Változások a kémiai vagy fizikai tulajdonságai a papír alapú dokumentumok miatt természetes öregedés

Čabalová, I., Kačík, F., Gojný, J., Češek, B., Milichovský, M., Mikala, O., Tribulová, T. Ďurkovič, J. (2017). “A papírdokumentumok kémiai és fizikai tulajdonságainak változása a természetes öregedés miatt” – mondta BioRes. 12(2), 2618-2634.

absztrakt

Letöltés PDF

Teljes Cikk

Változások a Kémiai vagy Fizikai Tulajdonságai a Papír alapú Dokumentumok miatt Természetes Öregedés

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

A céllal, hogy ez a tanulmány annak értékelése volt, hogy a változások kémiai vagy fizikai tulajdonságai a kiválasztott papír alapú dokumentumok, ismerkedés a 18-ik században a mai dátum. A 18., 19. és 21. század papírdokumentumainak pH-értéke enyhén savastól lúgosig terjedt, míg a 20. század papírdokumentumai savasabbak voltak. A mannóz, a glükóz, a holocellulóz és a lignin tartalma szignifikánsan korrelált a papír pH-jával. Mind a karbonsavak (ecetsav és hangyasav), mind a legtartósabb monoszacharid (glükóz) magas tartalmát a 18.és 19. századból származó legrégebbi vizsgált papírdokumentumokban találták. A fényerő legalacsonyabb százalékát az 1920-ból és 1923-ból származó papírdokumentumokban találták. A legkisebb törési hossz az 1920-ból származó papírokhoz kapcsolódott.

kulcsszavak: papírdokumentumok; természetes öregedés; pH; hangyasav; ecetsav; Rosthossz; Holocellulóz

elérhetőség: a: kémiai és kémiai technológiák Tanszék, Zólyomi Műszaki Egyetem, T. G. Masaryka 24, 960 53 Zólyom, Szlovák Köztársaság; b: makromolekuláris anyagok kémiai és technológiai Intézete, Pardubicei Egyetem, Studentsk ~ 9, 532 10 Pardubice, Cseh Köztársaság; C: Növénytani Tanszék, Zólyomi Műszaki Egyetem, T. G. Masaryka 24, 960 53 Zvolen, Szlovákia; * levelező szerző: [email protected]

bevezetés

a papír romlását számos tényező okozza, például savas hidrolízis, oxidatív szerek, fény, légszennyezés vagy mikroorganizmusok jelenléte (Zou et al. 1996a, b; Zotti et al. 2008; Zervos 2010; Area and Cheradame 2011; Krakov stb. 2012). A természetes öregedés során a papír szilárdságának csökkenése a cellulóz, a fő szerkezeti összetevő lebomlásának eredménye. Cellulóz lebomlás papír eléri a különböző módok függően különböző kémiai folyamatok (savas és enzimes hidrolízis, lúgos és oxidatív lebomlás), hőhatás (hatása a különböző hőmérsékletek), és a sugárzás (ultraibolya és nagy energia), figyelembe véve a savas hidrolízis, hogy a legtöbb uralkodó (Whitmore and Bogaard 1994).

a Lignintartalom nagy jelentőséggel bír a papíralapú anyagok tartósításában. Összetett és részben instabil természetes szerves polimer, korlátozott fotostabilitása fontos a kiállított tárgyak számára. A lignin hatása a cellulóz stabilitására a papírban nem jól ismert, de korlátozott antioxidáns hatást fejthet ki. Oxidációja azonban hozzájárulhat a savak felhalmozódásához is, amelyek destabilizálják az anyagot (Zou et al. 1993; Schmidt et al. 1995; Begin et al. 1998; Trafela et al. 2007). Az öregedés során a papírdokumentumokban a savasság fejlődésének egyik fő forrása az acetát-észtercsoportok hidrolízise a hemicellulózban (Polovka et al. 2006; Zervosz 2007; Jablonszk (Jablonszk) stb. 2012a).

papír előtt kb. Az 1850-et a hagyományos méretezési eljárással állították elő zselatin felhasználásával (Dupont 2003), amely megközelítőleg semleges vagy enyhén savas anyagot eredményezett. Általában a régi könyvekben lévő zselatin jó állapotban marad, ha korrozív festékek vagy biodeteriogének hiányában kedvező környezetben tartották. A zselatin előnyös a papír számára, és növeli a hosszú élettartamot (Strli stb. 2004; Lichtblau et al. 2008). Az 1850 és 1990 között gyártott papír esetében a vizes kivonatok pH-értéke gyakran 6 alatt van az alumínium-gyanta méretrendszer alkalmazása miatt. Ez csökkenti a papír várható élettartamát. 1990-től napjainkig a papírgyártás lúgos méretezésre változott, és a kortárs papír ismét stabilabb (Trafela et al. 2007). Ennek oka a költségek csökkentése volt. A modern” PCC ” kalcium-karbonát töltőanyag, amely a lúgos pH-hoz szükséges a papírformázás során, olcsóbbá tette a fényes papír előállítását (Hubbe 2005). A papír erősségét az egyes szálak erőssége és a szálak hálózatba kötésének erőssége határozza meg (Page and Seth 1979; Ververis et al. 2004).

