Endringer i den kjemiske og fysiske egenskaper for på papir dokumenter på grunn av naturlig aldring

Čabalová, I., Kačík, F., Gojný, J., Češek, B., Milichovský, M., Mikala, O., Tribulová, T., og Ďurkovič, J. (2017). «Endringer i de kjemiske og fysiske egenskapene til papirdokumenter på grunn av naturlig aldring,» BioRes. 12(2), 2618-2634.

Sammendrag

Last ned PDF –

Hele Artikkelen

Endringer i den Kjemiske og Fysiske Egenskaper for på Papir Dokumenter på grunn av Naturlig Aldring

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

målet med denne studien var å vurdere endringer i kjemiske og fysiske egenskaper hos utvalgte papirdokumenter, dating fra det 18. århundre til dagens dato. Papirdokumenter fra det 18., 19. og 21. århundre hadde en pH som spenner fra litt sure til alkaliske verdier, mens papirdokumenter fra det 20. århundre var surere. Innholdet av mannose, glukose, holocellulose og lignin var signifikant korrelert med pH i papiret. Høyt innhold av både karboksylsyrer (eddiksyre og maursyre) og det mest holdbare monosakkaridet (glukose) ble funnet i de eldste undersøkte papirdokumenter som stammer fra det 18.og 19. århundre. Den laveste prosentandelen av lysstyrke ble funnet i papirdokumenter som stammer fra 1920 og 1923. Den laveste bruddlengden var knyttet til papirer som stammer fra 1920.

Nøkkelord: Papirdokumenter; Naturlig aldring; pH; Maursyre; Eddiksyre; Fiber lengde; Holocellulose

Kontaktinformasjon: A: Institutt For Kjemi Og Kjemisk Teknologi, Teknisk Universitet I Zvolen, Tg Masaryka 24, 960 53 Zvolen, slovakia; B: Institutt For Kjemi Og Teknologi Av Makromolekylære Materialer, Universitetet I Pardubice, Studentská 9, 532 10 pardubice, tsjekkia; c: institutt For Fytologi, teknisk universitet i zvolen, Tg Masaryka 24, 960 53 Zvolen, slovakia; * Korresponderende forfatter: [email protected]

INNLEDNING

forringelsen av papir er forårsaket av flere faktorer som syrehydrolyse, oksidative midler, lys, luftforurensning eller tilstedeværelse av mikroorganismer (Zou et al . 1996a, b; Zotti et al. 2008; Zervos 2010; Område Og Cheradame 2011; Kraková et al. 2012). Under naturlig aldring er tap av papirstyrke et resultat av nedbrytning av cellulose, dens viktigste strukturelle komponent. Celluloseforringelse i papir når forskjellige moduser avhengig av en rekke kjemiske prosesser (syre og enzymatisk hydrolyse, alkalisk og oksidativ nedbrytning), termisk påvirkning (påvirkning av forskjellige temperaturer) og stråling (ultrafiolett og høy energi), med tanke på at syrehydrolysen er mest rådende (Whitmore and Bogaard 1994).

Lignininnhold er av stor interesse for bevaring av papirbaserte materialer. Det er en kompleks og delvis ustabil naturlig organisk polymer, og den begrensede fotostabiliteten er viktig for utstilte gjenstander. Påvirkningen av lignin på stabiliteten av cellulose i papir er ikke godt forstått, men det kan gi en begrenset antioksidant effekt. Imidlertid kan oksidasjonen også bidra til akkumulering av syrer som destabiliserer materialet (Zou et al. 1993; Schmidt et al. 1995; Begin et al. 1998; Trafela et al. 2007). En viktig kilde til surhetsutvikling i papirdokumenter under aldring er kjent for å være hydrolysen av acetatestergrupper i hemicellulose (Polovka et al. 2006; Zervos 2007; Jablonský et al. (2012a).

Papir før ca. 1850 ble produsert med den tradisjonelle dimensjoneringsprosessen ved bruk av gelatin (Dupont 2003), noe som resulterte i et omtrent nøytralt eller litt surt materiale. Vanligvis forblir gelatin i gamle bøker i god stand hvis den har blitt holdt i et gunstig miljø i fravær av etsende blekk eller biodeteriogener. Gelatin er gunstig for papir og øker levetiden (Strlič et al. 2004; Lichtblau et al. 2008). For papir produsert mellom 1850 og 1990, pH-verdiene av vandige ekstrakter er ofte lavere enn 6 på grunn av anvendelsen av alun-rosin størrelse system. Dette reduserer papirets forventede levetid. Fra 1990 til i dag har produksjonen av papir endret seg til alkalisk dimensjonering, og moderne papir er igjen mer stabil (Trafela et al. 2007). Årsaken var å redusere kostnadene. Det moderne» PCC » kalsiumkarbonatfylleren, som kreves for alkalisk pH under papirforming, gjorde det billigere å lage lyst papir (Hubbe 2005). Papirets styrke bestemmes av styrken til de enkelte fibrene og styrken av bindingen av disse fibrene til et nettverk (Page And Seth 1979; Ververis et al. 2004).

Ifølge Paavilainen (1993a, b)er det en reduksjon i strekkfasthet som svarer til en økning i fiber grovhet, noe som tyder på at de viktigste faktorene for høy strekkfasthet av papir er en god bindingsevne og en høy iboende fiberstyrke. Strekkfasthet bestemmes av det bundne området, både ytre og indre fibrillasjoner, mengden av bøter, og spesielt ved våtfiberfleksibilitet. Gandini Og Pasquini (2012) bemerket at papirets mekaniske egenskaper er direkte knyttet til fibrens evne til å etablere inter – og intra-fiberbindinger. Maksimering av det bundne området og fiberlengden kan øke aktiveringsprosessen, mens deformasjoner som kink og curl kan redusere aktiveringen.

