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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Extraktion von ölhaltigen Festigungsmitteln aus Holzobjekten, insbesondere aus Holzplastiken und anderen Kunstgegenständen aus Holz, und eignet sich insbesondere zur Verwendung in der Restaurierung und Konservierung von Kunstgütern.
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Insbesondere in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurden vor allem auf dem Gebiet der heutigen Bundesländer Sachsen und Brandenburg, ölhaltige Mittel zum Zwecke der Holzfestigung und Holzkonservierung in Kultur- und Kunstobjekte eingebracht. Grundlage für diese Behandlung war ein von dem im sächsischen Landesamt für Denkmalpflege tätigen Restaurator Puckelwarz entwickeltes Verfahren, bei welchem die Kunstgegenstände in dem ölhaltigen Mittel, dessen Hauptbestandteil nach bisherigem Wissenstand Leinöl war, getränkt oder mit diesem eingestrichen wurden.
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Mangels Kenntnisse über die chemischen Prozesse beim Aushärten von pflanzlichen Ölen wie Leinöl, gingen die Fachleute damals davon aus, dass es im Inneren der Objekte zu einer Aushärtung, also einer Auspolymerisierung, des Öls kommen würde. Dies blieb jedoch aus. Stattdessen zersetzen sich über viele Jahre hinweg die im Inneren des Holzes eingeschlossenen langkettigen Öle in kurzkettige Ölsäuren, welche auf Grund ihres chemischen Charakters als schwache organische Säure langsam die Holzcellulose zersetzen und somit die Kulturgüter irrreversibel schädigen bzw. langsam von innen heraus zerstören. Gleichzeitig werden auch die Oberfläche der Objekte stark ästhetisch verunstaltet und die Farbfassungen geschädigt.
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Es besteht daher ein Bedarf an Verfahren, mit welchen die ölhaltigen Festigungsmittel schonend aus den Kulturgütern entfernt werden können, um den beschriebenen Prozess zu stoppen oder wenigstens zu verlangsamen, jedoch ohne dass die Kulturgüter dabei beschädigt werden.
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Allen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist gemein, dass dabei eine weitere Schädigung der Farbfassung der Objekte erfolgt. Bei direkter Anwendung von Lösungsmitteln mittels Kompressen und Lösungsmittelbädern wird nämlich die Fassung durch die mechanische Beanspruchung abgelöst.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit deren Hilfe die enthaltenen ölhaltigen Festigungsmittel schonend aus den Holzobjekten entfernt werden können.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Extraktion von ölhaltigen Festigungsmitteln aus Holzobjekten, wobei ein organisches Lösungsmittel in die Gasphase überführt und mit dem Holzobjekt kontaktiert wird, so dass das in dem Holzobjekt enthaltene ölhaltige Festigungsmittel durch das organische Lösungsmittel gelöst und extrahiert wird.
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Ölhaltige Festigungsmittel umfassen als Hauptbestandteil ein oder mehrere trocknende Pflanzenöle.
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Pflanzenöle sind von Pflanzen produzierte und meist in den Samen gespeicherte Gemische aus unterschiedlichen Fettsäureestern des Glycerols (Acylglycerole) sowie in geringeren Mengen auch aus Begleitstoffen wie beispielsweise freie Fettsäuren, Phospholipide, Farbstoffe, Sterole, ätherische Öle und Vitamine.
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Trocknende Pflanzenöle enthalten einen hohen Gehalt an einfach und mehrfach ungesättigten Fettsäuren (z. B. Ölsäure, Linolsäure, Linolensäuren). Die Trocknung ist ein oxidativer Polymerisationsprozess, bei dem sich an die Doppelbindung der ungesättigten Säuren Luftsauerstoff anlagert. Dabei werden Peroxide und andere Oxygenierungsprodukte gebildet, welche sich radikalisch vernetzen und verharzen. Aufgrund dieser chemischen Eigenschaften werden trocknende Pflanzenöle daher seit langem in der Malerei als Bindemittel eingesetzt.