Paavilainen (1993a,b) szerint a szakítószilárdság csökkenése megfelel a szálak durvaságának növekedésének, ami arra utal, hogy a papír Nagy szakítószilárdságának legfontosabb tényezői a jó kötési képesség és a nagy belső szálszilárdság. A szakítószilárdságot a ragasztott terület, mind a külső, mind a belső fibrillációk, a bírságok mennyisége, és különösen a nedves szálak rugalmassága határozza meg. Gandini és Pasquini (2012) megjegyezte, hogy a papír mechanikai tulajdonságai közvetlenül kapcsolódnak a szálak azon képességéhez, hogy létrehozzák az Inter – és intra-fibre kötéseket. A ragasztott terület és a szálhossz maximalizálása növelheti az aktiválási folyamatot, míg az olyan deformációk, mint a törés és a göndör, csökkenthetik az aktiválódást.

a deformált szálak szintén nem egyenletes terheléseloszláshoz vezetnek, ezáltal csökkentve a hálózatok terhelési képességét, mivel helyi feszültségpontokat okoznak (Vainio 2007). Mohlin és mtsai. (1996) tanulmányozta a szál deformációjának hatását a lemez szilárdságára. A szerzők a szakítószilárdság és a szakítószilárdság csökkenéséről számoltak be, a száldeformációk számának növekedésével és az alaktényező csökkenésével.

az olyan száljellemzők elemzése, mint a szálhossz, a szálátmérő, a lumen szélessége, a sejtfalvastagság és ezek származtatott morfológiai jellemzői fontossá váltak a rost cellulózminőségének becslésében (Dinwoodie 1965; Amidon 1981). A szál hossza és szilárdsága különösen fontos a szakadási ellenállás szempontjából (Tamolang et al. 1968; Wangaard és Williams 1970; Seth és Page 1988). Ezenkívül Seth (1990) kimutatta, hogy a szakítószilárdságot befolyásolja a szálhossz.

a tanulmány célja a pH-értékek, a karbonsavak tartalma, a holocellulóz és a lignin, a rostméretek, a töréshossz és a papírdokumentumok fényességének változása volt különböző korokban. A tanulmány a vizsgált tulajdonságok közötti jelentős kapcsolatok tisztázására is szolgál.

kísérleti

anyagok

papírmintákat vettek az egyes években nyomtatott könyvből 1719, 1762, 1784, 1807, 1839, 1853, 1859, 1920, 1923, 1956, és 2007. Az összes kutatott könyvet egyetlen helyen tárolták, egy régi templomban Szlovákia középső részén, ami azt jelenti, hogy ezek természetes öregedési folyamaton mentek keresztül. A kiadvány évét a papírdokumentum gyártási évének tekintették.

módszerek

a pH-értékek meghatározása

a papírfelületek (pHS) pH-értékének meghatározását a szlovák műszaki szabvány (STN) 500374 (1996) szerint végeztük (egy csepp desztillált vízzel, majd ezt követően a pH-elektródát a papír felületére helyezve, öt helyszínen történő mintavétellel), míg a hideg vizes papírkivonatok (pHE) pH-értékének meghatározását a szlovák szabvány szerint végeztük stn ISO 6588 (50 0381) (1993) (hideg extrakció, 2 g papírminta 100 ml vízre, 1 óra). A pH-meghatározás pontosságát 0,2 egységnél kisebbre becsülték. A méréseket mintánként öt ismétlésen végeztük.

karbonsavak tartalma

körülbelül 2 g papírt mérünk meg pontosan, és adjuk hozzá 15 mL tiszta vízhez. A szuszpenziót 2 órán át kevertük, majd egy 0,45 MHz-es szűrőn (Jablonsky et al. 2012b). A karbonsav (hangyasav, ecetsav) tartalmát nagy teljesítményű folyadékkromatográfiával (HPLC) és Sluiter et al. (2008a), az alábbiak szerint: kromatográf, HPLC 1200 (Agilent, Santa Clara, CA, USA); oszlop, polimer IEX H forma (Watrex, Praha, Cseh Köztársaság); mozgófázis, 9 mM H2SO4; áramlási sebesség, 0,5 mL min–1; detektor, RI (törésmutató); befecskendezett térfogat, 100 6L; és hőmérséklet, 35 C. az eredményeket hangyasav és ecetsav formájában mutatjuk be mind a szabad savak, mind azok vízoldható sói esetében. A méréseket mintánként négy ismétlésen végeztük.

a szacharidok és a lignin tartalma

a papírmintákat 72 tömegszázalékos kénsavval hidrolizáltuk, és mind a lignint, mind a semleges szacharidokat az NREL módszer szerint határoztuk meg (Sluiter et al. 2010). A szacharidok kvantitatív analízisét a HPLC a következő feltételek mellett végezte: kromatográf, HPLC 1200 (Agilent, Santa Clara, CA, USA); oszlop, Aminex HPX – 87P (Bio-Rad, Hercules, CA, USA); mozgófázis, ionmentesített víz; áramlási sebesség, 0,6 mL min–1; detektor, RI; befecskendezett térfogat, 50 ft; és hőmérséklet, 80 ft C. A méréseket mintánként négy ismétlésen végeztük.

hamutartalom

0,5-2,0 g közötti Kemenceszáraz papírmintákat helyeztünk a tokos kemencébe 575 65 25 C hőmérsékleten legalább 4 órán át, és állandó tömegre szárítottuk. A hamutartalmat Sluiter et al. (2008b) mintánként egyetlen ismétlésben.