Deformerte fibre fører også til en ujevn lastfordeling, og reduserer dermed nettets evne til å bære last fordi de forårsaker lokale stresspunkter (Vainio 2007). Mohlin et al. (1996) studerte virkningen av fiberdeformasjon på arkstyrke. Forfatterne rapporterte en reduksjon i strekkfasthet og strekkstivhet med en økning i antall fiberdeformasjoner og en reduksjon i formfaktoren.

Analyse av fiberegenskaper som fiberlengde, fiberdiameter, lumenbredde, celleveggtykkelse og deres avledede morfologiske egenskaper har blitt viktig for å estimere fiberkvaliteten (Dinwoodie 1965; Amidon 1981). Fiber lengde og styrke er spesielt viktig for rive motstand (Tamolang et al. 1968; Wangaard Og Williams 1970; Seth Og Side 1988). I Tillegg Viste Seth (1990) at strekkfasthet påvirkes av fiberlengde.

målene med denne studien var å vurdere endringer i pH-verdier, innhold av karboksylsyrer, holocellulose og lignin, fiberdimensjoner, bruddlengde og lysstyrken på papirdokumenter i ulike aldre. Studien tjener også til å avklare betydelige forhold mellom de undersøkte egenskapene.

EKSPERIMENTELL

Materialer

papirprøver ble tatt Fra en bok trykt i hvert av årene 1719, 1762, 1784, 1807, 1839, 1853, 1859, 1920, 1923, 1956, og 2007. Alle de undersøkte bøkene ble lagret på ett sted, i en gammel kirke i Den sentrale Delen av Slovakia, noe som betyr at disse var under en naturlig aldringsprosess. Utgivelsesåret ble ansett å være produksjonsåret for papirdokumentet.

Metoder

Bestemmelse av ph-verdiene

Bestemmelse av ph-verdiene for papiroverflater (pHS) ble utført i henhold til den slovakiske Tekniske Standarden (STN) 500374 (1996) (med en dråpe destillert vann og deretter ved å plassere pH-elektroden på papiroverflaten, med prøvetaking på fem steder), mens bestemmelse av pH-verdiene for kalde vandige papirekstrakter (pHE) ble utført i henhold til standarden stn iso 6588 (50 0381) (1993) (Kald Ekstraksjon, 2 g papirprøve per 100 ml vann, 1 t). Presisjonen i ph-bestemmelser ble estimert til å være mindre enn ± 0,2 enheter. Målinger ble utført på fem replikater per prøve.

innhold av karboksylsyrer

Omtrent 2 g papir ble nøyaktig veid og tilsatt til 15 mL rent vann. Suspensjonen ble blandet i 2 timer og deretter filtrert gjennom et 0,45 µ filter (Jablonsky et al. (2012b). Innholdet av karboksylsyre (maursyre, eddiksyre) ble analysert ved hjelp av høyytelses væskekromatografi (HPLC) og en metode litt modifisert fra Sluiter et al. (2008a), som følger: kromatograf, HPLC 1200 (Agilent, Santa Clara, CA, USA); kolonne, Polymer IEX H form (Watrex, Praha, tsjekkia); mobil fase, 9 mM H2SO4; strømningshastighet, 0,5 mL min–1; detektor, RI (brytningsindeks); injisert volum, 100 µl; og temperatur, 35 °c. Resultatene presenteres som maursyre og eddiksyre for både frie syrer og deres vannløselige salter. Målinger ble utført på fire replikater per prøve.

Innhold av sakkarider og lignin

papirprøver ble hydrolysert ved hjelp av 72% (w/w) svovelsyre, og både lignin og nøytrale sakkarider ble bestemt I HENHOLD TIL NREL-metoden (Sluiter et al . 2010). Kvantitative analyser av sakkarider ble utført AV HPLC under følgende forhold: kromatograf, HPLC 1200( Agilent, Santa Clara, CA, USA); kolonne, Aminex HPX-87P( Bio-Rad, Hercules, CA, USA); mobil fase, deionisert vann; strømningshastighet, 0,6 mL min–1; detektor, RI; injisert volum, 50 µL; og temperatur, 80 °C. Målinger ble utført på fire replikater per prøve.

Askeinnhold

Ovnstørrpapirprøver fra 0,5 til 2,0 g ble plassert i muffelovnen ved 575 ± 25 °C i minst 4 timer og tørket til en konstant vekt. Askeinnholdet ble bestemt i henhold Til Sluiter et al. (2008b) i en enkelt replikat per prøve.

bestemmelse Av Fiberlengde

papirprøver (ca. 0,1 g) ble plassert i polyetylenhetteglass og fikk svelle med en liten mengde vann. Deretter ble de massert i en shaker. Etter fullstendig makulering ble suspensjonen fortynnet flere ganger, slik at i ca 100 mL suspensjon var det minst tusen fibre. Andelen fiberlengdeklasser (< 0,5 mm, 0,5 til 1 mm, 1 til 2 mm, 2 til 3 mm, 3 til 7 mm) ble bestemt ved hjelp av en fiberanalysator FS-100 (Kajaani Oy Electronics, Kajaani, Finland). Målinger ble utført på en enkelt replikat per prøve, og antall fibre innenfor hver populasjon av replikat varierte fra 16,138 til 20,112 celler.