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Trocknende Pflanzenöle, die als Basis für ölhaltige Festigungsmittel eingesetzt werden können, sind insbesondere Leinöl, Mohnöl, Walnussöl, Holzöl, Perillaöl, Oiticicaöl, Safloröl und Fischöle. In der Vergangenheit kam in ölhaltigen Festigungsmitteln vor allem Leinöl zum Einsatz.
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Unter „ölhaltigem Festigungsmittel” im erfindungsgemäßen Sinne werden jedoch nicht nur die Festigungsmittel selbst, sondern auch deren Zersetzungsprodukte; also vorwiegend kurzkettige Öle, Ölsäuren und Fettsäuren, aber auch andere Verbindungen, verstanden.
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Aus Sicherheitsgründen wird das organische Lösungsmittel vorzugsweise durch das Anlegen von Unterdruck in die Gasphase überführt. Unter dem Begriff „Unterdruck” im Sinne der Erfindung wird ein Druck verstanden, der unter dem Normaldruck von 1013,25 hPa liegt. Da der Siedepunkt einer Substanz mit abnehmendem Druck sinkt, kann man Flüssigkeiten unter vermindertem Druck bei tieferen Temperaturen zum Sieden bringen. Senkt man den Druck weit genug ab, ist es daher möglich, den Siedepunkt einer Flüssigkeit auf oder unter den Wert der Umgebungstemperatur zu senken. Durch das Absenken des Drucks auf einen geeigneten Druck wird vorteilhaft die Überführung des organischen Lösungsmittels in die Gasphase und damit die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Raumtemperatur ermöglicht.
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Das Lösungsmittel dringt in der Gasform anschließend in die Poren des Holzobjektes ein und löst die dort befindlichen ölhaltigen Festigungsmittel bzw. deren Zersetzungsprodukte. Somit kommt es nicht zu einem flüssigen Umspülen der Holzobjekte, sondern die Lösemitteldampfphase wirkt „berührungsfrei” auf das Objekt und beginnt die Verölungen zu lösen. Dieser Prozess erfolgt also ohne mechanische Belastung der Holzobjekte.
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Nach dem Löseprozess tropft das entstandene Gemisch aus organischem Lösungsmittel und ölhaltigem Festigungsmittel von dem Holzobjekt ab und kann aufgefangen und fachgerecht entsorgt werden. Vorteilhaft wird eine gegebenenfalls vorhandene Farbfassung des Holzobjekts nicht oder nur leicht beeinträchtigt.
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Bevorzugt wird das organische Lösungsmittel vor der Überführung in die Gasphase in ein feines Aerosol überführt. Dadurch wird vorteilhaft einerseits verhindert, dass die zu behandelnden Holzobjekte mit größeren Flüssigvolumina des organischen Lösungsmittels in Berührung kommen, andererseits wird erreicht, dass durch die Vergrößerung der Oberfläche des organischen Lösungsmittels dieses rasch in die Gasphase übertreten kann.
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Die Erzeugung des Aerosols erfolgt bevorzugt mechanisch. Um das organische Lösungsmittel besonders fein zu zerstäuben, wird es bevorzugt unter Überdruck durch eine geeignete Düse geführt. Für die Erzeugung von Aerosolen geeignete Düsen sind dem Fachmann bekannt. Dabei wird vorzugsweise ein Überdruck angelegt.
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Vorzugsweise wird als organisches Lösungsmittel in dem erfindungsgemäßen Verfahren ein ringförmiger Ether, bevorzugt Tetrahydrofuran (I) oder 1,3-Dioxolan (II) (Formalglykol, Glycolmethylenether), besonders bevorzugt 1,3-Dioxolan, eingesetzt.
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Vorzugsweise wird während des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Unterdruck von 500–900 hPa, bevorzugt von 650 bis 850 hPa, besonders bevorzugt von 750 bis 820 hPa angelegt.
