| تعداد نشریات | 286 |
| تعداد نشریات سازمان | 84 |
| تعداد شماره‌ها | 2,871 |
| تعداد مقالات | 32,536 |
| تعداد مشاهده مقاله | 42,413,233 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 19,189,687 |
اصلاح زردشدگی ناشی از اکسایش سلولز کاغذ با استفاده از بوروهیدرید سدیم و دیتیونیت سدیم | ||
| تحقیقات علوم چوب و کاغذ ایران | ||
| مقاله 6، دوره 38، شماره 4 - شماره پیاپی 85، دی 1402، صفحه 296-315 اصل مقاله (1.43 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/ijwpr.2023.105602.1747 | ||
| نویسندگان | ||
| مصطفی خواجه محمودی* 1؛ مهرناز آزادی بویاغچی2؛ محسن محمدی آچاچلویی3؛ مجید قهرمان افشار4 | ||
| 1دکتری حفاظت و مرمت اشیاء فرهنگی و تاریخی، دانشکده حفاظت و مرمت، دانشگاه هنر اصفهان، اصفهان، ایران | ||
| 2دانشیار، دانشکده حفاظت و مرمت، دانشگاه هنر اصفهان، اصفهان، ایران | ||
| 3استادیار، دانشکده حفاظت و مرمت، دانشگاه هنر اصفهان، اصفهان، ایران | ||
| 4استادیار، گروه پژوهشی شیمی و فرایند، پژوهشگاه نیرو، تهران، ایران | ||
| چکیده | ||
| سابقه و هدف: سفیدکاری کاغذ دغدغه بسیاری از حفاظت‌گران است. تحقیقاتی با هدف ارزیابی برخی مواد سفید‌کننده سنتی مورد استفاده در حفاظت اسناد و کتابها مانند پراکسید هیدروژن و بوروهیدرید سدیم انجام شده است که نشان میدهد این مواد در خصوصیات مکانیکی کاغذهای تاریخی بهبود قابل توجهی ایجاد نمیکند. همچنین بررسی تأثیر احیاء کنندهها بر کاغذهای اکسید شده، نشان از اثربخشی کمپلکس ترت بوتیل آمین بوران داشته است. در بررسی دیگر، پنج فرایند رنگبری با اکسیدکنندهها (هیپوکلریت کلسیم، پراکسید هیدروژن در دو غلظت، سفیدگری نوری (Light Bleaching) و پرمنگنات پتاسیم) و دو فرایند رنگبری با احیاء کنندهها (بوروهیدرید سدیم و ترت بوتیل آمین بوران) با یکدیگر مقایسه و تأثیر آنها بر روی سلولز خالص (کاغذ صافی واتمن) و دو کاغذ مختلف تاریخی بررسی شده است. نتایج حکایت از آن دارد که تمام روشهای رنگبری آزمایش شده منجر به افزایش روشنی شده‌اند. با توجه به اختلاف‌نظرها، در این پژوهش میزان اثربخشی دو ماده کاهنده بوروهیدرید سدیم و دیتیونیت سدیم بر ویژگیهای ظاهری و ساختاری کاغذ بررسی میگردد. مواد و روشها: در این تحقیق از کاغذ فیلتر واتمن شماره 1 (Whatman Filter Paper No. 1) ساخت کشور انگلستان با ضخامت 180 میکرون، قطر 11 سانتیمتر، وزن پایه 87 گرم بر مترمربع (گرماژ) و درصد خاکستر 06/0 درصد استفاده شده است. معرفهای شیمیایی شامل پرسولفات پتاسیم، بوروهیدرید سدیم و دیتیونیت سدیم در بالاترین خلوص در نوع آزمایشگاهی از شرکت مرک آلمان تهیه شده است. سه محلول شامل پرسولفات پتاسیم (2 درصد وزنی/حجمی)، بوروهیدرید سدیم (1 درصد وزنی/حجمی) و دیتیونیت سدیم (1 درصد وزنی/حجمی) در آب مقطر ( Distilled water, pH; 7)، برای انجام آزمونها بر روی نمونههای کاغذ به شیوه غوطهوری استفاده شده است. نمونههای کاغذ فیلتر واتمن به مدت 2 روز (48 ساعت) تحت اکسیداسیون در محلول 2 درصد پرسولفات پتاسیم در آب مقطر به روش غوطهوری قرار گرفتند و بعد نمونهها شسته شدند. در ادامه، نمونههای اکسید شده بهوسیله دو محلول بوروهیدرید سدیم و دیتیونیت سدیم 1 درصد در آب مقطر در بازههای زمانی 1 تا 5 ساعت، اصلاح شده و بعد در آب مقطر شسته شدند. همچنین، نمونهها تحت کهنهسازی تسریع یافته بر اساس استاندارد ASTM به شماره D4714-96 در درجه حرارت 2±90 سانتیگراد و میزان رطوبت‌نسبی 2 ±50 درصد به مدت 384 ساعت قرار گرفتند. روشهای آزمون شامل پتانسیواستات، رنگسنجی، مقاومت به کشش، pHسنجی، میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف‌سنجی مادون‌قرمز است. نتایج: نتایج نشان میدهد اکسید‌کنندهترین محلول در بین سه محلول مورد استفاده در روز اول، پرسولفات پتاسیم است و نشاندهنده کاهنده بودن دو محلول دیتیونیت سدیم و بوروهیدرید سدیم است که با توجه