissenschaftliche Präparate, Kombinationen von zuckerhaltigen Stoffen und Aminosäuren. Im Falle von Holz können wir drei Grundkategorien begegnen, und zwar Holz verfärbenden, holzzersetzenden und lignolytischen Pilzen. Im ersten Fall tritt keine direkte Beeinflussung der Holzeigenschaften ein, der Befall geht jedoch mit dem Befall von holzzerstörenden Insekten einher. Dabei bleibt die symbiotische Beziehung mit holzzersetzenden Pilzen, wie z. B. Echter Hausschwamm oder Kellerschwamm mit den Insekten erhalten. Bei beiden handelt es sich um einen grundlegenden Befall der chemischen Struktur des Holzes. Der Befall bleibt oft aufgrund des Bedarfes an hoher relativen Luftfeuchte des Holzes, die allgemein an der Oberfläche am niedrigsten ist, unentdeckt. Die relative Luftfeuchte ist der wichtigste Faktor für die Entwicklung und Ausbreitung von Pilzen. Bei direktem Kontakt, insbesondere mit Schimmelarten, sollten die entsprechenden Arbeitsschutzmittel getragen werden, wobei ebenfalls die Auswahl des Schädlingsbekämpfungsmittels zu berücksichtigen ist. Ebenso wichtig ist es, die möglichen Interaktionen des Fungizids mit den anderen Sammlungsmaterialien zu beachten. Das Fungizid sollte im Allgemeinen keine korrosionsfördernden Stoffe enthalten, welche den pH-Wert, die Farbgebung und das Aussehen des zu behandelnden Materials angreifen könnten. Für die Beurteilung der Eignung des zu verwendenden Mittels, der Technologie und den Anwendungsmöglichkeiten der Schädlingsbekämpfung ist eine Fachbereich übergreifende Zusammenarbeit erforderlich. 2.1.1 Identifizierung und Lokalisierung des Befalls Pilze, die von einer ausreichenden Wasserzufuhr abhängig sind, können auf Kondensationsflächen, auf Flächen von Holzkonstruktionen erwartet werden, welche in Kontakt mit feuchtem Mauerwerk sind, an Orten mit geringer Luftzirkulation oder bei undichten Dächern, in welches Wasser eindringt. Häufig treten sie in engen Räumen auf, die ein Entstehen eines Mikroklimas ermöglichen, z. B. Fotografien in Glasrahmen oder auf einer Papierunterlage, Verpackungen, die keine Wasserdämpfe durchlassen, enge Ausstellungsvitrinen u. Ä. Wie bereits erwähnt, die Identifizierung ist schwierig und häufig mit der mechanischen Beschädigung des Gegenstandes, verursacht durch die Aktivitäten der Pilze, verbunden. Bei Schimmelarten besteht die Möglichkeit, zur Detektion ultraviolettes Licht für die Lumineszenz von Glykol und anderer Metaboliten in UV-Bereich einzusetzen (Abb. 1). Die Beobachtung unter UV-Licht wird durch den Hintergrund des beobachteten Materials deutlich beeinflusst. Die am besten geeignete Kontrastfarbe ist Weiß, d. h. die Beobachtung der befallenen Papierträger, Tapeten und Textilien, an denen die Myzelien farblich mit Substrat des Gegenstandes verschwimmen. Für die Beobachtung eignen sich UV-Lampen mit einer Wellenlänge von 360 nm. Germizidlampen mit einer Wellenlänge von 200-280 nm sind nicht geeignet. Die Methode ermöglicht es jedoch nicht, die Schimmel48

sporen zu beobachten. Eine zuverlässige Methode ist die Kultivierung unter Laborbedingungen mittels Abstriche. Nach der Kultivierung wird mittels morphologischer Eigenschaften, wie die Farbe des Myzels, Gestalt, Geschwindigkeit des Wachstums, Dicke der Fäden und Verästelungen, die Pilzart identifiziert. Es ist ebenso möglich, indirekte Methoden einzusetzen. Diese beruhen auf der analytischen Bestimmung eines bestimmten Metaboliten. Eingesetzt wird hierbei die Kapillarelektrophorese, verschiedene Chromatografien, insbesondere Gas- oder Flüssigkeitschromatografie. Moderne Methoden ermöglichen eine Identifizierung auf Grundlage der DNA-Analyse in besonderen Fällen mit einer genauen Zuordnung der Art.

