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 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.