Ændringer i de kemiske og fysiske egenskaber af papirdokumenter på grund af naturlig aldring

Čabalová, I., Kačík, F., Gojný, J., Češek, B., Milichovský, M., Mikala, O., Tribulová, T., og Ďurkovič, J. (2017). “Ændringer i de kemiske og fysiske egenskaber af papirdokumenter på grund af naturlig aldring,” BioRes. 12(2), 2618-2634.

abstrakt

Download PDF

Fuld Artikel

Ændringer i de Kemiske og Fysiske Egenskaber af papirdokumenter på grund af Naturlig Aldring

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

formålet med denne undersøgelse var at vurdere de ændringer i kemiske og fysiske egenskaber af udvalgte dokumenter på papir, dating fra det 18. århundrede og den dag i dag. Papirdokumenter fra det 18., 19. og 21. århundrede havde en pH-værdi, der spænder fra let sure til alkaliske værdier, mens papirdokumenter fra det 20. århundrede var surere. Indholdet af mannose, glucose, holocellulose og lignin var signifikant korreleret med papirets pH. Højt indhold af både eddikesyre og myresyre og det mest holdbare monosaccharid (glukose) blev fundet i de ældste undersøgte papirdokumenter, der stammer fra det 18.og 19. århundrede. Den laveste procentdel af lysstyrke blev fundet i papirdokumenter, der stammer fra 1920 og 1923. Den laveste brudlængde var forbundet med papirer, der stammer fra 1920.

nøgleord: papirdokumenter; naturlig aldring; pH; myresyre; eddikesyre; fiberlængde; Holocellulose

kontaktoplysninger: a: Institut for Kemi og kemisk teknologi, teknisk universitet i Volen, T. G. Masaryka24, 960 53 Volen, Slovakiet; b: Institut for Kemi og teknologi for makromolekylære materialer, University of Pardubice, Studentsk kar 9, 532 10 Pardubice, Tjekkiet; C: Institut for fytologi, teknisk universitet, T. G. Masaryka24, 960 53, Slovakiet ;* tilsvarende forfatter: [email protected]

introduktion

forringelsen af papir er forårsaget af flere faktorer, såsom syrehydrolyse, iltningsmidler, lys, luftforurening eller tilstedeværelsen af mikroorganismer. 1996a, b; Jørgen et al. 2008; Nuvos 2010; område og Cheradame 2011; Krakov Kris et al. 2012). Under naturlig aldring er tab af papirstyrke et resultat af nedbrydningen af cellulose, dets vigtigste strukturelle komponent. Cellulosenedbrydning i papir når forskellige tilstande afhængigt af en række kemiske processer, termisk påvirkning (påvirkning af forskellige temperaturer) og stråling (ultraviolet og høj energi), idet syrehydrolysen er mest fremherskende (Hvidmore og Bogaard 1994).

Ligninindhold er af stor interesse for konservering af papirbaserede materialer. Det er en kompleks og delvis ustabil naturlig organisk polymer, og dens begrænsede fotostabilitet er vigtig for udstillede genstande. Lignins indflydelse på stabiliteten af cellulose i papir er ikke godt forstået, men det kan give en begrænset antioksidant virkning. Imidlertid kan dets iltning også bidrage til en ophobning af syrer, som destabiliserer materialet. 1993; Schmidt et al. 1995; Begin et al. 1998; Trafela et al. 2007). En vigtig kilde til surhedsudvikling inden for papirdokumenter under aldring er kendt for at være hydrolysen af acetatestergrupper i hemicellulosen (Polovka et al. 2006; Nuvos 2007; Jablonsk Kris et al. 2012a).

papir før ca. 1850 blev produceret med den traditionelle størrelsesproces ved hjælp af gelatine (Dupont 2003), hvilket resulterede i et omtrent neutralt eller let surt materiale. Generelt, gelatine i gamle bøger forbliver i god stand, hvis det er blevet holdt i et gunstigt miljø i fravær af ætsende blæk eller biodeteriogener. Gelatine er til gavn for papir og øger dets levetid (Strli LARP et al. 2004; Lichtblau et al. 2008). For papir produceret mellem 1850 og 1990 er pH-værdierne for vandige ekstrakter ofte lavere end 6 på grund af anvendelsen af alun-kolofonium-størrelsessystemet. Dette reducerer papirets forventede levetid. Fra 1990 til i dag er produktionen af papir ændret til alkalisk størrelse, og moderne papir er igen mere stabilt (Trafela et al. 2007). Årsagen var at reducere omkostningerne. Det moderne” PCC ” calciumcarbonatfyldstof, som kræves til alkalisk pH under papirformning, gjorde det billigere at fremstille lyst papir (Hubbe 2005). Papirstyrken bestemmes af styrken af de enkelte fibre og styrken af bindingen af disse fibre til et netværk (Page and Seth 1979; Ververis et al. 2004).

ifølge Paavilainen (1993a,b) er der et fald i trækstyrke svarende til en stigning i fiber grovhed, hvilket antyder, at de vigtigste faktorer for høj trækstyrke af papir er en god bindingsevne og en høj iboende fiberstyrke. Trækstyrken bestemmes af det bundne område, både ydre og indre fibrillationer, bødernes størrelse og især af vådfiberfleksibilitet. Gandini (2012) bemærkede, at papirets mekaniske egenskaber er direkte knyttet til dets fibers kapacitet til at etablere Inter – og intra-fiberbindinger. Maksimering af det bundne område og fiberlængden kan øge aktiveringsprocessen, mens deformationer som knæk og krølle kan mindske aktiveringen.