Lysmikroskopi av fibre

fibersammensetningen ble analysert ved Hjelp Av Et Nikon ECLIPSE 80i lysmikroskop utstyrt Med Et Nikon DS-Fi1 digitalkamera (Nikon Instruments Europe, Amsterdam, Nederland) på en liten mengde fargede fibre som representerer den testede prøven, i henhold TIL standarden ISO 9184 (1990). Fibrene ble farget ved å tilsette 2 til 3 dråper forskjellige fargestoffer(Herzberg, Graff og Loffton-Merritt).

Bruddlengde

Bruddlengde på papirprøver ble målt i henhold TIL STN 500340 (1998). For beregning av bruddlengde var det nødvendig å måle grunnvekten til papirprøvene i HENHOLD TIL STN EN ISO 536 (50 0310) (1999). Målingene ble utført på tjue replikater per prøve (150 × 15 mm).

Lysstyrke

Lysstyrke på papirprøver ble vurdert i HENHOLD TIL STN ISO 3688 (50 0240) (1994) ved hjelp Av Et Fiberlekometer PL 11 6565 ZP (Carl Zeiss, Jena, Tyskland). Målinger ble utført på 20 replikater per prøve.

Statistisk analyse

Data ble analysert ved hjelp av enveisanalyse av varians, Og Duncans multiple range tester ble brukt for sammenligninger av midler. Pearson-korrelasjonskoeffisientene ble beregnet for de undersøkte trekk-trekkforbindelsene. Relasjonene ble ansett som signifikante hvis P < 0,05. Multivariate foreninger blant 15 papirtrekk ble analysert ved hjelp av en hovedkomponentanalyse (pca) for å beskrive mønstre av kovariasjon blant de undersøkte egenskapene.

RESULTATER og DISKUSJON

Endringer i pH-verdiene

pH-verdien av papir er en viktig faktor for å bestemme aldringsstabiliteten. Målingene presentert i Tabell 1 viser at papirdokumenter fra det 18. og 19. århundre hadde verdier fra svakt sur til nøytral pH. Papirdokumenter fra det 20. århundre ble preget av sure pH-verdier, mens papirdokumenter fra det 21. århundre hadde svakt alkaliske pH-verdier. Syrlighet fremmer syrehydrolyse, noe som akselererer celluloseforringelse i papir (Wilson and Parks 1983). Lignocellulosic materialer med lav pH-verdier og høy lignin innhold generelt viser raskere degradering enn alkaliske eller nøytrale materialer. Sammen med bruken av råvarer som har høyt lignininnhold, bidrar den sure sulfittprosessen med masseproduksjon og/eller prosessen med sur dimensjonering også til nedbrytning av papir. En lav pH-verdi er den viktigste faktoren i nedbrytningen av de fleste truede papirdokumenter (Vizáá et al. 2012). Alkaliske eller nøytrale papirer er mer stabile på grunn av undertrykkelse av syrehydrolyse med hensyn til graden av nedbrytning og aldringsgraden (Zappala 1991; Area and Cheradame 2011). Mar hryvala et al. (2009) publisert pH-verdier av papirer fra det 20.århundre og de tidlige årene av det 21. århundre. De mest sure dokumentene (pH 3,9) oppsto mellom årene 1920 og 1960. Forfatterne oppdaget også at antall dokumenter med nøytrale pH-verdier (pH 7) gradvis økte fra

1990-tallet til i dag.

Tabell 1. Rektor Papir Egenskaper for de Undersøkte Papir Dokumenter

Data representerer midler SD. Middelverdier etterfulgt av de samme bokstavene, a-i, innenfor samme rad på tvers av undersøkte papirdokumenter, er ikke signifikant forskjellige ved p < 0,05.

pHS, pH på papiroverflaten; pHE, pH av vandig papirekstrakt; FA, maursyre; AA, eddiksyre; XYL, D-xylose; GAL, d-galaktose; ARA, l-arabinose; MANN,

d-mannose; GLC, d-glukose; HOL, holocellulose; LIG, lignin; BW, basisvekt; BL, bruddlengde; b, lysstyrke; ASKE, askeinnhold

Tabell 1 – fortsatt. Hovedpapiregenskaper for De Undersøkte Papirdokumenter

Data representerer midler SD. Middelverdier etterfulgt av de samme bokstavene, a-i, innenfor samme rad på tvers av undersøkte papirdokumenter, er ikke signifikant forskjellige ved p < 0,05.

pHS, pH på papiroverflaten; pHE, pH av vandig papirekstrakt; FA, maursyre; AA, eddiksyre; XYL, D-xylose; GAL, D-galaktose; ARA, l-arabinose; MANN,

d-mannose; GLC, d-glukose; HOL, holocellulose; LIG, lignin; BW, basisvekt; BL, bruddlengde; B, lysstyrke; ASKE, askeinnhold

strlič et al. (2007) studerte papirdokumenter fra 1870, som var sammensatt av 70% bomull og 30% år gammel hvete og halm. Forfatterne fant at pHE av disse papirprøvene var sur (pH 4.7). Dette var også tilfellet for papirprøver fra 1874, som besto av 50% tremasse og 50% sulfittmasse. En alkalisk pH (pH 8,8) ble registrert i papirprøver fra 2002, som var sammensatt av 70% bleket kraftmasse og 30% bleket sulfittmasse.

Endringer i mengden eddiksyre og maursyre

de største mengdene karboksylsyrer ble funnet i det eldste undersøkte papirdokumentet fra 1762 (Tabell 1), hvor innholdet av eddiksyre nådde 3.8 mg g–1 og maursyre nådde 5,8 mg g-1.

