Förändringar i den kemiska och fysikaliska egenskaper av pappersdokument på grund av naturligt åldrande

Čabalová, I., Kačík, F., Gojný, J., Češek, B., Milichovský, M., Mikala, O., Tribulová, T., och Ďurkovič, J. (2017). ”Förändringar i de kemiska och fysikaliska egenskaperna hos pappersdokument på grund av naturligt åldrande,” BioRes. 12(2), 2618-2634.

Abstrakt

Ladda ner PDF

Artikeln

Förändringar i den Kemiska och Fysikaliska Egenskaper av pappersdokument på grund av Naturligt Åldrande

Iveta Čabalová,a,* František Kačík,en Ján Gojný,b Jordbrukskooperativet Češek,b Miloslav Milichovský,b Axel Mikala,b Tereza Tribulová,en och Jaroslav Ďurkovič c

syftet med denna studie var att utvärdera de förändringar i kemiska och fysikaliska egenskaper hos utvalda pappersdokument, med anor från 18th-talet till dagens datum. Pappersdokument från den 18: e, 19th, och 21-talen hade ett pH som sträcker sig från svagt sura till alkaliska värden, medan pappersdokument från 20-talet var surare. Innehållet i mannos, glukos, holocellulosa och lignin korrelerades signifikant med papperets pH. Högt innehåll av både karboxylsyror (ättiksyra och myrsyra) och den mest hållbara monosackariden (glukos) hittades i de äldsta undersökta pappersdokumenten från 18 och 19-talen. Den lägsta andelen ljusstyrka hittades i pappersdokument från 1920 och 1923. Den lägsta brytlängden var förknippad med papper från 1920.

nyckelord: pappersdokument; naturligt åldrande; pH; myrsyra; ättiksyra; fiberlängd; Holocellulosa

kontaktinformation: a: Institutionen för Kemi och kemisk teknik, tekniska universitetet i Zvolen, T. G. Masaryka 24, 960 53 Zvolen, Slovakien; b: Institutet för Kemi och teknik för makromolekylära material, universitetet i Pardubice, Studentsk 2, 532 10 Pardubice, Tjeckien; C: institutionen för fytologi, tekniska universitetet i Zvolen, T. G. Masaryka 24, 960 53 Zvolen, Slovakien ;* motsvarande författare: [email protected]

introduktion

försämringen av papper orsakas av flera faktorer såsom syrahydrolys, oxidationsmedel, ljus, luftföroreningar eller närvaron av mikroorganismer (Zou et al. 1996a, b; Zotti et al. 2008; Zervos 2010; Area och Cheradame 2011; Krakov Ukrainian et al. 2012). Under naturligt åldrande är förlust av pappersstyrka ett resultat av nedbrytningen av cellulosa, dess huvudsakliga strukturella komponent. Cellulosanedbrytning i papper når olika lägen beroende på olika kemiska processer (syra och enzymatisk hydrolys, alkalisk och oxidativ nedbrytning), termisk påverkan (påverkan av olika temperaturer) och strålning (ultraviolett och hög energi), med tanke på att syrahydrolysen är mest rådande (Whitmore och Bogaard 1994).

Ligninhalten är av stort intresse för bevarande av pappersbaserade material. Det är en komplex och delvis instabil naturlig organisk polymer, och dess begränsade fotostabilitet är viktig för utställda föremål. Påverkan av lignin på cellulosaens stabilitet i papper är inte väl förstådd, men det kan ge en begränsad antioxidanteffekt. Emellertid kan dess oxidation också bidra till en ackumulering av syror, som destabiliserar materialet (Zou et al. 1993; Schmidt et al. 1995; börja et al. 1998; Trafela et al. 2007). En viktig källa till surhetsutveckling inom pappersdokument under åldring är känd för att vara hydrolysen av acetatestergrupper i hemicellulosa (Polovka et al. 2006; Zervos 2007; Jablonsk O. D. 2012a).

papper före ca. 1850 producerades med den traditionella dimensioneringsprocessen med gelatin (Dupont 2003), vilket resulterade i ett ungefär neutralt eller svagt surt material. I allmänhet förblir gelatin i gamla böcker i gott skick om det har hållits i en gynnsam miljö i frånvaro av frätande bläck eller biodeteriogener. Gelatin är till nytta för papper och ökar dess livslängd (Strli Bisexual et al. 2004; Lichtblau et al. 2008). För papper som produceras mellan 1850 och 1990 är pH-värdena för vattenhaltiga extrakt ofta lägre än 6 på grund av appliceringen av alun-kolofoniumstorlekssystemet. Detta minskar livslängden för papper. Från 1990 till idag har produktionen av papper ändrats till alkalisk storlek, och samtida papper är återigen stabilare (Trafela et al. 2007). Anledningen var att minska kostnaderna. Det moderna ” PCC ” kalciumkarbonatfyllmedlet, som krävs för alkaliskt pH under pappersformning, gjorde det billigare att göra ljuspapper (Hubbe 2005). Pappersstyrkan bestäms av styrkan hos de enskilda fibrerna och styrkan i bindningen av dessa fibrer i ett nätverk (Page and Seth 1979; Ververis et al. 2004).

