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Assessing the Risks of Alkaline Damage During Deacidification Treatments of Oxidized Paper

2009; Routledge; Volume: 48; Issue: 3 Linguagem: Inglês

10.1179/019713612804514251

1945-2330

Catherine H. Stephens, Paul M. Whitmore, Hannah R. Morris, Theresa Smith,

Dyeing and Modifying Textile Fibers

AbstractAbstractThe sensitivity of oxidized cellulose to damaging beta-elimination reactions was studied to define safe pH conditions and treatment times beyond which damage from alkaline treatment may occur; whether damage caused by alkaline treatment was affected by the type or amount of oxidation was also investigated. Cotton paper was oxidized using UV-A radiation, a hydrogen peroxide solution, or a sodium metaperiodate solution. Following oxidation, samples were soaked at room temperature in carbon-dioxide–free calcium hydroxide baths, at pH 8.5, 10.0, or 12.5, for 20 or 60 minutes. Changes to the molecular weight of the cellulose as a function of the amount of oxidation, treatment bath pH, and treatment time, were monitored to understand which conditions cause degradation to occur. The UV-A and hydrogen peroxide oxidized samples, simulating naturally oxidized papers, showed minimal sensitivity to beta-elimination reactions in baths up to pH 10.0; slight degradation was observed during treatment at pH 12.5. By contrast, sodium metaperiodate oxidized samples, which did not mimic naturally oxidized papers, were markedly degraded in pH 10.0 and 12.5 baths, with more degradation occurring at higher pH. For the oxidized papers found to be sensitive to beta-elimination reactions, longer treatment times led to more degradation. TÍTULO—Avaliaçao dos riscos dos danos produzidos pela alcalinizaçao durante a desacidificaçao em tratamento de papéis oxidados RESUMO— Estudou-se a sensibilidade da celulose oxidada nas reaç oes danificadas de beta-eliminaçao a fim de se definirem as condiç oes seguras de pH e tempos de duraçao do tratamento depois dos quais poderiam ocorrer danos causados pela alcalinizaçao; investigou-se também se o dano causado pelo tratamento de alcalinizaçao foi afetado pelo tipo ou quantidade de oxidaçao presente. Papéis de algodao foram oxidados usando-se radiaçao UV-A , soluçao de per óxido de hidrogenio ou soluçao de metaperiodato de s ´odio. Ap ós a oxidaçao, amostras foram impregnadas em temperatura ambiente em banhos de hidr óxido de ćalcio livres de di óoxido de carbono, com pH=8,5, 10 ou 12,5 durante 20 ou 60 minutos. As mudanças do peso molecular da celulose foram monitoradas para se entender quais foram as condiçoes que levaram à degradaçao em funçao da quantidade de oxidaçao presente, o pH do banho do tratamento e o tempo do tratamento. As amostras oxidadas com UV-A e com per óxido de hidrogenio, as quais simulavam paéis oxidados naturalmente, mostraram uma sensibilidade mınima às reaç oes de beta-eliminaçao em banhos com um pH de até 10; observou-se uma pequena degradaçao durante o tratamento com um pH de 12,5. Em contrapartida, as amostras oxidadas com metaperiodato de s ódio, que nao simulavam papéis oxidados naturalmente, sofreram degradaçao acentuada em banhos com pH=10 e 12,5, havendo maior degradaçao com pH mais altos. No caso dos paéis oxidados considerados sensıveis às reaç oes de beta-eliminaçao, os tratamentos mais longos acarretaram maiores degradaç;oes.The sensitivity of oxidized cellulose to damaging beta-elimination reactions was studied to define safe pH conditions and treatment times beyond which damage from alkaline treatment may occur; whether damage caused by alkaline treatment was affected by the type or amount of oxidation was also investigated. Cotton paper was oxidized using UV-A radiation, a hydrogen peroxide solution, or a sodium metaperiodate solution. Following oxidation, samples were soaked at room temperature in carbon-dioxide–free calcium hydroxide baths, at pH 8.5, 10.0, or 12.5, for 20 or 60 minutes. Changes to the molecular weight of the cellulose as a function of the amount of oxidation, treatment bath pH, and treatment time, were monitored to understand which conditions cause degradation to