به نتایج آزمون، بوروهیدرید سدیم قدرت کاهندگی بیشتری را نسبت به دیتیونیت سدیم نشان میدهد. نمونه اکسید شده با pH 92/3 پس از کهنهسازی تسریع یافته، با افزایش چند واحدی pH پس از اصلاح با دو ماده کاهنده همراه بوده است. بررسی دادههای حاصل از آزمون مقاومت به کشش نشان میدهد در قیاس با نمونه اکسید شده با شاخص کشش 06/1، نمونههای اصلاح شده با بوروهیدرید سدیم و دیتیونیت سدیم در همه پنج بازه زمانی اصلاح، سبب افزایش شاخص کششی نمونههای کاغذ شده است. بررسی طیف‌سنجی مادون‌قرمز نمونههای اصلاح شده با بوروهیدرید سدیم و دیتیونیت سدیم نشان میدهد این ماده کاهنده، با احیاء پیوندهای C=O به C-O و کاهش جذب در ناحیهcm-1 1640 سبب بهبود ساختار سلولز پس از کهنهسازی تسریع یافته شده است. کاهش باند جذبی در ناحیهcm-1 1640 تقریباً در همه بازههای زمانی اصلاح با این ماده نسبت به طیف نمونه اکسید شده دیده میشود. بر اساس دادهها، نمونههای اصلاح شده با بوروهیدرید سدیم و دیتیونیت سدیم افزایش قابل توجهی (تقریباً 25 واحدی) را در فاکتور L (روشنی-تیرگی) پس از کهنهسازی داشتهاند که نشان میدهد این دو ماده با احیاء ترکیبات رنگی سبب افزایش روشنی نمونهها شده‌اند. در بررسی میکروسکوپی از سطح الیاف، در نمونه اکسید شده با پرسولفات پتاسیم جدایی موضعی الیاف مشاهده میشود. در نمونههای اصلاح شده با بوروهیدرید سدیم و دیتیونیت سدیم، الیاف با قوام و درهم تنیدگی بیشتری مشاهده میگردد. نتیجه گیری: پیوندهای دوگانه و گروههای کربونیل شکل گرفته در نمونه کاغذهای اکسید شده با پرسولفات پتاسیم، مسئول اصلی زردی و تیرگی کاغذ بودهاند. عوامل کاهنده بوروهیدرید سدیم و دیتیونیت سدیم سبب کاهش این آلدهید و کتون به هیدروکربن شده، در نتیجه با از بین رفتن پیوندهای چندگانه مزدوج، جذب نور کاغذ کم شده و این مسئله سبب افزایش روشنی کاغذ شده است. کاهش پیوندهای دوگانه و احیاء آنها سبب بازآرایی دوباره زنجیره سلولز شده که به افزایش مقاومت مکانیکی و استحکام نمونههای کاغذ منجر شده است. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| زردشدگی؛ اکسیداسیون کاغذ؛ سفیدگری؛ عوامل کاهنده | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Modification of yellowing caused by oxidation of paper cellulose using Sodium borohydride and Sodium dithionite | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Mostafa Khaje-mahmouid1؛ Mehrnaz Azadi boyaghchi2؛ Mohsen Mohammadi achachlui3؛ majid ghahramanafshar4 | ||
| 1PhD in conservation and restoration of cultural and historical objects, Faculty of Conservation and Restoration, Isfahan Art University, Isfahan, Iran | ||
| 2Associate Professor, Faculty of Conservation and Restoration, Isfahan University of Arts, Isfahan, Iran | ||
| 3Assistant Professor, Faculty of Conservation and Restoration, Isfahan University of Arts, Isfahan, Iran | ||
| 4Assistant Professor, Chemistry and Process Research Department, Niroo Research Institute (NRI), Tehran, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Background and objectives: Paper bleaching is a concern of many conservationists. Research has been conducted with the aim of evaluating some traditional bleaching materials used in the preservation of documents and books, such as hydrogen peroxide and sodium borohydride, which shows that these materials do not significantly improve the mechanical properties of historical papers. Also, investigating the effect of reducing agents on oxidized papers has shown the effectiveness of tert-butylamine borane complex. In another study, five dyeing processes with oxidizers (calcium hypochlorite, hydrogen peroxide in two