enligt Paavilainen (1993a, b) finns det en minskning av draghållfastheten motsvarande en ökning av fiber grovhet, vilket tyder på att de viktigaste faktorerna för hög draghållfasthet av papper är en god bindningsförmåga och en hög inneboende fiberstyrka. Draghållfastheten bestäms av det bundna området, både yttre och inre fibrillationer, bötesbeloppet och särskilt av våtfiberflexibilitet. Gandini och Pasquini (2012) noterade att de mekaniska egenskaperna hos papper är direkt kopplade till fiberns kapacitet att etablera Inter – och intra-fiberbindningar. Att maximera det bundna området och fiberlängden kan öka aktiveringsprocessen, medan deformationer som kink och curl kan minska aktiveringen.

deformerade fibrer leder också till en ojämn belastningsfördelning, vilket minskar nätets förmåga att bära last eftersom de orsakar lokala stresspunkter (Vainio 2007). Mohlin et al. (1996) studerade effekterna av fiberdeformation på arkstyrkan. Författarna rapporterade en minskning av draghållfasthet och dragstyvhet med en ökning av antalet fiberdeformationer och en minskning av formfaktorn.

analys av fiberegenskaper som fiberlängd, fiberdiameter, lumenbredd, cellväggtjocklek och deras härledda morfologiska egenskaper har blivit viktigt för att uppskatta fiberns massakvalitet (Dinwoodie 1965; Amidon 1981). Fiberlängd och styrka är särskilt viktiga för rivmotstånd (Tamolang et al. 1968; Wangaard och Williams 1970; Seth och sidan 1988). Dessutom visade Seth (1990) att draghållfastheten påverkas av fiberlängden.

syftet med denna studie var att bedöma förändringarna i pH-värden, innehållet i karboxylsyror, holocellulosa och lignin, fiberdimensioner, brytlängd och ljusstyrkan hos pappersdokument i olika åldrar. Studien tjänar också till att klargöra signifikanta samband mellan de undersökta egenskaperna.

experimentell

Material

pappersprover togs från en bok som trycktes i vart och ett av åren 1719, 1762, 1784, 1807, 1839, 1853, 1859, 1920, 1923, 1956, och 2007. Alla undersökta böcker lagrades på ett enda ställe, i en gammal kyrka i centrala Slovakien, vilket innebär att dessa genomgick en naturlig åldringsprocess. Publiceringsåret ansågs vara produktionsåret för pappersdokumentet.

metoder

bestämning av pH-värdena

bestämning av pH-värdena för pappersytor (pHS) utfördes enligt den slovakiska tekniska standarden (STN) 500374 (1996) (med en droppe destillerat vatten och därefter genom att placera pH-elektroden på pappersytan, med provtagning på fem platser), medan bestämning av pH-värdena för kalla vattenhaltiga pappersextrakt (pHE) utfördes enligt standarden STN ISO 6588 (50 0381) (1993) (Kallextraktion, 2 g pappersprov per 100 ml vatten, 1 h). Precisionen i pH-bestämningarna uppskattades vara mindre än 0,2 enheter för 0,2 enheter. Mätningar utfördes på fem replikat per prov.

innehåll av karboxylsyror

cirka 2 g papper vägdes noggrant och tillsattes till 15 mL rent vatten. Suspensionen blandades i 2 h och filtrerades därefter genom ett 0,45 occurm-filter (Jablonsky et al. 2012b). Karboxylsyran (myrsyra, ättiksyra) innehåll analyserades med användning av högpresterande vätskekromatografi (HPLC) och en metod något modifierad från Sluiter et al. (2008a), enligt följande: kromatograf, HPLC 1200 (Agilent, Santa Clara, CA, USA); kolonn, Polymer IEX H–form (Watrex, Praha, Tjeckien); mobil fas, 9 mM H2SO4; flödeshastighet, 0,5 mL min-1; detektor, RI (brytningsindex); injicerad volym, 100 OC; och temperatur, 35 oc C. resultaten presenteras som myrsyra och ättiksyra för både fria syror och deras vattenlösliga salter. Mätningar utfördes på fyra replikat per prov.

innehåll av sackarider och lignin

pappersprover hydrolyserades med användning av 72% (vikt/vikt) svavelsyra, och både lignin och neutrala sackarider bestämdes enligt NREL-metoden (Sluiter et al. 2010). Kvantitativa analyser av sackarider utfördes av HPLC under följande betingelser: kromatograf, HPLC 1200 (Agilent, Santa Clara, CA, USA); kolonn, Aminex HPX – 87P (Bio-Rad, Hercules, CA, USA); mobil fas, avjoniserat vatten; flödeshastighet, 0,6 mL min–1; detektor, RI; injicerad volym, 50 bacyl; och temperatur, 80 bacyl C. Mätningar utfördes på fyra replikat per prov.

askhalt

ugnstorka pappersprover som sträcker sig från 0,5 till 2,0 g placerades i muffelugnen vid 575 25 25 C i minst 4 timmar och torkades till en konstant vikt. Askhalten bestämdes enligt Sluiter et al. (2008b) i en enda kopia per prov.

bestämning av fiberlängd

pappersprover (ungefär 0,1 g) placerades i polyetenflaskor och fick svälla med en liten mängd vatten. Därefter massades de i en skakare. Efter fullständig strimling späddes suspensionen flera gånger så att det i cirka 100 mL suspension fanns minst tusen fibrer. Andelen fiberlängdsklasser (< 0,5 mm, 0,5 till 1 mm, 1 till 2 mm, 2 till 3 mm, 3 till 7 mm) bestämdes med hjälp av en fiberanalysator FS-100 (Kajaani Oy Electronics, Kajaani, Finland). Mätningar utfördes på ett enda replikat per prov och antalet fibrer inom varje population av replikat varierade från 16 138 till 20 112 celler.

ljusmikroskopi av fibrer

fibersammansättning analyserades med användning av ett Nikon ECLIPSE 80I ljusmikroskop utrustat med en Nikon DS-Fi1 digitalkamera (Nikon Instruments Europe, Amsterdam, Nederländerna) på en liten mängd färgade fibrer som representerar det testade provet, enligt standarden ISO 9184 (1990). Fibrerna färgades genom att tillsätta 2 till 3 droppar olika färgämnen (Herzberg, Graff och Loffton-Merritt).

