Změny v chemické a fyzikální vlastnosti papírových dokumentů v důsledku přirozeného stárnutí

Čabalová, I., Kačík, F., Gojný J., Češek B., Milichovský, M., Mikala, O., Tribulová, T., a Ďurkovič, J. (2017). „Změny chemických a fyzikálních vlastností papírových dokumentů v důsledku přirozeného stárnutí,“ BioRes. 12(2), 2618-2634.

Abstrakt

ke Stažení PDF

celý Článek

Změny v Chemické a Fyzikální Vlastnosti Papírových Dokumentů v důsledku Přirozeného Stárnutí

Iveta Čabalová,,* František Kačík,Ján Gojný,b Břetislav Češek,b, Miloslav Milichovský,b Ondřej Mikala,b Tereza Tribulová,a Jaroslav Ďurkovič c

cílem této studie bylo posoudit změny v chemické a fyzikální vlastnosti vybraných papírových dokumentů, datovat se od 18. století do dnešního dne. Papírové dokumenty z 18., 19th, a 21. století mělo pH v rozmezí od mírně kyselých po alkalické hodnoty, zatímco papírové dokumenty z 20. století byly kyselejší. Obsah manózy, glukózy, holocelulózy a ligninu významně koreloval s pH papíru. Vysoký obsah karboxylových kyselin (octová a mravenčí) i nejodolnějšího monosacharidu (glukóza)byl nalezen v nejstarších zkoumaných papírových dokumentech pocházejících z 18. a 19. století. Nejnižší procento jasu bylo zjištěno v papírových dokumentech pocházejících z let 1920 a 1923. Nejnižší délka lámání byla spojena s papíry pocházejícími z roku 1920.

Klíčová slova: Papírové dokumenty; Přirozené stárnutí; pH; kyselina Mravenčí; kyselina Octová; délka Vlákna; Holocellulose

Kontaktní informace: Ústav Chemie a Chemické Technologie, Technická Univerzita ve Zvolenu, T. G. Masaryka 24, 960 53 Zvolen, slovenská Republika; b: Ústav Chemie a Technologie Makromolekulárních Materiálů, Univerzita Pardubice, Studentská 9, 532 10 Pardubice, česká Republika; c: Oddělení Phytology, Technické Univerzity ve Zvolenu, T. G. Masaryka 24, 960 53 Zvolen, slovenská Republika; *Odpovídající autor: [email protected]

ÚVOD

zhoršení papíru je způsobeno několika faktory, jako jsou kyselé hydrolýze, oxidační činidla, světlo, znečištění ovzduší nebo přítomnost mikroorganismů (Zou et al. 1996a, b; Zotti et al. 2008; Zervos 2010; Area and Cheradame 2011; Kraková et al. 2012). Během přirozeného stárnutí je ztráta pevnosti papíru důsledkem degradace celulózy, její hlavní konstrukční složky. Degradace celulózy v papíru dosahuje různé režimy v závislosti na různé chemické procesy (kyselé a enzymatické hydrolýzy, alkalické a oxidační degradace), termální dopad (vliv různých teplotách), a záření (ultrafialové a vysokých energií), s ohledem na kyselé hydrolýze být nejvíce převládající (Whitmore a Bogaard 1994).

obsah ligninu má velký zájem na zachování papírových materiálů. Jedná se o komplexní a částečně nestabilní přírodní organický polymer a jeho omezená fotostabilita je důležitá pro vystavené objekty. Vliv ligninu na stabilitu celulózy v papíru není dobře znám, ale může poskytnout omezený antioxidační účinek. Jeho oxidace však může také přispět k akumulaci kyselin, které destabilizují materiál (Zou et al. 1993; Schmidt a kol. 1995; Begin et al. 1998; Trafela et al. 2007). Je známo, že hlavním zdrojem vývoje kyselosti v papírových dokumentech během stárnutí je hydrolýza acetátových esterových skupin v hemicelulóze (Polovka et al . 2006; Zervos 2007; Jablonský a kol. 2012a).

papír před cca. 1850 byl vyroben tradičním procesem klížení za použití želatiny (Dupont 2003), což vedlo k přibližně neutrálnímu nebo mírně kyselému materiálu. Obecně platí, že želatina ve starých knihách zůstává v dobrém stavu, pokud byla uchovávána v příznivém prostředí bez korozivních inkoustů nebo biodeteriogenů. Želatina je prospěšná pro papír a zvyšuje jeho životnost (Strlič et al. 2004; Lichtblau et al. 2008). U papíru vyrobeného mezi lety 1850 a 1990 jsou hodnoty pH vodných extraktů často nižší než 6 v důsledku aplikace systému velikosti kamence a kalafuny. Tím se snižuje životnost papíru. Od roku 1990 do současnosti se výroba papíru změnila na zásadité dimenzování a současný papír je opět stabilnější (Trafela et al. 2007). Důvodem bylo snížení nákladů. Moderní plnivo uhličitanu vápenatého „PCC“, které je vyžadováno pro alkalické pH během tváření papíru, zlevnilo výrobu jasného papíru (Hubbe 2005). Pevnost papíru je dána pevností jednotlivých vláken a pevností lepení těchto vláken do sítě (Strana a Seth 1979; Ververis et al. 2004).

