変化の化学的-物理的性質に紙文書による天然高齢化

Čabalová、Kačík、Gojný、Češek,B.,Milichovský,M.,Mikala,O.Tribulová,T.,and Ďurkovič,J.(2017年度). 「自然老化による紙文書の化学的および物理的性質の変化」BioRes. 12(2), 2618-2634.

要約

この研究の目的は、18世紀から現在までの選択された紙文書の化学的および物理的性質の変化を評価することでした。 18世紀、19世紀、21世紀の紙文書は弱酸性からアルカリ性までのpHを有していたが、20世紀の紙文書はより酸性であった。 マンノース,グルコース,ホロセルロース,リグニン含量は論文のphと有意に相関した。 カルボン酸(酢酸とギ酸)と最も耐久性のある単糖(グルコース)の両方の高い含有量は、18世紀と19世紀に由来する最も古い検査された紙の文書で見つか 明るさの最も低い割合は、1920年と1923年に発生した紙の文書で発見されました。 最も低い破断長は、1920年からの論文に関連していた。

PDFをダウンロード

変化の化学的-物理的性質に紙文書による天然高齢化

Iveta Čabalová a*František Kačík、Ján Gojný b Břetislav Češek b Miloslav Milichovský b Ondřej Mikala bテレザTribulová、およびJaroslav Ďurkovič c

本研究の目的のための評価の変化や物理的-化学的特性の選択した論文の書類 18世紀から現在に至っています。 18世紀、19世紀、21世紀の紙文書は弱酸性からアルカリ性までのpHを有していたが、20世紀の紙文書はより酸性であった。 マンノース,グルコース,ホロセルロース,リグニン含量は論文のphと有意に相関した。 カルボン酸(酢酸とギ酸)と最も耐久性のある単糖(グルコース)の両方の高い含有量は、18世紀と19世紀に由来する最も古い検査された紙の文書で見つか 明るさの最も低い割合は、1920年と1923年に発生した紙の文書で発見されました。 最も低い破断長は、1920年からの論文に関連していた。

キーワード:紙文書;自然老化;pH;ギ酸;酢酸;繊維長;ホロセルロース

連絡先情報:a:Zvolen、T.G.Masaryka24、960 53Zvolen、スロバキア共和国の工科大学化学-化学技術学科;b:Pardubice大学、Studentská9、532 10Pardubice、チェコ共和国;c:Zvolen、t.gの技術的な大学植物学の部門。 Masaryka24,960 53Zvolen,スロバキア共和国;*対応する著者:[email protected]

はじめに

紙の劣化は、酸加水分解、酸化剤、光、大気汚染、微生物の存在などのいくつかの要因によって引き起こされます(Zou et al. 1 9 9 6a,b;Zotti e t a l. 2008;Zervos2010;Area and Cheradame2011;Kraková et al. 2012). 自然な老化の間に、ペーパー強さの損失はセルロースの主要な構造部品の低下の結果です。 紙中のセルロース分解は、酸加水分解が最も一般的であることを考慮して、様々な化学プロセス(酸および酵素加水分解、アルカリおよび酸化分解)、熱衝撃(異

リグニン含有量は、紙ベースの材料の保存に大きな関心があります。 それは複雑で部分的に不安定な天然有機ポリマーであり、その限られた光安定性は展示物にとって重要である。 紙中のセルロースの安定性に及ぼすリグニンの影響はよく理解されていないが、それは限られた抗酸化効果を提供する可能性がある。 しかしながら、その酸化はまた、酸の蓄積に寄与し得、それは材料を不安定化させる(Zou et al. 1 9 9 3;Schmidt e t a l. 1 9 9 5;Begin e t a l. 1 9 9 8;Trafela e t a l. 2007). 老化中の紙文書内の酸性度の発生の主な原因は、ヘミセルロース中の酢酸エステル基の加水分解であることが知られている(Polovka et al. 2006;Zervos2007;Jablonský et al. 2012a)。

caの前の紙。 1850はゼラチンを使用して従来のサイジングプロセスと作り出されました(Dupont2003)、およそ中立かわずかに酸性材料で起因しました。 一般に、古い本の中のゼラチンは腐食性インクかbiodeteriogensの不在下で好ましい環境で保たれたら良い状態に残ります。 ゼラチンは紙に有益であり、その寿命を増加させる(Strliò et al. 2 0 0 4;Lichtblau e t a l. 2008). 1850年から1990年の間に生産された紙の場合、水性抽出物のpH値は、ミョウバン-ロジンサイズシステムの適用のために6よりも低いことが多い。 これは、紙の寿命の平均を減少させます。 1990年から現在まで、紙の生産はアルカリサイジングに変わり、現代の紙は再びより安定している(Trafela et al. 2007). その理由は、コストを削減することでした。 ペーパー形成の間にアルカリpHに要求される現代”PCC”の炭酸カルシウムの注入口は明るいペーパーを作ることをより少なく高価にした(Hubbe2005)。 紙の強度は、個々の繊維の強度およびこれらの繊維のネットワークへの結合の強度によって決定される(Page and Seth1 9 7 9;Ververis e t a l. 2004).

Paavilainen(1993a,b)によると、繊維の粗さの増加に対応する引張強度の低下があり、紙の高い引張強度の最も重要な要因は良好な接着能力と高い固有繊維強 引張強さは保税区域、外的な、内部細動、罰金の量、そして特にぬれた繊維の柔軟性によって定められます。 Gandini and Pasquini(2012)は、紙の機械的特性は、繊維間および繊維内結合を確立するための繊維の能力に直接関連していると指摘した。 接合面積と繊維の長さを最大化すると活性化プロセスが増加し、キンクやカールなどの変形は活性化を減少させることができます。

変形した繊維はまた、不均一な負荷分布をもたらし、それによって局所的な応力点を引き起こすため、負荷を運ぶネットワーク能力を低下させる(Vainio2007)。 Mohlin et al. (1996)は、シート強度に及ぼす繊維変形の影響を研究した。 繊維変形数の増加と形状係数の減少に伴って引張強度と引張剛性が低下したことを報告した。

繊維の長さ、繊維の直径、内腔の幅、細胞壁の厚さ、およびそれらの派生した形態学的特性などの繊維形質の分析は、繊維のパルプ品質を推定する上で重 繊維の長さおよび強度は、引き裂き抵抗に特に重要である(Tamolang e t a l. 1968年;WangaardおよびWilliams1970年;SethおよびPage1988年)。 さらに、Seth(1990)は、引張強度が繊維長の影響を受けることを示した。