Høye verdier av karboksylsyrer ble også funnet i papirdokumenter fra 1807. Jablonsky et al. (2012b) målt 4.8 mg g – 1 eddiksyre i papirdokumenter som ble utsatt for en akselerert aldringsperiode på 60 dager. Myresyre trenger dypere inn i stabler av papirer enn eddiksyre, noe som avslører potensialet for nedbrytning i arkiver og biblioteker (Té Et al. 2013). Fjerning av flyktige organiske forbindelser har en betydelig positiv effekt på papirstabilitet og kan i visse tilfeller doble forventet levetid (Strlič et al. 2011). I tillegg ble det i det foreliggende arbeid funnet at innholdet av eddiksyre og maursyre var gjensidig korrelert (se supplerende Tabell S1).

Endringer i innholdet av sakkarider, lignin og aske

en betydelig andel papir består av sakkarider. Basert på de kvantitative resultatene av nøytrale sakkarider i papirdokumenter fra det 18. og 19. århundre, inneholdt disse prøvene den høyeste andelen glukose, svært små mengder andre hemicellulosekomponenter (dvs.galaktose, mannose og arabinose) og ingen xylose (Tabell 1).

nedbrytningen av hemicellulose begynner med deacetylering, danner eddiksyre som katalyserer både hydrolysen av glykosidbindinger i polysakkarider og de påfølgende reaksjonene av oppståede monosakkarider (Nuopponen et al . 2004; Esteves og Pereira 2009). Inntil 1859 varierte mengden glukose fra 87 til 91%. I 1920 falt mengden glukose til 35,4% fordi tremasse på den tiden var en viktig komponent i trykkpapir.

Papirdokumenter fra 1920 og 1923 ble laget av bartre masse, som er dokumentert av det høye innholdet av både lignin og glucomannan i sine papirprøver. Disse dokumentene hadde også lave verdier for å bryte lengde og lysstyrke.

tilstedeværelsen av ligninkromoforer i de undersøkte papirprøvene resulterte i en signifikant guling av papiret. Papirdokumenter fra 1920 inneholdt et høyt innhold av aske (21,9%), noe som kan forklare deres lave styrke, for eksempel i forhold til papirdokumentet fra samme periode (1923), som inneholdt et lavere askeinnhold. Dokumentets bruddlengde fra 1923 var nesten dobbelt så høy. Høyt fyllstoffinnhold har en indirekte effekt på overflatestyrken og stivheten i papiret (Ciullo 1996).

Endringer i fiberlengdefordelinger

resultatene av fiberlengdefordelinger (Fig . 1) viste at den største andelen fibre i de eldste undersøkte papirdokumentene (til 1859) var i 0,5 til 1,0 mm lengdeklassen (fra 38,5 til 46,0%).

Fig. 1. Andel fiberlengdeklasser på tvers av de undersøkte papirdokumentene

Fig. 2. Lysmikroskopi bilder av fibre til stede i de undersøkte papirdokumenter. Noen bilder er tilpasset Fra Gojný et al. (2014)

disse papirprøvene inneholdt også en relativt høy andel fibre lengre enn 1 mm. den mikroskopiske analysen av fibre (Fig. 2) avslørte at papirdokumenter fra det 18. og 19. århundre hovedsakelig ble laget av ragmasse (bomull, lin, hamp). Ifølge Kilpinen (1994) ble kortere bomullsfibre (3 til 5 mm) brukt til å lage papir. Mikroskopiske analyser Fra Collings Og Milner (1984) om papirprøver laget i Europa mellom 1400 og 1800 viste primært blandinger av hamp og linfibre med høyere konsentrasjoner av hamp (f.eks. 75%) i tidligere papirprøver. Mens både bomull og bomull-holdige stoffer var tilgjengelig i Europa i denne perioden, de ble ikke vanligvis brukt til å generere betydelig bomull-rag materiale for papirfremstilling til det 19. århundre. Betydelige mengder bomullsfiber er derfor sjeldne i papirdokumenter før 1800.

Papirdokumenter fra det 20.århundre inneholdt fibre innenfor lengdeklassen 0,5 til 1,0 mm, fra 28% (1950) til 40% (1956), med en stor andel fibre som er lengre enn 2 mm (fra 16% til 30%). Den mikroskopiske analysen av papirdokumenter fra 1920 og 1923 bekreftet at disse papirprøvene hovedsakelig ble laget av myke tremasse.

Papirdokumenter fra 1950 og 1956 besto hovedsakelig av bleket bartre papirmasse, mens papirprøver fra 2007 ble produsert av bleket løvtre papirmasse (Fig. 2). Sistnevnte papirdokumenter inneholdt den største andelen fibre i en lengdeklasse på 0,5 til 1,0 mm (53,8%). Massefiberlengdefordeling som observeres etter masseproduksjon og / eller papirfremstilling er en funksjon av både den opprinnelige fiberlengdefordelingen og effekten av behandlingen. Fordi fiberlengdefordelinger påvirker strekkfasthet, tåre, opasitet, porøsitet og mange andre papiregenskaper, har papirmakere utviklet mange teknikker for å måle fiber lengde gjennomsnitt (Clark 1985). Andre studier har også rapportert om det signifikante forholdet mellom fiberlengde og styrke på papir (f.eks. brytelengde og tåreindeks) (Seth and Page 1988; Niskanen 1998; Molteberg og Høø 2006).