Podle Paavilainen (1993a,b), dochází k poklesu pevnosti v tahu odpovídající zvýšení vlákniny hrubosti, což naznačuje, že nejdůležitější faktory pro vysokou pevnost papíru jsou dobrý lepení schopnost a vysokou vnitřní vlákna sílu. Pevnost v tahu je určena pojenou plochou, vnější i vnitřní fibrilací, množstvím pokut a zejména pružností mokrých vláken. Gandini and Pasquini (2012) poznamenali, že mechanické vlastnosti papíru jsou přímo spojeny se schopností jeho vláken vytvořit vazby mezi vlákny a uvnitř vláken. Maximalizace vázané plochy a délky vláken může zvýšit aktivační proces, zatímco deformace, jako je zalomení a zvlnění, mohou aktivaci snížit.

deformovaná vlákna také vedou k nerovnoměrnému rozložení zatížení, čímž se snižuje schopnost sítí přenášet zatížení, protože způsobují lokální stresové body (Vainio 2007). Mohlin et al. (1996) studoval vliv deformace vláken na pevnost plechu. Autoři uváděli snížení pevnosti v tahu a tuhosti v tahu se zvýšením počtu deformací vláken a snížením tvarového faktoru.

Analýza optických vlastností, jako je délka vlákna, vlákna o průměru lumen šířka buněčné stěny tloušťky, a jejich odvozené morfologické charakteristiky se stala důležitou v odhadu buničiny kvalita vláken (Dinwoodie 1965; Amidon 1981). Délka a pevnost vláken jsou zvláště důležité pro odolnost proti roztržení (Tamolang et al . 1968; Wangaard a Williams 1970; Seth and Page 1988). Kromě toho Seth (1990) ukázal, že pevnost v tahu je ovlivněna délkou vlákna.

cíle této studie bylo posoudit změny v hodnotách pH, obsah karboxylových kyselin, holocellulose a lignin, vlákna rozměry, lámání délka a jas papírové dokumenty v různých věkových kategorií. Studie také slouží k objasnění významných vztahů mezi zkoumanými vlastnostmi.

EXPERIMENTÁLNÍ

Materiály

vzorky Papíru byly převzaty z knihy vytištěné v jednotlivých letech 1719, 1762, 1784, 1807, 1839, 1853, 1859, 1920, 1923, 1956, a 2007. Všechny zkoumané knihy byly uloženy na jednom místě, ve starém kostele v centrální části Slovenska, což znamená, že procházely přirozeným procesem stárnutí. Rok vydání byl považován za rok výroby papírového dokumentu.

Metody

Stanovení hodnoty pH

Stanovení hodnoty pH papíru povrchy (pHS) byla provedena podle slovenské Technické Normy (STN) 500374 (1996) (s kapkou destilované vody a následně umístěním pH elektrod na povrch papíru, s odběrem vzorků na pěti místech), vzhledem k tomu, že stanovení hodnoty pH studeného vodného papír extrakty (pHE) byl proveden podle normy ČSN ISO 6588 (50 0381) (1993) (lisovaný za studena, 2 g papíru vzorku na 100 mL vody, 1 h). Přesnost stanovení pH byla odhadnuta na méně než ± 0,2 jednotek. Měření byla provedena na pěti replikacích na vzorek.

Obsah karboxylových kyselin

Přibližně 2 g papíru byly přesně zváženy a přidá k 15 mL čisté vody. Suspenze byla míchána po dobu 2 h a následně filtrována přes 0,45 µm filtr (Jablonsky et al. 2012b). Obsah karboxylové kyseliny (mravenčí, octové) byl analyzován pomocí vysoce výkonné kapalinové chromatografie (HPLC)a metody mírně upravené od Sluiter et al. (2008a):: chromatograf HPLC 1200 (Agilent, Santa Clara, CA, USA); kolona Polymer IEX H form (Watrex, Praha, česká Republika); mobilní fáze, 9 mM H2SO4; průtok 0,5 mL min–1; detektor, RI (refrakční index); vstřikovaného objemu 100 µl, a teplota, 35 °C. Výsledky jsou prezentovány jako mravenčí a octové kyseliny pro oba zdarma kyseliny a jejich soli rozpustné ve vodě. Měření byla provedena na čtyřech replikacích na vzorek.

Obsah sacharidů a ligninu

Papírové vzorky byly hydrolyzovány pomocí 72% (w/w) kyseliny sírové, a to jak lignin a neutrální sacharidy byly stanoveny podle NREL metoda (Sluiter et al. 2010). Kvantitativní analýza sacharidů bylo provedeno metodou HPLC za těchto podmínek: chromatograf HPLC 1200 (Agilent, Santa Clara, CA, USA); sloupec, Aminex HPX – 87P (Bio-Rad, Hercules, CA, USA); mobilní fáze deionizovaná voda; průtok, 0, 6 mL min–1; detektor, RI; injekčně objem 50 µL; a teplotě 80 °C. Měření byla provedena na čtyřech replikacích na vzorek.

obsah Popela

Troubě-suché vzorky papíru v rozmezí od 0,5 do 2,0 g byly umístěny do muflové pece na 575 ± 25 °C po dobu nejméně 4 hodin a suší se do konstantní hmotnosti. Obsah popela byl stanoven podle Sluiter et al. (2008b) V jednom opakování na vzorek.

Vláken stanovení délky

vzorky Papíru (přibližně 0,1 g) byl umístěn do polyethylenové lahvičky a nechá se bobtnat s malým množstvím vody. Následně byly rozvlákněny do třepačky. Po úplném drcení byla suspenze několikrát naředěna tak, že v přibližně 100 mL suspenze bylo nejméně tisíc vláken. Podíl délky vláken třídy (< 0,5 mm, 0,5-1 mm, 1 až 2 mm 2 až 3 mm, 3-7 mm) byla stanovena pomocí vláken analyzátoru FS-100 (Kajaani Oy Elektroniky, Kajaani, Finsko). Měření byla provedena na jednom replikovat na vzorek a počet vláken v rámci každé populace replikovat v rozmezí od 16,138 na 20,112 buněk.