本研究の目的は、pH値、カルボン酸、ホロセルロースおよびリグニンの含有量、繊維寸法、破断長、および様々な年齢における紙文書の明るさの変化を評価する この研究はまた、検査された形質間の重要な関係を明らかにするのに役立つ。

実験

材料

紙のサンプルは、それぞれの年に印刷された本から採取されました1719, 1762, 1784, 1807, 1839, 1853, 1859, 1920, 1923, 1956, そして2007年。 すべての研究された本は、これらが自然な老化プロセスを受けていたことを意味し、スロバキアの中央部にある古い教会で、一つの場所に保存され 出版年は、紙の文書の製造年と考えられていました。

方法

pH値の決定

紙表面(pHS)のpH値の決定は、スロバキア技術標準(STN)500374(1996)(蒸留水を滴下し、続いてpH電極を紙表面に置き、五箇所でサンプリングした)に従ったのに対し、冷水性紙抽出物(pHE)のpH値の決定は、標準に従って行われた。STN ISO6588(50 0381)(1993)(冷間抽出、水100mlあたり2gの紙サンプル、1時間)。 PHの決定の精密は±0.2単位よりより少しであると推定されました。 測定は、サンプルごとに五つの複製に対して行われた。<3393><6653>カルボン酸含有量<3393><6653>約2gの紙を正確に秤量し、純水15mLに加えた。 懸濁液を2時間混合し、続いて0.45μ mフィルターを通して濾過した(Jablonsky et al. 2012b)。 カルボン酸(ギ酸,酢酸)含量を高速液体クロマトグラフィー(HPLC)およびSluiterらからわずかに修正した方法を用いて分析した。 (2008a),以下のように: クロマトグラフ、HPLC1 2 0 0(Agilent,Santa Clara,C A,USA);カラム、ポリマー IEX H形態(Watrex,Praha,czech Repican);移動相、9m M H2SO4;流速、0. 測定は、サンプルごとに四つの複製に対して行われた。

糖およびリグニンの含有量

紙サンプルを72%(w/w)硫酸を用いて加水分解し、リグニンおよび中性糖の両方をNREL法に従って測定した(Sluiter et al. 2010). クロマトグラフ、HPLC1 2 0 0(Agilent,Santa Clara,C A,USA);カラム、Aminex HPX−8 7P(Bio−Rad,Hercules,C A,USA);移動相、脱イオン水;流速、0. 測定は、サンプルごとに四つの複製に対して行われた。

灰分

0.5-2.0gのオーブン乾燥紙サンプルをマッフル炉に575±25℃で少なくとも4時間入れ、一定の重量に乾燥させた。 灰分は、Sluiter e t a l. (2008b)試料あたりの単一の複製で。

繊維長測定

紙サンプル(約0.1g)をポリエチレンバイアルに入れ、少量の水で膨潤させた。 その後、それらはシェーカーでパルプ化された。 完全に細断した後、懸濁液を数回希釈して、約100mLの懸濁液中に少なくとも1000本の繊維が存在するようにした。 繊維長クラスの割合(<8 2 0 0>0.5mm、0.5〜1mm、1〜2mm、2〜3mm、3〜7mm)を、繊維分析装置FS−1 0 0(Kajaani Oy Electronics,Kajaani,Finland)を用いて決定した。 測定はサンプルごとの単一の複製で行われ、複製の各集団内の繊維の数は16,138から20,112細胞の範囲であった。<3 3 9 3><6 6 5 3>繊維の光学顕微鏡検査<3 3 9 3><6 6 5 3>繊維組成物を、nikon DS−Fi1デジタルカメラ(Nikon Instruments Europe,Amsterdam,Netherlands)を装備したNikon ECLIPSE8 0i光学顕微鏡を用いて、標準ISO9 1 8 4(1 9 9 0)に従って、試験された試料を表す少量の染色された繊維を用いて分析した。 繊維を、2〜3滴の種々の着色剤(Herzberg、Graff、およびLoffton−Merritt)を添加することによって染色した。

破断長

紙サンプルの破断長はSTN500340(1998)に従って測定した。 破断長の計算には、STN EN ISO536(50 0310)(1999)に従って紙サンプルの基本重量を測定する必要がありました。 測定は、試料(150×15mm)当たり20回の複製で行った。<3 3 9 3><6 6 5 3>明るさ<3 3 9 3><6 6 5 3>紙サンプルの明るさを、Fibreucometer PL1 1 6 5 6 5ZP(Carl Zeiss,Jena,Germany)を用いてSTN ISO3 6 8 8(5 0 0 2 4 0)(1 9 9 4)に従って評価した。 測定は、サンプルあたり20回の複製で行った。

統計分析

データは一方向の分散分析を使用して分析され、平均の比較にはダンカンの複数範囲検定が使用されました。 Pearson相関係数を調べた形質-形質結合について計算した。 この関係は、P<0.05の場合に有意であると考えられた。 15紙の形質間の多変量の関連付けは、調べた形質間の共変量のパターンを記述するために主成分分析(PCA)を用いて分析した。

結果と考察

pH値の変化

紙のpH値は、その老化の安定性を決定する重要な要因です。 表1に示す測定値は、18世紀から19世紀の紙文書はわずかに酸性から中性のpHの範囲の値を持っていたことを示しています。20世紀の紙文書は酸性のpH値を特徴としていましたが、21世紀の紙文書はわずかにアルカリ性のpH値を持っていました。 酸性度は酸加水分解を促進し、これは紙中のセルロース分解を促進する(Wilson and Parks1983)。 低い水素イオン濃度指数および高いリグニンの内容が付いているリグノセルロース材料は一般にアルカリか中立材料より速い低下を表わします。 リグニン含有量の高い原料の使用に加えて、パルプ製造の酸性亜硫酸塩プロセスおよび/または酸性サイジングのプロセスも紙の劣化に寄与する。 低いpH値は、ほとんどの絶滅の危機に瀕している紙文書の劣化において最も重要な要因である(Vizárová et al. 2012). アルカリ性または中性の論文は、分解の程度および老化の速度に関して酸加水分解の抑制のためにより安定である(Zappala1991;Area and Cheradame2011)。 Marñala et al. (2009)は、20世紀から21世紀初頭の論文のpH値を発表した。 最も酸性の文書(pH3.9)は、1920年から1960年の間に発生しました。 著者らはまた、中性pH値(pH7)の文書の数が