Korrelerte trekk

Statistisk analyse av de undersøkte trekkforbindelsene viste at noen trekk påvirket andre egenskaper, enten positivt eller negativt. Korrelasjonskoeffisienter blant de undersøkte egenskapene er presentert I tilleggstabellen S1.

Innenfor de undersøkte papirdokumentene var det signifikante sammenhenger mellom pH og innholdet av mannose, glukose, totalt utbytte av sakkarider (dvs.holocellulose) og lignin. Figur 3a viser korrelasjonen av pHE på mengden holocellulose, som toppet ved en pHE på 7.18. Dataene ble utstyrt med et andreordens polynom, og målingene av pHE forklarte 61% av variasjonen i innholdet av holocellulose (R2 = 0,610, P = 0,014).

papirets lysstyrke var også relatert til pHE (Fig. 3b), hvorved målingene av pHE forklarte 36% av variasjonen i lysstyrken på papirdokumenter (R2 = 0,356, P = 0,040). Tidligere studier har vist at surhet akselererer nedbrytningen av cellulose, holocellulose og papir via syre-katalysert hydrolyse(Wilson And Parks 1983). Svakt, misfarget og sprøtt papir korrelert med lav pH, mens nøytrale og alkaliske papirer generelt var i en mye bedre tilstand av bevaring(Sobucki and Drewniewska-Idziak 2003).

videre var det en positiv sammenheng mellom bruddlengden og andelen fiberlengdeklasse 0,5 til 1,0 mm (Fig. 3c). Målinger av andelen fiberlengdeklasse 0,5 til 1,0 mm forklarte 53% av variasjonen i bruddlengden på papirdokumenter (R2 = 0,529, P = 0,007).

Fig. 3. Forholdet mellom pH av vandig papir ekstrakt og innholdet av holocellulose (a) og papir lysstyrke (b); forholdet mellom andelen fiber lengde klasse 0,5 til 1,0 mm til bryte lengden av papirdokumenter (c)

Større fiber lengde og høyere fiber styrke støtter høyere papirstyrke (Fišerová et al. 2009). I denne studien var fiberlengdeklassen 0,5 til 1,0 mm klart den dominerende andelen for flertallet av de undersøkte papirdokumentene, og var dermed primært ansvarlig for styrken på papirprøvene. I tillegg er mengden av mannose negativt påvirket lysstyrken på papiret fordi lignin, den store lignocellulosic komponent ansvarlig for å redusere lysstyrken(Chen et al . 2012), korrelert godt med mannoseinnholdet (se tilleggstabell S1).

Fig. 4. Posisjoner av 15 papirtrekk på første og andre akser AV hovedkomponentanalysen (PCA). Nedre og venstre akser refererer til papirtrekkene, mens øvre og høyre akser refererer til utskriftsåret for de undersøkte papirdokumentene.

Assosiasjoner mellom papirtrekk

det Ble utført en prinsippkomponentanalyse (pca) for å evaluere hvordan de undersøkte trekkene var assosiert (Fig. 4). Den første aksen forklarte 46% av variasjonen og viste sterke positive belastninger for innholdet av holocellulose og glukose, samt for pHS og pHE. Den negative siden av aksen indikerte sterke belastninger for innholdet av lignin, mannose og aske.

den andre aksen forklarte 20% av variasjonen og viste sterke positive belastninger for bruddlengden, lysstyrken og xyloseinnholdet. Den negative siden av aksen indikerte sterke belastninger for innholdet i både maursyre og eddiksyre.

i tillegg kunne fire grupper av kompakte homogene klynger skilles i en multivariat papirtrekkanalyse som var tydelig segregert fra hverandre. Papirdokumenter trykt i 1762, 1784, 1807 og 1839 dannet den første klyngen, etterfulgt av klynger av papirdokumenter trykt i 1853 og 1859, deretter 1920 og 1923, og til slutt 1950 og 1956. Papirprøven trykt i 1719 dannet en enkelt segregert prøve; det samme tilfellet ble også observert for papirdokumentet fra 2007. Sistnevnte papirdokument var den mest segregerte prøven fra alle de andre gruppene, og egenskaper som å bryte lengde og lysstyrke var nært forbundet utelukkende med dette dokumentet.

KONKLUSJONER

1. Papirdokumenter som stammer fra det 18.og 19. århundre ble preget av svakt sure til nøytrale pH-verdier, de fra det 20. århundre av sure verdier, og de fra 2007 av svakt alkaliske verdier. Innholdet av mannose, glukose, holocellulose og lignin ble signifikant påvirket av ph-verdien av papir.
2. Papirdokumenter fra det 18.og 19. århundre ble laget av ikke-trefibre (rag), de fra 1920-tallet fra bartre masse, de fra midten av det 20. århundre fra bartre bleket masse, og til slutt de fra 2007 fra bleket løvtre masse.
3. Bruddlengden ble påvirket av både fiberlengdeklassen på 0,5 til 1,0 mm, og graden av delignifisering som representert ved lysstyrke.
4. den laveste styrkeverdien var knyttet til 1920 papirdokumenter laget av trefibre og inneholdt svært høye mengder av både lignin og aske (fyllstoffer). Papirdokumenter fra 1920 og 1923 hadde også den laveste prosentandelen lysstyrke. Derfor fortjener papirdokumenter fra denne perioden svært spesiell oppmerksomhet og beskyttelse i offentlige arkiver og biblioteker.
5. papirdokumentet som ble trykt i 2007, var det mest segregerte eksemplaret fra alle de andre gruppene av papirdokumentklynger med hensyn til en multivariat papirtrekkanalyse.
6. for å gjøre papiret mer motstandsdyktig mot aldring er det avgjørende å holde alkaliske pH-verdier, senke luftfuktigheten og temperaturen i miljøet der bøkene holdes.