Světelné mikroskopie vláken

materiálové složení bylo analyzováno pomocí Nikon ECLIPSE 80i světelný mikroskop vybaven Nikon DS-Fi1 digitální fotoaparát (Nikon Instruments Europe, Amsterdam, Nizozemsko) na malé množství barevného vlákna představující testovaný vzorek, podle normy ISO 9184 (1990). Vlákna byla obarvena přidáním 2 až 3 kapek různých barviv (Herzberg, Graff a Loffton-Merritt).

Lámání délka

Lámání délka papíru vzorků byla měřena v souladu s ČSN 500340 (1998). Pro výpočet lámání délku, bylo nutné změřit základní hmotnost papíru vzorků podle ČSN EN ISO 536 (50 0310) (1999). Měření byla provedena na dvaceti replikacích na vzorek (150 × 15 mm).

Jas

Jas papíru vzorků byla hodnocena podle STN ISO 3688 (50 0240) (1994) pomocí Vláken Leucometer PL 11 6565 ZP (Carl Zeiss, Jena, Německo). Měření byla provedena na 20 replikacích na vzorek.

Statistická analýza

Data byla analyzována pomocí jednosměrné analýzy rozptylu a Duncanovy testy s více rozsahy byly použity pro srovnání prostředků. Pearsonovy korelační koeficienty byly vypočteny pro zkoumané vazby rys-rys. Vztahy byly považovány za významné, pokud P < 0,05. Vícerozměrné asociace mezi 15 znaky papíru byly analyzovány pomocí analýzy hlavních komponent (PCA) za účelem popisu vzorců kovariace mezi zkoumanými znaky.

VÝSLEDKY A DISKUSE

Změny v hodnotách pH

hodnota pH papíru je významným faktorem při určování své stárnutí stability. Měření uvedeny v Tabulce 1 ukazují, že papírové dokumenty z 18. a 19. století měla hodnoty v rozmezí od mírně kyselé až neutrální pH. Papírové dokumenty z 20. století byly charakterizovány kyselé pH hodnoty, vzhledem k tomu, že papírové dokumenty z 21. století vlastnil mírně zásadité hodnoty pH. Kyselost podporuje kyselou hydrolýzu, která urychluje degradaci celulózy v papíru (Wilson and Parks 1983). Lignocelulózové materiály s nízkými hodnotami pH a vysokým obsahem ligninu obecně vykazují rychlejší degradaci než alkalické nebo neutrální materiály. Spolu s použitím surovin s vysokým obsahem ligninu přispívá k degradaci papíru také kyselý siřičitanový proces výroby buničiny a/nebo proces kyselého klížení. Nízká hodnota pH je nejvýznamnějším faktorem degradace nejohroženějších papírových dokumentů (Vizárová et al . 2012). Alkalické nebo neutrální papíry jsou stabilnější díky potlačení kyselé hydrolýzy s ohledem na stupeň degradace a rychlost stárnutí (Zappala 1991; Area and Cheradame 2011). Maršala a spol. (2009) publikované hodnoty pH článků z 20. století a prvních let 21.století. Kyselejší dokumenty (pH 3.9) vznikly v letech 1920 až 1960. Autoři také zjistili, že počet dokumentů, s neutrálním pH (pH 7) postupně zvýšil z

1990 do současnosti.

Tabulka 1. Hlavní Charakteristiky Papíru pro Zkoumané Papírové Dokumenty

Údaje představují prostředky, SD. Střední hodnoty následované stejnými písmeny, a-i, ve stejném řádku napříč zkoumanými papírovými dokumenty, se při p < 0,05 významně neliší.

pHS, pH povrchu papíru; pHE, pH vodné papír extrakt; FA, kyselina mravenčí; AA, kyselina octová; XYL, d-xylózy; GAL, d-galaktózy; ARA, l-arabinose; MUŽ,

d-manóza; GLC, d-glukosy; HOL, holocellulose; LIG, lignin; BW, na základě hmotnosti; BL, lámání délka; B, jasu; POPELA, obsah popela

Tabulka 1 – pokračování. Hlavní Charakteristiky Papíru pro Zkoumané Papírové Dokumenty

Údaje představují prostředky, SD. Střední hodnoty následované stejnými písmeny, a-i, ve stejném řádku napříč zkoumanými papírovými dokumenty, se při p < 0,05 významně neliší.

pHS, pH povrchu papíru; pHE, pH vodné papír extrakt; FA, kyselina mravenčí; AA, kyselina octová; XYL, d-xylózy; GAL, d-galaktózy; ARA, l-arabinose; MUŽ,

d-manóza; GLC, d-glukosy; HOL, holocellulose; LIG, lignin; BW, na základě hmotnosti; BL, lámání délka; B, jasu; POPELA, obsah popela

Strlič et al. (2007) studoval papírové dokumenty z roku 1870, které byly složeny ze 70% bavlny a 30% roční pšenice a slámy. Autoři zjistili, že pHE těchto vzorků papíru bylo kyselé (pH 4,7). To byl také případ vzorků papíru z roku 1874, které sestávaly z 50% dřevní buničiny a 50% siřičitanové buničiny. Alkalické pH (pH 8,8) bylo zaznamenáno ve vzorcích papíru pocházejících z roku 2002, které byly složeny ze 70% bělené sulfátové buničiny a 30% bělené sulfitové buničiny.