1990年代から現在に至るまで徐々に増加していることを発見しました。

表1. 検査された紙文書の主な紙特性

<.....18>

特性/年 1719 1762 1784 1807 1839 1853
pHS 6.69±0.07d 6.58±0.08e 7.70±0.07b 6.94±0.06c 6.51±0.03ef 7.70±0.07e 7.70±0.07e 7.70±0.07e 7.70±0.07e 7.70±0.07e 7.70±0.07e
pHE 6.46±0.0.6f 7.66±0.04c 7.23±0.05d 7.82±0.03b 7.24±0.03d 7.66±0.04d 7.23±0.05d 7.23±0.05d 7.24±0.03d 7.24±0.03d 7.23±0.05d
FA(mg/g) 1.42 ± 0.02 2.22±0.02b 1.03±0.03h 0.43±0.02k 2.12±0.04c 2.22±0.02b 1.03±0.03h 0.43±0.02k 2.12±0.04c 2.22±0.02h 0.43±0.02k
AA(mg/g) 2.41 ± 0.02 e 5.80±0.07および 4.68±0.04b 3.70±0.03d 3.84±0.02c 0.76±0.01j 0.76±0.01j 0.76±0.01j 0.76±0.01j 0.76±0.01j 0.76±0.01j
XYL(%) 0.00 ± 0.00 0.00±0.00e 0.00±0.00e 0.00±0.00e 0.00±0.00e 0.00±0.00e 0.00±0.00e 0.00 ± 0.00in 0.00±0.00in
ヘブリディーズ諸島(%) 1.14 ± 0.02 1.23±0.01b 1.24±0.02b 1.00±0.01f 1.16±0.01h 1.16±0.01c 1.23±0.01b 1.00±0.01f 1.23±0.01b 1.00±0.01f 1.00±0.01f
パン(%) 2.30 ± 0.01 1.93±0.01c 1.05±0.01および 1.11±0.01h 1.04±0.02および 1.57±0.01f
男(%) 2.61 ± 0.02 1.80±0.01および 2.23±0.01f 1.95±0.01h 2.20±0.01fg 2.19±0.02g
ルダクリス(%) 88.83 ± 0.09 89.33±0.27b 88.22±0.21d 91.04±0.15a 88.61±0.04c 89.33±0.27b 88.22±0.21d 91.04±0.15a 91.04±0.15a 91.04±0.15a 91.04±0.15a
HO(ホー)(%) 94.88 ± 0.06 0.04in 93.63±0.24d 92.70±0.18f 95.79±0.14a 95.79±0.14a 95.79±0.14a 95.79±0.14a 95.79±0.14a 95.79±0.14a 95.79±0.14a 95.79±0.14a
李(%) 1.30 ± 0.02 それぞれ 1.20±0.02h 1.00±0.01および 1.20 ± 0.02h 2.68±0.01f 1.20±0.01h
BW(ジーエム)–2) 96.20 ± 0.39 69.64±0.22から 87.93±0.24b 86.67±0.20d 81.71±0.24f 69.64±0.22から 87.93±0.24b 86.67±0.20d 81.71±0.24f 81.71±0.24f 81.71±0.24f
BL(キロ) 2.03 ± 0.40 0.38d 1.90±0.23f 2.13±0.20him 2.22±0.23e 2.96±0.18c 2.48±0.38d 1.90±0.23f 2.13±0.20him 2.13±0.20him 2.22±0.23e
B(%MgO) 37.53 ± 4.02 g 52.70±2.20bc 46.60 ± 1.91f 45.07±2.51f 50.61±2.71cd 47.63±1.35ef
アッシュ(%) 4.51 2.98 3.51 2.99 2.78 2.08

データは平均SDを表す。 検査された紙文書全体で同じ行内の同じ文字a–iが続く平均値は、p<0.05で有意差はありません。

pHS、紙表面のpH;pHE、水性紙エキスのpH;FA、ギ酸;AA、酢酸;XYL、d-キシロース;GAL、d-ガラクトース; ARA、l−アラビノース;MAN、<3 3 9 3><6 6 5 3>d−マンノース;GLC、d−グルコース;HOL、ホロセルロース;LIG、リグニン;BW、坪量;BL、破断長;B、輝度;灰分、灰分含有量<3 3 9 3><6 6 5 3>表1−続き。 検査された紙文書の主な紙特性

47.22±0.13l55.83±0.22k

特性/年 1859 1920 1923 1950 1956 2007
pHS 6.27±0.01g 4.31±0.06j 4.35±0.03j 4.58±0.07i 4.79±0.04h 7.79 ± 0.07
5.55±0.03~5.62±0.04h 5.76±0.02g 5.41±0.01j 7.96±0.02
FA(mg/g) 0.69 ± 0.03 j 1.59±0.03f 1.38±0.04g 1.83±0.03d 1.65±0.03e 0.80±0.02∼
AA(mg/g) 1.97 ± 0.02 f 1.98±0.04f 1.21±0.04から 1.82±0.01g 1.66±0.02h 1.21±0.04から 1.82±0.01g 1.66±0.02h 1.21±0.04から 1.82±0.01g
XYL(%) 0.00 ± 0.00 3.16±0.02d 3.24±0.04c 11.18±0.02および
ギャル(%) 0.96 ± 0.01 1.47±0.02および 0.00±0.00j 0.00±0.00から 1.00±0.01f 1.00±0.01f 1.00±0.01f 1.00±0.01f 1.00±0.01f 1.00±0.01f 1.00±0.01f 1.00±
アラ(%) 1.58 ± 0.02 f 1.98±0.01b 1.92±0.01c 1.64±0.01e 1.64±0.01e 1.64±0.01e 1.64±0.01e 1.70 ± 0.01d 1.54±0.02g
場所(%) 1.59 ± 0.02 j 5.50±0.03b 7.02±0.02および 2.85±0.03c 2.64±0.03d 1.79±0.02to
GLC(%) 87.27 ± 0.15 e 35.38±0.20j 41.24±0.23から 72.85±0.09g 75.16±0.08f 71.15±0.35h 41.24±0.23から 72.85±0.09f 71.15±0.35h 71.15±0.35h 72.85±0.09
ホル(%) 91.39 ± 0.16 g 80.51 ± 0.05j 82.74±0.12から 86.65±0.30h
リグ(%) 5.17 ± 0.01 e 31.70±0.05b 32.64±0.04および 10.50±0.02c 5.30±0.02d 0.40±0.02j 32.64±0.04および 10.50±0.02c 5.30±0.02d 0.40±0.02j 10.50±0.02
BW(ジーエム)–2) 50.97 ± 0.17 64.10±0.13j 83.80±0.10e 78.30±0.10h 79.89±0.07g 64.10±0.13j 83.80±0.10e 78.30±0.10h 79.89±0.07e 79.89±0.07e 79.89±0.07e
BL(キロ) 4.87 ± 0.18 b 1.17±0.10g 2.15 ± 0.12ef 2.82±0.08c 2.77±0.08c 5.94±0.08a
B(%MgO) 54.03 ± 1.28 47.86±0.92ef 49.58±1.14de 82.73±0.16a 34.40±2.88h 35.34±2.69gh 47.86±0.92ef 49.58±1.14de 82.73±0.16a 35.34±2.69gh 47.86±0.92ef
アッシュ(%) 2.11 21.92 12.26 10.02 12.95 12.04