Brytlängd

Brytlängd på pappersprover mättes i enlighet med STN 500340 (1998). För beräkning av brytlängden var det nödvändigt att mäta pappersprovets grundvikt enligt STN EN ISO 536 (50 0310) (1999). Mätningar utfördes på tjugo replikat per prov (150 15 mm i 15 mm).

ljusstyrka

ljusstyrka för pappersprover bedömdes enligt STN ISO 3688 (50 0240) (1994) med hjälp av en Fiberleucometer PL 11 6565 ZP (Carl Zeiss, Jena, Tyskland). Mätningar utfördes på 20 replikat per prov.

statistisk analys

Data analyserades med envägsanalys av varians, och Duncans multipla intervalltest användes för jämförelser av medel. Pearson-korrelationskoefficienterna beräknades för de undersökta drag-dragkopplingarna. Förhållandena ansågs signifikanta om P < 0,05. Multivariata föreningar bland 15 pappersegenskaper analyserades med hjälp av en huvudkomponentanalys (PCA) för att beskriva mönster för kovariation bland de undersökta egenskaperna.

resultat och diskussion

förändringar i pH-värdena

pH-värdet för papper är en signifikant faktor för att bestämma dess åldringsstabilitet. Mätningarna som presenteras i Tabell 1 visar att pappersdokument från 18 och 19-talen hade värden som sträcker sig från svagt surt till neutralt pH. pappersdokument från 20-talet kännetecknades av sura pH-värden, medan pappersdokument från 21-talet hade svagt alkaliska pH-värden. Surhet främjar syrahydrolys, vilket accelererar cellulosanedbrytning i papper (Wilson and Parks 1983). Lignocellulosiska material med låga pH-värden och hög ligninhalt uppvisar i allmänhet snabbare nedbrytning än alkaliska eller neutrala material. Tillsammans med användningen av råvaror med högt lignininnehåll bidrar den sura sulfitprocessen för massaproduktion och/eller processen med sur limning också till pappersförstöring. Ett lågt pH-värde är den viktigaste faktorn i nedbrytningen av mest hotade pappersdokument (dvs. 2012). Alkaliska eller neutrala papper är mer stabila på grund av undertryckandet av syrahydrolys med avseende på graden av nedbrytning och åldringshastigheten (Zappala 1991; Area and Cheradame 2011). Mar bisexala et al. (2009) publicerade pH-värden av papper från 20-talet och de första åren av 21-talet. De mest sura dokumenten (pH 3.9) härstammar mellan åren 1920 och 1960. Författarna upptäckte också att antalet dokument med neutrala pH-värden (pH 7) gradvis ökade från

1990-talet till idag.

Tabell 1. Huvudsakliga Papper Egenskaper för de Undersökta Dokument

Data representerar medel SD. Medelvärden följt av samma bokstäver, a–i, inom samma rad över undersökta pappersdokument, skiljer sig inte signifikant vid p < 0.05.

pHS, pH av pappersytan; pHE, pH av vattenhaltigt pappersextrakt; FA, myrsyra; AA, ättiksyra; XYL, d-xylos; GAL, D-galaktos; ARA, l-arabinos; MAN,

d-mannos; GLC, D-glukos; HOL, holocellulosa; LIG, lignin; BW, basvikt; BL, brytlängd; B, ljusstyrka; aska, askhalt

Tabell 1 – fortsättning. Huvudsakliga pappersegenskaper för de granskade pappersdokumenten

Data representerar medel SD. Medelvärden följt av samma bokstäver, a–i, inom samma rad över undersökta pappersdokument, skiljer sig inte signifikant vid p < 0.05.

pHS, pH för pappersytan; pHE, pH för vattenhaltigt pappersextrakt; FA, myrsyra; AA, ättiksyra; XYL, d-xylos; GAL, D-galaktos; ARA, l-arabinos; MAN,

d-mannos; GLC, D-glukos; Hol, holocellulosa; LIG, lignin; BW, basvikt; BL, brytlängd; B, ljusstyrka; aska, askhalt

strli bisexuell et al. (2007) studerade pappersdokument från 1870, som bestod av 70% bomull och 30% år gammalt vete och halm. Författarna fann att pHE för dessa pappersprover var surt (pH 4,7). Detta var också fallet för pappersprover från 1874, som bestod av 50% trämassa och 50% sulfitmassa. Ett alkaliskt pH (pH 8,8) registrerades i pappersprover med ursprung från 2002, som bestod av 70% blekt kraftmassa och 30% blekt sulfitmassa.

förändringar i mängden ättiksyra och myrsyra

de största mängderna karboxylsyror hittades i det äldsta undersökta pappersdokumentet från 1762 (Tabell 1), där innehållet av ättiksyra nådde 3.8 mg g – 1 och myrsyra nådde 5,8 mg g–1.