Szálhossz meghatározása

a papírmintákat (körülbelül 0,1 g) polietilén fiolákba helyeztük, és kis mennyiségű vízzel hagytuk megduzzadni. Ezt követően rázógépben pépesítették őket. A teljes aprítást követően a szuszpenziót többször hígítottuk úgy, hogy körülbelül 100 mL szuszpenzióban legalább ezer szál legyen. A szálhossz-osztályok arányát (< 0,5 mm, 0,5-1 mm, 1-2 mm, 2-3 mm, 3-7 mm) FS-100 szálanalizátorral határoztuk meg (Kajaani Oy Electronics, Kajaani, Finnország). A méréseket mintánként egyetlen replikáción végeztük, és a replikáció minden populációjában a rostok száma 16 138 és 20 112 sejt között mozgott.

szálak fénymikroszkópos vizsgálata

a Szálösszetételt Nikon DS-Fi1 digitális fényképezőgéppel felszerelt Nikon ECLIPSE 80I fénymikroszkóppal (Nikon Instruments Europe, Amszterdam, Hollandia) elemeztük a vizsgált mintát képviselő kis mennyiségű festett szálon, az ISO 9184 (1990) szabvány szerint. A szálakat 2-3 csepp különböző színezőanyag (Herzberg, Graff és Loffton-Merritt) hozzáadásával festettük.

törési hossz

a papírminták törési hosszát az STN 500340 (1998) szerint mértük. A töréshossz kiszámításához meg kellett mérni a papírminták alaptömegét az STN EN ISO 536 (50 0310) (1999) szerint. A méréseket mintánként húsz ismétlésen végeztük (150 db 15 mm).

fényerő

a papírminták fényességét az STN ISO 3688 (50 0240) (1994) szabvány szerint PL 11 6565 ZP Szálleukométerrel (Carl Zeiss, Jena, Németország) értékelték. A méréseket mintánként 20 ismétlésen végeztük.

statisztikai elemzés

az adatokat egyirányú varianciaanalízissel elemeztük, Duncan többszörös tartománytesztjeit pedig az átlagok összehasonlítására használtuk. A Pearson korrelációs együtthatókat kiszámítottuk a vizsgált tulajdonság-tulajdonság kapcsolatokra. A kapcsolatokat szignifikánsnak tekintették, ha P < 0,05. A többváltozós asszociációkat 15 papírjellemző között elemeztük a főkomponens elemzés (PCA) a kovariációs minták leírása érdekében a vizsgált tulajdonságok között.

eredmények és vita

a pH-értékek változása

a papír pH-értéke jelentős tényező az öregedési stabilitás meghatározásában. Az 1. táblázatban bemutatott mérések azt mutatják, hogy a 18. és 19.század papírdokumentumainak értéke enyhén savastól semleges pH-ig terjedt. a 20. század Papírdokumentumait savas pH-értékek jellemezték, míg a 21. század papírdokumentumait enyhén lúgos pH-értékek jellemezték. A savasság elősegíti a savas hidrolízist, ami felgyorsítja a cellulóz lebomlását a papírban (Wilson and Parks 1983). Az alacsony pH-értékű és magas lignintartalmú lignocellulóz anyagok általában gyorsabb lebomlást mutatnak, mint a lúgos vagy semleges anyagok. A magas lignintartalmú nyersanyagok felhasználása mellett a cellulózgyártás savas szulfit folyamata és/vagy a savas méretezés folyamata is hozzájárul a papír lebomlásához. Az alacsony pH-érték a legjelentősebb tényező a legveszélyeztetettebb papírdokumentumok lebomlásában (Viz ons). 2012). A lúgos vagy semleges papírok stabilabbak a savas hidrolízis elnyomása miatt, tekintettel a lebomlás mértékére és az öregedés sebességére (Zappala 1991; Area and Cheradame 2011). Mar argentala et al. (2009) publikálta a 20.század és a 21. század első éveinek pH-értékeit. A legsavasabb dokumentumok (pH 3,9) 1920 és 1960 között keletkeztek. A szerzők azt is felfedezték, hogy a semleges pH-értékű (pH 7) dokumentumok száma fokozatosan nőtt a

1990-es évektől napjainkig.

1.táblázat. Fő Papír Jellemzői a Vizsgált Papír alapú Dokumentumok

az adatok az SD eszközöket képviselik. Az átlagértékek, amelyeket ugyanazok a betűk követnek, a-i, ugyanabban a sorban a vizsgált papírdokumentumokban, nem különböznek szignifikánsan a p < 0,05 értéknél.

pHS, A papír felületének pH-ja; pHE, a vizes papírkivonat pH-ja; FA, hangyasav; AA, ecetsav; xil, d-xilóz; GAL, d-galaktóz; ARA, l-arabinóz; MAN,

d-mannóz; GLC, d-glükóz; HOL, holocellulóz; LIG, lignin; BW, Alapsúly; BL, törési hossz; B, fényerő; hamu, hamutartalom

1.táblázat – folytatás. A vizsgált papírdokumentumok főbb Papírjellemzői

az adatok az SD eszközöket képviselik. Az átlagértékek, amelyeket ugyanazok a betűk követnek, a-i, ugyanabban a sorban a vizsgált papírdokumentumokban, nem különböznek szignifikánsan a p < 0,05 értéknél.

pHS, A papír felületének pH-ja; pHE, a vizes papírkivonat pH-ja; FA, hangyasav; AA, ecetsav; xil, d-xilóz; GAL, d-galaktóz; ARA, l-arabinóz; MAN,

d-mannóz; GLC, d-glükóz; HOL, holocellulóz; LIG, lignin; BW, alaptömeg; BL, törési hossz; B, fényerő; hamu, hamutartalom

strli 6653 és mtsai. (2007) 1870-ből származó papírdokumentumokat tanulmányozott, amelyek 70% pamutból és 30% éves búzából és szalmából álltak. A szerzők megállapították, hogy ezeknek a papírmintáknak a pHE savas volt (pH 4,7). Ugyanez volt a helyzet az 1874-es papírminták esetében is, amelyek 50% fapépből és 50% szulfitpépből álltak. Lúgos pH-t (pH 8,8) regisztráltak a 2002-ből származó papírmintákban, amelyek 70% – ban fehérített nátronpépből és 30% – ban fehérített szulfitpépből álltak.

az ecetsav és hangyasav mennyiségének változása

a karbonsavak legnagyobb mennyiségét a legrégebbi, 1762-ből származó vizsgált papírdokumentumban (1.táblázat) találták, amelyben az ecetsavtartalom elérte a 3-at.8 mg g – 1 és hangyasav elérte az 5,8 mg g–1-et.

