Prípravok na chemickú modifikáciu starého papiera

Stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

Technické riešenie sa týka prípravku na chemickú modiñkáciu starého papiera za účelom revitalizácie a predĺženia životnosti starého papiera a zlepšenia jeho mechanických vlastností, termooxidačnej stability a zníženia hydrolytickej degradácie.Milióny kníh na svete sú v súčasnej dobe ohrozene rozpadom papiera, ktorý je spôsobený nevyhnutnou progresívnou degradáciou celulózových reťazcov, kyslou hydrolýzou glykozidických väzieb. Tento problém je špecifický pre papier vyrobený pred viac ako ISO-mi rokmi. Hoci štruktúra B-D-glukopyranózových jednotiek makromolekuly celulózy je termodynamicky vysoko stabilná, zistilo sa, že prídavok síranu hlinitého do papierovej hmoty katalyzuje hydrolýzu. Toto vplýva na molekulovú hmotnosť celulózových reťazcov a má zhubný efekt na trvácnosť celulózy.Z tohto hľadiska, riešením súčasných problémov spojených so starými zbierkami je využitie masových deacidiñkačných procesov, ktorých cieľom je pozastaviť a ochrániť tieto nosiče informácií pred hydrolytickou, prípadne oxidačnou degradáciou.Chemická degradácia papiera je súbor oxidačných degradačných procesov, ktoré prebiehajú súčinne s kyslo katalyzovanou hydrolýzou hlavných zložiek papiera - celulózových a lignínových polymérnych reťazcov.Simultánne s touto hydrolyzačnou degradáciou prebieha tiež termooxidačná a fotooxidačná degradácia zapríčinená hydroperoxídmi, ktoré vznikajú pôsobením kyslíka na celulózové vlákno (Kalina I. G, Gumargaliera K. Z, Zaikov G. E, Semenov S. A, Chem Phys. Reports 1998, 17, 1717-1721 Bukovský V., Restaurator 2000, 229-237 Strlic M., Kolar J., Pihlar B., Matisová-Rychlá L., Rychlý J., Eur. Polym. J. 2000, 36, 2351).V súčasnej dobe najpoužívanej šie metódy konzervovania sú založené na deacidifikačných procesoch, pričom dochádza k neutralizácii prítomných minerálnych a organických kyselín v štruktúre papiera a tým sa výrazne spomaľuje, resp. až zabraňuje degradácii vyvolanej kyslou hydrolýzou. Kyslá hydrolýza spoločne s oxidačnou degradáciou je zodpovedná za výrazné skracovanie celulózových reťazcov v procese degradácie,pretože k štiepeniu môže dôjsť na ktoromkoľvek mieste polymérneho reťazca celulózy.Na deacidiñkáciu sa testovali rôzne anorganické bázy aplikované ponorením do organických roztokov,striekaný resp. nanášaním štetcom. Najúčinnejšie z nich popísal Smith (Smith R. D., US Patent, č. 3 676 182 z roku 1972).Deacidiñkácia sa usktutočňovala aplikáciou účinnej látky v plynnej a tuhej fáze. Neutralizačným činidlom bol tiež plynný amoniak. Z amínov bol na tento účel použitý cyklohexylamín alebo Z-aminoetanol pripravený in-sítu z amoniaku a oxiránu. Najviac používaná, a tiež najúčinnejšia, bola aplikácia dietylzinkuHlavnou nevýhodou týchto metód sú nepriaznivé ekologické dopady prípadne karcinogenita niektorých činidiel (oxirány).Ďalšou a veľmi významnou nevýhodou použitá bázických látok V deacidiñkačnom procese je skrehnutie papiera, čo sa prejaví v znížení mechanicko-dynamických vlastností. Hned po aplikácii súčasne dochádza vo väčšine prípadoch aj k zníženiu optickej kvality papiera (Cheradame H., Ipert S., Rousset E., Restaurator 2003. 