höga värden av karboxylsyror hittades också i pappersdokument från 1807. Jablonsky et al. (2012b) mätt 4,8 mg g–1 ättiksyra i pappersdokument som utsattes för en accelererad åldringsperiod på 60 dagar. Myrsyra penetrerar djupare inuti staplar av papper än ättiksyra, vilket avslöjar dess potential för nedbrytning i arkiv och bibliotek (t Exceptionaltreault et al. 2013). Avlägsnandet av flyktiga organiska föreningar har en signifikant positiv effekt på pappersstabiliteten och kan i vissa fall fördubbla deras förväntade livslängd (Strli Ukrainian et al. 2011). Dessutom fann man i det nuvarande arbetet att innehållet i ättiksyra och myrsyra var ömsesidigt korrelerade (se kompletterande tabell S1).

förändringar i innehållet i sackarider, lignin och aska

en betydande andel papper består av sackarider. Baserat på de kvantitativa resultaten av neutrala sackarider i pappersdokument från 18 och 19-talen innehöll dessa prover den högsta andelen glukos, mycket små mängder andra hemicellulosakomponenter (dvs galaktos, mannos och arabinos) och ingen xylos (Tabell 1).

nedbrytningen av hemicellulosa börjar med deacetylering och bildar ättiksyra som katalyserar både hydrolysen av glykosidbindningar i polysackarider och de efterföljande reaktionerna av uppkomna monosackarider (Nuopponen et al. 2004; Esteves och Pereira 2009). Fram till 1859 varierade mängden glukos från ca 87 till 91%. 1920 sjönk mängden glukos till 35,4% eftersom trämassa vid den tiden var en viktig del av tryckpapper.

pappersdokument från 1920 och 1923 gjordes av barrträdsmassa, vilket framgår av det höga innehållet av både lignin och glukomannan i sina pappersprover. Dessa dokument hade också låga värden för att bryta längd och ljusstyrka.

närvaron av ligninkromoforer i de undersökta pappersproverna resulterade i en signifikant gulning av papperet. Pappersdokument från 1920 innehöll en hög askhalt (21,9%), vilket kan förklara deras låga styrka, t.ex. i jämförelse med pappersdokumentet från samma period (1923), som innehöll en lägre askhalt. 1923-dokumentets brytlängd var nästan dubbelt så hög. Högt fyllnadsinnehåll har en indirekt effekt på ytstyrkan och styvheten i papper (Ciullo 1996).

förändringar i fiberlängdsfördelningar

resultaten av fiberlängdsfördelningar (Fig. 1) visade att den största andelen fibrer i de äldsta undersökta pappersdokumenten (fram till 1859) var i längdklassen 0,5 till 1,0 mm (från 38,5 till 46,0%).

Fig. 1. Andel av fiberlängdsklasser över de undersökta pappersdokumenten

Fig. 2. Ljusmikroskopi bilder av fibrer som finns i de undersökta pappersdokumenten. Vissa bilder är anpassade från gojn Bisexual et al. (2014)

dessa pappersprover innehöll också en relativt hög andel fibrer längre än 1 mm. den mikroskopiska analysen av fibrer (Fig. 2) avslöjade att pappersdokument från den 18: e och 19-talen var främst gjorda av trasa massa (Bomull, lin, hampa). Enligt Kilpinen (1994) användes tidigare kortare bomullsfibrer (3 till 5 mm) för att göra papper. Mikroskopiska analyser från Collings och Milner (1984) om pappersprover gjorda i Europa mellan 1400 och 1800 visade främst blandningar av hampa och linfibrer med högre koncentrationer av hampa (t.ex. 75%) i tidigare pappersprover. Medan både bomull och bomull-innehållande tyger fanns i Europa under denna period, de var inte allmänt används för att generera betydande bomull-trasa material för papperstillverkning fram till 19-talet. Betydande mängder bomullsfibrer är därför sällsynta i pappersdokument före 1800.

pappersdokument från 20-talet innehöll fibrer inom 0,5 till 1,0 mm längdklass, från 28% (1950) till 40% (1956), med en stor andel fibrer längre än 2 mm (från 16% till 30%). Den mikroskopiska analysen av pappersdokument från 1920 och 1923 bekräftade att dessa pappersprover huvudsakligen gjordes av barrträdsmassa.

pappersdokument från 1950 och 1956 bestod huvudsakligen av blekt barrträdsmassa, medan pappersprover från 2007 framställdes av blekt lövträmassa (Fig. 2). De senare pappersdokumenten innehöll den största andelen fibrer i en längdklass på 0,5 till 1,0 mm (53,8%). Massafiberlängdsfördelning som observeras efter massa och/eller papperstillverkning är en funktion av både den ursprungliga fiberlängdsfördelningen och effekterna av bearbetningen. Eftersom fiberlängdsfördelningar påverkar draghållfasthet, tår, opacitet, porositet och många andra pappersegenskaper har papperstillverkare utvecklat många tekniker för att mäta fiberlängdsmedelvärden (Clark 1985). Andra studier har också rapporterat om det signifikanta förhållandet mellan fiberlängd och pappersstyrkan (t.ex. brytlängd och rivindex) (Seth och sidan 1988; Niskanen 1998; Molteberg och h Actuib 2006).

korrelerade egenskaper

statistisk analys av de undersökta egenskapslänkarna avslöjade att vissa egenskaper påverkade andra egenskaper, antingen positivt eller negativt. Korrelationskoefficienter bland de undersökta egenskaperna presenteras i tilläggstabellen S1.

