اصلاح زردشدگي ناشي از اكسايش سلولز كاغذ با استفاده از بوروهيدريد سديم و دي‌تيونيت سديم

سابقه و هدف: سفيدكاري كاغذ دغدغه بسياري از حفاظت‌گران است. تحقيقاتي با هدف ارزيابي برخي مواد سفيد‌كننده سنتي مورد استفاده در حفاظت اسناد و كتاب ها مانند پراكسيد هيدروژن و بوروهيدريد سديم انجام شده است كه نشان مي دهد اين مواد در خصوصيات مكانيكي كاغذهاي تاريخي بهبود قابل توجهي ايجاد نمي كند. همچنين بررسي تأثير احياء كننده ها بر كاغذهاي اكسيد شده، نشان از اثربخشي كمپلكس ترت بوتيل آمين بوران داشته است. در بررسي ديگر، پنج فرايند رنگبري با اكسيد كننده ها (هيپوكلريت كلسيم، پراكسيد هيدروژن در دو غلظت، سفيدگري نوري (Light Bleaching) و پرمنگنات پتاسيم) و دو فرايند رنگبري با احياء كننده ها (بوروهيدريد سديم و ترت بوتيل آمين بوران) با يكديگر مقايسه و تأثير آنها بر روي سلولز خالص (كاغذ صافي واتمن) و دو كاغذ مختلف تاريخي بررسي شده است. نتايج حكايت از آن دارد كه تمام روش‌هاي رنگبري آزمايش شده منجر به افزايش روشني شده‌اند. با توجه به اختلاف‌نظرها، در اين پژوهش ميزان اثربخشي دو ماده كاهنده بوروهيدريد سديم و دي تيونيت سديم بر ويژگي هاي ظاهري و ساختاري كاغذ بررسي مي گردد.مواد و روش ها: در اين تحقيق از كاغذ فيلتر واتمن شماره 1 (Whatman Filter Paper No. 1) ساخت كشور انگلستان با ضخامت 180 ميكرون، قطر 11 سانتي متر، وزن پايه 87 گرم بر مترمربع (گرماژ) و درصد خاكستر 0.06 درصد استفاده شده است. معرف هاي شيميايي شامل پرسولفات پتاسيم، بوروهيدريد سديم و دي تيونيت سديم در بالاترين خلوص در نوع آزمايشگاهي از شركت مرك آلمان تهيه شده است.سه محلول شامل پرسولفات پتاسيم (2 درصد وزني/حجمي)، بوروهيدريد سديم (1 درصد وزني/حجمي) و دي تيونيت سديم (1 درصد وزني/حجمي) در آب مقطر ( Distilled water, pH; 7)، براي انجام آزمون ها بر روي نمونه هاي كاغذ به شيوه غوطه وري استفاده شده است.نمونه هاي كاغذ فيلتر واتمن  به مدت 2 روز (48 ساعت) تحت اكسيداسيون در محلول 2 درصد پرسولفات پتاسيم در آب مقطر به روش غوطه وري قرار گرفتند و بعد نمونه ها شسته شدند. در ادامه، نمونه هاي اكسيد شده به وسيله دو محلول بوروهيدريد سديم و دي تيونيت سديم 1 درصد در آب مقطر در بازه هاي زماني 1 تا 5 ساعت، اصلاح شده و بعد در آب مقطر شسته شدند. همچنين، نمونه ها تحت كهنه سازي تسريع يافته بر اساس استاندارد ASTM به شماره D4714-96 در درجه حرارت 2±90 سانتي گراد و ميزان رطوبت‌نسبي 2 ±50 درصد به مدت 384 ساعت قرار گرفتند. روش هاي آزمون شامل پتانسيواستات، رنگ سنجي، مقاومت به كشش،  pH‌سنجي، ميكروسكوپ الكتروني روبشي و طيف‌سنجي مادون‌قرمز است.نتايج: نتايج نشان مي دهد اكسيد‌كننده ترين محلول در بين سه محلول مورد استفاده در روز اول، پرسولفات پتاسيم است و نشان دهنده كاهنده بودن دو محلول دي تيونيت سديم و بوروهيدريد سديم است كه با توجه به نتايج آزمون، بوروهيدريد سديم قدرت كاهندگي بيشتري را نسبت به دي تيونيت سديم نشان مي دهد. نمونه اكسيد شده با pH 3.92 پس از كهنه سازي تسريع يافته، با افزايش چند واحدي pH پس از اصلاح با دو ماده كاهنده همراه بوده است. بررسي داده هاي حاصل از آزمون مقاومت به كشش نشان مي دهد در قياس با نمونه اكسيد شده با شاخص كشش 1.06، نمونه هاي اصلاح شده با بوروهيدريد سديم و دي تيونيت سديم در همه پنج بازه زماني اصلاح، سبب افزايش شاخص كششي نمونه هاي كاغذ شده است. بررسي طيف‌سنجي مادون‌قرمز نمونه هاي اصلاح شده با بوروهيدريد سديم و دي تيونيت سديم نشان مي دهد اين ماده كاهنده، با احياء پيوندهاي C=O به C-O و كاهش جذب در ناحيهcm-1 1640 سبب بهبود ساختار سلولز پس از كهنه سازي تسريع يافته شده است. كاهش باند جذبي در ناحيهcm-1 1640 تقريباً در همه بازه هاي زماني اصلاح با اين ماده نسبت به طيف نمونه اكسيد شده ديده مي شود.بر اساس داده ها، نمونه هاي اصلاح شده با بوروهيدريد سديم و دي تيونيت سديم افزايش قابل توجهي (تقريباً 25 واحدي) را در فاكتور L (روشني-تيرگي) پس از كهنه سازي داشته اند كه نشان مي دهد اين دو ماده با احياء تركيبات رنگي سبب افزايش روشني نمونه ها شده‌اند. در بررسي ميكروسكوپي از سطح الياف، در نمونه اكسيد شده با پرسولفات پتاسيم جدايي موضعي الياف مشاهده مي شود. در نمونه هاي اصلاح شده با بوروهيدريد سديم و دي تيونيت سديم، الياف با قوام و درهم تنيدگي بيشتري مشاهده مي گردد.نتيجه‌ گيري: پيوندهاي دوگانه و گروه هاي كربونيل شكل گرفته در نمونه كاغذهاي اكسيد شده با پرسولفات پتاسيم، مسئول اصلي زردي و تيرگي كاغذ بوده اند. عوامل كاهنده بوروهيدريد سديم و دي تيونيت سديم سبب كاهش اين آلدهيد و كتون به هيدروكربن شده، در نتيجه با از بين رفتن پيوندهاي چندگانه مزدوج، جذب نور كاغذ كم شده و اين مسئله سبب افزايش روشني كاغذ شده است. كاهش پيوندهاي دوگانه و احياء آنها سبب بازآرايي دوباره زنجيره سلولز شده كه به افزايش مقاومت مكانيكي و استحكام نمونه هاي كاغذ منجر شده است.