データは平均SDを表す。 検査された紙文書全体で同じ行内の同じ文字a–iが続く平均値は、p<0.05で有意差はありません。

pHS、紙表面のpH、pHE、水性紙抽出物のpH、FA、ギ酸、AA、酢酸、XYL、d-キシロース、GAL、d-ガラクトース、ARA、l-アラビノース、MAN、

d-マンノース、GLC、d-グルコース、HOL、ホロセルロース、LIG、リグニン、BW、坪量、BL、破断長さ、B、明るさ、灰分、灰分

D-マンノース、GLC、d-グルコース、hol、ホロセルロース、LIG、リグニン、BW、坪量、BL、破断長さ、b、明るさ、灰分、灰分

D-マンノース、GLC、d-グルコース、hol、ホロセルロース、LIG、リグニン、BW、坪量、BL、破断長3393>

strliù et al. (2007)は、綿70%と30%歳の小麦とわらで構成されていた1870年から紙の文書を研究しました。 著者らは、これらの論文サンプルのpHEが酸性(pH4.7)であることを見出した。 これはまた、50%の木材パルプと50%の亜硫酸パルプから成っていた1874年からの紙のサンプルの場合でした。 アルカリ性pH(pH8.8)は、2002年から発生した紙サンプルに記録され、70%の漂白クラフトパルプと30%の漂白亜硫酸パルプで構成されていた。

酢酸およびギ酸の量の変化

カルボン酸の最大量は、1762年の最も古い調査された紙文書(表1)で発見され、酢酸の含有量は3に達した。8mg g–1およびギ酸は5.8mg g–1に達した。

カルボン酸の高い値は、1807年の紙の文書でも発見されました。 Jablonsky et al. (2012b)は、60日の加速老化期間にさらされた紙文書中の酢酸の4.8mg g–1を測定した。 ギ酸は、アーカイブや図書館での分解の可能性を明らかにする酢酸よりも紙のスタックの深い内部に浸透します(Tétreault et al. 2013). 揮発性有機化合物の除去は、紙の安定性に有意な正の効果を有し、特定の場合には、それらの寿命の平均余命を倍増させることができる(Strliò et al. 2011). さらに、本研究では、酢酸とギ酸の含有量が相互に相関していることが分かった(補足表S1を参照)。

糖類、リグニン、灰分の含有量の変化

紙のかなりの割合は糖類で構成されています。 18世紀から19世紀の紙文書における中性糖の定量的結果に基づいて、これらのサンプルは、グルコースの割合が最も高く、他のヘミセルロース成分(すなわち、ガラクトース、マンノース、アラビノース)が非常に少量であり、キシロースを含まなかった(表1)。

ヘミセルロースの分解は脱アセチル化から始まり、酢酸を形成し、多糖類中のグリコシド結合の加水分解とその後の単糖類の反応の両方を触媒する(Nuopponen et al. 2004年、Esteves and Pereira2009年)。 1859年まで、グルコースの量は約87から91%の範囲であった。 1920年には、当時の木材パルプが印刷紙の重要な成分であったため、グルコースの量は35.4%に低下した。

1920年と1923年の紙文書は、紙サンプル中のリグニンとグルコマンナンの両方の含有量が高いことから証明されるように、針葉樹パルプから作られました。 これらの文書はまた、破断長さと明るさの値も低かった。

検査された紙サンプル中のリグニン発色団の存在は、紙の有意な黄変をもたらした。 1920年の紙文書には灰分の含有量が高く(21.9%)、灰分の含有量が低い同時期(1923年)の紙文書と比較して、その強度が低いことを説明するかもしれません。 1923年の文書の破損の長さは、ほぼ2倍でした。 高い充填剤含有量は、紙の表面強度および剛性に間接的な影響を及ぼす(Ciullo1996)。

繊維長分布の変化

繊維長分布の結果(図。 1)は、最も古い検査された紙文書(1859年まで)の繊維の最大の割合は、0.5-1.0mmの長さのクラス(38.5-46.0%)であったことを示した。

図1.1.1. 1. 検査された紙文書全体の繊維長クラスの割合

図1.1.1. 2. 検査された紙の文書に存在する繊維の光学顕微鏡画像。 いくつかの画像は、Gojn Β e t a l. (2014)

これらの論文サンプルには、1mmより長い繊維の割合が比較的高い。 2)は、18世紀と19世紀からの紙の文書は、主にぼろパルプ(綿、亜麻、麻)から作られていたことを明らかにしました。 Kilpinen(1994)によると、以前は紙を作るために短い綿繊維(3-5mm)が使用されていました。 1400年から1800年の間にヨーロッパで作られた紙の標本に関するCollings and Milner(1984)によって提供された顕微鏡分析は、主に以前の紙のサンプルで麻と亜麻繊維の高濃度(例えば、75%)の混合物を示した。 この時期にヨーロッパでは綿と綿を含む織物の両方が利用可能であったが、19世紀までは製紙用の実質的な綿ぼろ材を生成するために一般的に使用されていなかった。 したがって、かなりの量の綿繊維は、1800年以前の紙の文書ではまれです。