concentrations, light bleaching and potassium permanganate) and two dyeing processes with reducing agents (sodium borohydride and tert-butylamine borane) were compared. And their effect on pure cellulose (Whatman filter paper) and two different historical papers have been investigated. The results indicate that all the tested dye removal methods have led to a clear increase. Due to the differences of opinion, in this research, the effectiveness of two reducing agents sodium borohydride and sodium dithionite on the appearance and structural characteristics of paper is investigated. Methodology: In this research, Whatman Filter Paper No. 1 (Whatman Filter Paper No. 1) made in England with a thickness of 180 microns, a diameter of 11 cm, a base weight of 87 grams per square meter and an ash percentage of 0.06% was used. Chemical reagents including potassium persulfate, sodium borohydride and sodium dithionite in the highest purity were prepared in a laboratory from Merck, Germany. Three solutions including potassium persulfate (2% by weight/volume), sodium borohydride (1% by weight/volume), sodium dithionite (1% by weight/volume) in distilled water (distilled water, pH; 7), to perform tests on zinc. Paper samples have been used by immersion. Whatman filter paper samples were subjected to oxidation in 2% peta persulfate in distilled water for 2 days (48 hours) and then the samples were immersed. Next, the identified samples were modified by two solutions of sodium borohydride and sodium dithionite 1% in distilled water for 1 to 5 hours and then purified in holy water. Also, the samples were subjected to accelerated aging according to ASTM standard number D4714-96 at a temperature of 90±2 centigrade and a relative humidity of 50±2% for 384 hours. Test methods include potentiostat, colorimetry, tensile strength, pH measurement, scanning electron microscope and infrared examination. Results: The results show that potassium persulfate is the most neutralizing solution among the three solutions used on the first day, and it also indicates the reducing power of two solutions of sodium dithionite and sodium borohydride, which according to the test results, sodium borohydride is the reducing power. Compared to sodium dithionite. The sample prepared with pH 92.3, after accelerated aging, was accompanied by an increase of several units of pH after modification with two reducing substances. Examining the data obtained from the tensile strength test shows that in comparison with the tested samples with a tensile index of 1.06, the samples modified with sodium borohydride and sodium dithionite increased the index in all five modified periods. Tensile of paper samples. The infrared spectrometry investigation of the samples modified with sodium borohydride and sodium dithione shows that this old material improves the structure of cellulose after aging by reviving the C=O bonds to C-O and reducing the area of 1640 cm-1. Accelerated. The reduction of the absorption band in the region of 1640 cm-1 has been opened in almost all time cases with this material compared to the modified sample. Based on the data, samples modified with sodium borohydride and sodium dithionite had a significant increase (approximately 25 units) in the L-factor (light-darkness) after aging, indicating that