deformerede fibre fører også til en ikke-ensartet belastningsfordeling, hvilket reducerer netværkets evne til at bære belastning, fordi de forårsager lokale stresspunkter (Vainio 2007). Mohlin et al. (1996) undersøgte virkningen af fiberdeformation på arkstyrken. Forfatterne rapporterede et fald i trækstyrke og trækstivhed med en stigning i antallet af fiberdeformationer og et fald i formfaktoren.

analyse af fiberegenskaber såsom fiberlængde, fiberdiameter, lumenbredde, cellevægstykkelse og deres afledte morfologiske egenskaber er blevet vigtige ved estimering af fiberens pulpkvalitet (1965; Amidon 1981). Fiberlængde og styrke er især vigtige for rivebestandighed (Tamolang et al. 1968; Vangaard og Vilhelm 1970; Seth og Side 1988). Derudover viste Seth (1990), at trækstyrken påvirkes af fiberlængden.

formålet med denne undersøgelse var at vurdere ændringer i pH-værdier, indholdet af holocellulose og lignin, fiberdimensioner, brudlængde og lysstyrken af papirdokumenter i forskellige aldre. Undersøgelsen tjener også til at afklare betydelige forhold mellem de undersøgte træk.

eksperimentel

materialer

papirprøver blev taget fra en bog trykt i hvert af årene 1719, 1762, 1784, 1807, 1839, 1853, 1859, 1920, 1923, 1956, og 2007. Alle de undersøgte bøger blev opbevaret et enkelt sted i en gammel kirke i den centrale del af Slovakiet, hvilket betyder, at disse gennemgik en naturlig aldringsproces. Publikationsåret blev anset for at være produktionsåret for papirdokumentet.

metoder

bestemmelse af pH-værdierne

bestemmelse af pH-værdierne for papiroverflader (pHS) blev udført i henhold til den slovakiske tekniske Standard (STN) 500374 (1996) (med en dråbe destilleret vand og efterfølgende ved at placere pH-elektroden på papiroverfladen med prøveudtagning på fem steder), mens bestemmelse af pH-værdierne for kolde vandige papirekstrakter (pHE) blev udført i henhold til standardværdien af de Stn ISO 6588 (50 0381) (1993) (kold ekstraktion, 2 g papirprøve pr.100 ml vand, 1 time). Præcisionen i pH-bestemmelser blev estimeret til at være mindre end 0,2 enheder. Målinger blev udført på fem replikater pr.

indhold af carboksyl syrer

ca.2 g papir blev vejet nøjagtigt og tilsat til 15 mL rent vand. Suspensionen blev blandet i 2 timer og derefter filtreret gennem et 0,45 liter filter (Jablonsky et al. 2012b). Indholdet af myresyre (myresyre, eddikesyre) blev analyseret ved anvendelse af højtydende væskekromatografi (HPLC) og en metode, der var let modificeret fra Sluiter et al. (2008a), som følger: kromatograf, HPLC 1200 (Agilent, Santa Clara, CA, USA); kolonne, Polymer ieks h–form (Praha, Tjekkiet); mobil fase, 9 mM H2SO4; strømningshastighed, 0,5 mL min-1; detektor, RI (brydningsindeks); injiceret volumen, 100 liter; og temperatur, 35 liter C. resultaterne præsenteres som myresyre og eddikesyre for både frie syrer og deres vandopløselige salte. Målinger blev udført på fire replikater pr.

indhold af saccharider og lignin

papirprøver blev hydrolyseret under anvendelse af 72% (vægt/vægt) svovlsyre, og både lignin og neutrale saccharider blev bestemt efter NREL-metoden (Sluiter et al. 2010). Kvantitative analyser af saccharider blev udført af HPLC under følgende betingelser: chromatograph, HPLC 1200 (Agilent, Santa Clara, CA, USA); kolonne, AMINEKS HPKS – 87P (Bio-Rad, Hercules, CA, USA); mobil fase, deioniseret vand; strømningshastighed, 0,6 mL min–1; detektor, RI; injiceret volumen, 50 liter; og temperatur, 80 liter C. Målinger blev udført på fire replikater pr.

askeindhold

Ovntørre papirprøver fra 0,5 til 2,0 g blev anbragt i muffeovnen ved 575 liter 25 liter C i mindst 4 timer og tørret til en konstant vægt. Askeindholdet blev bestemt ifølge Sluiter et al. (2008b) i en enkelt replikat pr.

bestemmelse af fiberlængde

papirprøver (ca.0,1 g) blev anbragt i polyethylenhætteglas og fik lov til at svulme op med en lille mængde vand. Derefter blev de pulpet i en ryster. Efter fuldstændig neddeling blev suspensionen fortyndet flere gange, således at der i ca.100 mL suspension var mindst tusind fibre. Andelen af fiberlængdeklasser (< 0,5 mm, 0,5 til 1 mm, 1 til 2 mm, 2 til 3 mm, 3 til 7 mm) blev bestemt ved hjælp af en fiberanalysator FS-100 (Kajaani Oy Electronics, Kajaani, Finland). Målinger blev udført på en enkelt replikat pr. prøve, og antallet af fibre inden for hver population af replikat varierede fra 16.138 til 20.112 celler.

lysmikroskopi af fibre

fibersammensætningen blev analyseret ved hjælp af et Nikon ECLIPSE 80I lysmikroskop udstyret med et Nikon DS-Fi1 digitalkamera (Nikon Instruments Europe, Amsterdam, Holland) på en lille mængde farvede fibre, der repræsenterer den testede prøve, i henhold til standarden ISO 9184 (1990). Fibrene blev farvet ved at tilsætte 2 til 3 dråber forskellige farvestoffer (Hercberg, Graff og Loffton-Merritt).