20世紀の紙文書には、長さ0.5-1.0mmのクラス内の繊維が含まれており、28%(1950年)から40%(1956年)まで、2mmを超える繊維の大部分(16%から30%)が含まれていた。 1920年と1923年の紙文書の顕微鏡分析により、これらの紙サンプルは主に針葉樹パルプから作られていることが確認されました。

1950年と1956年の紙文書は主に漂白された針葉樹パルプで構成されていたのに対し、2007年の紙サンプルは漂白された広葉樹パルプから製造された(図。 2). 後者の紙文書は、0.5-1.0mm(53.8%)の長さクラスで繊維の最大の割合を含んでいました。 パルプ化および/または製紙後に観察されるパルプ繊維長分布は、元の繊維長分布および加工の効果の両方の関数である。 繊維長分布は引張強度、引裂き、不透明度、多孔度、および他の多くの紙特性に影響するため、製紙業者は繊維長の平均を測定するための多くの技術を開 他の研究では、繊維の長さと紙の強度(例えば、破断長さおよび引裂指数)との間の有意な関係についても報告されている(Seth and Page1988;Niskanen1998;Molteberg and Høibø2006)。

相関形質

調べた形質の関連性の統計的分析は、いくつかの形質が他の特性に正または負のいずれかに影響を与えることを明らかにした。 検査された形質間の相関係数は、補足表S1に示されている。

検討された紙文書の中で、pHとマンノース、グルコース、糖類(すなわち、ホロセルロース)の総収率、およびリグニンの含有量との間に有意な関係があった。 図3aは、pheが7.18でピークに達したホロセルロースの量に対するpHEの相関を示しています。 データは二次多項式を当てはめ、pHEの測定はホロセルロースの含有量の変化の61%を説明した(R2=0.610、P=0.014)。

紙の明るさもpHEに関連していた(図。 これにより、pHEの測定値は、紙文書の輝度の変動の36%を説明した(R2=0.356、P=0.040)。 以前の研究では、酸性度が酸触媒加水分解を介してセルロース、ホロセルロース、および紙の分解を促進することが示されている(Wilson and Parks1983)。 弱い、変色した、脆い紙は低pHと相関し、中性およびアルカリ性の紙は一般的に保存状態がはるかに良好であった(Sobucki and Drewniewska-Idziak2003)。

さらに、破断長さと繊維長クラス0.5-1.0mmの割合との間に正の関係があった(図。 3c)。 繊維の長さのクラス0.5から1.0mmの割合の測定はペーパー文書(R2=0.529、P=0.007)の破損の長さの変化の53%を説明した。

図1.1.1. 3. 水性紙エキスのpHとホロセルロースの含有量(a)と紙の明るさ(b)との関係;紙文書の破断長に対する繊維長クラス0.5-1.0mmの割合の関係(c)

繊維長が大きく、繊維強度が高いことは、より高い紙強度をサポートする(Fičerová et al. 2009). 本研究では、繊維長クラス0.5から1.0mmは明らかに検査された紙文書の大部分のための支配的な割合であり、したがって、紙サンプルの強度のために主に責任があった。 さらに、マンノースの量は、輝度を低下させる主要なリグノセルロース成分であるリグニン(Chen et al. 2012)、マンノース含有量と良好に相関した(補足表S1を参照)。

図1.1.1. 4. 主成分分析(PCA)の第一および第二の軸上の15の紙の特性の位置。 下軸と左軸は紙の特性を示し、上軸と右軸は検査された紙文書の印刷年を示します。

紙の形質間の関連付け

検査された形質がどのように関連しているかを評価するために、主成分分析(PCA)を実施した(図。 4). 最初の軸は、変動の46%を説明し、ホロセルロースとグルコースの内容だけでなく、pHSとpHEのための強い正の負荷を示した。 軸の負側はリグニン,マンノース,灰の含有量に対して強い負荷を示した。

第二の軸は、変動の20%を説明し、破断長さ、明るさ、およびキシロース含有量のための強い正の負荷を示した。 軸の負側はギ酸と酢酸の両方の内容物に対する強い負荷を示した。

さらに、互いに明確に分離された多変量紙特性解析では、コンパクトな均質クラスターの四つのグループを区別することができました。 1762年、1784年、1807年、1839年に印刷された紙文書が最初のクラスターを形成し、1853年と1859年、1920年と1923年、最後に1950年と1956年に印刷された紙文書のクラスターが続いた。 1719年に印刷された紙のサンプルは、単一の分離された標本を形成しました; 2007年からの論文でも同様のケースが観察された。 後者の論文文書は、他のすべてのグループから最も分離された標本であり、破断長さや明るさなどの特性は、この文書とのみ密接に関連していた。

結論

  1. 18世紀および19世紀に由来する論文文書は、わずかに酸性から中性のpH値、20世紀からのものは酸性値、2007年からのものはわずかにアルカリ性値で特徴付けられた。 マンノース,グルコース,ホロセルロース,リグニンの含有量は紙のph値に有意に影響された。
  2. 18世紀および19世紀の紙文書は、非木材繊維(ぼろ)、1920年代のものは針葉樹パルプ、20世紀半ばのものは針葉樹漂白パルプ、最後に2007年のものは漂白広葉樹パルプから作られた。
  3. 破断長は、0.5-1.0mmの繊維長クラスと、明るさで表される脱リグニン化の程度の両方によって影響された。
  4. 最も低い強度値は、木材繊維から作られ、リグニンと灰(充填剤)の両方を非常に多量に含む1920紙の文書と関連していました。 1920年と1923年の紙の文書も明るさの最も低い割合を持っていました。 したがって、この期間に由来する紙の文書は、公文書館や図書館で非常に特別な注意と保護を受ける必要があります。
  5. 2007年に印刷された紙文書は、多変量紙特性分析に関して、他の紙文書クラスターのすべてのグループから最も分離された標本であった。
  6. 紙を老化に対してより耐性にするためには、アルカリ性のpH値を維持し、空気湿度および本が保管される環境の温度を下げることが重要です。

謝辞

著者は、言語改訂のための夫人E.Ritch-Krčに感謝します。 この出版物は、”バイオマス生産-加工研究開発成果の実践への移転に向けた人材力の向上”(ITMS)プロジェクトの結果です: 262110230087)、欧州社会基金(50%)と契約番号1/0521/15(50%)の下でスロバキアの科学助成機関VEGAによって資金を供給された運用プログラム”教育”によってサポートされています。