Abbildung 1: Kopfpolsterbezug, mit Schimmel befallen, unter UV-Licht, Foto Jana Fricová. 2.1.2 Möglichkeiten der Desinfektion Auf Grundlage der Bedingungen, die für das Leben der Pilze typisch sind, können wir ein effektives Absinken deren Vorkommens bei der Durchführung von Kontrollen der relativen Feuchte im zu desinfizierenden Raum erwarten. Allgemein muss Holz mindestens 20 % Wasser beinhalten, um eine Verbreitung von Pilzen zu ermöglichen. Optimale Bedingungen für die Entfaltung von Pilzen entstehen bei einer Feuchte von 30–35 % des Holzes. Die optimale Temperatur für das Wachstum der meisten Pilze liegt bei 20–25 °C. Die optimale Temperatur für die Entfaltung von Schimmel liegt bei 24–29 °C, bei einer Temperatur über 55 °C sterben sie ab, beim Absinken unter 4 °C stellen sie das Wachstum ein. Bei Absinken der Holzfeuchte unter 20 % sterben die Schimmelarten ab. Hier bietet sich die Möglichkeit der Bekämpfung mittels Temperaturregelung, eine Beeisung oder im Gegenteil, der Beheizung des zu desinfizierenden Bereiches. Beide Varianten, Bekämpfung mittels Temperatur und relativer Luftfeuchte sind gegen vegetative Pilzformen wenig wirkungsvoll. Denn, bei der Wiederherstellung der normalen Bedingungen wachsen sie wieder. Eine 49

weitere physikalische Methode ist die Verwendung von Mikrowellenstrahlen, welche zur Desinfektion von Holzkonstruktionen, Möbeln, Mauerwerk u. Ä. eingesetzt wird. Deren Vorteil ist die hohe Wirksamkeit, die bis tief in den zu desinfizierenden Gegenstand dringt. Der Nachteil beruht im zeitlichen und kostenintensiven Aufwand der Desinfektion. Risikoreich ist die Behandlung der Kombination Metall-Holz. Die Metalle werden durch die Mikrowellen stark erhitzt und es kann eine Beschädigung des zu desinfizierenden Gegenstandes, welcher Metalle-Polychromie beinhaltet, eintreten. Die Verwendung chemischer Mittel können wir in zwei Ebenen unterteilen, und zwar in die präventive – und die Desinfektions-Ebene. Der präventive Einsatz chemischer Mittel beruht insbesondere im Imprägnieren des Gegenstandes mit einem Wirkstoff. Gegenwärtig werden am häufigsten Fungizide auf der Basis von quartären Ammoniumsalzen (Alkylbenzyldimethylamoniumchlorid), auf Basis von Borverbindungen und Borsäure eingesetzt. Klassische Wirkstoffe, welche auf den fungiziden Eigenschaften von Kupfer- und Chromsalzen beruhen, sind bislang aufgrund ihres Wirkungsspektrums und Einfachheit unerreicht. Zu den Stoffen, die hoch fungizid sind, gehören weiter Sulfonamide, Thiazole, Triazole und Karbonate. Beim Einsatz von Fungiziden ist die Applikationsform wichtig. Die Fungizide wirken nur auf dem Kontaktprinzip, deshalb ist es wichtig, dieses Kriterium zu berücksichtigen. Unter dem Aspekt des Einsatzes von Fungiziden können wir von gelösten und gasförmigen Fungiziden sprechen. Bei gasförmigen Fungiziden ist die Desinfektion häufig mit dem Einsatz von Geräten zur Begasung verbunden. Am häufigsten handelt es sich um Begasungscontainer in Bibliotheken und Archiven. Als Fungizid wird hier zumeist Ethylenoxid, oder das früher eingesetzte Formaldehyd verwendet. Die Begasung kann auch flächendeckend durchgeführt werden, und zwar mittels Rauchkerzen oder anders eingeführter Gasquellen in isolierte Gebäudeteile, Räume oder einzeln verpackter Gegenstände. Beim flächendeckenden Einsatz gefährlicher fungizider Stoffe, häufig mit einem sehr breiten Wirkungsspektrum, wie z. B. Cyanwasserstoff (HCN) oder Phosphan (PH3), muss die Anwesenheit anderer Materialien berücksichtigt werden. Risikoreich sind insbesondere Metalle, einschließlich Gold. Eine einfache labormäßige Form der Schimmelbekämpfung bietet die Desinfektion mit Butanoldämpfen. Bei der Begasung ist der Druckgradient von grundlegender Bedeutung, welcher das Eindringen der Wirkstoffe in das Material ermöglichen soll. Beim Einsatz flüssiger Fungizide gibt es Varianten ohne äußere Druckeinwirkung, die auf dem Anstreichen oder dem Aufspritzen des Fungizids auf die Oberfläche und der Imprägnierung des Gegenstandes beruhen. Die Methoden des Einsatzes unter Druck können auf einer Imprägnierung im Niederdruckverfahren beruhen, welche jedoch spezielle Geräte erfordert. Bei der Schimmelbekämpfung werden weiter Injektionsund Infusionsmethoden zum Einbringen des Fungizids unter Druck in das zu behandelnde Material eingesetzt. Fungizid wirken auch verschiedene Desinfektionsmittel, insbesondere auf Basis von Antioxidantien. Diese Mittel enthalten häufig Natriumhypochlorid (NaClO). Beim Einsatz der Mittel auf dieser Basis muss mit einem Zerfallsprodukt – Natriumchlorid gerechnet werden, das hochkorrosiv gegenüber den meisten Metallen ist. Der Einsatz dieser Fungizidart direkt auf befallenes Mauerwerk kann eine erhöhte Auflösungsneigung der Kalkbindemittel mit späterem Auftauchen von Schäden wie Salzblumen hervorrufen. 2.1.3 Studie – Einfluss der Desinfektion mit Ethylenoxid auf den pH-Wert. Im Rahmen der Desinfektion von Papierträgern von schwarz-weiß Fotografien und Grafikdrucken mittels Ethylenoxid wurde der pH-Wert des Papieres vor und nach dem Desinfektionsprozess untersucht. Es wurde die Sterilisationseinheit SteriVac 5XL, Kammervolumen 136 l, Maße der Kammer 380 x 430 x 830, befüllt mit Steri-Gas 4-100, Hersteller Fa. 3 M New Ulm USA eingesetzt. Das zu sterilisierende Material wird der Einwirkung des gasförmigen Ethylenoxids unter einem Druck von 60 kPa, bei einer Temperatur von 37 °C, für die Dauer von 3 Stunden, ausgesetzt. Es folgt eine Belüftung des sterilisierten Materials für die Dauer von 9 Stunden direkt im Sterilisator bei einem Unterdruck von 10 kPa (das gasförmige Sterilisationsmittel wird mit Luft verdünnt und nachfolgend im Abator des Typs M50 verbrannt). Aus der Messung des pH-Wertes geht hervor, dass der Desinfektionseinsatz kein Absinken des Säuregehalts des Papiers bewirkt hat (im Gegenteil, die pH-Werte liegen bei allen Messungen höher als pH 4,9 – 5,1). Mittels visueller Begutachtung des Zustandes der Dokumente (insbesondere der Fotografien) nach dem Einsatz des Bekämpfungsmittels konnten keine sekundären Beschädigungen festgestellt werden. 50