Změny v množství kyselina octová a mravenčí kyseliny

největší množství karboxylových kyselin byly nalezeny v nejstarší zkoumané papírový dokument od 1762 (Tabulka 1), v nichž obsah kyseliny octové dosáhl 3.8 mg g-1 a kyselina mravenčí dosáhly 5,8 mg g-1.

vysoké hodnoty karboxylových kyselin byly také nalezeny v papírových dokumentech z roku 1807. Jablonský a kol. (2012b) měřeno 4,8 mg g-1 kyseliny octové v papírových dokumentech, které byly podrobeny zrychlené době stárnutí 60 dnů. Kyselina mravenčí proniká hlouběji do hromádek papírů než kyselina octová, což odhaluje její potenciál pro degradaci v archivech a knihovnách (Tétreault et al. 2013). Odstranění těkavých organických sloučenin má významný pozitivní vliv na stabilitu papíru a v některých případech může zdvojnásobit jejich životnost (Strlič et al . 2011). Kromě toho bylo v této práci zjištěno, že obsah kyseliny octové a kyseliny mravenčí vzájemně koreloval (viz doplňková tabulka S1).

změny obsahu sacharidů, ligninu a popela

významná část papíru se skládá ze sacharidů. Na základě kvantitativních výsledků neutrálních sacharidů v papírových dokumentech z 18. a 19. století obsahovaly tyto vzorky nejvyšší podíl glukózy, velmi malé množství dalších složek hemicelulózy (tj.

degradace hemicelulózy začíná deacetylací, za vzniku kyseliny octové, která katalyzuje jak hydrolýzu glykosidických vazeb v polysacharidech, tak následné reakce vznikajících monosacharidů (Nuopponen et al . 2004; Esteves a Pereira 2009). Až do roku 1859 se množství glukózy pohybovalo od asi 87 do 91%. V roce 1920 množství glukózy kleslo na 35,4%, protože dřevní buničina byla v té době důležitou součástí tiskového papíru.

papírové dokumenty z let 1920 a 1923 byly vyrobeny z buničiny z měkkého dřeva, o čemž svědčí vysoký obsah ligninu i glukomannanu v jejich papírových vzorcích. Tyto dokumenty měly také nízké hodnoty pro lámání délky a jasu.

přítomnost ligninových chromoforů ve zkoumaných vzorcích papíru vedla k významnému žloutnutí papíru. Papírové dokumenty z roku 1920 obsahovala vysoký obsah popela (21.9%), což může vysvětlovat jejich nízká pevnost, např. ve srovnání s tištěného dokumentu od stejného období (1923), který obsahoval nižší obsah popela. Průlomová délka dokumentu z roku 1923 byla téměř dvojnásobná. Vysoký obsah plniva má nepřímý vliv na pevnost povrchu a tuhost papíru (Ciullo 1996).

změny rozdělení délky vláken

výsledky rozdělení délky vláken (obr. 1) ukázalo, že největší podíl vláken v nejstarších zkoumaných papírových dokumentech (do roku 1859) byl ve třídě délky 0,5 až 1,0 mm (v rozmezí od 38,5 do 46,0%).

obr. 1. Podíl tříd délky vláken na zkoumaných papírových dokumentech

obr. 2. Světelné mikroskopické obrazy vláken přítomných ve zkoumaných papírových dokumentech. Některé obrázky jsou upraveny od Gojného a kol. (2014)

Tyto vzorky papíru také obsahuje relativně vysoký podíl vláken déle než 1 mm. Mikroskopické analýzy vláken (Obr. 2) odhalilo, že papírové dokumenty z 18. a 19. století byly primárně vyrobeny z hadrové buničiny (Bavlna, len, konopí). Podle Kilpinena (1994) byla v minulosti použita kratší bavlněná vlákna (3 až 5 mm) k výrobě papíru. Mikroskopické analýzy, které Collings a Milner (1984) o papírové exempláře vyrobené v Evropě mezi 1400 a 1800, a primárně ukázal směsi konopí a lnu vlákna s vyšší koncentrací konopí (např., 75%) v dřívějších vzorky papíru. Zatímco oba bavlna a bavlna-obsahující látky byly k dispozici v Evropě během tohoto období, které nebyly běžně používají k generovat značné bavlna-hadr materiál pro papírenství až do 19.století. Významná množství bavlněných vláken jsou proto v papírových dokumentech před rokem 1800 vzácná.

Papírové dokumenty z 20. století obsažených vláken v 0,5-1,0 mm délka třídy, z 28% (1950) na 40% (1956), s velkým podílem vláken déle než 2 mm (z 16% na 30%). Mikroskopická analýza papírových dokumentů z let 1920 a 1923 potvrdila, že tyto vzorky papíru byly vyrobeny převážně z buničiny z měkkého dřeva.

papírové dokumenty z let 1950 a 1956 sestávaly převážně z bělené buničiny z měkkého dřeva, zatímco vzorky papíru z roku 2007 byly vyrobeny z bělené buničiny z tvrdého dřeva (obr. 2). Posledně jmenované papírové dokumenty obsahovaly největší podíl vláken o délkové třídě 0,5 až 1,0 mm (53,8%). Distribuce délky buničiny, která je pozorována po rozvlákňování a / nebo výrobě papíru, je funkcí jak původní distribuce délky vláken, tak účinků zpracování. Protože délka vlákna distribucí ovlivnit pevnost v tahu, slza, krytí, pórovitost, a mnoho dalších vlastností papíru, papermakers vyvinuli mnoho technik měření délka vlákna průměr (Clark, 1985). Jiné studie také uvádí na významný vztah mezi vlákna délka a síla papíru (např. lámání délka a trhat index) (Seth a Stránka 1988; Niskanen 1998; Molteberg a Høibø 2006).