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Die Menge des eingesetzten Lösungsmittels ist abhängig von dem Volumen, in welchem das Holzobjekt mit dem organischen Lösungsmittel in der Gasphase kontaktiert wird. Bevorzugt werden 0,1 bis 1 l Lösungsmittel, bevorzugt 0,2 bis 0,5 l Lösungsmittel, pro 1 m3 eingesetzt. Bevorzugt wird das Lösungsmittel während der Durchführung des Verfahrens mehrmals ausgetauscht und/oder erneuert.
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Der Einsatz von Dämpfen von organischen Lösungsmitteln ist immer mit einem gewissen Risiko verbunden. Um das Risiko der Bildung eines explosiven Gemischs aus dem gasförmigen Lösungsmittels und Luftsauerstoff zu minimieren, wird das das Holzobjekt umgebende Gas vor der Kontaktierung mit dem organischen Lösungsmittel durch ein Inertgas, bevorzugt Stickstoff oder Argon, ausgetauscht.
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Die Dauer der Kontaktierung des gasförmigen organischen Lösungsmittels mit dem Holzobjekt hängt von der Größe des Holzobjekts und von der Menge des enthaltenen ölhaltigen Festigungsmittels ab und kann von einigen Tagen oder Wochen hin bis zu mehreren Monaten betragen.
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Vorzugsweise wird das Verfahren nicht nur einmal durchgeführt, sondern zyklisch mehrmals wiederholt, um eine möglichst weitgehende Extraktion des ölhaltigen Festigungsmittels aus dem Holzobjekt zu gewährleisten. Dazu wird im Anschluss an das Verfahren erneut Unterdruck angelegt, um den leichten Druckanstieg, der durch das Eindosieren des organischen Lösungsmittels und ggf. auch durch mangelnde Abdichtung des Reaktionsraums bedingt ist, wieder auszugleichen, und ein weiteres Volumen des organischen Lösungsmittels in die Gasphase überführt und mit dem Holzobjekt kontaktiert.
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Bestandteil der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Extraktion von ölhaltigen Festigungsmitteln aus Holzobjekten. Diese umfasst die folgenden Vorrichtungselemente:
- a) eine luftdicht verschließbare Kammer
- b) eine Pumpe zum Anlegen eines Unterdrucks,
- c) einen Vorratsbehälter für das organische Lösungsmittel
- d) einer Düse und
- e) mindestens einen Inertgasbehälter.
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Die Kammer ist über eine Verbindungsleitung mit der Pumpe derart verbunden, dass das in der Kammer vorhandene Gas abgepumpt und auf diese Weise in der Kammer ein Unterdruck erzeugt werden kann.
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Der Vorratsbehälter für das organische Lösungsmittel ist mit der Kammer über eine Verbindungsleitung verbunden. Diese Verbindungsleitung ist manuell oder über einen Regelalgorithmus mittels einer Verstelleinheit absperrbar, so dass eine regelbare Dosierung des organischen Lösungsmittels in die Kammer ermöglicht wird. Zweckmäßigerweise wird dies über ein ansteuerbares Ventil oder einen ansteuerbaren Absperrhahn erreicht.
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Dort, wo die Verbindungsleitung zu dem Vorratsbehälter für das organische Lösungsmittel in die Kammer eintritt, ist eine Düse angebracht, so dass das in die Kammer gelangende organische Lösungsmittel in ein Aerosol zerstäubt wird. Dadurch wird ein rasches Überführen des organischen Lösungsmittels in die Gasphase gewährleistet.