magas karbonsav-értékeket találtak az 1807-es papírdokumentumokban is. Jablonsky et al. (2012b) 4,8 mg g–1 ecetsavat mértek olyan papírdokumentumokban, amelyeket 60 napos gyorsított öregítési időszaknak vetettek alá. A hangyasav mélyebben hatol be a papírkötegekbe, mint az ecetsav, ami felfedi a levéltárakban és könyvtárakban való lebomlási potenciálját(t). 2013). Az illékony szerves vegyületek eltávolítása jelentős pozitív hatással van a papír stabilitására, és bizonyos esetekben megkétszerezheti a várható élettartamukat (Strli .. et al. 2011). Ezen túlmenően a jelen munkában azt találtuk, hogy az ecetsav és a hangyasav tartalma kölcsönösen Korrelált (lásd az S1 kiegészítő táblázatot).

szacharidok, lignin és hamu tartalmának változása

a papír jelentős része szacharidokból áll. A 18.és 19. századi papírdokumentumokban található semleges szacharidok mennyiségi eredményei alapján ezek a minták tartalmazták a legnagyobb arányban glükózt, nagyon kis mennyiségben más hemicellulóz komponenseket (azaz galaktózt, mannózt és arabinózt), és nem tartalmaztak xilózt (1. táblázat).

a hemicellulóz lebomlása dezacetilezéssel kezdődik, ecetsavat képezve, amely katalizálja mind a glikozidkötések hidrolízisét a poliszacharidokban, mind a keletkező monoszacharidok későbbi reakcióit (Nuopponen et al. 2004; Esteves és Pereira 2009). 1859-ig a glükóz mennyisége körülbelül 87-91% volt. 1920-ban a glükóz mennyisége 35,4% – ra csökkent, mert a fapép akkoriban a papírnyomtatás fontos eleme volt.

az 1920-as és 1923-as papírdokumentumok puhafapépből készültek, amit a papírmintákban található magas lignin-és Glükomannán-tartalom is bizonyít. Ezeknek a dokumentumoknak alacsony értékei voltak a hosszúság és a fényerő megszakítására is.

a lignin kromoforok jelenléte a vizsgált papírmintákban a papír jelentős sárgulását eredményezte. Az 1920-as papírdokumentumok magas hamutartalmat (21,9%) tartalmaztak, ami magyarázhatja alacsony szilárdságukat, például az azonos időszakból (1923) származó papírdokumentumhoz képest, amely alacsonyabb hamutartalmat tartalmazott. Az 1923-as dokumentum törési hossza majdnem kétszer olyan magas volt. A magas töltőanyag-tartalom közvetett hatással van a papír felületi szilárdságára és merevségére (Ciullo 1996).

változások a szálhossz-eloszlásban

a szálhossz-eloszlások eredményei (ábra. 1) kimutatta, hogy a legrégebbi vizsgált papírdokumentumokban (1859-ig) a szálak legnagyobb aránya a 0,5-1,0 mm hosszúsági osztályba tartozott (38,5-46,0% között).

Fig. 1. A szálhossz-osztályok aránya a vizsgált papíralapú dokumentumokban

Fig. 2. A vizsgált papírdokumentumokban található szálak fénymikroszkópos képei. Néhány kép a Gojn-tól van adaptálva. (2014)

ezek a papírminták viszonylag nagy arányban tartalmaztak 1 mm-nél hosszabb szálakat is. 2) feltárta, hogy a 18.és 19. század papírdokumentumai elsősorban rongypépből (pamutból, lenből, kenderből) készültek. Kilpinen (1994) szerint a múltban rövidebb pamutszálakat (3-5 mm) használtak papír készítéséhez. A Collings and Milner (1984) által az 1400 és 1800 között Európában gyártott papírmintákra vonatkozóan végzett mikroszkópos elemzések elsősorban a kender és a lenrostok keverékét mutatták ki, amelyekben a korábbi papírmintákban nagyobb volt a kender koncentrációja (például 75%). Míg ebben az időszakban Európában mind a pamut, mind a pamuttartalmú szövetek rendelkezésre álltak, a 19.századig általában nem használták őket jelentős pamut-rongy anyag előállítására papírgyártáshoz. Jelentős mennyiségű pamutszál tehát ritka az 1800 előtti papírdokumentumokban.

a 20.századi papírdokumentumok a 0,5-1,0 mm hosszúsági osztályba tartozó szálakat tartalmaztak, 28% – tól (1950) 40% – ig (1956), a 2 mm-nél hosszabb szálak nagy hányadával (16% – tól 30% – ig). Az 1920-as és 1923-as papírdokumentumok mikroszkópos elemzése megerősítette, hogy ezek a papírminták többnyire puhafa cellulózból készültek.

az 1950-es és 1956-os papírdokumentumok főként fehérített puhafa cellulózból álltak, míg a 2007-es papírmintákat fehérített keményfa cellulózból állították elő (ábra. 2). Ez utóbbi papírdokumentumokban volt a legnagyobb a szálak aránya 0,5-1,0 mm hosszúsági osztályban (53,8%). A péphossz-Eloszlás, amely a pépesítés és/vagy a papírgyártás után figyelhető meg, mind az eredeti szálhossz-Eloszlás, mind a feldolgozás hatásának függvénye. Mivel a szálhossz-eloszlások befolyásolják a szakítószilárdságot, a szakadást, az átlátszatlanságot, a porozitást és sok más papírtulajdonságot, a papírgyártók számos technikát fejlesztettek ki a szálhossz-átlagok mérésére (Clark 1985). Más tanulmányok is beszámoltak a szálhossz és a papír szilárdsága közötti szignifikáns kapcsolatról (pl. a töréshossz és a szakadási index) (Seth and Page 1988; Niskanen 1998; Molteberg and H Enterprises).