two substances have increased the brightness of the sample by reviving the color compounds. In the microscopic examination of the surface of the fibers, in the samples identified with potassium persulfate, local separation of the fibers is observed. In the samples modified with sodium borohydride and sodium dithionite, fibers with higher consistency and entanglement are observed. Conclusion: Double bonds and carbon groups in paper samples formed with potassium persulfate have been the main responsible for the yellowness and darkness of the paper, the reducing agents sodium borohydride and sodium dithionite reduce this aldehyde and ketone to hydrocarbon and as a result. With the loss of multiple conjugates, the light absorption of the paper is reduced and this causes the paper to lighten. The double bonds and their regeneration also cause rearrangement of the chain cells, which has resulted in increasing the mechanical resistance and strength of the paper samples. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Yellowing, Paper oxidation, Whitening, Reducing agents | ||
|
سایر فایل های مرتبط با مقاله
|
||
| مراجع | ||
|
- Ahmad, Z., Iis, S., Halim, Z., and Sarifuddin, N., 2011. Effect of Fiber Length Variations on Properties of Coir Fiber Reinforced Cement-Albumen Composite (CFRCC). IIUM Engineering Journal. 12, 63-76.
- Banik, G., Brukle, I., 2011.Paper and water. Elsevier Ltd. Burlington.
- Bicchieri, M., Brusa, P., 2017. The bleaching of paper by reduction with Borane Tert-Butylamine complex, Article in Restaurator, https://www.researchgate.net/publication/249945185, accessed online Jan.
Burgess, H. D. 1980. Preprints of the 1980 International Conference on the Conservation of Library and Archive Materials and the Graphic Arts; Institute of Paper Conservation: Cambridge; pp 447–452.
- Burgess, H., D., 1982. Relationships between Color Production in Cellulose and the Chemical Changes Brought About by Bleaching. Lecture presented at AIC Book and Paper Specialty Group Annual Meeting. Restoration of Documents. Academy of Sciences. 57-67.
- Calvini, P., Gorassini, A., Luciano, G., and Franceschi, E., 2006. FTIR and WAXS analysis of periodate oxycellulose: evidence for a cluster mechanism of oxidation. Vibrational Spectroscopy. 40. 177-183.
- Carter, H., 1996. The Chemistry of paper preservation: part 2, the yellowing of paper and conservation bleaching. J. Chem. Educ. 11, 1068-1073.
- Chang, J., Y., Chen, W., C., Huang, T., K., Wang, J., C., Fu, P., S., Chen, J., H., and Hung, C., C., 2012. Evaluating the accuracy of tooth color measurement by combining the Munsell color system and dental colorimeter. Kaohsiung Journal of Medical sciences. 28, 490-494.
- Christie, R., M., 2001. Colour Chemistry. RSC Paperbacks. Royal Social of Chemistry. Cambridge CB40WF, UK.
- Ciolacu, D., Kovac, J., and Kokol, V., 2010. The effect of the cellulose-binding domain from Clostridium cellulovorans on the supramolecular structure of cellulose fibers. Carbohydrate research. 345, 621-630.
- Colom, X., Carrillo, F., 2002. Crystallinity changes in lyocell and viscose-type fibres by caustic treatment. European Polymer Journal. 38, 2225-2230.
- Cristina Area, M., Cheradame, H., 2011. Paper aging and degradation; recent findings and research methods. Bio Resources. 6, 5307-5337.