ANERKJENNELSER

forfatterne takker Fru E. Ritch-Krč for språkrevisjon. Denne publikasjonen er resultatet Av Prosjektet «Raising Menneskelige Ressurser Kapasitet Mot Overføring Av Biomasse Produksjon Og Behandling Av Forsknings – Og Utviklingsresultater I Praksis» (ITMS: 262110230087), støttet Av Operasjonsprogrammet «Utdanning» finansiert Av Det Europeiske Sosialfondet (50%) OG av det slovakiske Vitenskapelige Stipendbyrået VEGA under kontrakt Nr. 1/0521/15 (50%).

REFERANSER SITERT

Amidon, T. E. (1981). «Effekt av treegenskapene til hardved på kraftpapiregenskaper,» Tappi 64, 123-126.

Område, M. C., Og Cheradame, H. (2011). «Papir aldring og nedbrytning: Nylige funn og forskningsmetoder,» BioResources 6 (4), 5307-5337. DOI: 10.15376 / biores.6.4.5307-5337

Begynne, P., Deschatelets, S., Grattan, D., Gurnagul, N., Iraci, J., Kaminska, E., Woods, D. Og Zou, X. (1998). «Virkningen av lignin på papirvarighet: en omfattende studie av aldringsadferd av håndark og kommersielle papirprøver,» Restaurator 19(3), 135-154.

Chen, Y., Fan, Y., Tshabalala, Ma, Stark, Nm, Gao, J. og Liu, R. (2012). «Optisk egenskapsanalyse av termisk og fotolytisk alderen Eucalyptus camaldulensis chemithermomechanical pulp (CTMP),» BioResources 7(2), 1474-1487. DOI: 10.15376 / biores.7.2.1474-1487

Ciullo, Pa (1996). Industrielle Mineraler og Deres Bruk: En Håndbok Og Formulary, Noyes Publication, Westwood, NJ, USA.

Clark, J. D. A. (1985). «Fibrillering og fiberbinding», i: Masseteknologi og Behandling For Papir, Jda Clark (red.), Miller Freeman Publications, San Francisco, CA, USA, s.160-180.

Collings, T. Og Milner, D. (1984). «Naturen og identifisering av bomull papir-making fibre i papir,» Paper Conservator 8 (1), 59-71. DOI: 10.1080/03094227.1984.9638458

Dinwoodie, J. M. (1965). «Forholdet mellom fibermorfologi og papiregenskaper av: En gjennomgang av litteratur, » Tappi 48, 440-447.

Dupont, Al (2003). Gelatin Dimensjonering Av Papir og Dens Innvirkning på Nedbrytning Av Cellulose under Aldring, Ph. D. Avhandling, University Of Amsterdam, Amsterdam, Nederland.

Esteves, B., Og Pereira, H. (2009). «Tre modifikasjon ved varmebehandling: en gjennomgang,» BioResources 4 (1), 370-404. DOI: 10.15376 / biores.1.1.1-2

Fišá, M., Gigac, J. og Balberčá, J. (2009). «Forholdet mellom fiber egenskaper og strekkfasthet av løvtre og bartre kraft masse,» Cellulose Kjemi og Teknologi 44 (7-8), 249-253.

Gandini, A., Og Pasquini, D. (2012). «Virkningen av cellulose fiber overflate modifikasjon på noen fysisk-kjemiske egenskaper av de påfølgende papirer,» Industrielle Avlinger og Produkter 35 (1), 15-21. DOI: 10.1016 / j.indcrop.2011.06.015

Gojn@eek, J., ③eš, B., Mikala, O., Og Čá, I. (2014). «Fibres lengde fordeling av historiske papirdokumenter,» Acta Facultatis Xylologiae 56 (2), 55-61. (slovakisk)

Hubbe, Ma (2005). «Sure og alkaliske størrelser for utskrift, skriving og tegning av papirer,» The Book And Paper Group Annual 23, 139-151.

ISO 9184 (1990). «Paper, board And pulps – Fiber furnish analysis,» Internasjonal Organisasjon For Standardisering, Geneve, Sveits.

Jablonsky, M., Botkova, M., Og Hrobonova, K. (2012a). «Accelerert aldring av treholdige papirer: Dannelse av svake syrer og forringelse av strekkfasthet,» Wood Research 57, 3, 419-434.

Jablonsky, M., Hrobonova, K., Katuscak, S., Lehotay, J., Og Botkova, M. (2012b). «Dannelse av eddiksyre og maursyre i umodifiserte og modifiserte papirer under accelarated aldring,» Cellulose Kjemi og Teknologi 46 (5-6), 331-340.

Kilpinen, O. (1994). «Nonwood specialty pulps,» i: Nonwood Plant Fiber Pulping-Fremdriftsrapport 21, TAPPI Press, Atlanta, GA, s.9-18.

Kraková, L., Chovanová, K., Selim, S. A., Šimonovičová, A., og Puškarová, A. (2012). «En flerfasisk tilnærming for undersøkelse av det mikrobielle mangfoldet og dets bionedbrytende evner i historiske papir-og pergamentdokumenter,» International Bionederioration and Bionedegradation 70, 117-125. DOI: 10.1016 / j. ibiod.2012.01.011

Lichtblau, D., Strlič, M., Trafela, T., Kolar, J. og Anders, M. (2008). «Bestemmelse av mekaniske egenskaper av historisk papir basert PÅ NIR spektroskopi og kjemometri – et nytt instrument –» Applied Physics a. 92, 191-195. DOI: 10.1007 / s00339-008-4479-1

š, M., Kuka, I., Bukovsk Hryvnja, V., Og Šá, D. (2009). «De viktigste parametrene til vurdering holdbarheten av papirdokumenter,» Kniž 10, 35-38 (på slovakisk).