Brudlængde

Brudlængde af papirprøver blev målt i overensstemmelse med STN 500340 (1998). Til beregning af brudlængde var det nødvendigt at måle papirprøvernes grundvægt i henhold til STN EN ISO 536 (50 0310) (1999). Målinger blev udført på tyve replikater pr. prøve (150 lydende 15 mm).

lysstyrke

lysstyrke af papirprøver blev vurderet i henhold til STN ISO 3688 (50 0240) (1994) ved hjælp af et Fiberleucometer PL 11 6565 HK (Carl Seiss, Jena, Tyskland). Målinger blev udført på 20 replikater pr.

statistisk analyse

Data blev analyseret ved hjælp af envejsanalyse af varians, og Duncans multiple range-test blev brugt til sammenligninger af midler. Pearson-korrelationskoefficienterne blev beregnet for de undersøgte træk-trækforbindelser. Forholdene blev betragtet som signifikante, hvis P < 0,05. Multivariate foreninger blandt 15 papiregenskaber blev analyseret ved hjælp af en principal component analysis (PCA) for at beskrive mønstre af kovariation blandt de undersøgte træk.

resultater og diskussion

ændringer i pH-værdierne

pH-værdien af papir er en væsentlig faktor til bestemmelse af dets ældningsstabilitet. Målingerne præsenteret i tabel 1 viser, at papirdokumenter fra det 18. og 19.århundrede havde værdier, der spænder fra let sur til neutral pH. papirdokumenter fra det 20. århundrede var præget af sure pH-værdier, mens papirdokumenter fra det 21. århundrede havde lidt alkaliske pH-værdier. Acidity fremmer syrehydrolyse, hvilket fremskynder cellulosenedbrydning i papir (Vilson and Parks 1983). Lignocellulosiske materialer med lave pH-værdier og højt ligninindhold udviser generelt hurtigere nedbrydning end alkaliske eller neutrale materialer. Sammen med brugen af råmaterialer med højt ligninindhold bidrager den sure sulfitproces ved masseproduktion og/eller processen med sur dimensionering også til nedbrydning af papir. En lav pH-værdi er den mest betydningsfulde faktor i nedbrydningen af de mest truede papirdokumenter (dvs. 2012). Alkaliske eller neutrale papirer er mere stabile på grund af undertrykkelsen af syrehydrolyse med hensyn til graden af nedbrydning og aldringshastigheden (Cappala 1991; Area and Cheradame 2011). Mar kurtala et al. (2009) offentliggjorde pH-værdier af papirer fra det 20.århundrede og de tidlige år af det 21. århundrede. De mest sure dokumenter (pH 3.9) stammer fra årene 1920 og 1960. Forfatterne opdagede også, at antallet af dokumenter med neutrale pH-værdier (pH 7) gradvist steg fra

1990 ‘ erne til nutiden.

tabel 1. Vigtigste Papir Karakteristika for de Undersøgte Dokumenter på Papir

Data repræsenterer midlerne SD. Middelværdier efterfulgt af de samme bogstaver, a–i, inden for samme række på tværs af undersøgte papirdokumenter, er ikke signifikant forskellige ved p < 0,05.

PHS, pH af papiroverflade; pHE, pH af vandigt papirekstrakt; FA, myresyre; AA, eddikesyre; GAL, D-galactose; ARA, l-arabinose; mand,

d-mannose; GLC, D-glucose; HOL, holocellulose; LIG, lignin; BV, basisvægt; BL, brudlængde; B, lysstyrke; aske, askeindhold

tabel 1 – fortsat. Vigtigste papiregenskaber for de undersøgte papirdokumenter

Data repræsenterer midlerne SD. Middelværdier efterfulgt af de samme bogstaver, a–i, inden for samme række på tværs af undersøgte papirdokumenter, er ikke signifikant forskellige ved p < 0,05.

PHS, pH af papiroverflade; pHE, pH af vandigt papirekstrakt; FA, myresyre; AA, eddikesyre; GAL, D-galactose; ara, l-arabinose; MAN,

d-mannose; GLC, D-glucose; HOL, holocellulose; LIG, lignin; BV, basisvægt; BL, brudlængde; B, lysstyrke; aske, askeindhold

strli Kris et al. (2007) studerede papirdokumenter fra 1870, som var sammensat af 70% bomuld og 30% år gammel hvede og halm. Forfatterne fandt, at pHE af disse papirprøver var sur (pH 4.7). Dette var også tilfældet for papirprøver fra 1874, som bestod af 50% træmasse og 50% sulfitmasse. En alkalisk pH (pH 8,8) blev registreret i papirprøver med oprindelse i 2002, som bestod af 70% bleget kraftmasse og 30% bleget sulfitmasse.