Korrelált tulajdonságok

a vizsgált tulajdonságkapcsolatok statisztikai elemzése azt mutatta, hogy egyes tulajdonságok pozitívan vagy negatívan befolyásoltak más jellemzőket. A vizsgált tulajdonságok közötti korrelációs együtthatókat az S1 kiegészítő táblázat mutatja be.

a vizsgált papírdokumentumokban szignifikáns összefüggés volt a mannóz, a glükóz, a szacharidok (azaz a holocellulóz) és a lignin pH-értéke és tartalma között. A 3a. ábra a pHE korrelációját mutatja a holocellulóz mennyiségére, amely a pHE-nél 7,18-nál tetőzött. Az adatokat másodrendű polinommal látták el, és a pHE mérései a holocellulóz-tartalom változásának 61% – át magyarázták (R2 = 0,610, P = 0,014).

a papír fényereje a pHE-hez is kapcsolódott (ábra. 3b), ahol a pHE mérése a papírdokumentumok fényerejének változásának 36% – át magyarázta (R2 = 0,356, P = 0,040). Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy a savasság felgyorsítja a cellulóz, a holocellulóz és a papír lebomlását savval katalizált hidrolízissel (Wilson and Parks 1983). A gyenge, elszíneződött és törékeny papír korrelált az alacsony pH-val, míg a semleges és lúgos papírok általában sokkal jobb állapotban voltak (Sobucki and Drewniewska-Idziak 2003).

továbbá pozitív összefüggés volt a töréshossz és a 0,5-1,0 mm-es szálhossz-osztály aránya között (ábra. 3c). A 0,5-1,0 mm-es szálhossz-osztály arányának mérése a papírdokumentumok törési hosszának változásának 53% – át magyarázta (R2 = 0,529, P = 0,007).

Fig. 3. A vizes papírkivonat pH-ja és a holocellulóz-tartalom (a) és a papír fényereje (b) közötti összefüggések; a 0,5-1,0 mm-es szálhossz-osztály aránya a papírdokumentumok törési hosszához (c)

a nagyobb szálhossz és a nagyobb szálszilárdság a nagyobb papírszilárdságot támogatja (Fi ons). 2009). Ebben a tanulmányban a vizsgált papírdokumentumok többségénél egyértelműen a 0,5-1,0 mm-es szálhossz-osztály volt a meghatározó, így elsősorban a papírminták szilárdságáért volt felelős. Ezenkívül a mannóz mennyisége negatívan befolyásolta a papír fényerejét, mivel a lignin, a fényerő csökkentéséért felelős fő lignocellulóz komponens (Chen et al. 2012), jól korrelált a mannóztartalommal (lásd az S1 kiegészítő táblázatot).

Fig. 4. 15 papírjellemző pozíciói a főkomponens-elemzés (PCA) első és második tengelyén. Az alsó és a bal oldali tengelyek a papírjellemzőkre, míg a felső és a jobb oldali tengelyek a vizsgált papírdokumentumok nyomtatási évére vonatkoznak.

asszociációk között papír vonások

a principle component analysis (PCA) végeztünk, hogy értékelje, hogy a vizsgált vonások voltak társítva (ábra. 4). Az első tengely a variáció 46% – át magyarázta, és erős pozitív terhelést mutatott a holocellulóz és a glükóz tartalmára, valamint a pHS és a pHE-re. A tengely negatív oldala a lignin, a mannóz és a hamu tartalmának erős terhelését jelezte.

a második tengely a variáció 20% – át magyarázta, és erős pozitív terheléseket mutatott a törés hosszára, fényességére és xilóztartalmára. A tengely negatív oldala mind a hangyasav, mind az ecetsav tartalmának erős terhelését jelezte.

ezenkívül a kompakt homogén klaszterek négy csoportját meg lehetett különböztetni egy többváltozós papír tulajdonságelemzéssel, amelyek egyértelműen elkülönültek egymástól. Az 1762-ben, 1784-ben, 1807-ben és 1839-ben nyomtatott papírdokumentumok alkották az első klasztert, amelyet 1853-ban és 1859-ben, majd 1920-ban és 1923-ban, végül 1950-ben és 1956-ban nyomtatott papírdokumentumok klaszterei követtek. Az 1719-ben nyomtatott papírminta egyetlen szegregált mintát alkotott; ugyanez az eset volt megfigyelhető a 2007-ből származó papíralapú dokumentum esetében is. Ez utóbbi papírdokumentum volt a leginkább elkülönített példány az összes többi csoporttól, és az olyan tulajdonságok, mint a törés hossza és a fényerő, szorosan összefüggtek ezzel a dokumentummal.

következtetések

1. a 18.és 19. századból származó papíralapú dokumentumokat enyhén savas vagy semleges pH-értékek, a 20. századból származó savas értékeket, a 2007-ből származó enyhén lúgos értékeket jellemezték. A mannóz, a glükóz, a holocellulóz és a lignin tartalmát jelentősen befolyásolta a papír pH-értéke.
2. a 18.és 19. század Papírdokumentumai nem farostból (rongy), az 1920-as évekből puhafa cellulózból, a 20. század közepétől puhafa fehérített cellulózból, végül a 2007-es évekből fehérített keményfa cellulózból készültek.
3. a Töréshosszat befolyásolta mind a 0,5-1,0 mm-es szálhossz-osztály, mind a fényerő által képviselt delignif fok.
4. a legalacsonyabb szilárdsági értéket az 1920-as papíralapú dokumentumokhoz társították, amelyek farostból készültek, és nagyon nagy mennyiségű lignint és hamut (töltőanyagokat) tartalmaztak. Az 1920-as és 1923-as papíralapú dokumentumok fényereje szintén a legalacsonyabb volt. Ezért az ebből az időszakból származó papíralapú dokumentumok különleges figyelmet és védelmet érdemelnek az állami levéltárakban és könyvtárakban.
5. a 2007-ben nyomtatott papírdokumentum volt a leginkább elkülönített példány a papírdokumentum-klaszterek összes többi csoportjától a többváltozós papírjellemző-elemzés szempontjából.
6. ahhoz, hogy a papír jobban ellenálljon az öregedésnek, elengedhetetlen a lúgos pH-értékek megtartása, a levegő páratartalmának és a környezet hőmérsékletének csökkentése, ahol a könyveket tartják.