- Durovic, M., zelinger, J., 1993. Chemical processes in the bleaching of paper in library and archival collections. Restaurator. 14, 78–101.
- Fackler, K., Stevanic, J., S., Ters, T., Hinterstoisser, B., Schwanninger, M., and Salmén, L., 2011. FT-IR Imaging Spectroscopy to Localize and Characterize Simultaneous and Selective White-Rot Decay within Sprude Woodcell. Holzforschung. 659, 411-420.
- Fellers, C., Iversen, T., Lindström, T., Nilsson, T., and Rigdahl, M., 1989. Ageing/ Degradation of paper: A literature survey. Report No.1E.tockholm.
- Hajji, L., Boukir, A., Assouik, J., Pessanha, J., Figueirinhas, S., L., and Carvalho, M., L., 2016. Artificial aging paper to assess long-term effects of conservative treatment. Monitoring by infrared spectroscopy (ATR-FTIR), X-ray diffraction (XRD), and energy dispersive X-ray fluorescence (EDXRF). Microchemical Journal. 124. 646-656.
- Hennniges, U., Potthast, A., 2009. Bleaching Revisited: Impact of Oxidative and Reductive BleachingTreatments on Cellulose and Paper. Restaurator. 294 – 320.
- Holik, H., 2006. Handbook of paper and board. John Wiley & Sons. 32p.
- Khajeh-mahmoudi, M., Azadi Boyaghchi, M., Mohammadi Achachluei, M., and Ghahraman Afshar, M., 2021. Evaluation of the effect of oxidizing bleaches on the visual and structural properties of paper. J. Color. Sci. Tech., JCST-2103-1138.
- Łojewski, T., Zięba, K., Knapik, A., Bagniuk, J., Lubańska, A., and Łojewska, J., 2010. Evaluating paper degradation progress: Cross-linking between chromatographic, spectroscopic and chemical results. Applied Physics. 100, 809-821.
- Margutti, S., Conio, G., Calvini, P., and 2001. Pedemonte, E., Hydrolytic and oxidative degradation of paper. Restaurator. 2, 67–83.
- Mosca conte, A., Pulci, O., Knapik, A., Bagniuk, J., Del Sole, R., Lojewska, J., Missori, M., 2012. Role of Cellulose Oxidation in the Yellowing of Ancient Paper. APS Journals, Phys. Rev. Lett., 108(16):285-294.
- Poletto, M., Ornaghi, H., L., Zattera, A., J., 2014. Native Cellulose: Structure, Characterization and Thermal Properties. Materials. 7, 6105-6119.
- Polovka, M., Polovková, J. Vizárová, K., Kirschnerová, S., Bieliková, L., and Vrška, M., 2006. The application of FTIR spectroscopy on characterization of paper samples, modified by Bookkeeper process. Vibrational Spectroscopy. 41. 112-117.
- Rushdy, A., M., Wahba, W., N., Youssef, A., M., and Kamel, S., 2017. Influence of Bleaching Materials on Mechanical and Morphological Properties for Paper Conservation. Egypt. J. Chem.Vol. 60, No. 5, 893 – 903.
- Silverstein, R., M., Webster, F., X., and Kiemle, D., J., 2005. Spectrometric identification of organic compounds. JOHN WILEY & SONS, INC. College of Environmental Science & Forestry. State University of New York.
- Smith, A., W., 2012. Bleaching in paper conservation. Restaurator. 3/4, 223-248.
- Wasif, A., I., Indi, Y., M., 2010. Combined scouring-bleaching of cotton using potassium persulphate. Indian Journal of Fibre & Textile Research. Vol. 35, pp. 353-357
- Xu, F., Yu, J., Tesso, T., Dowell, F., and Wang, D., 2013. Qualitative and Quantitative Analysis of Lignocellulosic Biomass Using Infrared Techniques: A Mini-Review. Applied Energy. 104 801-809. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 260 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 206 |
||
