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Restaurator. International Journal for the Preservation of Library and Archival Material

Editor-in-Chief: Eyb-Green, Sigrid / Henniges, Ute

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ISSN
1865-8431
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Volume 31, Issue 1 (Jan 2010)

Issues

Changes in the Crystallinity of Cellulose in Response to Changes in Relative Humidity and Acid Treatment

Mark Sandy / Andrew Manning / Fabrice Bollet
Published Online: 2010-04-12 | DOI: https://doi.org/10.1515/rest.2010.001

Abstract

This paper considers the crystallinity of cellulose as a factor to be considered when investigating the degradation of cellulosic fibres in cultural artefacts and the interpretation of the results of accelerated ageing experiments on cellulosic materials. The effect of acidity and resulting reduction of degree of polymerization on cellulose crystallinity is discussed. Measurements of crystallinity of three different cellulosic materials – cotton linter chromatography paper, woodpulp paper and raffia – are reported for untreated samples and samples which were subjected to different combinations of accelerated thermal ageing and conditions of relative humidity. Some sample groups were pretreated by exposure to hydrochloric acid. Crystallinity indexes for all three materials were measured using X-Ray Diffraction. The crystallinity index of the chromatography paper was also measured using FTIR spectroscopy. The results obtained suggest that pre-treatment with acid combined with accelerated thermal ageing under conditions of cycling relative humidity resulted in a significant increase in the crystallinity index of the cotton linter chromatography paper.

Zusammenfassung

In diesem Beitrag wird die Kristallinität von Cellulose als Faktor vorgestellt, der beim Abbau von Cellulosefasern in historischen Dokumenten sowie bei der Interpretation von Resultaten aus künstlichen Alterungsexperimenten von Bedeutung ist. Die Einwirkung von sauren Verbindungen auf Cellulose und der daraus resultierende Abfall des Polymerisationsgrads auf die Kristallinität von Cellulose werden diskutiert. Es wurden Untersuchungen der Kristallinität von drei verschiedenen Materialien auf Cellulosebasis durchgeführt – Baumwoll Linters, Chromatographiepapier, Zellstoff-papier und Raffia. Daten für die unbehandelten Probematerialien und der Proben, die einer beschleunigten thermischen Alterung unter unterschiedlicher relativer Feuchte in verschiedener Kombination unterzogen wurden, sing angeführt. Ein Teil des Probenmaterials wurde in einer Vorbehandlung Salzsäure ausgesetzt. Die Kristallinität wurde bei allen Materialien mittels Röntgendigfraktion bestimmt, im Fall des Chromatographiepapiers zusätzlich mittels FTIR-Spektroskopie. Aus den Resultaten lässt sich schließen, dass die Einwirkung von Salzsäure bei anschließender künstlicher Alterung mit zyklisch-schwankender relativer Feuchte im Fall des Chromatographiepapiers und des Baumwoll Linters einen signifikanten Anstieg der Kristallinität verursacht.

Résumé

Ce papier considère que la cristallinité de la molécule de cellulose combinée à l'acidité environnante comme accélérant dans le déclin de la polymérisation des cellules cristallines, favorisent la dégradation des fibres brutes trouvées dans les artefacts culturels. Ces arguments seront prouvés à travers une série de tests sur plusieurs échantillons de matériaux cellulosiques : le papier chromatographique en coton linter, le papier élaboré à partir de la pulpe de bois et un échantillon de raphia. Certains spécimens seront mesurés lorsque non-traités, d'autres après avoir été exposés à des combinaisons de vieillissements thermique et de variations dans les conditions d'humidités relatives; certains ont été également préalablement traités à l'acide chlorhydrique. L'Indice de cristallinité présente de ces échantillons fut ensuite calculé par diffraction des rayons X. Le papier chromatographique en coton linter fut également soumis a un calcule par Spectroscopie Fourier Infrarouge; les résultats obtenus suggèrent qu'un traitement à l'acide combiné à un vieillissement artificiel thermique placé dans une relative humidité cyclée donne lieu à un accroissement de l'indice de cristallinité dans le papier chromatographique en coton linter.

About the article

Camberwell College of Arts – University of the Arts London, Wilson Road, London SE5 8LU, United Kingdom. Mail:


Received: 2009-04-01

Revised: 2009-07-24

Published Online: 2010-04-12

Published in Print: 2010-01-01


Citation Information: Restaurator, ISSN (Online) 1865-8431, ISSN (Print) 0034-5806, DOI: https://doi.org/10.1515/rest.2010.001.

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[1]
Eva Menart, Gerrit De Bruin, and Matija Strlič
Polymer Degradation and Stability, 2011, Volume 96, Number 12, Page 2029

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