Beispiel der pH-Messwerte auf zwei Archivalien a-b vor und nach der Behandlung Messstellen

1a

2a

3a

4b

5b

6b

pH-Wert vor der Behandlung

4,1

4,3

4,2

4,2

3,9

4,1

pH-Wert nach der Behandlung

4,9

5,0

5,1

5,1

4,8

4,9

Jede Messung stellt den gewogenen Durchschnitt aus drei Messungen dar. Die Messungen fanden an drei Stellen des Bogens des zu desinfizierenden Materials dar. Die Bestimmung der pH-Werte wurde mit dem Gerät Waterproof pH tester 10BNC mit der pH-Abtastelektrode Accumet 55500-14 durchgeführt. Die Zweipunktkalibrierung wurde auf den Phtalat-Puffer pH=4,00 und auf den Phosphatpuffer pH=7,00 bei 25˚C durchgeführt. Die Erhöhung des pH-Wertes der desinfizierten Papierträger nach der Behandlung mit Ethylenoxid bewirkt vermutlich die eigentliche Technologie des Desinfektionsprozesses. Diese geht mit der Notwendigkeit des Einsatzes von Wasser bei der Desinfektion mit Ethylenoxid einher. Dieser Prozess kann also den säurehaltigen Papierträgern Säure entziehen. 2.2. Problematik des Befalls und ausgewählte Insektenarten Insekten sind eine Klasse von Gliederfüßern, die durch sechs Extremitäten, der Fähigkeit zum Fliegen und der Gliederung des Leibes in die Abschnitte Kopf, Brust und Hinterleib charakteristisch sind. Der Gliederkörper mit seinem Exoskelett aus Chitin und Proteinen verfügt über ein Nerven-, Kreislauf-, Verdauungs-, Fortpflanzungs- und Atmungssystem. Sie pflanzen sich geschlechtlich fort, die Entwicklungsstadien sind Ei, Larve und erwachsenes Tier. In der Tschechischen Republik gibt es ca. 30.000 Insektenarten. In den Zusammenhang mit dem Befall von Gegenständen und Objekten des Kulturerbes werden jedoch nur wenige Arten gebracht. Die Variabilität der verwendeten Materialien ist unter diesem Aspekt ist so umfangreich, dass es nicht möglich ist, alle Arten zu benennen, welche deren Eigenschaften beeinflussen könnten. Die Problematik der Mannigfaltigkeit der potenziell gefährlichen Arten verändert sich weiter durch den Einfluss des Wetters oder der Tätigkeit des Menschen. Eine bedeutende Art sind die Holzschädlinge, welche das Holz durch das Anlegen von verzweigten Höhlengängen und der Ablagerung von Holzmehl beschädigen. In massiven Formen des Befalls durch Holzschädlinge verliert das Holz seine Festigkeit. Der Befall durch Holzschädlingskolonien geht häufig mit dem Befall durch Pilze einher. Unter örtlichen Bedingungen ist das häufigste Problem die Anwesenheit der Familien der Nagekäfer (Anobiidae), der Rotdeckenkäfer (Lyctidae) und der Bockkäfer (Cerambycidae). Ein Problem können auch bestimmte Ameisenarten darstellen. Ausgewählter Überblick von Insektenschädlingen und des Risikomaterials, welches für deren Befall charakteristisch ist Insektenart Trotzkopf und Gemeiner Nagekäfer Hausbock Kabinettkäfer Ameisen Schaben Kleidermotten Silberfischchen Bücherlaus Gemeiner Speckkäfer