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Ist der Vorratsbehälter für das organische Lösungsmittel über der Kammer angeordnet, kann die Schwerkraft ggf. ausreichen, um das organische Lösungsmittel über die Verbindungsleitung und die Düse in die Kammer zu dosieren. Ist der Vorratsbehälter für das organische Lösungsmittel jedoch nicht über der Kammer angeordnet, oder genügt der durch die Schwerkraft entstehende Druck nicht, um das organische Lösungsmittel in die Kammer zu dosieren, dann wird der Vorratsbehälter für das organische Lösungsmittel über eine weitere absperrbare Verbindungsleitung mit dem oder einem zweiten Inertgasbehälter (eine Inertgasgelle für Inertgas, z. B. Stickstoff oder Argon) verbunden, so dass über diesen ein Überdruck in dem Vorratsbehälter für das organische Lösungsmittel erzeugt werden kann. Durch den Überdruck wird das organische Lösungsmittel dann in die Kammer dosiert, sobald die absperrbare Verbindungsleitung zwischen dem Vorratsbehälter für das organische Lösungsmittel und der Kammer geöffnet wird.
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Die Kammer ist außerdem über eine absperrbare Verbindungsleitung mit einem Inertgasbehälter (eine Inertgasgelle für Inertgas, z. B Stickstoff oder Argon) verbunden, so dass die Kammer mit Inertgas durchspült werden kann.
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Die Kammer umfasst zweckmäßigerweise an ihrem tiefsten Punkt einen verschließbaren Flüssigkeitsauslauf, über welchen das Gemisch aus ölhaltigem Festigungsmittel und organischem Lösungsmittel, welches sich am Boden der Kammer sammelt, abgelassen werden kann. Dieser Flüssigkeitsauslauf wird bevorzugt mittels eines Kugelhahns verschlossen.
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Zweckmäßigerweise umfasst die Kammer zusätzliche Ventiltechnik, wie zum Beispiel ein Überdrucksicherheitsventil, sowie weitere verschließbare Ablassmöglichkeit für leichte Gase, die oben an der Kammer angebracht sind, und/oder für schwere Gase, die unten an der Kammer angebracht sind Ablassventile. Vorzugsweise sind diese über Kugelhähne verschließbar.
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Vorzugsweise umfasst die Kammer außerdem eine Aufnahmevorrichtung für das Holzobjekt, die das Abtropfen des Gemischs aus organischem Lösungsmittel und ölhaltigem Festigungsmittel erlaubt. Hierfür eignet sich ein Rost hervorragend, aber auch das Aufhängen der Holzobjekte an Ösen ist möglich, sodass die Objekte dadurch gut und gleichmäßig vom Lösungsmittelgas umgeben sind.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird folgendermaßen betrieben:
Das Holzobjekt, aus dem das ölhaltige Festigungsmittel extrahiert werden soll, wird in die Kammer gegeben und die Kammer verschlossen.
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Zunächst wird in der Kammer mittels der Pumpe ein Unterdruck erzeugt. Anschließend wird die absperrbare Verbindungsleitung zu dem Inertgasbehälter geöffnet, so dass so lange Inertgas in die Kammer strömt, bis wieder Atmosphärendruck erreicht wird. Dadurch wird vorteilhaft der Anteil an Luftsauerstoff in der Kammer verringert. Anschließend wird die absperrbare Verbindungsleitung zwischen dem Inertgasbehälter und der Kammer wieder geschlossen.
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Anschließend wird über die Pumpe in der Kammer wieder ein Unterdruck aufgebaut. Dieser Unterdruck ist so niedrig, dass der Siedepunkt des eingesetzten organischen Lösungsmittels gleich oder kleiner als die Umgebungstemperatur ist.
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Gegebenenfalls wird nun in dem Vorratsbehälter für das organische Lösungsmittel ein Überdruck erzeugt. Die absperrbare Verbindungsleitung zwischen dem Vorratsbehälter für das organische Lösungsmittel und der Kammer wird geöffnet, und das organische Lösungsmittel strömt über die Verbindungsleitung durch die Düse, die sich am Eintritt der Verbindungsleitung in die Kammer befindet, in die Kammer.
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Durch die Düse wird das organische Lösungsmittel in ein Aerosol überführt, wodurch die Oberfläche des organischen Lösungsmittels um ein vielfaches vergrößert wird. Dadurch kann das organische Lösungsmittel rasch in die Gasphase übergehen.