Mohlin, U. B., Dahlbom, J., Og Hornatowska, J. (1996). «Fiberdeformasjon og arkstyrke,» Tappi Journal 79 (6), 105-111.

Molteberg, D., og Høø, O. (2006). «Utvikling og variasjon av tre tetthet, kraft pulp yeild og fiber dimensjon i ung norge gran (Picea abies),» Wood Science And Technology 40, 173-189. DOI: 10.1007 / s00226-005-0020-2

Niskanen, K. (1998). Paper Physics, Fapet Oy, Helsinki, Finland.

Nuopponen, M., Vuorinen, T., Jamsä, S., Og Viitaniemi, P. (2004). «Termiske modifikasjoner i bartre studert AV FT-IR og UV resonans Raman spectroscopies,» Journal Of Wood Chemistry And Technology 24(1), 13-26. DOI: 10.1081 / WCT-120035941

Paavilainen, L. (1993a). «Konformitet-fleksibilitet og sammenleggbarhet – av sulfatmassefibre,» Paperi ja Puu 75 (9), 689-702.

Paavilainen, L. (1993b). «Betydningen av tverrdimensjonale fiberegenskaper og grovhet for karakterisering av bartre sulfatmasse,» Paperi ja Puu 75 (5), 343-351.

Side, D. H, Og Seth, R. (1979). «Den utvidede oppførselen til kommersielle mekaniske masse,» Pulp And Paper Canada 80 (8), T235-T237.

Polovka, M., Polovkova, J., Vizarova, K., Kirschnerova, S., Bielikova, L., Og Vrska, M. (2006). «Anvendelsen AV FTIR-spektroskopi på karakterisering av papirprøver, modifisert Av Bokholderprosess,» Vibrasjonsspektroskopi 41 (1), 112-117. DOI: 10.1016 / j.vibspec.2006.01.010

Seth, R. S. (1990). «Fiberkvalitetsfaktorer i papirfremstilling-I. betydningen av fiberlengde og styrke,» i: Materialinteraksjoner Som Er Relevante For Masse -, Papir-Og Treindustrien, D. F. Caulfield, J. D. Passaretti og S. F. Sobczynski (Eds.), Materials Research Society, San Francisco, CA, USA, s.125-142.

Seth, R. S., Og Page, D. H. (1988). «Fiberegenskaper og rivemotstand,» Tappi Journal 71, 103-107.

Schmidt, J. A., Rye, Cs, Og Gurnagul, N. (1995). «Lignin hemmer autoksidativ nedbrytning av cellulose,» Polymer Nedbrytning og Stabilitet 49(2), 291-297.

Sluiter, A., Hames, B., Ruiz, R., Scarlata, C., Sluiter, J. og Templeton, D. (2008a). Bestemmelse Av Sukker, Biprodukter og Nedbrytningsprodukter I Prøver Av Flytende Fraksjonsprosesser (NREL / TP-510-42623), National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO, USA.

Sluiter, A., Hames, B., Ruiz, R., Scarlata, C., Sluiter, J. og Templeton, D. (2008b). Bestemmelse Av Aske I Biomasse (NREL / TP-510-42622), National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO, USA.

Sluiter, A., Hames, B., Ruiz, R., Scarlata, C., Sluiter, J., Templeton, D., Crocker, D. (2010). Bestemmelse Av Strukturelle Karbohydrater og Lignin I Biomasse (NREL / TP-510-42618), National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO, USA.

Sobucki, W., Og Drewniewska-Idziak, B. (2003). «Undersøkelse av bevaringsstatusen til samlingene fra det 19. og 20. århundre På Nasjonalbiblioteket I Warszawa,» Restaurator 24(3), 189-201. DOI: 10.1515 / HVILE.2003.189

STN 500340 (1998). «Papir og brett. Bestemmelse av strekkegenskaper, » VÚ, Bratislava, Slovakia.

STN 500374 (1996). «Testing av papirmasse og papir. Overflate pH-måling av papir og papirmasse, » VÚ, Bratislava, Slovakia.

STN EN ISO 536 (50 0310) (1999). «Papir og brett. Fastsettelse av grammage, » VÚ, Bratislava, Slovakia.

STN ISO 3688 (50 0240) (1994). «Tremasse. Måling av diffus blå refleksjonsfaktor (ISO lysstyrke), » VÚPC, Bratislava, Slovakia.

STN ISO 6588 (50 0381) (1993). «Papir, brett og masse. Bestemmelse av pH av vandige ekstrakter, » VÚ, Bratislava, Slovakia.

Strlič, M., Cigić, I. K., Kolar, J., De Bruin, G. og Pihlar, B. (2007). «Ikke-destruktiv evaluering av historisk papir basert på ph-estimering fra VOC-utslipp,» Sensorer 7(12), 3136-3145. DOI: 10.3390 / s7123136

Strlič, M., Cigić, I. K., Mož, a., De Bruin, G., Kolar, J. og Cassar, M. (2011). «Effekten av flyktige organiske forbindelser og hypoksi på papir degradering,» Polymer Degradering og Stabilitet 96 (47), 608-615. DOI: 10.1016 / j.polymdegradstab.2010.12.017

Strlič, M., Kolar, J., Koč, D., Drnovš, T., Selih, V., Susič, R. og Pihlar, B. (2004). «Hva er pH av alkalisk papir?, «E-Bevaring Vitenskap 1, 35-47.