occur. The UV-A and hydrogen peroxide oxidized samples, simulating naturally oxidized papers, showed minimal sensitivity to beta-elimination reactions in baths up to pH 10.0; slight degradation was observed during treatment at pH 12.5. By contrast, sodium metaperiodate oxidized samples, which did not mimic naturally oxidized papers, were markedly degraded in pH 10.0 and 12.5 baths, with more degradation occurring at higher pH. For the oxidized papers found to be sensitive to beta-elimination reactions, longer treatment times led to more degradation. TITRE—L'évaluation des risques de dommages dus à l'alcalinité lors des traitements de désacidification du papier oxydé RÉSUMÉ —La sensibilité de la cellulose oxydée aux réactions préjudiciables de beta´elimination a été étudiée afin de définir les niveaux de pH et les temps de traitement au delà desquels des dommages causés par le traitement alcalin peuvent se produire. On a également étudié si ces dommages étaient affectés par le type ou le degré d'oxydation. Des échantillons de papier coton ont été oxydés soit par les rayons ultraviolets A, soit par une solution de peroxyde d'hydrogèene, ou encore par une solution de métaperiodate de sodium. Aprèes oxydation, les échantillons ont été plongés pendant 20 ou 60 minutes dans des bains à température ambiante d'hydroxyde de calcium ne contenant pas de dioxyde de carbone et dont le pH était égal à 8,5, 10, ou 12,5. Les changements dans le poids moléculaire de la cellulose en fonction de la quantité d'oxydation, le pH du bain de traitement et le temps de traitement ont été considérés afin d'identifier les conditions qui favorisent la dégradation. Les échantillons oxydés par les rayons ultraviolets A et le peroxyde d'hydrogène, simulant les papiers naturellement oxdyés, ont montré une sensibilité minimale aux réactions de beta-élimination dans les bains jusqu'à un pH aussi élevé que 10 ; on a observé une léère dégradation pendant le traitement à un pH de 12,5. Par contre, les échantillons oxydés par le métaperiodate de sodium, qui ne simulaient pas les papiers naturellement oxydés, ont été nettement dégradés dans les bains à un pH de 10 ou 12,5 avec plus de dégradation se produisant à un pH plus élevé. Pour les papiers oxydées sensibles aux réactions de beta-élimination, de plus longs temps de traitement ont causée plus de dégradation. TITULO—Evaluaci ón de riesgos de los da nos producidos por la alcalinizaci ´on el el tratamiento de papeles oxidados RESUMEN—Se estudi ó la sensibilidad de la celulosa oxidada hacia las reacciones da ninas de beta-eliminaci ón para definir las condiciones seguras de pH y tiempo de duraci ón del tratamiento más alláa de las cuales pudieran ocurrir da nos por el tratamiento de alcalinizaci ón; igualmente se investig ó si el da no causado por el tratamiento de alcalinizaci ´on es afectado por el tipo o cantidad de oxidaci ón presente. Se oxidaron papeles de algod ón usando radiaciones UVA, una soluci ón de per óxido de hidr ógeno, o una soluci ón de metaperiodato de sodio. Posterior a la oxidaci ón, las muestras fueron impregnadas, a temperatura ambiente, en ba nos de hidr óxido de calcio libres de di óxido de carbono, con pH 8.5, 10.0, ó 12.5, durante 20 ó 60 minutos. Los cambios del peso molecular de la celulosa fueron monitoreados para entender cuales condiciones llevaron a la degradaci ón en funci ón a la cantidad de oxidaci ón presente, el pH del ba no del tratamiento, y el tiempo del tratamiento. Las muestras oxidadas con UV-A y con per óxido de hidr ógeno, que simulaban papeles oxidados de manera natural, mostraron una sensibilidad mınima a las reacciones de beta-eliminaci ón en ba nos de hasta un pH 10.0; una peque na degradaci ón se observ ó durante el tratamiento a un pH 12.5. Por contraste, las muestras oxidadas con metaperiodato de sodio, que no simulaban papeles oxidados de manera natural, fueron marcadamente degradadas en ba nos con pH 10.0 y 12.5, ocurriendo mayor degradaci ón a pH superiores. En el caso de los papeles oxidados que se determinaron ser sensibles a las reacciones de beta-eliminaci ón, los tratamientos que tomaron más tiempo llevaron a mayores degradaciones.