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Wurde eine ausreichende Menge des organischen Lösungsmittels in die Kammer dosiert, wird die absperrbare Verbindungsleitung wieder geschlossen.
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Das Holzobjekt ist nun von dem organischen Lösungsmittel in der Gasphase umgeben. Das organische Lösungsmittel dringt in die Poren des Holzes ein und löst dort das ölhaltige Festigungsmittel. Durch den vorhandenen Unterdruck, welcher sich auch im Holzkörper aufbaut, wird die Möglichkeit des Eindringens des Lösungsmittels in das Holzobjekt verbessert. Durch das Eindringen des Lösungsmittels entsteht ein fließfähiges Gemisch aus ölhaltigem Festigungsmittel und organischem Lösungsmittel. Dieses tropft von dem Holzobjekt ab und sammelt sich am Boden der Kammer.
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Wurde das ölhaltige Festigungsmittel aus dem Holzobjekt extrahiert, wird das gasförmige organische Lösungsmittel aus der Kammer abgelassen und durch das Einlassen von Inertgas Normaldruck wiederhergestellt. Das Gemisch aus ölhaltigem Festigungsmittel und organischem Lösungsmittel wird nun entfernt, indem es beispielsweise über den Flüssigkeitsauslauf am Boden der Kammer abgelassen wird. Die Kammer kann nun geöffnet und das Holzobjekt entnommen werden.
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Soll das Verfahren mehrmals zyklisch durchgeführt werden, wird die Kammer nicht geöffnet, sondern in der Kammer wird über die Pumpe erneut ein Unterdruck in der Kammer erzeugt, um den zwischenzeitlichen leichten Abfall des Unterdruckes, der durch das Eindosieren des organischen Lösungsmittels und ggf. auch durch mangelnde Abdichtung des Reaktionsraums bedingt ist, auszugleichen. Anschließend wird aus dem Vorratsbehälter mit dem Lösungsmittel frisches organisches Lösungsmittel in die Kammer dosiert, so dass dieses in die Gasphase übergeht.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels erläutert ohne auf diese beschränkt zu sein.
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Ausführungsbeispiel
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Aus einem Holzobjekt, einer gotischen Holzplastik aus dem 16. Jahrhundert, welche in der ersten Hälfte des zwanzigsten Jahrhunderts zur Konservierung und Festigung des Holzes mit einem Gemisch aus Leinöl behandelt worden war, wurde versucht, dieses Leinölgemisch wieder zu entfernen. Die vorhandenen Schäden durch den Eintrag des Festigungsmittels umfassten einerseits eine ölverklebte, verschmutzte Oberfläche, wobei sich unter den Farbfassungsbereichen Ölblasen gebildet hatten, die zwischen dem Fassungsträger Holz und der Farbfassung lagen und somit die Fassung „hochstehen” ließen, was einen Totalverlust der Farbfassung zur Folge haben kann. Weiterhin war das Holz als Bildplastik mit Öl vollgesaugt und dadurch deutlich schwerer als normal, und die Zellulose war bereits deutlich durch die Ölsäuren geschädigt bzw. abgebaut. Dadurch verliert das Holz seine natürliche Stabilität, weil die Zellulosestruktur das statische Stützkorsett des Holzes ist.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Extraktion von ölhaltigen Festigungsmitteln sollte das ölhaltige Festigungsmittel aus dem Kunstobjekt entfernt werden.
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Dazu wurde eine Vorrichtung eingesetzt, die aus einer luftdicht verschließbaren, zylinderförmigen Edelstahlkammer mit einem Innenvolumen von ca. 1,6 m3 bestand. In dieser Kammer befand sich ein Rost, auf welchen die zu behandelnden Kunstobjekte gelegt werden konnten, und an ihrem tiefsten Punkt war ein Flüssigkeitsauslauf angebracht.
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Mit der Kammer war eine Pumpe zum Anlegen eines Unterdrucks verbunden.