Tamolang, F. N., Wangaard, F. F., Og Kellogg, R. M. (1968). «Hardwood fiber styrke og masse-ark egenskaper,» Tappi Jounal 51, 19-27.

Té, J., Dupont, A. L., Bé, P. og Paris, S. (2013). «Virkningen av flyktige forbindelser utgitt av papir på celluloseforringelse i omgivende hygrotermiske forhold,» Polymer Degradering og Stabilitet 98(9), 1827-1837. DOI: 10.1016 / j.polymdegradstab.2013.05.017

Trafela, T., Strlič, M., Kolar, J., Lichtblau, Da, Anders, M., Mencigar, D. P. og Pihlar, B. (2007). «Ikke-destruktiv analyse og datering av historisk papir basert PÅ IR-spektroskopi og kjemometrisk dataevaluering,» Analytisk Kjemi 79 (16), 6319-6323. DOI: 10.1021 / ac070392t

Vainio, A. (2007). Interfibre Bonding og Fibersegmentaktivering I Papir-Observasjoner Om Fenomenene og Deres Innflytelse På Papirstyrkeegenskaper, Ph. D. Avhandling, Helsinki University Of Technology, Helsinki, Finland.

Ververis, C., Georghiou, K., Christodoulakis, N., Santas, P. og Santas, R. (2004). «Fiber dimensjoner, lignin og cellulose innhold av ulike plantematerialer og deres egnethet for papirproduksjon,» Industrielle Avlinger 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 Katuščá, S. (2012). «Forholdet mellom reduksjon av graden av polymerisering av cellulose og tap av tremasse papir mekaniske egenskaper under akselerert aldring,» Chemical Papers 66 (12), 1124-1129.

Wangaard, F. F., Og Williams, D. L. (1970). «Fiber lengde og fiber styrke i forhold til rive motstand av hadwood masse,» Tappi Journal 53, 2153-2154.

Whitmore, Pm, Og Bogaard, J. (1994). «Bestemmelse av cellulose scission-ruten i hydrolytisk og oksidativ nedbrytning av papir,» Restaurator 15 (1), 26-45.

Wilson, W. K, Og Parks, E. J. (1983). «Historisk undersøkelse av 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

Zappala, A. (1991). «En internasjonal undersøkelse om standardisering av kunstpapir og andre ment for bevaring,» Restaurator 12(1), 18-35. DOI: 10.1515 / hvile.1991.12.1.18

Zervos, S. (2007). «Accelerert aldringskinetikk av rent cellulosepapir etter vask, alkalisering og impregnering med metylcellulose,» Restaurator 28 (1), 55-69. DOI: 10.1515 / hvile.2007.55

Zervos, S. (2010). «Naturlig og akselerert aldring av cellulose og papir: en litteraturgjennomgang,» i: Cellulose: Struktur Og Egenskaper, Derivater og Industrielle Bruksområder, A. Lejeune, og T. Deprez (Eds.), New York: Nova Publishing, s.155-203.

Zotti, M., Ferroni, A., Og Calvini, P. (2008). «Microfungal biodeterioration of historic paper: Foreløpig FTIR og mikrobiologiske analyser,» Internasjonal Biodeterioration and Bionedbrytning 62(2), 186-194. DOI: 10.1016 / j. ibiod.2008.01.005

Zou, X., Uesaka, T. og Gurnagul, N. (1996a). «Prediksjon av papirvarighet ved akselerert aldring I. Kinetisk analyse av aldringsprosessen,» Cellulose 3, 243-267. DOI: 10.1007 / BF02228805

Zou, X., Uesaka, T. og Gurnagul, N. (1996b). «Prediksjon av papirvarighet ved akselerert aldring II. Sammenligning av spådommene med naturlige aldringsresultater,» Cellulose 3, 269-279. DOI: 10.1007 / BF02228806

Zou, X., Gurnagul, N. og Uesaka, T. (1993). «Lignins rolle i papirets mekaniske varighet. Del I: Effekt av lignininnhold, » Journal Of Pulp and Paper Science 19 (6), j235-j239.

artikkel sendt: 25. februar 2016; Fagfellevurdering fullført: 9.oktober 2016; Revidert versjon mottatt: 24. januar 2017; Foreløpig aksept: 7. februar 2017; Publisert: 21. februar 2017.

DOI: 10.15376 / biores.12.2.2618-2634

Tabell S1.

Pearson Korrelasjonskoeffisienter for De Undersøkte Papirtrekkene

Merk: Korrelasjonskoeffisienter presentert i fet skrift er signifikante ved P < 0,05.

pHS, pH på papiroverflaten; pHE, pH av vandig papirekstrakt; FA, maursyre; AA, eddiksyre; XYL, d-xylose; GAL, D-galaktose; ARA, L-arabinose; MANN, D-mannose; GLC, D-glukose; HOL, holocellulose; LIG, lignin; BW, basisvekt; BL, bruddlengde; b, lysstyrke; ASKE, askeinnhold; FL1, fiberlengde klasse <0,5 mm; fl2, fiberlengde klasse 0,5–1 mm; fl3, fiberlengde klasse 1-2 mm; fl4, fiberlengde klasse 2-3 mm; FL5, fiberlengde klasse 3-7 mm.