inom de undersökta pappersdokumenten fanns signifikanta samband mellan pH och innehållet i mannos, glukos, totalt utbyte av sackarider (dvs. holocellulosa) och lignin. Figur 3a visar korrelationen mellan pHE på mängden holocellulosa, som toppade vid en pHE på 7,18. Uppgifterna var utrustade med ett andra ordningens polynom, och mätningarna av pHE förklarade 61% av variationen i innehållet av holocellulosa (R2 = 0,610, P = 0,014).

papperets ljusstyrka var också relaterad till pHE (Fig. 3B), varigenom mätningarna av pHE förklarade 36% av variationen i pappersdokumentens ljusstyrka (R2 = 0.356, P = 0.040). Tidigare studier har visat att surhet accelererar nedbrytningen av cellulosa, holocellulosa och papper via syrakatalyserad hydrolys (Wilson and Parks 1983). Svagt, missfärgat och sprött papper korrelerat med lågt pH, medan neutrala och alkaliska papper i allmänhet var i ett mycket bättre bevarandetillstånd (Sobucki och Drewniewska-Idziak 2003).

Dessutom fanns det ett positivt samband mellan brytlängden och andelen fiberlängdsklass 0,5 till 1,0 mm (Fig. 3c). Mätningar av andelen fiberlängdsklass 0,5 till 1,0 mm förklarade 53% av variationen i pappersdokumentens brytlängd (R2 = 0,529, P = 0,007).

Fig. 3. Förhållandet mellan pH-värdet för vattenhaltigt pappersextrakt och halten holocellulosa (a) och papperets ljusstyrka (b); förhållandet mellan andelen fiberlängdsklass 0,5 till 1,0 mm och brytlängden för pappersdokument (c)

större fiberlängd och högre fiberstyrka stöder högre pappersstyrka (Fi Askorerov Kazaki et al. 2009). I denna studie var fiberlängdsklassen 0,5 till 1,0 mm klart den dominerande andelen för majoriteten av de undersökta pappersdokumenten och var därför främst ansvarig för pappersprovernas styrka. Dessutom påverkade mängden mannos negativt papperets ljusstyrka eftersom lignin, den viktigaste lignocellulosiska komponenten som är ansvarig för att minska ljusstyrkan (Chen et al. 2012), korrelerade väl med mannosinnehållet (se tilläggstabell S1).

Fig. 4. Positioner med 15 pappersdrag på den första och andra axeln i huvudkomponentanalysen (PCA). De nedre och vänstra axlarna hänvisar till pappersegenskaperna, medan de övre och högra axlarna hänvisar till utskriftsåret för de undersökta pappersdokumenten.

föreningar mellan pappersegenskaper

en principkomponentanalys (PCA) utfördes för att utvärdera hur de undersökta egenskaperna var associerade (Fig. 4). Den första axeln förklarade 46% av variationen och visade starka positiva belastningar för innehållet i holocellulosa och glukos, liksom för pHS och pHE. Den negativa sidan av axeln indikerade starka belastningar för innehållet i lignin, mannos och aska.

den andra axeln förklarade 20% av variationen och visade starka positiva belastningar för brytlängden, ljusstyrkan och xylosinnehållet. Den negativa sidan av axeln indikerade starka belastningar för innehållet i både myrsyra och ättiksyra.

dessutom kunde fyra grupper av kompakta homogena kluster särskiljas i en multivariat pappersegenskapsanalys som tydligt separerades från varandra. Pappersdokument tryckta 1762, 1784, 1807 och 1839 bildade det första klustret, följt av kluster av pappersdokument tryckta 1853 och 1859, sedan 1920 och 1923 och slutligen 1950 och 1956. Pappersprovet tryckt 1719 bildade ett enda segregerat prov; samma fall observerades också för pappersdokumentet från 2007. Det senare pappersdokumentet var det mest segregerade exemplet från alla andra grupper, och egenskaper som brytlängd och ljusstyrka var nära förknippade enbart med detta dokument.

slutsatser

1. pappersdokument som härrör från 18 och 19-talen präglades av svagt sura till neutrala pH-värden, de från 20-talet av sura värden, och de från 2007 av svagt alkaliska värden. Innehållet i mannos, glukos, holocellulosa och lignin påverkades signifikant av papperets pH-värde.
2. pappersdokument från den 18: e och 19-talen gjordes från icke-träfibrer (trasa), de från 1920-talet från barrved massa, de från mitten av 20-talet från barrved blekt massa, och slutligen de från 2007 från blekt lövträ massa.
3. Brytlängden påverkades av både fiberlängdsklassen 0,5 till 1,0 mm och graden av delignifiering som representeras av ljusstyrka.
4. det lägsta hållfasthetsvärdet var förknippat med 1920 pappersdokument gjorda av träfibrer och innehållande mycket stora mängder både lignin och aska (fyllmedel). Pappersdokument från 1920 och 1923 hade också den lägsta andelen ljusstyrka. Därför förtjänar pappersdokument från denna period mycket särskild uppmärksamhet och skydd i offentliga arkiv och bibliotek.
5. pappersdokumentet som trycktes 2007 var det mest segregerade exemplet från alla andra grupper av pappersdokumentkluster med avseende på en multivariat pappersdraganalys.
6. för att göra papperet mer motståndskraftigt mot åldrande är det viktigt att hålla alkaliska pH-värden, sänka luftfuktigheten och temperaturen i miljön där böckerna hålls.

erkännanden

författarna tackar Mrs.E. Ritch-kr Ukrainian för språkrevision. Denna publikation är resultatet av projektet” öka personalkapaciteten mot överföring av Biomassaproduktion och bearbetning av forsknings-och utvecklingsresultat i praktiken ” (ITMS: 262110230087), med stöd av det operativa programmet ”utbildning” som finansieras av Europeiska socialfonden (50%) och av det slovakiska vetenskapliga Bidragsorganet VEGA enligt kontrakt nr 1/0521/15 (50%).

referenser citerade

Amidon, T. E. (1981). ”Effekt av träets egenskaper hos lövträ på kraftpappersegenskaper,” Tappi 64, 123-126.