227-239 Bukovský V., Restaurator 1997, 25-38).Nevýhody bázických látok čiastočne potlačilo použitie polymérnych materiálov pri konzervovaní celulózových materiálov.Polyetylénglykol (PEC) (Scott G., Pure Appl. Chem 1983, 55, 1615) bol použitý ako bieliace činidlo, ktoré súčasne zlepšuje optické vlastnosti papiera. Impregnácia pomocou polyetylénglykolu a polyvinylalkoholu spôsobila zlepšenie mechanicko-dynamických vlastnosti papiera (Nada A. M. A, Kamei S., El-Sakhawy M.,Restaurator 2000, 238 Nada A. M. A, Abd-El-Hakim A. A., Badram A. S., Restaurator 1999, 30). Rovnako aplikácia polyvinylacetátu (10 hmotn.) spôsobila zlepšenie mechanických vlastností o 60 .Využitie poly (Z-alkyl-Z-oxazolínov) dávalo sľubné využitie (Kobayashi S., Prog. Polym. Sci 1990, 15 751 Kronek J., Luston J., Böhme F., Chem. Listy 1998, 92, 475). V roku 2004 K. Veki a spol. ho využili ako adhezivum, a tiež ako náter pre zvýšenie priľnavosti atramentu (Veki K., Oka T., JP Patent č. 323 804 z roku 2004 Daris A., Madison N. L., US Patent č. 4 436 789 z roku 1984). V roku 2007 bol prihlásený SK vynález(PP 17-2007), v ktorom sa tieto látky použili ako konzervačný prípravok na spevnenie čiastočne zdegradoavného papiera a na zvýšenie mechanickej a termooxidačnej odolnosti knižných a archívnych nosičov v synergickom efekte s bázami. Princípom účinku sú interakcie etylimínovej kostry polymćru s celulózovými vláknami. Nepolárne alkylovć reťazce znižujú polaritu celkového systému. Celkový efekt sa prejavuje zlepšením mechanických parametrov v porovnaní s komerčnými deacidiñkačnými činidlami.Cieľom predloženého technického riešenia je dosialmutie takej chemickej úpravy starého papiera, aby sa zachovali mechanické vlastnosti papiera a taktiež sa zamedzilo terrnooxidačnej ako aj fotooxidačnej degradácií papiera.Tento cieľ do značnej miery rieši prípravok na chemickú modifikáciu starého papiera podľa technického riešenia, ktorého podstata spočíva v tom, že pozostáva z 4-amino-2,2,Qó-tetrametylpiperidínu v nmožstve 0,5 hmotn. do 3 hmotn., deacidiñkačného činidla v množstve do 30 hmotn. a zvyšok do 100 hmotn. tvorí rozpúšťadlo. Prípravok môže byť vo forme roztoku a/alebo suspenzie, pričom vo forme suspenzie je tvorený aj komerčne dostupným detergentom v množstve 1 až 2 hmotn.Zistilo sa, že ako rozpúšťadlo je výhodné použiť hexametyldisiloxán (HMDO) alebo metanol alebo perfluóralkánové uhľovodíky alebo pertluóralkánové uhľovodíky v zmesi s polyoxyperfluóralkánovou kyselinou v hmotnostnom pomere od 100 1 až po 100 3 alebo halogénované uhľovodíky F, Cl.Deacidiñkačné činidlo môže byť tvorené organokovovou alebo anorganickou zlúčeninou horčíka alebo vápnika alebo titánu alebo zirkónia alebo ich kombináciou.Prípravok podľa technického riešenia sa môže aplikovať nanášaním a/alebo striekaním alebo namáčaním v prípade prípravku vo forme roztoku. Je výhodné, keď pred aplikáciou prípravok minimálne na 5 sekúnd podrobí účinku ultrazvuku.