Art des befallenen Materials Holz, Papier Holz Keratin, Haare, Leder, Wolle, Federn Holz Papier, Leder, Wolle, Haare, gelatinehaltige Materialien Textilien – insbesondere Wolle, Federn, Pelze Papier Aquarelle, Gelatine, Papier und Leder Keratin, Leder, Pergament, Pelze

51

2.2.1 Identifizierung und Lokalisierung des Befalls Anzeichen der Anwesenheit von Insekten ergeben sich entweder durch ihre Aktivitäten oder deren direkte Beobachtung. Zahlreiche Insektenarten, welche Materialien von Gegenständen kulturellen Charakters beschädigen, nutzen den befallenen Gegenstand als Schutz vor natürlichen Feinden und als Nahrungsquelle. Das direkte Aufspüren von Insekten ist deshalb nur im relativ kurzen Zeitintervall der Migration im Zusammenhang mit der Fortpflanzung möglich. Zu den beobachteten Anzeichen der Aktivitäten gehören häufig Fressspuren in typischer Größe für die aktiven Insekten. Sehr wichtig sind die Temperatur- und Luftfeuchtebedingungen der Umgebung. Die allgemein idealen Bedingungen für die Ausbreitung sind eine hohe relative Luftfeuchte, stabile Temperaturbedingungen, ein reiches Nahrungsangebot, geringe menschliche Aktivität. Beim Gemeinen Nagekäfer liegt das Optimum bei einer Temperatur von 22-23°C, Holzfeuchte von 15-20 % und relativer Luftfeuchte von 70-80 %. Er legt Gänge mit einem Durchmesser von 2,5-3 mm an. Die Ausflugszeit liegt im Zeitraum vom Mai bis Juni, ein Individuum legt ca. 30 Eier. Die Vermehrung des Nagekäfers ist wenig mit Migrationsaktivitäten verbunden, es wird das gleiche Holz bzw. Holz in der unmittelbaren Umgebung befallen. Deswegen können sich die vom Nagekäfer verursachten Beschädigungen über die Zeit hinweg multiplizieren. Die Entwicklung der Larven hängt vom Nährwert des Holzes und den Umgebungsbedingungen ab und dauert 1-3 Jahre. Beim Hausbock kann das Larvenstadium über Jahre hinaus andauern, im Allgemeinen 3-4 Jahre. Bei der Kleidermotte dauert das Larvenstadium im Allgemeinen 35 Tage. Zur Identifizierung der Anwesenheit von Insekten können wir verschiedene Arten von Fallen einsetzen. Die grundlegende Information, welche der Identifikation der Schädlinge dient, ist die Art des befallenen Materials. D. h. Identifizierung aufgrund der Nahrung, die zeigt, welche Fallenart eingesetzt werden soll. Die Fallen können wir aufgrund deren Prinzips untergliedern in Fressfallen, mechanische, Licht-, Duft- und Pheromonfallen. Das Grundprinzip der Fallen beruht auf dem Heranlocken der Insektenindividuen und die Verhinderung der Flucht oder die Tötung. Die Fallenart passt sich den Lebensbedingungen des zu bekämpfenden Insekts an, z. B. die Parameter Licht- und Geräuschempfindlichkeit, Bewegungsart, Möglichkeit des Aufspürens der Falle durch das Insekt, Kenntnisse des Verhaltens im Tageszyklus, Voraussehen von problematischen Stellen, welche den Einfall von Insekten ermöglichen. Sehr effektiv sind Lichtund Pheromonfallen, welche über eine große Distanz von der Quelle aus wirken. Das Einsammeln von toten Insekten aus den Fenstern, Ecken und schwer zugänglichen Stellen kann uns Informationen über die Einfallswege, die Identifizierung über das befallene Material bzw. über die Identifizierung der anwesenden Insekten geben. Bei der Feststellung der Anwesenheit von Insekten sollte die Quelle festgestellt werden. In der Praxis kann es sich um eine Einfallskontaminierung handeln, oder das Einschleppen der schädlichen Insekten aufgrund der Umlagerung der Gegenstände im Rahmen des Depots, der Ausstellungen oder denkmalgeschützter Gebäude. Eine effektive präventive Maßnahme ist die Verwendung von Transitboxen bei der Umlagerung der Gegenstände. Hier kann der potenziell befallene Gegenstand in Isolation ohne Risiko der Ausweitung des biologischen Befalls beobachtet werden. 2.2.2 Möglichkeiten der Desinfektion des Insektenbefalls Die Vernichtung schädlicher Insektenarten können wir mittels physikalischer oder chemischer Methoden des Einsatzes von Insektiziden erreichen. Die physikalischen Formen setzen die Kontrolle der Temperatur- und Feuchte ein oder es handelt sich um das Einwirken einer entsprechenden elektromagnetischen Strahlung. Der Einsatz unter der Nutzung der Temperaturkontrolle richtet sich bei der Vernichtung der Insekten insbesondere in den Bereich der Temperaturerhöhung über jene Grenze hinaus, welche die Liquidierung der Entwicklungsstadien der Insekten ermöglicht. So liegen z. B. die Werte für das Absterben der Nagekäferlarven im Bereich von 39-41°C. Erschwert wird die Thermodesinfektion durch die Bedingung, den kritischen Temperaturwert im Gesamtvolumen des zu desinfizierenden Materials zu erreichen. Die Umgebungstemperatur für das Erreichen einer Temperatur von 50°C für die Desinfektion von Konstruktionselementen aus Holz kann 80-90°C betragen. Ein wichtiger Faktor für die Thermodesinfektion sind ebenfalls die Möglichkeiten der technischen Durchführung. Bei der Thermodesinfektion muss heiße Luft durch Warmlufleitungen gedrückt werden. Dies kann kleinere bauliche Maßnahmen erfordern, z. B. die 52