Area, M. C. och Cheradame, H. (2011). ”Pappersåldring och nedbrytning: senaste fynd och forskningsmetoder,” BioResources 6(4), 5307-5337. DOI: 10.15376 / biores.6.4.5307-5337

Begin, P., Deschatelets, S., Grattan, D., Gurnagul, N., Iraci, J., Kaminska, E., Woods, D. och Zou, X. (1998). ”Effekten av lignin på papperets beständighet: en omfattande studie av åldringsbeteendet hos handark och kommersiella pappersprover,” Restaurator 19(3), 135-154.

Chen, Y., Fan, Y., Tshabalala, ma, Stark, Nm, Gao, J. och Liu, R. (2012). ”Optisk egenskapsanalys av termiskt och fotolytiskt åldrad eukalyptus camaldulensis chemithermomechanical massa (CTMP),” BioResources 7(2), 1474-1487. DOI: 10.15376 / biores.7.2.1474-1487

Ciullo, P. A. (1996). Industriella mineraler och deras användning: En handbok och Formulary, Noyes publikation, Westwood, NJ, USA.

Clark, J. D. A. (1985). ”Fibrillering och fiberbindning” i: Massateknik och behandling för papper, J. D. A. Clark (Red.), Miller Freeman Publications, San Francisco, Kalifornien, USA, s.160-180.

Collings, T. och Milner, D. (1984). ”Arten och identifieringen av bomullsfibrer i papper,” Paper Conservator 8(1), 59-71. DOI: 10.1080/03094227.1984.9638458

Dinwoodie, J. M. (1965). ”Förhållandet mellan fibermorfologi och pappersegenskaper hos: En genomgång av litteraturen, ” Tappi 48, 440-447.

Dupont, A. L. (2003). Gelatin dimensionering av papper och dess inverkan på nedbrytningen av cellulosa under åldrande, Ph.D. disputation, University of Amsterdam, Amsterdam, Nederländerna.

Esteves, B. och Pereira, H. (2009). ”Trämodifiering genom värmebehandling: en översyn,” BioResources 4(1), 370-404. DOI: 10.15376 / biores.1.1.1-2

Fi oc-Erov oc, M., Gigac, J. och Balber oc-K, J. (2009). ”Förhållandet mellan fiberegenskaper och draghållfasthet av lövträ och barrved kraft massor,” cellulosa Kemi och teknik 44(7-8), 249-253.

Gandini, A. och Pasquini, D. (2012). ”Effekten av cellulosafiberytmodifiering på vissa fysikalisk-kemiska egenskaper hos de efterföljande papper,” industrigrödor och produkter 35 (1), 15-21. DOI: 10.1016/j.indcrop.2011.06.015

gojn exportorienterade, J., exportorienterade, B., Mikala, O., Och exportorienterade, I. (2014). ”Fiberlängdsfördelning av historiska pappersdokument”, Acta Facultatis Xylologiae 56 (2), 55-61. (på slovakiska)

Hubbe, ma (2005). ”Sura och alkaliska storlekar för tryckning, skrivning och ritning av papper”, bok-och Pappersgruppen årlig 23, 139-151.

ISO 9184 (1990). ”Analys av papper, kartong och massa – fiber,” International Organization for Standardization, Geneve, Schweiz.

Jablonsky, M., Botkova, M. och Hrobonova, K. (2012A). ”Accelererad åldring av träinnehållande papper: bildning av svaga syror och försämring av draghållfasthet,” Wood Research 57, 3, 419-434.

Jablonsky, M., Hrobonova, K., Katuscak, S., Lehotay, J., och Botkova, M. (2012b). ”Bildning av ättiksyra och myrsyra i omodifierade och modifierade papper under accelarated åldrande,” cellulosa Kemi och teknik 46(5-6), 331-340.

Kilpinen, O. (1994). ”Nonwood specialitet massor,” i: Nonwood växtfiber massa – lägesrapport 21, TAPPI Press, Atlanta, GA, PP.9-18.

Kraková, L., Chovanová, K., Selim, S. A., Šimonovičová, A., och Puškarová, A. (2012). ”Ett multifasiskt tillvägagångssätt för undersökning av den mikrobiella mångfalden och dess biologiskt nedbrytbara förmågor i historiska papper och pergamentdokument”, internationell Biodeterioration och biologisk nedbrytning 70, 117-125. DOI: 10.1016 / j. ibiod.2012.01.011

Lichtblau, D., Strli Xhamster, M., Trafela, T., Kolar, J. och Anders, M. (2008). ”Bestämning av mekaniska egenskaper hos historiskt papper baserat på NIR – spektroskopi och kemometri-ett nytt instrument”, Tillämpad fysik A. 92, 191-195. DOI: 10.1007 / s00339-008-4479-1

Mar Usailala, M., Kuka, I., Bukovsk Usai, V. och Usaivehlov Usai, D. (2009). ”De viktigaste parametrarna för assemment hållbarheten av pappersdokument,” kni Bisexnica 10, 35-38 (på slovakiska).