köszönetnyilvánítás

a szerzők köszönetet mondanak E. Ritch-KR asszonynak a nyelv felülvizsgálatáért. Ez a kiadvány a “Humánerőforrás-kapacitás növelése a biomassza-termelés és-feldolgozás kutatási és fejlesztési eredményeinek a gyakorlatba történő átültetése felé” (ITMS: 262110230087), amelyet az Európai Szociális Alap (50%) és a szlovák Vega Tudományos Támogatási Ügynökség által finanszírozott “Oktatás” Operatív Program támogat az 1/0521/15 számú szerződés alapján (50%).

hivatkozott hivatkozások

Amidon, T. E. (1981). “A keményfa fa tulajdonságainak hatása a nátronpapír tulajdonságaira” Tappi 64, 123-126.

Area, M. C. és Cheradame, H. (2011). “A papír öregedése és lebomlása: legújabb eredmények és kutatási módszerek” 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. és Zou, X. (1998). “A lignin hatása a papír tartósságára: átfogó tanulmány a kézlapok és a kereskedelmi papírminták öregedési viselkedéséről” Restaurator 19(3), 135-154.

Chen, Y., Fan, Y., Tshabalala, M. A., Stark, N. M., Gao, J. és Liu, R. (2012). “Termikusan és fotolitikusan öregített Eucalyptus camaldulensis chemithermomechanical cellulóz (CTMP) optikai tulajdonságelemzése” BioResources 7(2), 1474-1487. DOI: 10.15376 / biores.7.2.1474-1487

Ciullo, P. A. (1996). Ipari ásványok és felhasználásuk: A Handbook and Formulary, Noyes Publication, Westwood, NJ, USA.

Clark, J. D. A. (1985). “Fibrillation and fiber bonding”, in: Pulp Technology and Treatment for Paper, J. D. A. Clark (Szerk.), Miller Freeman Publications, San Francisco,Kalifornia, USA, 160-180.

Collings, T. és Milner, D. (1984). “A pamutpapír-gyártási szálak jellege és azonosítása a papírban” Paper Conservator 8 (1), 59-71. DOI: 10.1080/03094227.1984.9638458

Dinwoodie, J. M. (1965). “A szál morfológiája és a papír tulajdonságai közötti kapcsolat: Az irodalom áttekintése” Tappi 48, 440-447.

Dupont, A. L. (2003). A papír zselatin méretezése és hatása a cellulóz lebomlására az öregedés során, Ph.D. Disszertáció, Amszterdami Egyetem, Amszterdam, Hollandia.

Esteves, B. és Pereira, H. (2009). “Fa módosítása hőkezeléssel: áttekintés” BioResources 4(1), 370-404. DOI: 10.15376 / biores.1.1.1-2

Fi (2009) és Balber (2009). “Kapcsolat a rostjellemzők és a keményfa és puhafa nátronpapír szakítószilárdsága között” Cellulózkémia és technológia 44(7-8), 249-253.

Gandini, A. és Pasquini, D. (2012). “A cellulózszál felületének módosításának hatása az ezt követő papírok egyes fizikai-kémiai tulajdonságaira” ipari növények és termékek 35(1), 15-21. DOI: 10.1016 / j. indcrop.2011.06.015

Gojn ons, J., ca., B., Mikala, O., és I. (2014). “Történelmi papírdokumentumok szálhosszúságának eloszlása” Acta Facultatis Xylologiae 56(2), 55-61. (szlovákul)

Hubbe, M. A. (2005). “Savas és lúgos méretek nyomtatáshoz, íráshoz és rajzpapírokhoz”, a könyv és Papírcsoport éves 23, 139-151.

ISO 9184 (1990). “Paper, board and pulps-Fibre furnish analysis,” Nemzetközi Szabványügyi Szervezet, Genf, Svájc.

Jablonsky, M., Botkova, M., and Hrobonova, K. (2012a). “A fatartalmú papírok gyorsított öregedése: gyenge savak képződése és a szakítószilárdság romlása” Wood Research 57, 3, 419-434.

Jablonszkij, M., Hrobonova, K., Katuscak, S., Lehotay, J., Botkova, M. (2012b). “Ecetsav és hangyasav képződése módosítatlan és módosított papírokban a gyorsított öregedés során” Cellulózkémia és technológia 46(5-6), 331-340.

Kilpinen, O. (1994). “Nonwood specialty pépes,” in: Nonwood Plant Fiber Pépesítés-előrehaladási jelentés 21, TAPPI Press, Atlanta, GA, PP.9-18.

Kraková, L., Chovanová, K., Selim, S. A., Šimonovičová, A., and Puškarová, A. (2012). “Többfázisú megközelítés a mikrobiális sokféleség és biológiai lebontó képességeinek vizsgálatához történelmi papír-és pergamendokumentumokban” nemzetközi Biodeterioráció és biodegradáció 70, 117-125. DOI: 10.1016 / j. ibiod.2012.01.011

Lichtblau, D., Strli, M., Trafela, T., Kolar, J. és Anders, M. (2008). “A történelmi papír mechanikai tulajdonságainak meghatározása a NIR spektroszkópia és a kemometria alapján-egy új eszköz” Applied Physics A. 92, 191-195. DOI: 10.1007 / s00339-008-4479-1

márc. (2009), M., Kuka, I., Bukovszk, V., és (2009). “A legfontosabb paraméterei a assemment tartóssága papír dokumentumok,” kni Enterprises 10, 35-38 (szlovákul).