Entfernung eines Teiles des Daches. Während der Desinfektion ist eine Kontrolle der relativen Luftfeuchte der Umgebung und des zu desinfizierenden Materials wegen der Möglichkeit der Austrocknung und Aufplatzen, insbesondere von Holz, erforderlich. Die Desinfektion mittels Kälte kann z. B. bei Textilien eingesetzt werden, welche von Kleidermotten oder Schädlingen befallen sind, die auf Kälte empfindlich reagieren. Im Allgemeinen ist jedoch der Einsatz von Niedrigtemperaturen weniger effektiv als der Einsatz von Hochtemperaturen. Der Grund hierfür liegt vermutlich in der verschiedenartigen Interaktion mit den Lebensfunktionen der Insekten. Bei niedrigeren Temperaturen, die in der Natur geläufig sind, besteht die Möglichkeit einer höheren Anpassungsfähigkeit. Manche Insektenarten, insbesondere die bei uns vorkommenden, benötigen sogar kurzzeitige Temperaturen unter dem Gefrierpunkt für die Überwinterung. Beim Einsatz höherer Temperaturen, als diese normal sind, handelt es sich um eine Denaturierung von Proteinen oder der Umwandlung anderer lebenswichtiger Stoffe, an die sich die Insekten nur schwer anpassen können. Bei Einsatz von Formen der elektromagnetischen Strahlung handelt es sich insbesondere um die Desinfektion mittels Gamma- und Mikrowellenstrahlen. Diese Methoden sind wegen ihrer hohen Effektivität und dem breiten Wirkungsspektrum bekannt. Die hohe Wirksamkeit dieser Methoden beruht auf der hohen Durchdringungsfähigkeit insbesondere der Gammastrahlen. Die Durchdringungsfähigkeit sinkt mit der wachsenden Dichte des zu behandelnden Materials. Bei der Desinfektion mittels Gammastrahlen handelt es sich um eine Methode, welche eine Strahlenkammer benötigt. Verwendet wird ein Feststrahler, z. B. mit einem Co-Isotop. Diese Strahlenart ist zwar energiereich, sie hat jedoch einen zu vernachlässigenden Einfluss auf die chemisch-physikalischen Eigenschaften der Materialien. Ein Nachteil dieser Methode beruht in der geringen Verfügbarkeit der Strahlenkammern und der eingeschränkten Abmessungen des zu desinfizierenden Gegenstandes. Für die Desinfektion von Papier und einiger Glasarten wird die Bestrahlung nicht empfohlen. Die Desinfektion an sich ist zeitlich nicht anspruchsvoll und die Behandlungskosten liegen ca. bei einigen Hundert Tschechischer Kronen pro Kubikmeter des bestrahlten Materials. Eine im Ausland beliebte Desinfektionsmethode der inerten Atmosphäre reiht sich aufgrund ihres Prinzips unter die physikalischen Methoden der Insektenvernichtung. Das zu behandelnde Material wird unter der Ausbildung einer inerten Atmosphäre mit geringer Luftfeuchte und niedrigem Sauerstoffgehalt gasdicht verschlossen. Die Insekten sterben aufgrund Dehydratation und der Beschleunigung des Metabolismus aufgrund Sauerstoffmangels ab. Inerte Atmosphären bestehen aus Stickstoff-Argon Verbindungen oder der Kombination Stickstoff-Kohlendioxid. Kombinationsmöglichkeiten gibt es viele. Diese Methode ist zeitlich und finanziell sehr anspruchsvoll. Die Desinfektionsdauer bewegt sich in einem Intervall von einigen Wochen. Die Technologie zur Erhaltung der für den effektiven Desinfektionsverlauf geeigneten Bedingungen ist kompliziert. Der Vorteil jedoch beruht auf der minimalen Kontaminierung oder chemischen Einwirkens auf den zu desinfizierenden Raum. Der für physikalische Desinfektionsmethoden gemeinsame Nachteil beruht in der Notwendigkeit, das zu bestrahlende Material präventiv zu behandeln. Die Anwendung ist daher zwingend mit der Notwendigkeit, präventiv Insektizid einzusetzen, verbunden. Die chemischen Mittel der Insektenvernichtung, Insektizide, können aufgrund einiger Faktoren untergliedert werden, und zwar gemäß der Strategie des Eindringens in den Organismus, der physiologischen Wirkung, des chemischen Ursprungs und der Art des Insektizides. Gemäß der Anwendungsmethode kann es sich um eine präventive oder desinfektions-präventive Anwendung handeln. Gemäß der Art des Eindringens in den Organismus unterscheiden wir: • Kontakt............................ Eindringen über die gesamte Körperoberfläche (Begasung, Aufsprühen) • Nahrung........................... Eindringen über das Verdauungssystem (Fallen, präventiver Einsatz) • Atmung............................ Eindringen durch das Atmungssystem (Begasung)