Mohlin, UB, Dahlbom, J. och Hornatowska, J. (1996). ”Fiberdeformation och arkstyrka,” Tappi Journal 79(6), 105-111.

Molteberg, D., och h Actuibic, O. (2006). ”Utveckling och variation av trädensitet, kraft massa yeild och fiber dimension i unga Gran (Picea abies),” Wood Science and Technology 40, 173-189. DOI: 10.1007 / s00226-005-0020-2

Niskanen, K. (1998). Pappersfysik, Fapet Oy, Helsingfors, Finland.

Nuopponen, M., Vuorinen, T., jams Bisexual, S. och Viitaniemi, P. (2004). ”Termiska modifieringar i barrved studerade av FT-IR och UV resonans Raman spectroscopies,” Journal of Wood Chemistry and Technology 24(1), 13-26. DOI: 10.1081 / WCT-120035941

Paavilainen, L. (1993a). ”Formbarhet-flexibilitet och hopfällbarhet − av sulfatmassafibrer,” Paperi ja Puu 75(9), 689-702.

Paavilainen, L. (1993b). ”Betydelsen av tvärdimensionella fiberegenskaper och grovhet för karakterisering av barrträdsulfatmassa,” Paperi ja Puu 75(5), 343-351.

sida, D. H, och Seth, R. (1979). ”Det förlängda beteendet hos kommersiella mekaniska massor,” massa och papper Kanada 80 (8), T235-T237.

Polovka, M., Polovkova, J., Vizarova, K., Kirschnerova, S., Bielikova, L. och Vrska, M. (2006). ”Tillämpningen av FTIR-spektroskopi på karakterisering av pappersprover, modifierad av bokföringsprocess,” vibrationsspektroskopi 41(1), 112-117. DOI: 10.1016/j.vibspec.2006.01.010

Seth, R. S. (1990). ”Fiberkvalitetsfaktorer vid papperstillverkning-I. vikten av fiberlängd och styrka,” i: Material interaktioner som är relevanta för Massa -, pappers-och träindustrin, D. F. Caulfield, J. D. Passaretti, och S. F. Sobczynski (Red.), Materials Research Society, San Francisco, CA, USA, s. 125-142.

Seth, R. S. och Page, D. H. (1988). ”Fiberegenskaper och rivmotstånd,” Tappi Journal 71, 103-107.

Schmidt, J. A., Rye, C. S. och Gurnagul, N. (1995). ”Lignin hämmar autoxidativ nedbrytning av cellulosa,” Polymernedbrytning och stabilitet 49(2), 291-297.

Sluiter, A., Hames, B., Ruiz, R., Scarlata, C., Sluiter, J. och Templeton, D. (2008a). Bestämning av sockerarter, biprodukter och nedbrytningsprodukter i flytande Fraktionsprover (NREL/TP-510-42623), National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO, USA.

Sluiter, A., Hames, B., Ruiz, R., Scarlata, C., Sluiter, J. och Templeton, D. (2008b). Bestämning av aska i biomassa (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). Bestämning av strukturella kolhydrater och Lignin i biomassa (NREL/TP-510-42618), National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO, USA.

Sobucki, W. och Drewniewska-Idziak, B. (2003). ”Undersökning av bevarandestatusen för 19-och 20-talets Samlingar på Nationalbiblioteket i Warszawa,” Restaurator 24(3), 189-201. DOI: 10.1515/VILA.2003.189

STN 500340 (1998). ”Papper och kartong. Bestämning av draghållfasthetsegenskaper, ” V AVSUGNINGPC, Bratislava, Slovakien.

STN 500374 (1996). ”Testning av massa och papper. Yt-pH-mätning av papper och massa,” V AVSUGNINGPC, Bratislava, Slovakien.

STN EN ISO 536 (50 0310) (1999). ”Papper och kartong. Bestämning av ytvikt, ” V AVSUGNINGPC, Bratislava, Slovakien.

STN ISO 3688 (50 0240) (1994). ”Massa. Mätning av diffus blå reflektansfaktor (ISO-ljusstyrka),” V AVSUGNINGPC, Bratislava, Slovakien.

STN ISO 6588 (50 0381) (1993). ”Papper, kartong och massor. Bestämning av pH av vattenextrakt, ” V OZONPC, Bratislava, Slovakien.

Strli Bisexual, M., CIGI Aci, I. K., Kolar, J., De Bruin, G. och Pihlar, B. (2007). ”Icke-destruktiv utvärdering av historiskt papper baserat på pH-uppskattning från VOC-utsläpp,” sensorer 7(12), 3136-3145. DOI: 10.3390 / s7123136

Strli exportorienterade, M., CIGI exportorienterade, I. K., Mo exportorienterade, A., De Bruin, G., Kolar, J., och Cassar, M. (2011). ”Effekten av flyktiga organiska föreningar och hypoxi på nedbrytning av papper,” Polymernedbrytning och stabilitet 96(47), 608-615. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2010.12.017

Strli Bisexuell, M., Kolar, J., Ko Acuicar, D., Drnov Acuiek, T., Selih, V., Susi Aci, R. och Pihlar, B. (2004). ”Vad är pH för alkaliskt papper?, ”e-bevarande vetenskap 1, 35-47.