ændringer i mængden af eddikesyre og myresyre

de største mængder carboksyl syrer blev fundet i det ældste undersøgte papirdokument fra 1762 (tabel 1), hvor indholdet af eddikesyre nåede 3.8 mg g – 1 og myresyre nåede 5,8 mg g–1.

høje værdier af carboksyl syrer blev også fundet i papirdokumenter fra 1807. Jablonsky et al. (2012b) målte 4,8 mg g–1 eddikesyre i papirdokumenter, der blev udsat for en accelereret aldringsperiode på 60 dage. Myresyre trænger dybere ind i stakke af papirer end eddikesyre, hvilket afslører dets potentiale for nedbrydning i arkiver og biblioteker (T. 2013). Fjernelsen af flygtige organiske forbindelser har en signifikant positiv effekt på papirstabiliteten og kan i visse tilfælde fordoble deres forventede levetid (Strli Larsen et al. 2011). Derudover blev det i det foreliggende arbejde fundet, at indholdet af eddikesyre og myresyre var indbyrdes korreleret (se supplerende tabel S1).

ændringer i indholdet af saccharider, lignin og aske

en betydelig andel papir består af saccharider. Baseret på de kvantitative resultater af neutrale saccharider i papirdokumenter fra det 18.og 19. århundrede indeholdt disse prøver den højeste andel glukose, meget små mængder af andre hemicellulosekomponenter (dvs. galactose, mannoseog arabinose) og ingen ksylose (tabel 1).

nedbrydningen af hemicellulose begynder med deacetylering og danner eddikesyre, der katalyserer både hydrolysen af glycosidbindinger i polysaccharider og de efterfølgende reaktioner af opståede monosaccharider (Nuopponen et al. 2004; Esteves og Pereira 2009). Indtil 1859 varierede mængden af glukose fra omkring 87 til 91%. I 1920 faldt mængden af glukose til 35,4%, fordi træmasse på det tidspunkt var en vigtig komponent i trykpapir.

papirdokumenter fra 1920 og 1923 blev fremstillet af blødt træmasse, hvilket fremgår af det høje indhold af både lignin og glucomannan i deres papirprøver. Disse dokumenter havde også lave værdier for brudlængde og lysstyrke.

tilstedeværelsen af ligninkromoforer i de undersøgte papirprøver resulterede i en signifikant gulning af papiret. Papirdokumenter fra 1920 indeholdt et højt indhold af aske (21,9%), hvilket kan forklare deres lave styrke, f.eks. sammenlignet med papirdokumentet fra samme periode (1923), som indeholdt et lavere askeindhold. Dokumentets brudlængde fra 1923 var næsten dobbelt så høj. Højt fyldstofindhold har en indirekte effekt på overfladestyrken og stivheden af papir (Ciullo 1996).

ændringer i fiberlængdefordelinger

resultaterne af fiberlængdefordelinger (Fig. 1) viste, at den største andel af fibre i de ældste undersøgte papirdokumenter (indtil 1859) var i 0,5 til 1,0 mm længdeklassen (fra 38,5 til 46,0%).

Fig. 1. Andel af fiberlængdeklasser på tværs af de undersøgte papirdokumenter

Fig. 2. Lysmikroskopi billeder af fibre til stede i de undersøgte papirdokumenter. Nogle billeder er tilpasset fra Gojn LARP et al. (2014)

disse papirprøver indeholdt også en relativt høj andel fibre længere end 1 mm. den mikroskopiske analyse af fibre (Fig. 2) afslørede, at papirdokumenterne fra det 18.og 19. århundrede primært var fremstillet af kludmasse (bomuld, hør, hamp). Ifølge Kilpinen (1994) blev kortere bomuldsfibre (3 til 5 mm) tidligere brugt til at fremstille papir. Mikroskopiske analyser fra Collings og Milner (1984) vedrørende papirprøver fremstillet i Europa mellem 1400 og 1800 viste primært blandinger af hamp og hørfibre med højere koncentrationer af hamp (f.eks. 75%) i tidligere papirprøver. Mens både bomuld og bomuldsholdige stoffer var tilgængelige i Europa i denne periode, blev de ikke almindeligt anvendt til at generere betydeligt bomuldskludmateriale til papirfremstilling før i det 19.århundrede. Betydelige mængder bomuldsfibre er derfor sjældne i papirdokumenter før 1800.

papirdokumenter fra det 20.århundrede indeholdt fibre inden for 0,5 til 1,0 mm længdeklassen, fra 28% (1950) til 40% (1956), med en stor andel fibre længere end 2 mm (fra 16% til 30%). Den mikroskopiske analyse af papirdokumenter fra 1920 og 1923 bekræftede, at disse papirprøver hovedsagelig blev fremstillet af blødt træmasse.

papirdokumenter fra 1950 og 1956 bestod hovedsageligt af bleget nåletræsmasse, mens papirprøver fra 2007 blev fremstillet af bleget hårdttræsmasse (Fig. 2). Sidstnævnte papirdokumenter indeholdt den største andel fibre i en længdeklasse på 0,5 til 1,0 mm (53,8%). Massefiberlængdefordeling, der observeres efter papirmasse og/eller papirfremstilling, er en funktion af både den oprindelige fiberlængdefordeling og virkningerne af forarbejdning. Fordi fiberlængdefordelinger påvirker trækstyrke, tåre, opacitet, porøsitet og mange andre papiregenskaber, har papirproducenter udviklet mange teknikker til at måle fiberlængdegennemsnit (Clark 1985). Andre undersøgelser har også rapporteret om det betydelige forhold mellem fiberlængde og papirstyrke (f.eks. brudlængde og riveindeks) (Seth og Side 1988; Niskanen 1998; Molteberg og H-Lyribib 2006).

korrelerede træk

statistisk analyse af de undersøgte egenskabsforbindelser afslørede, at nogle træk påvirkede andre egenskaber, enten positivt eller negativt. Korrelationskoefficienter blandt de undersøgte træk er præsenteret i den supplerende tabel S1.