Účinok prípravku je komplexne revitalizačný a antidegradačný. Naj dôležitejšia vlastnosť prípravku je jeho revitalizačná schopnosť.Zvyšovaním koncentrácie prípravku v papieri sa znižuje obsah karhonylových skupín a to aj v priebehu urýchleného starnutia. Tento spôsob presietenia nie je jediný, ktorý v systéme prebieha. Kovalentne viazaný piperidínový derivát na makromolekule celulózy môže s karboxylovými skupinami, ktoré sú naviazané na iných fragmentoch zdegradovoného reťazca celulózy, vytvárať iónovú väzbu - amóniové soli.Po aplikácii prípravku na čiastočne zostamutý papier, čiastočne zdegradovanú celulózu došlo k zvýšeniu molovej hmotnosti o 24 a tiež k zvýšeniu mechanických vlastností o 25 v provnaní s neošetrenou vzorkou. Toto zlepšenie vlastností starého papiera aplikáciou predmetného prípravku si ošetrená vzorka udržuje počas celého urýchleného starnutia.Ďalší pozitívny účinok prípravku je bázicita. Aplikáciou prípravku na kyslý papier jeho pH stúpa (3-7) podľa nmožstva prípravku použitého pri aplikácii. Zvyšovaním množstva je možné pH papiera zmeniť z kyslého (pH 3-4) na bázický (pH 7-12), čím sa vytvorí dostatočná alkalická rezerva na neutralizovanie oxidáciou vzniknutých organických kyselín.Zmena pH papiera z kyslej do báziclcej oblasti úplne zastaví kysle katalyzovanú hydrolýzu. Táto zmena má výrazný efekt na molekulovú hmotnosť celulózových reťazcov a tým na mechanické vlastnosti degradovaného papiera. Možná bázická hydrolýza je málo efektívna z hľadiska zmeny molekulovej hmotnosti celulózových reťazcov a tiež mechanických vlastností.2,2,6,ó-tetrametylpiperidínové deriváty sú známe pre ich antioxídačné vlastnosti. Tieto veľmi účinne premieňajú radikálové častice na neutrálne molekuly, čím spôsobujú inhibíciu autooxidačnej degradácie polymérov. Čiastočne zdegradovaná celulóza obsahuje hydroperoxidové skupiny. Pomocou predmetného prípravku obsahujúceho 4-substituované deriváty 2,2,6,6-tetrametylpíperidínu inhibuje všetky radikálové procesy, a to V štádiu vzniku hydroperoxidov, ako aj v štádiu ich rozpadu na dvojicu radikálov. Výsledným účinkom predmetného prípravku je premena radikálových častíc na neradikálové neutrálne molekuly. Týmto spôsobom sa znižuje termooxidačná ako aj fotooxidačná degradácia papiera. Nepriamo tiež hydrolytická degradácia, pretože inhibíciou oxidácie vzniká v materiáli menej organických kyselín.Všetky pozitívne efekty, ktoré vyvoláva prípravok v čiastočne zdegradovanom papieri, prebiehajú simultánne. Ďalšou výhodou prípravku je, že v papieri, obsahujúcom tiež lignínové polymérne reťazce, sa prejavujú aj antioxidačné účinky lignínu. 4-amino-2,2,6,6-tetrametylpiperidnín vykazuje synergický účinok s fenolickými antioxidantami. Táto skutočnosť sa s výhodou využíva pri stabilizácii a predĺžení životnosti starého papiera.Použitie prípravku podľa technického riešenia nevyžaduje mimoriadne chemické látky (niektoré sú komerčne dostupné), energiu, zariadenia, či ekologické opatrenia. Výsledok deklarovaný nižšie uvedenými príkladmi možno dosiahnuť v bežných podmienkach chemického laboratória.Príklady uskutočnenia technického riešeniaChemická modifikácia kyslého drevitého papiera s pH 5,6 sa uskutočnila V laboratórnom reaktore modiñkačným roztokom, ktorý pozostával z 0,5 hmotn. 