Korelované znaky

Statistická analýza zkoumaného znaku vazeb ukázal, že některé rysy ovlivněny další vlastnosti, a to buď pozitivně, nebo negativně. Korelační koeficienty mezi zkoumanými znaky jsou uvedeny v doplňkové tabulce S1.

v rámci zkoumaných papírových dokumentů byly významné vztahy mezi pH a obsahem manózy, glukózy, celkového výtěžku sacharidů (tj. Obrázek 3a ukazuje korelaci pHE na množství holocelulózy, která dosáhla vrcholu phe 7,18. Data byla vybavena polynomem druhého řádu a měření pHE vysvětlila 61% variace obsahu holocelulózy (R2 = 0,610, P = 0,014).

jas papíru také souvisel s pHE (obr. 3b), přičemž měření pHE vysvětlilo 36% změny jasu papírových dokumentů (R2 = 0,356, P = 0,040). Předchozí studie ukázaly, že kyselost urychluje degradaci celulózy, holocelulózy a papíru hydrolýzou katalyzovanou kyselinou (Wilson and Parks 1983). Slabý, bledý a křehký papír koreluje s nízkým pH, zatímco neutrální a alkalické papíry byly obecně v mnohem lepším stavu zachování (Sobucki a Drewniewska-Idziak 2003).

dále byl kladný vztah mezi délkou přetržení a podílem třídy délky vláken 0,5 až 1,0 mm (obr. 3c). Měření poměru délky vláken třídy 0,5 až 1,0 mm vysvětluje 53% změny v lámání délka papírových dokumentů (R2 = 0.529, P = 0.007).

obr. 3. Vztahy mezi pH vodné papír extrakt a obsah holocellulose (a) a na papíru, jasu (b); vztah podílu délky vláken třídy 0,5 až 1,0 mm na lámání délka papírových dokumentů (c)

Větší délka vlákna a vyšší vláken sílu, podporuje vyšší pevnost papíru (Fišerová et al. 2009). V této studii byla třída délky vláken 0,5 až 1,0 mm jednoznačně převažujícím podílem pro většinu zkoumaných papírových dokumentů, a byla tedy primárně zodpovědná za pevnost vzorků papíru. Kromě toho, množství manóza negativně ovlivnil jas papíru, protože lignin, hlavní lignocelulózový komponenta zodpovědná za snížení jasu (Chen et al. 2012), dobře koreloval s obsahem manózy (viz doplňková tabulka S1).

obr. 4. Pozice 15 znaků papíru na první a druhé ose analýzy hlavních komponent (PCA). Dolní a levá osa odkazují na znaky papíru, zatímco horní a pravá osa odkazují na rok tisku zkoumaných papírových dokumentů.

Sdružení mezi papírové rysy

princip component analysis (PCA) byla provedena s cílem vyhodnotit, jak zkoumal rysy byly spojeny (Obr. 4). První osa vysvětlila 46% variace a ukázala silné pozitivní zatížení pro obsah holocelulózy a glukózy, jakož i pro pHS a pHE. Negativní strana osy naznačovala silné zatížení obsahu ligninu, manózy a popela.

druhá osa vysvětlila 20% variace a vykazovala silné pozitivní zatížení pro délku zlomu, jas a obsah xylózy. Negativní strana osy naznačovala silné zatížení obsahu kyseliny mravenčí i kyseliny octové.

kromě toho lze v analýze vícerozměrných vlastností papíru rozlišit čtyři skupiny kompaktních homogenních shluků, které byly od sebe jasně odděleny. Papírové dokumenty vytištěné v letech 1762, 1784, 1807 a 1839 tvořily první shluk, následované shluky papírových dokumentů vytištěných v letech 1853 a 1859, poté 1920 a 1923 a nakonec 1950 a 1956. Vzorek papíru vytištěný v roce 1719 tvořil jeden oddělený vzorek; stejný případ byl také pozorován u papírového dokumentu pocházejícího z roku 2007. Tento dokument dokument byl nejvíce segregovaných exemplář od všech ostatních skupin, a znaky, jako je lámání délka a jas jsou úzce spojeny pouze s tímto dokumentem.

ZÁVĚRY

1. Papírové dokumenty pocházející z 18. a 19. století byly charakterizovány mírně kyselé až neutrální hodnoty pH, a to od 20. století do kyselých hodnot, a ty z roku 2007 mírně alkalické hodnoty. Obsah manózy, glukózy, holocelulózy a ligninu byl významně ovlivněn hodnotou pH papíru.
2. Papírové dokumenty z 18. a 19. století byly vyrobeny z non-dřevěných vláken (rag), od roku 1920 z měkkého dřeva řízky, ty od poloviny 20. století z měkkého dřeva bělené buničiny, a nakonec ty, od roku 2007 z bělené dřevěné buničiny.
3. Délka přetržení byla ovlivněna jak třídou délky vláken 0,5 až 1,0 mm, tak stupněm delignifikace, jak je znázorněno jasem.
4. nejnižší hodnota pevnosti byla spojena s 1920 papírové dokumenty vyrobené z dřevěných vláken a obsahuje velmi vysoké množství obou lignin a popel (plniva). Papírové dokumenty z let 1920 a 1923 měly také nejnižší procento jasu. Papírové dokumenty pocházející z tohoto období si proto zaslouží zvláštní pozornost a ochranu ve veřejných archivech a knihovnách.
5. papírový dokument vytištěný v roce 2007 bylo nejvíce segregovaných exemplář od všech ostatních skupin papíru dokumentu klastrů s ohledem na multivariační papír rys analýzy.
6. Aby se papír více odolný vůči stárnutí je důležité udržovat zásadité hodnoty pH, nižší vlhkost vzduchu a teplota prostředí, kde jsou knihy uloženy.