inden for de undersøgte papirdokumenter var der signifikante forhold mellem pH og indholdet af mannose, glucose, total udbytte af saccharider (dvs.holocellulose) og lignin. Figur 3a viser korrelationen af pHE på mængden af holocellulose, som toppede ved en pHE på 7,18. Dataene var udstyret med et andet ordens polynom, og målingerne af pHE forklarede 61% af variationen i indholdet af holocellulose (R2 = 0,610, P = 0,014).

papirets lysstyrke var også relateret til pHE (Fig. 3b), hvorved målingerne af pHE forklarede 36% af variationen i papirdokumenternes lysstyrke (R2 = 0,356, P = 0,040). Tidligere undersøgelser har vist, at surhedsgrad accelererer nedbrydningen af cellulose, holocellulose og papir via syrekatalyseret hydrolyse (1983). Svagt, misfarvet og sprødt papir korrelerede med lav pH, mens neutrale og alkaliske papirer generelt var i en meget bedre tilstand af konservering (Sobucki og 2003).

Endvidere var der et positivt forhold mellem brudlængden og andelen af fiberlængden klasse 0,5 til 1,0 mm (Fig. 3c). Målinger af andelen af fiberlængde klasse 0,5 til 1,0 mm forklarede 53% af variationen i brudlængden af papirdokumenter (R2 = 0,529, P = 0,007).

Fig. 3. Forholdet mellem pH i vandigt papirekstrakt og indholdet af holocellulose (A) og til papirets lysstyrke (b); forholdet mellem andelen af fiberlængdeklasse 0,5 til 1,0 mm til brudlængden af papirdokumenter (c)

større fiberlængde og højere fiberstyrke understøtter højere papirstyrke (Fi-Kurrerov-Kurr et al. 2009). I denne undersøgelse var fiberlængdeklassen 0,5 til 1,0 mm klart den overvejende andel for størstedelen af de undersøgte papirdokumenter og var således primært ansvarlig for styrken af papirprøverne. Derudover påvirkede mængden af mannose papirets lysstyrke negativt, fordi lignin, den største lignocellulosiske komponent, der er ansvarlig for at reducere lysstyrken (Chen et al. 2012), korreleret godt med mannoseindholdet (se supplerende tabel S1).

Fig. 4. Positioner på 15 papiregenskaber på den første og anden akse i principal component analysis (PCA). De nederste og venstre akser henviser til papiregenskaberne, mens de øverste og højre akser henviser til udskrivningsåret for de undersøgte papirdokumenter.

foreninger blandt papiregenskaber

en principkomponentanalyse (PCA) blev udført for at evaluere, hvordan de undersøgte træk var forbundet (Fig. 4). Den første akse forklarede 46% af variationen og viste stærke positive belastninger for indholdet af holocellulose og glucose såvel som for pHS og pHE. Den negative side af aksen angav stærke belastninger for indholdet af lignin, mannose og aske.

den anden akse forklarede 20% af variationen og viste stærke positive belastninger for brudlængden, lysstyrken og indholdet. Den negative side af aksen angav stærke belastninger for indholdet af både myresyre og eddikesyre.

derudover kunne fire grupper af kompakte homogene klynger skelnes i en multivariat papiregenskabsanalyse, der klart var adskilt fra hinanden. Papirdokumenter trykt i 1762, 1784, 1807 og 1839 dannede den første klynge, efterfulgt af klynger af papirdokumenter trykt i 1853 og 1859, derefter 1920 og 1923 og endelig 1950 og 1956. Papirprøven, der blev trykt i 1719, dannede en enkelt adskilt prøve; den samme sag blev også observeret for papirdokumentet fra 2007. Sidstnævnte papirdokument var det mest adskilte eksemplar fra alle de andre grupper, og træk som brudlængde og lysstyrke var tæt forbundet udelukkende med dette dokument.

konklusioner

1. papirdokumenter, der stammer fra det 18.og 19. århundrede, var kendetegnet ved let sure til neutrale pH-værdier, dem fra det 20. århundrede med sure værdier og dem fra 2007 med let alkaliske værdier. Indholdet af mannose, glucose, holocellulose og lignin blev signifikant påvirket af pH-værdien af papir.
2. papirdokumenter fra det 18.og 19. århundrede blev fremstillet af ikke-træfibre (klud), dem fra 1920 ‘ erne fra blødt træmasse, dem fra midten af det 20. århundrede fra blødt træbleget papirmasse og endelig dem fra 2007 fra bleget hårdttræmasse.
3. Brudlængde blev påvirket af både fiberlængdeklassen på 0,5 til 1,0 mm og graden af delignificering som repræsenteret ved lysstyrke.
4. den laveste styrkeværdi var forbundet med 1920 papirdokumenter fremstillet af træfibre og indeholdende meget store mængder af både lignin og aske (fyldstoffer). Papirdokumenter fra 1920 og 1923 havde også den laveste procentdel af lysstyrke. Derfor fortjener papirdokumenter, der stammer fra denne periode, meget særlig opmærksomhed og beskyttelse i offentlige arkiver og biblioteker.
5. papirdokumentet, der blev trykt i 2007, var det mest adskilte eksemplar fra alle de andre grupper af papirdokumentklynger med hensyn til en multivariat papiregenskabsanalyse.
6. for at gøre papiret mere modstandsdygtigt over for aldring er det afgørende at holde alkaliske pH-værdier, sænke luftfugtigheden og temperaturen i det miljø, hvor bøgerne opbevares.

