اصلاح زردشدگی ناشی از اکسایش سلولز کاغذ با استفاده از بوروهیدرید سدیم و دی‌تیونیت سدیم

سابقه و هدف: سفیدکاری کاغذ دغدغه بسیاری از حفاظت‌گران است. تحقیقاتی با هدف ارزیابی برخی مواد سفید‌کننده سنتی مورد استفاده در حفاظت اسناد و کتاب ها مانند پراکسید هیدروژن و بوروهیدرید سدیم انجام شده است که نشان می دهد این مواد در خصوصیات مکانیکی کاغذهای تاریخی بهبود قابل توجهی ایجاد نمی کند. همچنین بررسی تاثیر احیاء کننده ها بر کاغذهای اکسید شده، نشان از اثربخشی کمپلکس ترت بوتیل آمین بوران داشته است. در بررسی دیگر، پنج فرایند رنگبری با اکسید کننده ها (هیپوکلریت کلسیم، پراکسید هیدروژن در دو غلظت، سفیدگری نوری (light bleaching) و پرمنگنات پتاسیم) و دو فرایند رنگبری با احیاء کننده ها (بوروهیدرید سدیم و ترت بوتیل آمین بوران) با یکدیگر مقایسه و تاثیر 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 دی تیونیت سدیم بر ویژگی های ظاهری و ساختاری کاغذ بررسی می گردد.مواد و روش ها: در این تحقیق از کاغذ فیلتر واتمن شماره 1 (whatman filter paper no. 1) ساخت کشور انگلستان با ضخامت 180 میکرون، قطر 11 سانتی متر، وزن پایه 87 گرم بر مترمربع (گرماژ) و درصد خاکستر 0.06 درصد استفاده شده است. معرف های شیمیایی شامل پرسولفات پتاسیم، بوروهیدرید سدیم و دی تیونیت 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 دی تیونیت سدیم (1 درصد وزنی/حجمی) در آب مقطر ( distilled water, ph; 7)، برای انجام آزمون ها بر روی نمونه های کاغذ به شیوه غوطه وری استفاده شده است.نمونه های کاغذ فیلتر واتمن  به مدت 2 روز (48 ساعت) تحت اکسیداسیون در محلول 2 درصد پرسولفات پتاسیم در آب مقطر به روش غوطه وری قرار گرفتند و بعد نمونه ها شسته شدند. در ادامه، نمونه های اکسید شده به وسیله دو محلول بوروهیدرید سدیم و دی تیونیت سدیم 1 درصد در آب مقطر در بازه های زمانی 1 تا 5 ساعت، اصلاح شده و بعد در آب مقطر شسته شدند. همچنین، نمونه ها تحت کهنه سازی تسریع یافته بر اساس استاندارد astm به شماره d4714-96 در درجه حرارت 2±90 سانتی گراد و میزان رطوبت‌نسبی 2 ±50 درصد به مدت 384 ساعت قرار گرفتند. روش های آزمون شامل پتانسیواستات، رنگ سنجی، مقاومت به کشش،  ph‌سنجی، میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف‌سنجی مادون‌قرمز است.نتایج: نتایج نشان می دهد اکسید‌کننده ترین محلول در بین سه محلول مورد استفاده در روز اول، پرسولفات پتاسیم است و نشان دهنده کاهنده بودن دو محلول دی تیونیت سدیم و بوروهیدرید سدیم است که با توجه به نتایج آزمون، بوروهیدرید سدیم قدرت کاهندگی بیشتری را نسبت به دی تیونیت سدیم نشان می دهد. نمونه اکسید شده با ph 3.92 پس از کهنه سازی تسریع یافته، با افزایش چند واحدی ph پس از اصلاح با دو ماده کاهنده همراه بوده است. بررسی داده های حاصل از آزمون مقاومت به کشش نشان می دهد در قیاس با نمونه اکسید شده با شاخص کشش 1.06، نمونه های اصلاح شده با بوروهیدرید سدیم و دی تیونیت سدیم در همه پنج بازه زمانی اصلاح، سبب افزایش شاخص کششی نمونه های کاغذ شده است. بررسی طیف‌سنجی مادون‌قرمز نمونه های اصلاح شده با بوروهیدرید سدیم و دی تیونیت سدیم نشان می دهد این ماده کاهنده، با احیاء پیوندهای c=o به c-o و کاهش جذب در ناحیهcm-1 1640 سبب بهبود ساختار سلولز پس از کهنه سازی تسریع یافته شده است. کاهش باند جذبی در ناحیهcm-1 1640 تقریباً در همه بازه های زمانی اصلاح با این ماده نسبت به طیف نمونه اکسید شده دیده می شود.بر اساس داده ها، نمونه های اصلاح شده با بوروهیدرید سدیم و دی تیونیت سدیم افزایش قابل توجهی (تقریباً 25 واحدی) را در فاکتور l (روشنی-تیرگی) پس از کهنه سازی داشته اند که نشان می دهد این دو ماده با احیاء ترکیبات رنگی سبب افزایش روشنی نمونه ها شده‌اند. در بررسی میکروسکوپی از سطح الیاف، در نمونه اکسید شده با پرسولفات پتاسیم جدایی موضعی الیاف مشاهده می شود. در نمونه های اصلاح شده با بوروهیدرید سدیم و دی تیونیت سدیم، الیاف با قوام و درهم تنیدگی بیشتری مشاهده می گردد.نتیجه‌ گیری: پیوندهای دوگانه و گروه های کربونیل شکل گرفته در نمونه کاغذهای اکسید شده با پرسولفات پتاسیم، مسئول اصلی زردی و تیرگی کاغذ بوده اند. عوامل کاهنده بوروهیدرید سدیم و دی تیونیت 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 نمونه های کاغذ منجر شده است.

correction of yellowing caused by oxidation of paper cellulose using sodium borohydride and sodium dithionite

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.