4-arnino-2,2,6,6-tetrametylpiperidínu V hexametyldisiloxáne (HMDO). Samotnej modiñkácii predchádzalo sušenie (24 hodin pri teplote 105 ł 2 °C). Nasledovala modifikácia modifikačným roztokom po dobu 1 hodiny. Po vypustení modiñkačnej sústavy bolo prebytočné rozpúšťadlo (HMDO) odparené V dusíkoVej atmosfére. Následne boli vzorky papiera klimatizované(24 hodín pri teplote 23 i 2 °C RV 50 il ) a podrobené urýchlenému stamutiu V čase 0, 3, 5, 10 a 15 dní podľa normy ASTM D 6819-02.Chemická modiñkácia kyslého drevitého papiera s pH 5,6 sa uskutočnila V laboratómom reaktore modiñkačným roztokom, ktorý pozostával z 1,0 hmotn. 4-amino-2,2,6,6-tetrametylpiperidinu v pertluórheptáne V zmesi s polyoxyperfluóralkánovou kyselinou o koncentrácii 1 hmotn. V modiñkačnom roztoku. Samotnej modiŕikácii predchádzalo sušenie (24 hodín pri teplote 105 i 2 °C). Nasledovala modifikácia modiñkačným roztokom po dobu 1 hodiny. Po vypustení modifikačnej sústavy bolo prebytočné rozpúšťadlo odparené V dusíkoVej atmosfére. Následne boli vzorky papiera klimatizované (24 hodín pri teplote 23 212 °C RV 50 il ) a podrobené urýchlenému stamutiu V čase 0, 3, 5, 10 a 15 dní podľa normy ASTM D 6819-02.Chemická modíñkácia kyslého drevitého papiera s pH 5,6 sa uskutočnila V laboratórnom reaktore modiñkačným roztokom, ktorý pozostával z 1,0 hmotn. 4-amino-2,2,6,6-tetramety 1 piperidinu V perfluórheptáne. Samotnej modiñkácii predchádzalo sušenie (24 hodín pri teplote 105 ł 2 °C). Nasledovala modifikácie modifikačným roztokom po dobu 1 hodiny. Po vypustení modiñkačnej sústavy bolo prebytočné rozpúšťadlo odparené V dusíkoVej atmosfére. Následne boli vzorky papiera klimatizované (24 hodín pri teplote 23 12 °C RV 50 il ) a podrobené urýchlenému starnutiu V čase O, 3, 5, 10 a 15 dní podľa normy ASTM D 6819-02.Chemická modiñkácia kyslého drevitého papiera s pH 5,6 sa uskutočnila V laboratórnom reaktore modiñkačným roztokom, ktorý pozostával z 0,8 hmotn. 4-amino-2,2,ąó-tetxametylpiperidínu V metanole. Samotnej modifikácii predchádzalo sušenie (24 hodín pri teplote 105 22 °C). Nasledovala modifikácia modiñkačným roztokom po dobu l hodiny. Po vypustení modifikačnej sústavy bolo prebytočné rozpúšťadlo odparené V dusíkoVej atmosfére. Následne boli Vzorky papiera klimatizované (24 hodín pri teplote 23 ł 2 °C RV 50 E 1 ) a podrobené urýchlenému stamutiu V čase 0, 3, 5, 10 a 15 dni podľa normy ASTM D 6819-02.Chemická modifikácie kyslého drevitého papiera s pH 5,6 sa uskutočnila sprejovaním mechanickým rozprašovačom pri laboratómej teplote a atmosferíckom tlaku moditikačným roztokom, ktorý pozostával z 3 hmotn. 4-amino-2,2,6,ó-tetrametylpiperidínu V hexametyldisiloxáne (HMDO). Samotnej modiñkácii predchádzalo klimatízovanie vzoriek papiera (24 hodín pri teplote 23 i 22 °C RV 50 1 ). Následne boli Vzorky papiera opäť klimatizované (24 hodin pri teplote 23 22 °C RV 50 il ) a podrobené urýchlenému starnutiu V čase O, 3, 5, 10 a 15 dní podľa normy ASTM D 6819-02.Chemická modiñkácia kyslého drevitého papiera s pH 5,6 sa uskutočnila V laboratórnom reaktore látkou, ktorá sa pripravila zmiešaním 3,0 ml 4-amino-2,2,6,6-tetrametylpiperidinu a 100 m 1 známeho konzerVačného prípravku Papersave Swiss s účinným deacidiñkačnýun činidlom METE (etanolát titaničitohorečnatý V HMDO), pričom modifikačný roztok obsahoval práve 