Tamolang, F. N., Wangaard, F. F. och Kellogg, R. M. (1968). ”Hardwood fiber styrka och massa-ark egenskaper,” Tappi Jounal 51, 19-27.

t Accururtreault, J., Dupont, A. L., B Accururgin, P. och Paris, S. (2013). ”Effekten av flyktiga föreningar som frigörs av papper på cellulosanedbrytning under omgivande hygrotermiska förhållanden,” Polymernedbrytning och stabilitet 98(9), 1827-1837. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2013.05.017

Trafela, T., Strli Xhamster, M., Kolar, J., Lichtblau, D. A., Anders, M., Mencigar, D. P. och Pihlar, B. (2007). ”Icke-förstörande analys och datering av historiskt papper baserat på IR-spektroskopi och utvärdering av kemometriska data,” analytisk kemi 79(16), 6319-6323. DOI: 10.1021 / ac070392t

Vainio, A. (2007). Interfibre Bonding och Fibersegmentaktivering i papper-observationer om fenomenen och deras inflytande på Pappersstyrkaegenskaper, Ph.D. disputation, Helsingfors tekniska universitet, Helsingfors, Finland.

Ververis, C., Georghiou, K., Christodoulakis, N., Santas, P. och Santas, R. (2004). ”Fiberdimensioner, lignin-och cellulosainnehåll i olika växtmaterial och deras lämplighet för pappersproduktion,” industrigrödor och produkter 19(3), 245-254. DOI: 10.1016/j.indcrop.2003.10.006

Vizárová, K., Kirschnerová, S., Kačík, F., Briškárová, A., Šutý, Š. och Katu Xhamster, S. (2012). ”Förhållandet mellan minskningen av graden av polymerisation av cellulosa och förlusten av markmassa papper mekaniska egenskaper under accelererad åldring,” Chemical Papers 66(12), 1124-1129.

Wangaard, F. F. och Williams ,D. L. (1970). ”Fiberlängd och fiberstyrka i förhållande till rivhållfasthet av hadwood massa,” Tappi Journal 53, 2153-2154.

Whitmore, pm och Bogaard, J. (1994). ”Bestämning av cellulosaskissningsvägen vid hydrolytisk och oxidativ nedbrytning av papper,” Restaurator 15(1), 26-45.

Wilson, WK och parker, Ej (1983). ”Historisk undersökning av forskning vid National Bureau of Standards on materials for archival records,” Restaurator 5(3-4), 191-241. DOI: 10.1515/vila.1983.5.3-4.191

Zappala, A. (1991). ”En internationell undersökning om standardisering av konstpapper och andra avsedda för bevarande,” Restaurator 12(1), 18-35. DOI: 10.1515/vila.1991.12.1.18

Zervos, S. (2007). ”Accelererad åldrande kinetik av rent cellulosapapper efter tvätt, alkalisering och impregnering med metylcellulosa,” Restaurator 28(1), 55-69. DOI: 10.1515/vila.2007,55

Zervos, S. (2010). ”Naturligt och accelererat åldrande av cellulosa och papper: en litteraturöversikt”, i: cellulosa: struktur och egenskaper, derivat och industriell användning, A. Lejeune och T. Deprez (Red.), New York: Nova Publishing, s. 155-203.

Zotti, M., Ferroni, A. och Calvini, P. (2008). ”Microfungal biodeterioration av historiska papper: preliminära FTIR och mikrobiologiska analyser,” internationell Biodeterioration och biologisk nedbrytning 62 (2), 186-194. DOI: 10.1016 / j. ibiod.2008.01.005

Zou, X., Uesaka, T. och Gurnagul, N. (1996a). ”Förutsägelse av papperets beständighet genom accelererad åldrande I. kinetisk analys av åldringsprocessen,” cellulosa 3, 243-267. DOI: 10.1007 / BF02228805

Zou, X., Uesaka, T. och Gurnagul, N. (1996b). ”Förutsägelse av papperets beständighet genom accelererad åldrande II. jämförelse av förutsägelserna med naturliga åldringsresultat,” cellulosa 3, 269-279. DOI: 10.1007 / BF02228806

Zou, X., Gurnagul, N. och Uesaka, T. (1993). ”Lignins roll i papperets mekaniska beständighet. Del i: effekt av lignininnehåll, ” Journal of Pulp and Paper Science 19(6), j235-j239.

artikel inlämnad: 25 februari 2016; Peer review avslutad: 9 oktober 2016; reviderad version mottagen: 24 januari 2017; preliminärt godkännande: 7 februari 2017; Publicerad: 21 februari 2017.

DOI: 10.15376 / biores.12.2.2618-2634

Tabell S1.

Pearson korrelationskoefficienter för de undersökta Pappersegenskaperna

notera: korrelationskoefficienter som presenteras i fetstil är signifikanta vid P < 0.05.

pHS, pH för pappersytan; pHE, pH för vattenhaltigt pappersextrakt; FA, myrsyra; AA, ättiksyra; XYL, D-xylos; GAL, D-galaktos; ARA, l-arabinos; MAN, d-mannos; GLC, D-glukos; HOL, holocellulosa; LIG, lignin; BW, basvikt; BL, brytlängd; B, ljusstyrka; aska, askhalt; FL1, fiberlängdsklass <0,5 mm; FL2, fiberlängdsklass 0,5–1 mm; FL3, fiberlängdsklass 1-2 mm; FL4, fiberlängdsklass 2-3 mm; FL5, fiberlängdsklass 3-7 mm.