53

Gemäß der Art der physiologischen Wirkungsweise auf den Organismus der abzutötenden Insekten untergliedern wir Insektizide: • respirative........................ blockieren das Atemsystem • protoplasmatische............ bewirken den Zerfall lebender Zellen • Nervengifte...................... blockieren das zentrale Nervensystem • hormonelle....................... beeinflussen die Entwicklung, Fortpflanzung, Wachstum und Verhalten der Insekten. Im Bereich der anorganischen Salze werden im Inland für den Holzschutz weiterhin Borsalze verwendet. Es sind protoplasmatische Insektizide, welche über die Nahrung aufgenommen werden und ausschließlich für den präventiven Schutz geeignet sind. Organische Verbindungen, die als Insektizide eingesetzt werden können, gibt es viele. Im Trend liegt die Verwendung von Pyrethroiden. Der Einsatz hormoneller Insektizide wird gegenwärtig beschränkt. Zu den häufigsten eingesetzten Pyrethroiden gehören: Permethrin, Cypermethrin, Deltamethrin, Cyfluthrin. Synthetische Pyrethroide sind strukturell analog zu natürlichen Pyrethroiden, die aus Extrakten der in Plantagen gezüchteten Chrysantheme Chrysanthenumcinerariaefolium gewonnen werden. Pyrethroide sind Kontakt- und Nervengifte, welche sowohl präventiv als auch zum Desinfektionsschutz eingesetzt werden. Für den Holzschutz werden empfohlen: • Permethrin................ Wirkungsgrenze 10 g/m3 • Cypermethrin............ Wirkungsgrenze 2 g/m3 • Deltamethrin............. Wirkungsgrenze 0,2 g/m3 • Cyfluthrin................. Wirkungsgrenze 0,5 g/m3 Der Vorzug der Pyrethroide beruht auf deren breitem Wirkungsspektrum gegenüber Insekten, geringe Toxizität für Warmblüter und eine erhebliche Stabilität nach dem Aufbringen, die jedoch zeitlich begrenzt ist. Allgemein gilt, dass der Schutz mit Pyrethtroiden regelmäßig in fünf- bis zehnjährigen Zyklen erneuert wird. Hormonelle Insektizide sind Stoffe, welche gezielt bestimmte Wachstumsstadien der Insekten stören. Die Entwicklung der Insekten wird mittels Hormonen vom Ei bis zum Imago synchronisiert, wobei das Wachstum und der Wechsel der Stadien der Insekten vor Allem durch zwei Typen spezifischer Hormone kontrolliert wird: a) „Häutungshormon“ –kontrolliert und ermöglicht bei Larven in der Wachstumsphase einen mehrfachen Wechsel der Cuticula (chitinisiert) und das Nachwachsen einer jeweils neuen – bis zur Puppe. b) „Juvenilhormone“ –kontrollieren und steuern das Schlüpfen der Eier, die Umwandlung von der Larve zur Puppe und das Schlüpfen der Insekten. 2.2.3 Studie – Eignung des Einsatzes von Rauchkerzen zur Desinfizierung von Gegenständen des Kulturerbes Rauchkerzen nutzen exotherme Reaktionen zur Erreichung der gewünschten Temperatur zur Verteilung eines Wirkstoffes in einem Raum. Auf dem Markt sind verschiedene Arten von Rauchkerzen mit verschiedenen Möglichkeiten der Ausbreitung des Wirkstoffes. Aufmerksamkeit erfordern Rauchkerzen, welche als Oxidationsmittel Chlorate beinhalten. Diese starken Oxidationsmittel dienen als Quelle der exothermen Reaktion während des Abbrennens der Rauchkerze. Ein häufig eingesetzter Wirkstoff, der beim Abbrennen mittels Sublimierung in den zu desinfizierenden Raum freigesetzt wird, ist das Breitspektrum-Insektizid Permethrin (3-(2,2-Dichlorethenyl)- 2,2-dimethylcyclopropancarboxylsäure- (3-phenoxyphenyl)methylester oder dessen Derivate. Dieser Wirkstoff weist eine geringe Reaktivität insbesondere bei Metallen auf, im Unterschied zu den Zerfallsprodukten der Chloride. Die Verbrennungsprodukte des Chlorats sind hauptsächlich Chloride. Das theoretische Prinzip des Verlaufs des Einsatzes von Rauchkerzen (Bedienungsanleitung) berücksichtigt das Entstehen fester Verbrennungsprodukte insbesondere Chloride, die im Gehäuse der Rauchkerze verbleiben sollen. Freigesetzt sollte theoretisch als Sublimat nur der Wirkstoff (Permethrin) 54