参考文献は

Amidon,T.E.(1981)を引用しています。 「クラフト紙の特性に対する堅材の木材特性の影響」、Tappi64、123-126。

Area,M.C.,And Cheradame,H.(2011). “紙の老化と劣化:最近の調査結果と研究方法、”BioResources6(4)、5307-5337。 ドイ:10.15376/biores.6.4.5307-5337

Begin,P.,Deschatelets,S.,Grattan,D.,Gurnagul,N. ら、kaminska,E.,Woods,D.and Zou,X.(1 9 9 8)。 “紙の永続性に対するリグニンの影響:ハンドシートとコマーシャルペーパーサンプルの老化挙動の包括的な研究、”Restaurator19(3)、135-154。

Chen,Y.,Fan,Y.,Tshabalala,M.A.,Stark,N.M.,Gao,J.,Liu,r.(2012). “熱的および光分解的に老化したEucalyptus camaldulensis chemithermomechanical pulp(CTMP)の光学特性分析、”BioResources7(2)、1474-1487。 ドイ:10.15376/biores.7.2.1474-1487

Ciullo,P.A.(1996). 工業用鉱物とその用途: A Handbook and Formulary,Noyes Publication,Westwood,NJ,USA.

Clark,J.D.A.(1985). “フィブリル化と繊維結合”,In:Pulp Technology and Treatment for Paper,J.D.A.Clark(ed.、Miller Freeman Publications、San Francisco、C A、USA、1 6 0−1 8 0頁。

Collings,T.,Milner,D.(1984). 「紙中の綿製紙繊維の性質と同定」Paper Conservator8(1)、59-71。 土井: 10.1080/03094227.1984.9638458

Dinwoodie,J.M.(1965). “繊維形態と紙の特性との関係: 文献のレビュー、”Tappi48、440-447。

Dupont,A.L.(2003). 紙のゼラチンサイジングと老化中のセルロースの分解への影響,Ph.D.論文,アムステルダム大学,アムステルダム,オランダ.

Esteves,B.,And Pereira,H.(2009). “熱処理による木材の修正:レビュー、”BioResources4(1)、370-404。 ドイ:10.15376/biores.1.1.1-2

Fičerová,M.,Gigac,J.,Balberčák,J.(2009). “広葉樹および針葉樹クラフトパルプの繊維特性と引張強さとの関係”セルロース化学および技術44(7-8)、249-253。

Gandini,A.,Pasquini,D.(2012). “その後の論文のいくつかの物理化学的特性に対するセルロース繊維表面改質の影響、”工業作物および製品35(1)、15-21。 土井:10.1016/j.indcrop.2011.06.015

Gojně,J.,Čeček,B.,Mikala,O.,Čabalová,I.(2014). “歴史的な紙文書の繊維長分布、”Acta Facultatis Xylologiae56(2)、55-61。 (スロバキア語)

Hubbe,M.A.(2005). “印刷、執筆、および製図用紙のための酸性およびアルカリsizings、”本およびペーパーグループ年次23、139-151。

ISO9184(1990)。 “紙、板紙およびパルプ–繊維の供給の分析、”国際標準化機構、ジュネーブ、スイス。ることができると考えられている。 “木材含有紙の加速老化:弱酸の形成と引張強度の低下”ウッド研究57、3、419-434。

Jablonsky,M.,Hrobonova,K.,Katuscak,S.,Lehotay,J. およびBotkova,M.(2 0 1 2b)。 「加速老化中の未修飾および修飾論文における酢酸およびギ酸の形成」、Cellulose ChemistryおよびTechnology46(5-6)、331-340。

Kilpinen,O.(1994). “Nonwood specialty pulps,”in:Nonwood Plant Fiber Pulping–Progress Report21,TAPPI Press,Atlanta,GA,pp.9-18.

Kraková,L.,Chovanová,K.,Selim,S.A.,Žimonovičová,A.,Puškarová,A.(2012). “歴史的な紙および羊皮紙文書における微生物の多様性とその生分解能力の調査のための多相アプローチ”International Biodeterioration and Biodegradation70,117-125. 土井:10.1016/j.ibiod.2012.01.011

Lichtblau,D.,Strliß,M.,Trafela,T.,Kolar,J.,And Anders,M.(2008). “NIR分光法とケモメトリクスに基づく歴史的論文の機械的性質の決定–新しい機器、”Applied Physics A.92、191-195。 ドイ:10.1007/s00339-008-4479-1

ることができるようになりました。 “Assemmentに最も重要なパラメータ紙文書の耐久性、”Kničnica10、35-38(スロバキア語)。

Mohlin,U.B.,Dahlbom,J.,hornatowska,J.(1996). “繊維の変形およびシートの強さ、”Tappiジャーナル79(6)、105-111。

Molteberg,D.,And Høibø,O.(2006). “若いノルウェーのトウヒ(Picea abies)における木材密度、クラフトパルプyeildおよび繊維寸法の開発と変化、”木材科学技術40、173-189。 ドイ:10.1007/s00226-005-0020-2

ニスカネン,K.(1998). 論文物理学、Fapet Oy、ヘルシンキ、フィンランド。

ヌオポネン、M. ることができると考えられている。 “Ft-IRおよびUV共鳴ラマン分光法によって研究された針葉樹における熱修飾、”木材化学および技術のジャーナル24(1)、13-26。 (1993a).この記事は、ウィキペディアの10.1081/WCT-120035941

Paavilainen(改訂履歴)の記事を複製、再配布したものにあたり、 “コンフォーマビリティ−柔軟性と崩壊性−硫酸パルプ繊維の,”Paperi ja Puu75(9),689-702.

Paavilainen,L.(1993b). “針葉樹硫酸パルプの特性評価のための交差次元繊維特性と粗さの重要性”Paperi ja Puu75(5),343-351.

ページ,D.H,And Seth,R. (1979). 「商業機械パルプの伸長挙動」、Pulp and Paper Canada80(8)、T235-T237。

Polovka,M.,Polovkova、Vizarova、Kirschnerova、BielikovaイントロVrska,M.(2006). “簿記係プロセスによって変更された紙サンプルの特性評価に対するFTIR分光法の適用、”振動分光法41(1)、112-117。 土井:10.1016/j.vibspec.2006.01.010

Seth,R.S.(1990). “製紙における繊維品質要因-i.繊維の長さと強度の重要性”in: パルプ、紙および木材産業に関連する材料の相互作用、D.F.Caulfield、J.D.Passaretti、およびS.F.Sobczynski(Eds.),Materials Research Society,San Francisco,CA,USA,pp.125-142.