poděkování

autoři děkují paní e. Ritch-Krč za jazykovou revizi. Tato publikace je výsledkem projektu „zvyšování kapacity lidských zdrojů směrem k přenosu výsledků výzkumu a vývoje v oblasti výroby a zpracování biomasy do praxe“ (ITMS: 262110230087), podpořeno operačním programem „vzdělávání“ financovaným z Evropského sociálního fondu (50%) a Slovenskou vědeckou Grantovou agenturou VEGA pod smlouvou č. 1/0521/15 (50%).

citované odkazy

Amidon, T. E. (1981). „Vliv vlastností dřeva tvrdého dřeva na vlastnosti kraftového papíru,“ Tappi 64, 123-126.

Area, M. C., and Cheradame, h. (2011). „Stárnutí a degradace papíru: nedávná zjištění a metody výzkumu,“ BioResources 6 (4), 5307-5337. Doi: 10.15376 / biores.6.4.5307-5337

Begin, P., Deschatelets, S., Grattan, D., Gurnagul, N., Iraci, J., Kaminska, e., Woods, D. and Zou, X. (1998). „Vliv ligninu na papíře trvalost: komplexní studie o stárnutí chování handsheets a komerční vzorky papíru,“ Restaurator 19(3), 135-154.

Chen, y., Fan, y., Tshabalala, Ma. a., Stark, N. M., Gao, J., and Liu, R. (2012). „Optická vlastnost analýzu tepelně a photolytically ve věku Eucalyptus camaldulensis chemithermomechanical buničina (CTMP),“ BioResources 7(2), 1474-1487. Doi: 10.15376 / biores.7.2.1474-1487

Ciullo, P.A. (1996). Průmyslové nerosty a jejich použití: Příručka a Formulary, publikace Noyes, Westwood, NJ, Spojené státy americké.

Clark, J. D. A. (1985). „Fibrilace and fiber bonding,“ in: Pulp Technology and Treatment for Paper, J. D. a. Clark (ed.), Miller Freeman Publications, San Francisco, CA, USA, s. 160-180.

Collings, T., and Milner, d. (1984). „The nature and identification of cotton paper-making fibres in paper,“ Paper Conservator 8 (1), 59-71. DOI: 10.1080/03094227.1984.9638458

Dinwoodie, J. M. (1965). „Vztah mezi morfologií vláken a vlastnostmi papíru: Přehled literatury, “ Tappi 48, 440-447.

Dupont, A.L. (2003). Želatinové dimenzování papíru a jeho vliv na degradaci celulózy během stárnutí, Ph.D. Disertační práce, University of Amsterdam, Amsterdam, Nizozemsko.

Esteves, B., and Pereira, h. (2009). „Modifikace dřeva tepelným zpracováním: přehled,“ BioResources 4 (1), 370-404. Doi: 10.15376 / biores.1.1.1-2

Fišerová, m., Gigac, J., and Balberčák, J. (2009). „Vztah mezi vlastnostmi vláken a pevností v tahu z tvrdého a měkkého dřeva Kraft buničiny,“ celulóza chemie a technologie 44 (7-8), 249-253.

Gandini, A., and Pasquini, D. (2012). „Dopad z buničinových vláken povrchové modifikace na některé fyzikálně-chemické vlastnosti vyplývající papíry,“ Průmyslové Plodiny a Výrobky 35(1), 15-21. DOI: 10.1016 / j. indcrop.2011.06.015

Gojný, J., Češek, B., Mikala, O., and Čabalová, i. (2014). „Fibres length distribution of historical paper documents,“ Acta Facultatis Xylologiae 56 (2), 55-61. (ve slovenštině)

Hubbe, m. a. (2005). „Kyselé a zásadité velikosti pro tisk, psaní a kreslení papírů,“ kniha a papír skupina roční 23, 139-151.

ISO 9184 (1990). „Analýza papíru, lepenky a buničiny – Fibre furnish“, Mezinárodní organizace pro normalizaci, Ženeva, Švýcarsko.

Jablonský, m., Botková, M., and Hrobonova, k. (2012a). „Zrychlené stárnutí papírů obsahujících dřevo: tvorba slabých kyselin a zhoršení pevnosti v tahu,“ Wood Research 57, 3, 419-434.

Jablonský, M., Hroboňová, K., Katuscak, S., Lehotay, J., a Botková, m. (2012b). „Tvorba kyseliny octové a kyseliny mravenčí v nemodifikovaných a modifikovaných papírech během zrychleného stárnutí,“ celulóza chemie a technologie 46 (5-6), 331-340.

Kilpinen, O. (1994). „Nonwood special pulps,“ in: Nonwood Plant Fiber Pulping-Progress Report 21, TAPPI Press, Atlanta, GA, PP. 9-18.

Kraková, L., Chovanová, k., Selim, s. a., Šimonovičová, A., and Puškarová, a. (2012). „Multifázové přístup pro vyšetřování mikrobiální diversity a jejich biodegradační schopnosti v historické papírové a pergamenové dokumenty,“ International Biodeterioration a Biodegradace 70, 117-125. Doi: 10.1016 / j. ibiod.2012.01.011

Lichtblau, D., Strlič, m., Trafela, T., Kolář, J., Anders, m. (2008). „Stanovení mechanických vlastností historického papíru na základě Nir spektroskopie a chemometrie-nový nástroj,“ Aplikovaná fyzika a. 92, 191-195. DOI: 10.1007 / s00339-008-4479-1

Maršala, m., Kuka, i., Bukovský, V., and Švehlová, d. (2009). „Nejdůležitější parametry pro sestavení trvanlivost papírových dokumentů,“ Knižnica 10, 35-38 (ve slovenštině).