Mohlin, U. B., Dahlbom, J. és Hornatowska, J. (1996). “Fiber deformation and sheet strength,” Tappi Journal 79 (6), 105-111.

Molteberg, D., és H (2006). “A fa sűrűségének, a nátronpép yeild és a rost dimenziójának fejlődése és változása a fiatal norvég lucfenyőben (Picea abies),” Wood Science and Technology 40, 173-189. DOI: 10.1007 / s00226-005-0020-2

Niskanen, K. (1998). Papírfizika, Fapet Oy, Helsinki, Finnország.

Nuopponen, M., Vuorinen, T., jams, S. és Viitaniemi, P. (2004). “Termikus módosítások puhafa által vizsgált FT-IR és UV rezonancia Raman spektroszkópiák,” Journal of Wood Chemistry and Technology 24(1), 13-26. DOI: 10.1081 / WCT-120035941

Paavilainen, L. (1993a). “A szulfátpépszálak megfelelősége-rugalmassága és összecsukhatósága” Paperi ja Puu 75(9), 689-702.

Paavilainen, L. (1993b). “A többdimenziós rost tulajdonságainak és durvaságának fontossága a puhafa-szulfátpép jellemzésében” Paperi ja Puu 75(5), 343-351.

Page, D. H és Seth, R. (1979). “A kereskedelmi mechanikus cellulózok extenziós viselkedése” Pulp and Paper Canada 80(8), T235-T237.

Polovka, M., Polovkova, J., Vizarova, K., Kirschnerova, S., Bielikova, L. és Vrska, M. (2006). “Az FTIR spektroszkópia alkalmazása a papírminták jellemzésére, könyvelő eljárással módosítva” vibrációs spektroszkópia 41 (1), 112-117. DOI: 10.1016 / j.vibspec.2006.01.010

Seth, R. S. (1990). “Rostminőségi tényezők a papírgyártásban-I. A szál hosszúságának és szilárdságának fontossága” : A cellulóz -, papír-és faipar szempontjából releváns anyagok kölcsönhatásai, D. F. Caulfield, J. D. Passaretti és S. F. Sobczynski (Szerk.), Anyagkutató Társaság, San Francisco,Kalifornia, USA, 125-142.

Seth, R. S. és Page, D. H. (1988). “Szál tulajdonságok és szakadási ellenállás” Tappi Journal 71, 103-107.

Schmidt, J. A., Rye, C. S. és Gurnagul, N. (1995). “A Lignin gátolja a cellulóz autoxidatív lebomlását”, polimer degradáció és stabilitás 49(2), 291-297.

Sluiter, A., Hames, B., Ruiz, R., Scarlata, C., Sluiter, J. és Templeton, D. (2008a). Cukrok, melléktermékek és bomlástermékek meghatározása folyékony frakciós Folyamatmintákban (NREL/TP-510-42623), National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO, USA.

Sluiter, A., Hames, B., Ruiz, R., Scarlata, C., Sluiter, J. és Templeton, D. (2008b). A hamu meghatározása a biomasszában (NREL/TP-510-42622), Nemzeti megújuló energia laboratórium, Golden, CO, USA.

Sluiter, A., Hames, B., Ruiz, R., Scarlata, C., Sluiter, J., Templeton, D., Crocker, D. (2010). Szerkezeti szénhidrátok és Lignin meghatározása biomasszában (NREL/TP-510-42618), National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO, USA.

Sobucki, W. és Drewniewska-Idziak, B. (2003). “A 19.és 20. századi gyűjtemények megőrzési állapotának felmérése a Varsói Nemzeti Könyvtárban” Restaurator 24(3), 189-201. DOI: 10.1515 / PIHENÉS.2003.189

STN 500340 (1998). “Papír és tábla. A szakítótulajdonságok meghatározása, ” V. A., Pozsony, Szlovákia.

STN 500374 (1996). “Cellulóz és papír tesztelése. Papír és cellulóz felületi pH-mérése, ” V Enterprises, Bratislava, Slovakia.

STN EN ISO 536 (50 0310) (1999). “Papír és tábla. Meghatározása grammage, ” V Enterprises, Bratislava, Slovakia.

STN ISO 3688 (50 0240) (1994). “Pép. A diffúz kék visszaverődési tényező (ISO fényerő) mérése, ” V .. db, Pozsony, Szlovákia.

STN ISO 6588 (50 0381) (1993). “Papír, tábla és pép. A vizes kivonatok pH-jának meghatározása, ” V Enterprises, Bratislava, Slovakia.

Strli (2007), M., Cigi (ma), I. K., Kolar, J., de Bruin, G. és Pihlar, B. (2007). “A történelmi papír roncsolásmentes értékelése a VOC-kibocsátás pH-becslése alapján” Sensors 7(12), 3136-3145. DOI: 10.3390 / s7123136

Strli (2011) és Cassar, M. (2011). “Az illékony szerves vegyületek és a hipoxia hatása a papír lebomlására” polimer degradáció és stabilitás 96(47), 608-615. DOI: 10.1016 / j. polymdegradstab.2010.12.017

Strli 6653 > M., Kolar, J., Ko, D., Drnov, D., Szelih, V., szusi, R. és Pihlar, B. (2004). “Mi az alkáli papír pH-ja?, “e-megőrzési tudomány 1, 35-47.