Seth,R.S.,And Page,D.H.(1988). “繊維特性および引き裂き抵抗、”Tappiジャーナル71、103-107。ることができます。

Schmidt,J.A.,Rye,C.S.,And Gurnagul,N.(1995). “リグニンは、セルロースの自己酸化分解を阻害する”ポリマー劣化と安定性49(2)、291-297。

Sluiter,A.,Hames,B.,Ruiz,R.,Scarlata,C.,Sluiter,J.,And Templeton,D.(2008a). 液体分画プロセスサンプル(NREL/TP-510-42623)中の糖、副生成物および分解生成物の測定、National Renewable Energy Laboratory、Golden、CO、USA。

Sluiter,A.,Hames,B.,Ruiz,R.,Scarlata,C.,Sluiter,J.,And Templeton,D.(2008b). 生物量(NREL/TP-510-42622)の灰の決定、金、CO、米国国民の再生可能エネルギーの実験室。

Sluiter,A.,Hames,B.,Ruiz,R.,Scarlata,C.,Sluiter,J.,Templeton,D.,Crocker,D.(2010). 生物量(NREL/TP-510-42618)の構造炭水化物そしてリグニンの決定、国民の再生可能エネルギーの実験室、金、CO、米国。ることができると考えられている。 “ワルシャワ国立図書館における19世紀と20世紀のコレクションの保存状況の調査”Restaurator24(3),189-201. 土井:10.1515/残り.2003.189

STN500340(1998). “紙と板。 引張特性の決定、”VÚPC、ブラチスラヴァ、スロバキア。

STN500374(1996). “パルプと紙のテスト。 紙およびパルプの表面pH測定、”VÆPC、ブラチスラヴァ、スロバキア。

STN EN ISO536(50 0310)(1999). “紙と板。 グラマージュの決定、”VÚPC、ブラチスラヴァ、スロバキア。

STN ISO3688(50 0240)(1994)。 “パルプ。 拡散青色反射率係数(ISO輝度)の測定、”VÆPC、ブラチスラヴァ、スロバキア。

STN ISO6588(50 0381)(1993). “紙、板紙、パルプ。 水性抽出物のpHの決定、”VÆPC、ブラチスラヴァ、スロバキア。

Strlië,M.,Cigië,I.K.,Kolar,J.,de Bruin,G.,And Pihlar,B.(2007). “VOC排出量からのpH推定に基づく歴史的論文の非破壊評価,”センサー7(12),3136-3145. DOI:10.3390/s7123136

Strlič,M.,Cigić I.K.,Možir,A.de動態に及ぼす物理的影響、Kolar,J.、Cassar彦(2011). 「揮発性有機化合物および低酸素症が紙の劣化に及ぼす影響」、ポリマー劣化および安定性96(47)、608-615。 土井:10.1016/j.polymdegradstab.2010.12.017

Strliš,M.,Kolar,J.,Košar,D.,Drnovček,T.,Selih,V.,Susiš,R.,Pihlar,B.(2004). “アルカリ性の紙のpHは何ですか?,”電子保存科学1,35-47.

Tamolang,F.N.,Wangaard,F.F.,Kellogg,R.M.(1968). “堅材繊維の強さおよびパルプシートの特性、”Tappi Jounal51、19-27。

Tétreault,J.,Dupont,A.L.,Bégin,P.,And Paris,S.(2013). “周囲の湿度熱条件下でのセルロース分解に対する紙によって放出される揮発性化合物の影響”、ポリマー劣化および安定性98(9)、1827-1837。 土井:10.1016/j.polymdegradstab.2013.05.017

Trafela,T.,Strliß,M.,Kolar,J.,Lichtblau,D.A.,Anders,M.,Mencigar,D.P.,Pihlar,B.(2007). “赤外分光法および化学測定データ評価に基づく歴史的論文の非破壊分析および年代測定、”分析化学79(16)、6319-6323。 DOI:10.1021/ac070392t

Vainio,A.(2007). 紙における繊維間結合と繊維セグメント活性化–現象の観察と紙の強度特性への影響,Ph.D.論文,ヘルシンキ工科大学,ヘルシンキ,フィンランド.

Ververis,C.,Georghiou,K.,Christodoulakis,N.,Santas,P.,And Santas,R.(2004). “様々な植物材料の繊維寸法、リグニンおよびセルロース含有量および紙生産のためのそれらの適合性、”工業作物および製品19(3)、245-254。 土井:10.1016/j.indcrop.2003.10.006

Vizárová,K.,Kirschnerová,S.,Kačík,F.,Bričkárová,A.,Šutě,Š. そして、Katučák,S.(2012)。 “セルロースの重合度の減少と加速老化中の挽材パルプ紙の機械的特性の損失との関係”Chemical Papers66(12),1124-1129.

Wangaard,F.F.,Williams,D.L.(1970). “ハドウッドパルプの引き裂き抵抗に関連した繊維長および繊維強度”Tappiジャーナル53、2153-2154。

Whitmore,P.M.,And Bogaard,J.(1994). “紙の加水分解および酸化分解におけるセルロース切断経路の決定,”Restaurator15(1),26-45.

Wilson,W.K,And Parks,E.J.(1983). “国立国会図書館資料調査研究史”5(3-4),191-241. 土井:10.1515/残り.1983.5.3-4.191

Zappala,A.(1991). “保存を目的としたアートペーパーなどの標準化に関する国際調査”Restaurator12(1),18-35. 土井:10.1515/残り.1991.12.1.18

Zervos,S.(2007). “メチルセルロースによる洗浄、アルカリ化および含浸後の純粋なセルロース紙の加速老化速度論、”Restaurator28(1)、55-69。 土井:10.1515/残り.2007.55

Zervos,S.(2010). “セルロースおよび紙の自然および加速老化:文献レビュー”、中:セルロース:構造および特性、誘導体および産業用途、A.Lejeune、およびT.Deprez(編。)、ニューヨーク: ^『新潮社』、155-203頁。ることができると考えられている。 “歴史的論文のマイクロファンガルバイオデテレーション:予備的FTIRおよび微生物学的分析、”国際バイオデテレーションおよび生分解62(2)、186-194。 土井:10.1016/j.ibiod.2008.01.005