Mohlin, U. B., Dahlbom, J., and Hornatowska, J. (1996). „Deformace vláken a pevnost plechu,“ Tappi Journal 79 (6), 105-111.

Molteberg, D., and Høibø, o. (2006). „Vývoj a změnu hustoty dřeva, sulfátové buničiny yeild a vlákna rozměr v mladých smrkových (Picea abies),“ Dřevo Vědy a Techniky 40, 173-189. DOI: 10.1007 / s00226-005-0020-2

Niskanen, k. (1998). Fyzika Papíru, Fapet Oy, Helsinky, Finsko.

Nuopponen, M., Vuorinen, T., Jamsä, s., and Viitaniemi, P. (2004). „Tepelné změny v měkkého dřeva zkoumán pomocí FT-IR a UV rezonanční Ramanova spektroskopie,“ Journal Dřeva Chemie a Technologie 24(1), 13-26. DOI: 10.1081 / WCT-120035941

Paavilainen, L. (1993a). „Přizpůsobivost − flexibilita a collapsibility − sulfátové celulózy, vláken,“ Paperi ja Puu 75(9), 689-702.

Paavilainen, L. (1993b). „Význam cross-dimenzionální vlastnosti vláken a hrubosti pro charakterizaci z měkkého dřeva sulfátové buničiny,“ Paperi ja Puu 75(5), 343-351.

Page, D. H, and Seth, R. (1979). „Extenzionálním chování komerčních mechanická buničina,“ Buničiny a Papíru Kanada 80(8), T235-T237.

Polovka, m., Polovkova, J., Vizarova, k., Kirschnerova, s., Bielikova, L., and Vrska, m. (2006). „Aplikace FTIR spektroskopie na charakterizaci vzorků papíru, modifikované účetním procesem,“ Vibrační spektroskopie 41 (1), 112-117. DOI: 10.1016 / j. vibspec.2006.01.010

Seth, R.S. (1990). „Faktory kvality vláken při výrobě papíru – i. význam délky a pevnosti vláken,“ v: Interakce materiálů relevantní pro průmysl buničiny, papíru a dřeva, D. F. Caulfield, J. D.Passaretti A S. F. Sobczynski (Eds.), Materials Research Society, San Francisco, CA, USA, s. 125-142.

Seth, R. S., and Page, D. H. (1988). „Vlastnosti vláken a odolnost proti roztržení,“ Tappi Journal 71, 103-107.

Schmidt, J. a., Rye, C. S., and Gurnagul, N. (1995). „Lignin inhibuje autoxidační degradaci celulózy,“ polymerní Degradace a stabilita 49 (2), 291-297.

Sluiter, a., Hames, B., Ruiz, R., Scarlata, C., Sluiter, J., and Templeton, D. (2008a). Stanovení cukrů, vedlejších produktů a produktů rozkladu ve vzorcích procesu kapalné frakce (NREL/TP-510-42623), National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO, USA.

Sluiter, a., Hames, B., Ruiz, R., Scarlata, C., Sluiter, J., and Templeton, D. (2008b). Stanovení popela v biomase (NREL/TP-510-42622), National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO, USA.

Sluiter, A., Hames, B., Ruiz, R., Scarlata, C., Sluiter, J., Templeton, D., Crocker, D. (2010). Stanovení strukturálních sacharidů a ligninu v biomase (NREL/TP-510-42618), National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO, USA.

Sobucki, W., and Drewniewska-Idziak, B. (2003). „Průzkum stavu konzervace 19. a 20. století v Národní Knihovně ve Varšavě,“ Restaurator 24(3), 189-201. DOI: 10.1515 / ODPOČINEK.2003.189

STN 500340 (1998). „Papír a lepenka. Stanovení tahových vlastností, “ Vúpc, Bratislava, Slovensko.

STN 500374 (1996). „Testování buničiny a papíru. Měření povrchového pH papíru a buničiny, “ Vúpc, Bratislava, Slovensko.

STN EN ISO 536 (50 0310) (1999). „Papír a lepenka. Určení gramatiky, “ Vúpc, Bratislava, Slovensko.

STN ISO 3688 (50 0240) (1994). „Buničina. Měření difúzního modrého odrazivého faktoru (jas ISO), “ Vúpc, Bratislava, Slovensko.

STN ISO 6588 (50 0381) (1993). „Papír, prkno a buničina. Stanovení pH vodných extraktů, “ Vúpc, Bratislava, Slovensko.

Strlič, m., Cigić, i. k., Kolář, J., de Bruin, G., and Pihlar, B. (2007). „Nedestruktivní hodnocení historické práce založené na odhadu pH z emisí VOC,“ Sensors 7 (12), 3136-3145. DOI: 10.3390 / s7123136

Strlič, m., Cigić, i. k., Mozir, a., de Bruin, G., Kolar, J., and Cassar, m. (2011). „Vliv těkavých organických sloučenin a hypoxie na degradaci papíru,“ Degradace a stabilita polymeru 96(47), 608-615. DOI: 10.1016 / j. polymdegradstab.2010.12.017

Strlič, M., Kolář, J., Kočar, D., Drnovšeka T., Selih, V., Susič, R., a Pihlar, B. (2004). „Jaké je pH alkalického papíru?, „e-Preservation Science 1, 35-47.