anerkendelser

forfatterne takker Fru E. Ritch-Kr Kr for sprogrevision. Denne publikation er resultatet af projektet “forøgelse af menneskelige ressourcer til overførsel af biomasseproduktion og forarbejdning af Forsknings-og udviklingsresultater til praksis” (ITMS: 262110230087), støttet af det operationelle program” Uddannelse ” finansieret af Den Europæiske Socialfond (50%) og af det slovakiske videnskabelige Tilskudsagentur VEGA i henhold til Kontrakt nr.1/0521/15 (50%).

referencer Citeret

Amidon, T. E. (1981). “Effekt af træegenskaber af hårdttræ på kraftpapiregenskaber,” Tappi 64, 123-126.

område, M. C. og Cheradame, H. (2011). “Paper aldring og nedbrydning: nylige fund og forskningsmetoder,” 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., Skov, D. og D. (1998). “Virkningen af lignin på papirvarighed: en omfattende undersøgelse af aldringsadfærd hos håndark og kommercielle papirprøver,” Restaurator 19(3), 135-154.

Chen, Y., Fan, Y., Tshabalala, M. A., Stark, N. M., Gao, J. og Liu, R. (2012). “Optisk egenskabsanalyse af termisk og fotolytisk alderen Eucalyptus camaldulensis chemithermomechanical pulp (CTMP),” BioResources 7(2), 1474-1487. DOI: 10.15376 / biores.7.2.1474-1487

Ciullo, P. A. (1996). Industrielle mineraler og deres anvendelse: En håndbog og formel, Noyes publikation, NJ, USA.

Clark, J. D. A. (1985). “Fibrillering og fiberbinding”, i: Pulp Technology and Treatment For Paper, J. D. A. Clark (Red.), Miller Freeman Publications, San Francisco, CA, USA, s.160-180.

Collings, T. og Milner, D. (1984). “Arten og identifikationen af bomuldspapirfremstillingsfibre i papir,” Paper Conservator 8(1), 59-71. DOI: 10.1080/03094227.1984.9638458

J. M. (1965). “Forholdet mellem fibermorfologi og papiregenskaber af: En gennemgang af litteraturen, ” Tappi 48, 440-447.

Dupont, A. L. (2003). Gelatine dimensionering af papir og dens indvirkning på nedbrydningen af Cellulose under aldring, Ph. D. afhandling, University of Amsterdam, Amsterdam, Holland.

Esteves, B. og Pereira, H. (2009). “Træmodifikation ved varmebehandling: en anmeldelse,” BioResources 4(1), 370-404. DOI: 10.15376 / biores.1.1.1-2

Fi Kurterov, M., Gigac, J. og Balber L., J. (2009). “Forholdet mellem fiber egenskaber og trækstyrke af hårdttræ og nåletræ kraftmasse,” Cellulose Kemi og teknologi 44(7-8), 249-253.

Gandini, A., og Paskini, D. (2012). “Virkningen af cellulosefiberoverflademodifikation på nogle fysisk-kemiske egenskaber af de efterfølgende papirer,” industrielle afgrøder og produkter 35(1), 15-21. DOI: 10.1016 / j. indcrop.2011.06.015

Gojn Karrus, J., Karrus Karrus, B., Mikala, O. og Karrabalov Karrus, I. (2014). “Fibre længde fordeling af historiske papirdokumenter,” Acta Facultatis 56 (2), 55-61. (på slovakisk)

Hubbe, Ma (2005). “Sure og alkaliske størrelser til udskrivning, Skrivning og tegning af papirer”, bog-og Papirgruppen årlig 23, 139-151.

ISO 9184 (1990). “Papir, pap og papirmasse – fiber furnish analyse,” International organisation for standardisering, Geneve.

Jablonsky, M., Botkova, M. Og Hrobonova, K. (2012A). “Accelereret aldring af træholdige papirer: dannelse af svage syrer og forringelse af trækstyrke,” Træforskning 57, 3, 419-434.

Jablonsky, M., Hrobonova, K., Katuscak, S., Lehotay, J., og Botkova, M. (2012b). “Dannelse af eddikesyre og myresyre i umodificerede og modificerede papirer under accelereret aldring,” Cellulose Kemi og teknologi 46(5-6), 331-340.

Kilpinen, O. (1994). “Ikke-træ specialmasse,” I: ikke – træ Plantefibermasse-statusrapport 21, TAPPI Press, Atlanta, GA, s.9-18.

Kraková, L., Chovanová, K., Selim, S. A., Šimonovičová, A., og Puškarová, A. (2012). “En multifasisk tilgang til undersøgelse af den mikrobielle mangfoldighed og dens bionedbrydelige evner i historiske papir-og pergamentdokumenter,” International Biodeterioration and bionedbrydning 70, 117-125. DOI: 10.1016 / j. ibiod.2012.01.011

Lichtblau, D., Strli Kurt, M., Trafela, T., Kolar, J. og Anders, M. (2008). “Bestemmelse af mekaniske egenskaber af historisk papir baseret på NIR spektroskopi og kemometri – et nyt instrument,” Applied Physics A. 92, 191-195. DOI: 10.1007 / s00339-008-4479-1

Mar Larsala, M., Kuka, I., Bukovsk Karrus, V. og Karrus, D. (2009). “De vigtigste parametre til assemmment holdbarheden af papirdokumenter,” Kni Kursnica 10, 35-38 (på slovakisk).