werden. Der Einsatz in der Praxis zeigt jedoch, dass bei der Verwendung von Rauchkerzen ein Niederschlag entsteht, welcher den Desinfektionsraum und die darin befindlichen Gegenstände bedeckt. Die Studie beschreibt Experimente, welche auf die Analyse des Rauchkerzen-Niederschlages und seine potenzielle Korrosivität, insbesondere gegenüber Metallen, abzielen. In der ersten Phase bestand die Aufgabe darin, eine Methode für die Detektion und Bewertungsmöglichkeiten der Eignung zur Desinfektion des Kulturerbes festzulegen. Für die Analyse wurden die Scanning-Elektronenmikroskopie und die potenziometrische Messung der Chloride gegen eine selektive Ionenelektrode angewendet. Bei der Eingangsstudie von Rauchkerzen, welche in Museumsdepots eingesetzt werden, wurde das Vorhandensein von Chloriden im Niederschlag bei den Rauchkerzen des Typs „Ultimate“ nachgewiesen. Es kann angenommen werden, dass alle Rauchkerzen, welche Chlorate als Quelle der exothermen Reaktion verwenden (z. B. Rauchkerze Coopex), einen ähnlichen korrosiven Niederschlag haben. Mit der gleichen Methode wurde die Rauchkerze „Dobol“ getestet, welche zusätzlich fungizide Eigenschaften besitzt und als Wärmequelle für die Ausbreitung des Wirkstoffes die exotherme Reaktion von Kalziumoxid mit Wasser nutzt. Bei deren Einsatz wurde kein Niederschlag gefunden und erwartungsgemäß wurde auch keine Anwesenheit von Chloriden auf der Oberfläche des behandelten Glasstückes nachgewiesen. Im Rahmen der Tests zur Detektion der Schädlichkeit des Rauchkerzen-Niederschlages wurden Möglichkeiten der elektrochemischen Detektion von Chloriden im Rahmen des Tests im Belüftungssystem in den Depots der Mährischen Galerie in Brünn getestet. Eingesetzt wurde die Rauchkerze „Miniax“ und es wurde potenziometrisch, mithilfe einer ISE-Elektrode mit einer Kalibrierungskurve, die Anwesenheit von Chloriden nachgewiesen. Gleichfalls wurde eine einfache Möglichkeit des Tests der Eignung von Rauchkerzen gemäß des Oddy-Tests auf den Coupons Fe, Al, Cu, Pb, Ag (Abb. 3) gestestet, wobei sich eine erhöhte Korrosionsbelastung insbesondere bei Eisen und Kupfer zeigte. Diese einfache Methode könnte orientierungsweise in jedem Museum eingesetzt werden. Rauchkerze „Ultimate“ Ein Muster des Niederschlages wurde im gesamten Verlauf der Begasung aufgetragen und es wurde waagerecht zum Fußboden im Raum einige Meter von der Niederschlagsquelle aufgestellt. Das Muster stammt aus der Begasung des Depots des Riesengebirgsmuseums (Krkonošské muzeum) in Vrchlabí. Die aufgestellte Glasplatte wurde mit Hilfe von SEM-EDS analysiert.

Bild. 2: Abbildung des aufliegenden Staubs der Rauchkerze „Ultimate“ auf der Glasunterlage.