Tamolang, F. N., Wangaard, F. F., and Kellogg, R. M. (1968). „Pevnost tvrdých vláken a vlastnosti buničiny,“ Tappi Jounal 51, 19-27.

Tétreault, J., Dupont, a. L., Bégin, P., and Paris, s. (2013). „Vliv těkavých sloučenin uvolňovaných papírem na degradaci celulózy v okolních hygrotermálních podmínkách,“ Degradace a stabilita polymeru 98(9), 1827-1837. DOI: 10.1016 / j. polymdegradstab.2013.05.017

Trafela, T., Strlič, M., Kolář, J., Lichtblau, D. A., Anders, M., Mencigar, D. P., a Pihlar, B. (2007). „Nedestruktivní analýza a datování historického papíru založeného na ir spektroskopii a hodnocení chemometrických dat,“ Analytická chemie 79(16), 6319-6323. DOI: 10.1021 / ac070392t

Vainio, a. (2007). Interfibre Lepení a Vláken Segmentu Aktivace v Papíru – Pozorování Jevů a jejich Vliv na Pevnost Papíru Vlastnosti, Ph.d. Disertační práce, Helsinki University of Technology, Helsinki, Finsko.

Ververis, C., Georghiou, k., Christodoulakis, N., Santas, P., and Santas, R. (2004). „Rozměry vláken, obsah ligninu a celulózy v různých rostlinných materiálech a jejich vhodnost pro výrobu papíru,“ průmyslové plodiny a produkty 19 (3), 245-254. DOI: 10.1016 / j. indcrop.2003.10.006

Vizárová, K., Kirschnerová, S., Kačík, F., Briškárová, A., Šutý, Š. a Katuščák, s. (2012). „Vztah mezi poklesem stupně polymerace celulózy a ztrátou mechanických vlastností papíru z buničiny během zrychleného stárnutí,“ Chemical Papers 66 (12), 1124-1129.

Wangaard, F. F., and Williams, D. L. (1970). „Délka vlákna a pevnost vlákna ve vztahu k odolnosti proti roztržení hadwoodové buničiny,“ Tappi Journal 53, 2153-2154.

Whitmore, P. M., and Bogaard, J. (1994). „Stanovení štěpné cesty celulózy při hydrolytické a oxidační degradaci papíru,“ Restaurator 15(1), 26-45.

Wilson, W. K, and Parks, E. J. (1983). „Historický průzkum výzkumu v Národním úřadu pro standardy materiálů pro archivní záznamy,“ Restaurator 5 (3-4), 191-241. DOI: 10.1515 / odpočinek.1983.5.3-4.191

Zappala, A. (1991). „Mezinárodní průzkum na standardizaci art papíry a ostatní určené pro ochranu přírody,“ Restaurator 12(1), 18-35. DOI: 10.1515 / odpočinek.1991.12.1.18

Zervos, S. (2007). „Zrychlená kinetika stárnutí čistého celulózového papíru po promytí, alkalizaci a impregnaci methylcelulózou,“ Restaurator 28 (1), 55-69. DOI: 10.1515 / odpočinek.2007.55

Zervos, S. (2010). „Přírodní a zrychlené stárnutí celulózy a papíru: přehled literatury“, in: celulóza: struktura a vlastnosti, deriváty a průmyslové použití, a. Lejeune, and T. Deprez (Eds.), Praha: Nova Publishing, s. 155-203.

Zotti, m., Ferroni, A., and Calvini, P. (2008). „Microfungal biodeterioration historického papíru: Předběžné FTIR a mikrobiologických rozborů,“ International Biodeterioration a Rozkladem, 62(2), 186-194. Doi: 10.1016 / j. ibiod.2008.01.005

Zou, X, Uesaka, T., a Gurnagul, N. (1996a). „Predikce stálosti papíru zrychleným stárnutím i. kinetická analýza procesu stárnutí,“ celulóza 3, 243-267. DOI: 10.1007/BF02228805

Zou, X, Uesaka, T., a Gurnagul, N. (1996b). „Predikce trvalosti papíru zrychleným stárnutím II. srovnání předpovědí s výsledky přirozeného stárnutí,“ celulóza 3, 269-279. DOI: 10.1007/BF02228806

Zou, X, Gurnagul, N., a Uesaka, T. (1993). „Role ligninu v mechanické stálosti papíru. Část I: vliv obsahu ligninu, “ Journal of Pulp and Paper Science 19 (6), j235-j239.

článek předložen: Únor 25, 2016; Peer review dokončeno: Říjen 9, 2016; revidovaná verze přijata: leden 24, 2017; předběžné přijetí: únor 7, 2017; Publikováno: Únor 21, 2017.

DOI: 10.15376 / bioresky.12.2.2618-2634

Tabulka S1.

Pearsonův Korelační Koeficienty pro Zkoumané Vlastnosti Papíru

Poznámka: Korelační koeficienty uvedeny v tučně jsou signifikantní při P < 0.05.

pHS, pH povrchu papíru; pHE, pH vodné papír extrakt; FA, kyselina mravenčí; AA, kyselina octová; XYL, d-xylózy; GAL, d-galaktózy; ARA, l-arabinóza, MAN, d-manóza; GLC, d-glukosy; HOL, holocellulose; LIG, lignin; BW, na základě hmotnosti; BL, lámání délka; B, jasu; POPELA, obsahu popela; FL1, délka vlákna třídy <0,5 mm; FL2, délka vlákna třída 0.5–1 mm; FL3, délka vlákna třídy 1-2 mm, FL4, délka vlákna třídy 2-3 mm; FL5, třída délky vláken 3-7 mm.