Tamolang, F. N., Wangaard, F. F. és Kellogg, R. M. (1968). “Keményfa szál szilárdsága és cellulózlemez tulajdonságai” Tappi Jounal 51, 19-27.

t Entertainmenttreault, J., Dupont, A. L., B Enterprises, P. és Paris, S. (2013). “A papír által kibocsátott illékony vegyületek hatása a cellulóz lebomlására környezeti higrotermikus körülmények között” Polymer Degradation and Stability 98(9), 1827-1837. DOI: 10.1016 / j. polymdegradstab.2013.05.017

Trafela, T., Strli, M., Kolar, J., Lichtblau, D. A., Anders, M., Mencigar, D. P. és Pihlar, B. (2007). “IR spektroszkópián és kemometriai adatok kiértékelésén alapuló történeti papír roncsolásmentes elemzése és datálása” Analytical Chemistry 79(16), 6319-6323. DOI: 10.1021 / ac070392t

Vainio, A. (2007). Interfibre kötés és Szálszegmens aktiválás a papírban-megfigyelések a jelenségekről és azok befolyásáról a papír szilárdsági tulajdonságaira, Ph.D. Disszertáció, Helsinki Műszaki Egyetem, Helsinki, Finnország.

Ververis, C., Georghiou, K., Christodoulakis, N., Mikulások, P. és Mikulások, R. (2004). “Különböző növényi anyagok rostméretei, lignin – és cellulóztartalma és papírgyártásra való alkalmasságuk” ipari növények és termékek 19(3), 245-254. DOI: 10.1016 / j. indcrop.2003.10.006

Vizárová, K., Kirschnerová, S., Kačík, F., Briškárová, A., Šutý, Š. és Katu Enterprises, S. (2012). “Kapcsolat a cellulóz polimerizációs fokának csökkenése és az őrölt fapéppapír mechanikai tulajdonságainak elvesztése között a gyorsított öregedés során” Chemical Papers 66(12), 1124-1129.

Wangaard, F. F. és Williams, D. L. (1970). “Szálhossz és szálszilárdság a hadwood cellulóz szakadási ellenállásával kapcsolatban” Tappi Journal 53, 2153-2154.

Whitmore, P. M. és Bogaard, J. (1994). “A cellulóz hasadási útjának meghatározása a papír hidrolitikus és oxidatív lebomlásában” Restaurator 15(1), 26-45.

Wilson, W. K, and Parks, E. J. (1983). “A levéltári iratok anyagaival kapcsolatos Nemzeti Szabványügyi Hivatal kutatásának történeti felmérése” restaurátor 5(3-4), 191-241. DOI: 10.1515 / pihenés.1983.5.3-4.191

Zappala, A. (1991). “Nemzetközi felmérés a művészeti papírok és a megőrzésre szánt egyéb anyagok szabványosításáról” Restaurator 12(1), 18-35. DOI: 10.1515 / pihenés.1991.12.1.18

Zervos, S. (2007). “A tiszta cellulózpapír gyorsított öregedési kinetikája mosás, lúgosítás és metilcellulózzal történő impregnálás után” Restaurator 28(1), 55-69. DOI: 10.1515 / pihenés.2007.55

Zervos, S. (2010). “A cellulóz és a papír természetes és gyorsított öregedése: irodalmi áttekintés” in: cellulóz: szerkezet és tulajdonságok, származékok és ipari felhasználások, A. Lejeune és T. Deprez (Szerk.), New York: Nova Publishing, 155-203.

Zotti, M., Ferroni, A. és Calvini, P. (2008). “Történelmi papír mikrofungális biodeteriorációja: előzetes FTIR és mikrobiológiai elemzések” nemzetközi Biodeterioráció és biodegradáció 62 (2), 186-194. DOI: 10.1016 / j. ibiod.2008.01.005

Zou, X., Uesaka, T. és Gurnagul, N. (1996a). “A papír tartósságának előrejelzése gyorsított öregedéssel I. az öregedési folyamat kinetikus elemzése” cellulóz 3, 243-267. DOI: 10.1007 / BF02228805

Zou, X., Uesaka, T. és Gurnagul, N. (1996b). “A papír tartósságának előrejelzése gyorsított öregedéssel II. az előrejelzések összehasonlítása a természetes öregedési eredményekkel” cellulóz 3, 269-279. DOI: 10.1007 / BF02228806

Zou, X., Gurnagul, N. és Uesaka, T. (1993). “A lignin szerepe a papír mechanikai állandóságában. I. rész: a lignin tartalom hatása, ” Journal of Pulp and Paper Science 19 (6), j235-j239.

cikk benyújtva: február 25, 2016; A szakértői értékelés befejeződött: október 9, 2016; felülvizsgált változat érkezett: január 24, 2017; kísérleti elfogadás: február 7, 2017; közzétett: február 21, 2017.

DOI: 10.15376 / biores.12.2.2618-2634

S1 Táblázat.

Pearson korrelációs együtthatók a vizsgált Papírjellemzőkre

Megjegyzés: A vastag betűvel bemutatott korrelációs együtthatók szignifikánsak P <0,05.

pHS, A papír felületének pH-ja; pHE, a vizes papírkivonat pH-ja; FA, hangyasav; AA, ecetsav; xil, d-xilóz; GAL, d-galaktóz; ARA, l-arabinóz; MAN, d–mannóz; GLC, d-glükóz; HOL, holocellulóz; LIG, lignin; BW, alaptömeg; BL, töréshossz; B, fényerő; hamu, hamutartalom; FL1, rosthosszosztály <0,5 mm; FL2, szálhossz-osztály 0,5-1 mm; FL3, szálhossz-osztály 1-2 mm; FL4, szálhossz-osztály 2-3 mm; FL5, szálhossz osztály 3-7 mm.