Zou,X.,Uesaka,T.,Gurnagul,N.(1996a). “加速老化による紙の永続性の予測i.老化プロセスの速度論的分析、”セルロース3、243-267。 (1996b).この論文は、以下のように書かれています。 “加速老化による紙の永続性の予測II.予測と自然老化の結果との比較,”セルロース3,269-279. DOI:10.1007/BF02228806

Zou,X.,Gurnagul子、上坂充,T.(1993). 「紙の機械的永続性におけるリグニンの役割。 パートI:リグニン含有量の影響、”紙パルプ科学ジャーナル19(6)、j235-j239。

論文提出:2016年2月25日;査読完了:2016年10月9日;改訂版受領:2017年1月24日;仮受理:2017年2月7日;公開:2017年2月21日。

土井:10.15376/12.2.2618-2634

テーブルS1。

調査された紙の特性のためのピアソン相関係数

形質 pHS pHE FA AA XYL GAL ARA MAN GLC hol lig bw BL B ASH FL1 FL2 FL3 fl4 fl5
pHS 0.884 0.007 0.447 -0.062 0.372 -0.458 -0.727 0.712 0.766 -0.792 0.018 0.377 0.559 -0.651 -0.128 0.704 0.076 -0.615 -0.591
pHE 0.884 0.037 0.477 -0.103 0.397 -0.489 -0.717 0.666 0.703 -0.695 -0.312 0.484 0.597 -0.690 -0.060 0.728 -0.035 -0.587 -0.655
FA 0.007 0.037 0.772 -0.261 -0.130 0.093 -0.056 0.096 0.054 -0.061 -0.306 -0.427 -0.178 -0.067 0.051 -0.322 0.338 0.077 0.051
AA 0.447 0.477 0.772 -0.414 0.194 -0.325 -0.388 0.441 0.401 -0.393 -0.225 -0.284 0.038 -0.436 0.165 0.078 0.279 -0.291 -0.467
XYL -0.062 -0.103 -0.261 -0.414 -0.141 0.140 0.217 -0.509 -0.382 0.229 0.078 0.562 0.608 -0.623 -0.615 0.266 -0.116 0.278 0.382
ギャル 0.372 0.397 -0.130 0.194 -0.141 -0.109 0.253 -0.085 -0.079 0.170 -0.073 -0.156 -0.169 -0.210 0.255 0.268 0.051 -0.262 -0.762
イチジク -0.458 -0.489 0.093 -0.325 0.140 -0.109 0.424 -0.408 -0.396 0.407 0.033 -0.096 -0.301 0.407 0.270 -0.271 -0.429 0.273 0.294
-0.727 -0.717 -0.056 -0.388 0.217 0.253 0.424 -0.900 -0.913 0.957 0.040 -0.452 -0.584 0.676 0.047 -0.544 0.128 0.548 0.232
ルダクリス 0.712 0.666 0.096 0.441 -0.509 -0.085 -0.408 -0.900 0.988 -0.945 -0.030 0.205 0.295 -0.899 0.055 0.441 0.044 –0.619 –0.338
HOL 0.766 0.703 0.054 0.401 –0.382 –0.079 –0.396 –0.913 0.988 –0.972 –0.017 0.308 0.407 –0.876 –0.043 0.528 0.033 –0.629 –0.317
LIG –0.792 –0.695 -0.061 -0.393 0.229 0.170 0.407 0.957 -0.945 -0.972 -0.059 -0.373 -0.533 0.745 0.111 -0.571 0.015 0.614 0.239
BW 0.018 -0.312 -0.306 -0.225 0.078 -0.073 0.033 0.040 -0.030 -0.017 -0.059 -0.326 -0.153 0.222 -0.172 -0.225 0.147 0.274 0.263
BL 0.377 0.484 -0.427 -0.284 0.562 -0.156 -0.096 -0.452 0.205 0.308 -0.373 -0.326 0.870 -0.124 -0.348 0.727 -0.395 -0.279 -0.041
B 0.559 0.597 -0.178 0.038 0.608 -0.169 -0.301 -0.584 0.295 0.407 -0.533 -0.153 0.870 -0.121 -0.492 0.770 -0.211 -0.305 -0.071
アッシュ -0.651 -0.690 -0.067 -0.436 -0.623 -0.210 0.407 0.676 -0.899 -0.876 0.745 0.222 -0.124 -0.121 -0.107 -0.400 -0.156 0.590 0.521
FL1 -0.128 -0.060 0.051 0.165 -0.615 0.255 0.270 0.047 0.055 -0.043 0.111 -0.172 -0.348 -0.492 -0.107 -0.029 -0.590 -0.417 -0.507
FL2 0.704 0.728 -0.322 0.078 0.266 0.268 -0.271 -0.544 0.441 0.528 -0.571 -0.225 0.727 0.770 -0.400 -0.029 -0.432 -0.771 -0.554
FL3 0.076 -0.035 0.338 0.279 -0.116 0.051 -0.429 0.128 0.044 0.033 0.015 0.147 -0.395 -0.211 -0.156 -0.590 -0.432 0.400 0.215
FL4 -0.615 -0.587 0.077 -0.291 0.278 -0.262 0.273 0.548 -0.619 -0.629 0.614 0.274 -0.279 -0.305 0.590 -0.417 -0.771 0.400 0.661
FL5 -0.591 -0.655 0.051 -0.467 0.382 -0.762 0.294 0.232 -0.338 -0.317 0.239 0.263 -0.041 -0.071 0.521 -0.507 -0.554 0.215 0.661

注:太字で示された相関係数は、P<0.05で有意である。

pHS、紙表面のpH、pHE、水性紙抽出物のpH、FA、ギ酸、AA、酢酸、XYL、d-キシロース、GAL、d-ガラクトース、ARA、l-アラビノース、MAN、d-マンノース、GLC、d-グルコース、HOL、ホロセルロース、LIG、リグニン、BW、坪量、BL、破断長さ、B、明るさ、灰、灰分、FL1、繊維長クラス<0.5mm;FL2の繊維の長さのクラス0.5–1mm;fl3の繊維の長さのクラス1-2のmm;FL4の繊維の長さのクラス2-3のmm; FL5の繊維の長さのクラス3-7のmm。



+