Mohlin, U. B., Dahlbom, J. og Hornatovska, J. (1996). “Fiberdeformation og arkstyrke,” Tappi Journal 79 (6), 105-111.

Molteberg, D., og H Lyrib, O. (2006). “Udvikling og variation af træ tæthed, kraftmasse yeild og fiber dimension i unge gran (Picea abies),” træ videnskab og teknologi 40, 173-189. DOI: 10.1007 / s00226-005-0020-2

Niskanen, K. (1998). Papir Fysik, Fapet Oy, Helsinki, Finland.

Nuopponen, M., Vuorinen, T., jams Kurt, S. og Viitaniemi, P. (2004). “Termiske modifikationer i nåletræ undersøgt af FT-IR og UV resonans Raman spektroskopier,” Journal of træ Kemi og teknologi 24(1), 13-26. DOI: 10.1081 / toilet-120035941

Paavilainen, L. (1993a). “Overensstemmelse − fleksibilitet og sammenklappelighed-af sulfatpulpfibre,” Paperi Ja Puu 75(9), 689-702.

Paavilainen, L. (1993b). “Betydningen af tværdimensionelle fiberegenskaber og grovhed for karakteriseringen af nåletræsulfatmasse,” Paperi Ja Puu 75(5), 343-351.

Page, D. H og Seth, R. (1979). “Den udvidede opførsel af kommercielle mekaniske papirmasse,” Pulp and Paper Canada 80 (8), T235-T237.

Polovka, M., Polovkova, J., Visarova, K., Kirschnerova, S., Bielikova, L. og Vrska, M. (2006). “Anvendelsen af FTIR spektroskopi på karakterisering af papirprøver, modificeret af bogholder proces,” Vibrationsspektroskopi 41(1), 112-117. DOI: 10.1016 / j. vibspec.2006.01.010

Seth, R. S. (1990). “Fiber kvalitet faktorer i papirfremstilling-I. betydningen af fiber længde og styrke,” i: Materialeinteraktioner, der er relevante for papirmasse -, papir-og træindustrien, D. F. Caulfield, J. D. Passaretti og S. F. Sobcsynski (Eds.), Materials Research Society, San Francisco, CA, USA, s.125-142.

Seth, R. S. og Page, D. H. (1988). “Fiberegenskaber og rivebestandighed,” Tappi Journal 71, 103-107.

Schmidt, J. A., Rye, C. S. og Gurnagul, N. (1995). “Lignin hæmmer autoksidativ nedbrydning af cellulose”, Polymernedbrydning og stabilitet 49(2), 291-297.

Sluiter, A., Hames, B., Ruis, R., Scarlata, C., Sluiter, J. og Templeton, D. (2008a). Bestemmelse af sukkerarter, biprodukter og nedbrydningsprodukter i Væskefraktionsprocesprøver (NREL/TP-510-42623), National vedvarende energi laboratorium, Golden, CO, USA.

Sluiter, A., Hames, B., Ruis, R., Scarlata, C., Sluiter, J. og Templeton, D. (2008b). Bestemmelse af aske i biomasse (NREL/TP-510-42622), nationalt laboratorium for vedvarende energi, Golden, CO, USA.

Sluiter, A., Hames, B., Ruis, R., Scarlata, C., Sluiter, J., Templeton, D., Crocker, D. (2010). Bestemmelse af strukturelle kulhydrater og Lignin i biomasse (NREL/TP-510-42618), National vedvarende energi laboratorium, Golden, CO, USA.

Sobucki, V., og D., B. (2003). “Undersøgelse af bevaringsstatus for samlinger fra det 19.og 20. århundrede på Nationalbiblioteket i Varsav,” Restaurator 24(3), 189-201. DOI: 10.1515 / HVILE.2003, 189

STN 500340 (1998). “Papir og pap. Bestemmelse af trækegenskaber, ” V RRPC, Bratislava, Slovakiet.

STN 500374 (1996). “Test af papirmasse og papir. Måling af overfladens pH-værdi af papir og papirmasse, ” V RRPC, Bratislava, Slovakiet.

STN EN ISO 536 (50 0310) (1999). “Papir og pap. Bestemmelse af gramvægt, ” V RRPC, Bratislava, Slovakiet.

STN ISO 3688 (50 0240) (1994). “Pulps. Måling af diffus blå refleksionsfaktor (ISO-lysstyrke),” V RRPC, Bratislava, Slovakiet.

STN ISO 6588 (50 0381) (1993). “Papir, pap og papirmasse. Bestemmelse af pH af vandige ekstrakter, ” V RRPC, Bratislava, Slovakiet.

Strli Kurt, M., Cigi Kurt, I. K., Kolar, J., de Bruin, G. og Pihlar, B. (2007). “Ikke-destruktiv evaluering af historisk papir baseret på pH-estimering fra VOC-emissioner,” sensorer 7(12), 3136-3145. DOI: 10.3390 / s7123136

Strli L., M., Cigi L., I. K., Mo L., A., de Bruin, G., Kolar, J. og Cassar, M. (2011). “Virkningen af flygtige organiske forbindelser og hypoksi på papir nedbrydning,” Polymer nedbrydning og stabilitet 96 (47), 608-615. DOI: 10.1016 / j. polymdegradstab.2010.12.017

Strli Kris, M., Kolar, J., Ko Krisar, D., Drnov Krisek, T., Selih, V., Susi Kris, R. og Pihlar, B. (2004). “Hvad er pH i alkalisk papir?, “e-konservering Videnskab 1, 35-47.