55

In der Vergrößerung sind zwei Arten von Staubteilchen sichtbar, die dunklen Teilchen sind vermutlich der normale Staub. Die kleinen hellen Teilchen mit der ungefähren Größe von 10 μm sind stark chlorhaltig. Es handelt sich um Verbrennungsprodukte der Chlorate aus der eingesetzten Rauchkerze. Element CK Na K Mg K Si K Cl K Ca K O Totals

App Conc. 33.38 43.94 2.21 29.87 25.1 3.20

Intensity Corrn. 0.4501 1.0413 0.8033 0.9380 0.8093 0.9587

Weight% 16.97 9.66 0.63 7.29 7.10 0.76 57.59 100.00

Weight% Sigma 0.69 0.21 0.06 0.16 0.17 0.06 0.73

Atomic% 23.80 7.07 0.44 4.37 3.37 0.32 60.63

Compd% 62.18 13.02 1.05 15.59 0.00 1.07

Formula CO2 Na2O MgO SiO2 CaO

Cation sum

Number ofions 2.97 0.88 0.05 0.55 0.42 0.04 7.58 4.50

Tabelle 1: Zusammensetzung des Staubteilchens bei der Begasung mit der Rauchkerze „Ultimate“.

Abbildung 3: Im Vordergrund: Coupons für die Bestimmung der Korrosionsaggressivität des Rauchkerzen-Niederschlages. Im Hintergrund: Glasplatte für die Analyse des aufliegenden Niederschlags mit Hilfe von SEM, Foto Igor Fogaš.

56

Abbildung 4: Beispiel der Zündung zweier Rauchkerzen „Miniax KS, Foto Igor Fogaš. Danksagung: Auf diesem Weg möchte ich mich gern für die Zusammenarbeit bei der Bearbeitung der Problematik von Rauchkerzen beim Akad. Maler Igor Fogaš, den Mitarbeitern des Riesengebirgsmuseums (Krkonošské muzeum) in Vrchlabí, für Konsultationen zur Thermodesinfizierung und der Problematik von Holz schädigenden Insekten bei Frau Ing. Andrea Nasswettrová und für die praktische Unterstützung bei meinen Co-Autoren und Kollegen bedanken.

3. Literatur: Kopecká I. a kolektiv: Preventivní péče o historické objekty a sbírky v nich uložené, Státní ústav památkové péče, Praha 2002. Thomson G.: The Museum Environment – Second Edition, Butterworth – Heinemann, Oxford 1986. Ďurovič, M.: Restaurování a konzervování archiválií a knih. Tech. ilustrace Miroslav Kloss, Praha 2002. 4/ Bartl, B., Paulusová, H., Straka, R.: Ochrana archivních fondů a sbírek. In: Aby na nic a na nikoho nebylo zapomenuto. K jubileu Ústředního archivu českého státu 1954-2004. Praha 2004, S. 219–316. Součková, M.: Co vypovídá pergamen. Ikaros 2004. Jhg. 15, Nr. 1 [Zit. 2006-12-20], S. 30–33. Riefler, R., Krohn, J., Start, B., Socotch, C.: Role of sulfur-reducing bakteria in a wetland system treating acid mine drainage. – Science of the Total Environment, 394, S. 222–229. Šefců,O., Vinař J., Pacáková, M.: Metodika Ochrany dřeva. Národní památkový ústav, Praha 2000, Bd. 21, S. 15–75. Kučerová, I. a kolektiv autorů: Koroze a degradace polymerních materiálů, Studijní materiály VŠCHT, Teil 3, S. 19–98.

57

PREVENTIVNÍ KONZERVACE: MODERNÍ POSTUPY A TECHNOLOGIE PRÄVENTIVE KONSERVIERUNG: MODERNE VERFAHREN UND TECHNOLOGIEN

Metodická příručka byla vydána Jihomoravským krajem a Technickým muzeem v Brně v rámci projektu „Porta culturae“, Operační program Evropská územní spolupráce Rakousko – Česká republika 2007–2013, spolufinancovaného z Evropského fondu pro regionální rozvoj. Diese metodischen Leitfaden wurde vom Kreis Südmähren und Technischen Museum in Brünn herausgegeben, im Rahmen des Projektes „Porta culturae“, Operationelles Programm Europäische territoriale Zusammnearbeit Österreich – Tschechische Republik 2007–2013, mitfinanziert aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung.

Vydavatelé / Herausgeber: Jihomoravský kraj / Kreis Südmähren Technické muzeum v Brně / Technisches Museum in Brno Text: Alena Selucká, Hana Grossmannová, Michal Mazík Obrazové přílohy pocházejí z archivů autorů, pokud není uvedeno jinak. Die Bildbeilagen stammen, fals nicht anders vermerkt, aus den Archiven der Autoren. Sazba a tisk / Layout und Druck: GRAFEX-AGENCY s.r.o.

Brno 2014