0,8 hmot. 4-amino-2,2,6,6-tetrametylpiperidínu V hexametyldisiloxáne (HMDO). Samotnej modiñkácii predchádzalo sušenie (24 hod. pri teplote 105 2 °C). Nasledovala modiñkácia moditikačným roztokom po dobu 1 hodiny. Po vypustení modifikačnejsústavy bolo prebytočne rozpúšťadlo (HMDO) odparené v dusíkovej atmosfére. Následne boli vzorky papiera klimatizované (24 hodín pri teplote 23 E 2 °C RV S 0 łl ) a podrobené urýchlenému starnutiu v čase O,3, 5, 10 a 15 dní podľa normy ASTM D 6819-02.Chemická modiñkácia kyslého drevitého papiera s pH 5,6 sa uskutočnila V laboratómom reaktore látkou, pozostávajúcou z modifikačného roztoku s 0,7 hmotn. 4-amino-2,2,Qő-tetrametylpiperidínom v hexametyldisiloxáne (HMDO), ktorý bol pridaný do známeho deacidiñkačného prípravku Bookkeeper (suspenzie oxidu horečnatého V periluóralkánoch s polyoxypériluórlakánovou kyselinou) V pomere 1 4. Samotnej modifikácii predchádzalo sušenie (24 hod. pri teplote 105 ł 2 °C). Nasledovala modiñkácia modiñkačným roztokom a suspenziou po dobu 1 hodiny. Po vypustení modifikačnej sústavy bolo prebytočné rozpúšťadlo(HMDO) odparené v dusíkovej atmosfére, Následne boli vzorky papiera klimatizované (24 hodín pri teplote 23 x 2 °C RV 50 il ) a podrobene urýchlenému starnutiu v čase 0, 3, 5, 10 a 15 dní podľa normy ASTM D 6819-02.Modifikácie. kyslého drevitého papiera s pH 5,6 bola uskutočnení za prítomnosti nanočastíc oxidu horečnatého a dolomitu (známy konzervačný prípravok Sobu), ktoré boli nanášané V prúde vzduchu sprejovaním a súčasne druhou tryskou bol nanášaný 3 hmot. roztok 4-arnino-2,2,6,6-tetrametylpiperidínu v hexametyldisiloxánu (HMDO), samotnej modifikácii predchádzalo klimatizovanie vzoriek papiera (24 hodín pri teplote 23 12 °C RV 5021 ). Následne boli vzorky papiera klimatizované (24 hodín pri teplote 23 12 °C RV 50 1 ) a podrobenć urýchlenému stamutiu v čase 0, 3, 5, 10 a 15 dní podľa normy ASTM D 6819-02.Faktor mechanickej trvanlivosti odolnosti proti prehýbaniuFaktor Iimitnćho trvanlivosti viskozitného pevnosti čísla v dotrhnutí SW SrsS - faktor mechanickej a chemickej trvanlivosti vzťahovaný k nemodiñkovanej kontrolnej vzorke (kontrola) Hodnota 5 nuuauzuř ĺš Suąkułroh ĺí 51 s uouuuu 1 SlJ/.konlroln lSledovali sa mechanické a chemické vlasmosti vyjadrené príslušným faktorom mechanickej a chemickej trvanlivosti vzťahovanej k nemodiñkovanej kontrolnej vzorke. Revitalizačný účinok prípravku bol zaznamenaný už po jeho samotnej aplikácii (príklad 1, 2, 3 a 4). Kombinácia navrhovaného prípravku s deacidifikačnou látkou priniesla výrazný nárast sledovaných faktorov v porovnani s príslušným komerčným deacidiñkačným postupom (príklad 6, 7 a 8).Prípravok podľa technického riešenia možno využívať na ošetrenie, revitalizáciu a konzervovanie starnutím znehodnotených výrobkov z papiera. Jedná sa o staré knihy, dokumenty a archívne písomnosti.

MPK / Značky

MPK: D21H 17/00

Značky: starého, prípravok, papiera, modifikáciu, chemickú

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/6-u5429-pripravok-na-chemicku-modifikaciu-stareho-papiera.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Prípravok na chemickú modifikáciu starého papiera</a>

Podobne patenty