Tamolang, F. N., Vangaard, F. F. og Kellogg, R. M. (1968). “Hårdttræ fiber styrke og pulp-sheet egenskaber,” Tappi Jounal 51, 19-27.

t Kristtreault, J., Dupont, A. L., B Kristgin, P. og Paris, S. (2013). “Virkningen af flygtige forbindelser frigivet af papir på cellulosedbrydning under omgivende hygrotermiske forhold,” Polymernedbrydning og stabilitet 98(9), 1827-1837. DOI: 10.1016 / j. polymdegradstab.2013.05.017

Trafela, T., Strli Kurt, M., Kolar, J., Lichtblau, D. A., Anders, M., Mencigar, D. P. og Pihlar, B. (2007). “Ikke-destruktiv analyse og datering af historisk papir baseret på IR-spektroskopi og kemometrisk dataevaluering,” Analytisk Kemi 79(16), 6319-6323. DOI: 10.1021 / ac070392t

Vainio, A. (2007). Interfiberbinding og Fibersegmentaktivering i papir – observationer om fænomenerne og deres indflydelse på Papirstyrkeegenskaber, Ph. D. afhandling, Helsinki University of Technology, Helsinki, Finland.

Ververis, C., Georghiou, K., Christodoulakis, N., Santas, P. og Santas, R. (2004). “Fiber dimensioner, lignin og cellulose indhold af forskellige plantematerialer og deres egnethed til papirproduktion,” industrielle afgrøder og produkter 19 (3), 245-254. DOI: 10.1016 / j. indcrop.2003.10.006

Vizárová, K., Kirschnerová, S., Kačík, F., Briškárová, A., Šutý, Š. og Katu prick, S. (2012). “Forholdet mellem faldet i polymerisationsgraden af cellulose og tabet af mekaniske egenskaber ved træmasse papir under accelereret aldring,” kemiske papirer 66(12), 1124-1129.

Vangaard, F. F. og Vilhelm, D. L. (1970). “Fiberlængde og fiberstyrke i forhold til rivebestandighed af hadtræmasse,” Tappi Journal 53, 2153-2154.

P. M. Og Bogaard, J. (1994). “Bestemmelse af cellulosesnitningsruten i den hydrolytiske og oksidative nedbrydning af papir,” Restaurator 15 (1), 26-45.

E. J. (1983). “Historisk undersøgelse af forskning ved National Bureau of Standards on materials for archival records,” Restaurator 5(3-4), 191-241. DOI: 10.1515 / hvile.1983.5.3-4.191

Appala, A. (1991). “En international undersøgelse om standardisering af kunstpapirer og andre beregnet til bevarelse,” Restaurator 12(1), 18-35. DOI: 10.1515 / hvile.1991.12.1.18

Nul, S. (2007). “Accelereret aldrende kinetik af rent cellulosepapir efter vask, alkalisering og imprægnering med methylcellulose,” Restaurator 28(1), 55-69. DOI: 10.1515 / hvile.2007, 55

Nul, S. (2010). “Naturlig og accelereret ældning af cellulose og papir: en litteraturgennemgang” i: Cellulose: struktur og egenskaber, derivater og industrielle anvendelser, A. Lejeune og T. Depres (Eds.), København: Nova Publishing, s.155-203.

sotti, M., Ferroni, A. og Calvini, P. (2008). “Mikrofungal biodeterioration af historisk papir: foreløbig FTIR og mikrobiologiske analyser,” International Biodeterioration og bionedbrydning 62(2), 186-194. DOI: 10.1016 / j. ibiod.2008.01.005

Uesaka, T. og Gurnagul, N. (1996a). “Forudsigelse af papirvarighed ved accelereret aldring I. kinetisk analyse af aldringsprocessen,” Cellulose 3, 243-267. DOI: 10.1007 / Bf02228805

Uesaka, T. og Gurnagul, N. (1996b). “Forudsigelse af papirvarighed ved accelereret aldring II. sammenligning af forudsigelserne med naturlige aldringsresultater,” Cellulose 3, 269-279. DOI: 10.1007 / BF02228806

T. (1993). “Lignins rolle i papirets mekaniske varighed. Del i: effekt af ligninindhold, ” Journal of Pulp and Paper Science 19(6), j235-j239.

artikel indsendt: 25.februar 2016; fagfællebedømmelse afsluttet: 9. oktober 2016; revideret version modtaget: 24. januar 2017; foreløbig accept: 7. februar 2017; offentliggjort: 21. februar 2017.

DOI: 10.15376 / biores.12.2.2618-2634

Tabel S1.

Pearson korrelationskoefficienter for de undersøgte papiregenskaber

Bemærk: korrelationskoefficienter præsenteret med fed skrift er signifikante ved P < 0,05.

PHS, pH af papiroverflade; Phe, pH af vandigt papirekstrakt; FA, myresyre; AA, eddikesyre; GAL, D-galactose; ara, l-arabinose; MAN, D-mannose; GLC, D-glucose; HOL, holocellulose; LIG, lignin; BV, basisvægt; BL, brudlængde; B, lysstyrke; aske, askeindhold; FL1, fiberlængdeklasse <0,5 mm; FL2, fiberlængde klasse 0,5-1 mm; FL3, fiberlængde klasse 1-2 mm; FL4, fiberlængde klasse 2-3 mm; FL5, fiberlængde klasse 3-7 mm.