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Über eine absperrbare Zuleitung war ein Vorratsbehälter, der ein Volumen von ca. 5 Liter aufwies, mit der Kammer verbunden. Dieser Vorratsbehälter wurde bei jeder zyklischen Anwendung jeweils mit 0,5 Liter 1,3-Dioxolan befüllt. Dort, wo die Verbindungsleitung in mit der Kammer verbunden war, war eine Zerstäubersprühdüse angebracht, so dass das organische Lösungsmittel, welches von dem Vorratsbehälter in die Kammer strömte, durch die Zerstäubersprühdüse geführt wurde. Der Vorratsbehälter war außerdem mit einer Stickstoff enthaltenden verschließbaren Druckgasflasche als Inertgasbehälter verbunden, so dass in dem Vorratsbehälter in Stickstoffatmosphäre ein Druck erzeugt werden konnte.
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Weiterhin war die Kammer über eine Verbindungsleitung mit einer Stickstoff enthaltenden verschließbaren Druckgasflasche als Inertgasbehälter verbunden.
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Die zu behandelnde Holzplastik wurde in die Kammer eingebracht, die Kammer verschlossen und durch die Pumpe ein Unterdruck in der Kammer erzeugt. Anschließend wurde der Hahn der mit der Kammer verbundenen Stickstoffflasche geöffnet, so dass Stickstoff in die Kammer strömen konnte, bis ein Druckausgleich mit der Umgebung der Kammer erreicht war, und die Stickstoffflasche wurde wieder geschlossen. In der Kammer wurde über die Pumpe anschließend erneut ein Unterdruck von ca. 800 hPa erzeugt.
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Der Vorratsbehälter mit dem Lösemittel wurde in Stickstoffatmosphäre mit 5 bar unter Druck gesetzt. Anschließend wurde die Verbindungsleitung zu der Kammer geöffnet und jeweils 0,5 Liter 1,3-Dioxolan wurden über Düsen mit Überdruck in die Kammer eingebracht, so dass ein 1,3-Dioxolan-Aerosol entstand, welches innerhalb kurzer Zeit in die Gasphase überging.
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Das Verfahren wurde 1–2 mal wöchentlich wiederholt. Dazu wurde in der Kammer zunächst wieder ein Unterdruck von ca. 800 hPa erzeugt, da der in der Kammer herrschende Druck in der Zwischenzeit durch das eingebrachte 1,3-Dioxolan sowie ggf. durch eine nicht ganz ausreichende Abdichtung der Kammer wieder leicht (auf etwa 900 hPa) angestiegen war.
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Anschließend wurde der Vorratsbehälter mit frischen 0,5 l 1,3-Dioxolan befüllt, ein Überdruck von 5 bar an den Vorratsbehälter angelegt und die Verbindungsleitung zur Kammer geöffnet, so dass das 1,3-Dioxolan in die Kammer strömen konnte und dort wie beschrieben in die Gasphase überging.
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Innerhalb von 6 Monaten konnten auf diese Weise ca. 3,5 Liter dieses zähfließenden sirupartigen Gemisches aus Lösungsmittel und Öl extrahiert werden.
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Das „Ausbluten” oder Extrahieren der Öle ist noch nicht beendet, so dass das Verfahren noch fortgesetzt werden muss. Eine deutliche Reduzierung der Verölung ist aber zu erkennen. So sind beispielsweise die Ölblasen, welche die Farbfassung an zahlreichen Stellen aufgebläht hatten, weitgehend gelöst worden und nicht mehr vorhanden. Somit ist ein Niederlegen der Fassung jetzt wieder möglich.
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Das betroffene Objekt besitzt eine proteingebundene Farbfassung, die nicht in 1,3-Dioxolan löslich ist. Die vorgefundene, bereits stark geschädigte Farbfassung zeigte nach der Behandlung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren keine zusätzliche Schädigung durch den sehr schonenden Entölungsprozess.
