Cellulose Aging as Key Process of Paper Destruction

• Autorzy: Milichovsky M , Češek B , Filipi M , Gojný J

Warianty tytułu

PL

Starzenie celulozy jako kluczowy proces w degradacji papieru

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The hypothetical mechanism of degradation and destruction of cellulose aging process during its acid oxidation process under the influence of air pollution is presented. The kinetics and mechanism of depolymerisation during nitroxidemediated oxidation of native cellulose was studied under various conditions. Physical heterogeneity of the native cellulose and its complicated hypermolecular and supramolecular structure exerts a marked influence upon the kinetics of oxidation and depolymerisation of cellulose. The feasibility of using the same StaudingerMark-Houwink equation to calculate the degree of polymerization of cellulose and the degree of polymerization of oxidized cellulose is demonstrated. It was shown also a strong influence of the external tension application on cellulose gauze reactivity during its oxidation from reason of its complicated hypermolecular structure. By application of external tension during selective oxidation of native cellulose were obtained cellouronic acids with higher carboxyl groups content but also lower of its intrinsic viscosity. The mathematical model – so-called DPpeeling off model - was derived to describe the kinetics of cellulose depolymerisation in full extent of experimental data. Newly defined analytical parameters evaluated with UV-VIS spectroscopy for determination of quality oxidized cellulose (OC) are described. New quality parameters for characterisation of oxidized cellulose as the parameter characterising the polydispersity in OC samples, the content of free glucuronic acid in OC, the share of COOH groups in OC and the content of destabilizing components in OC are shown. It allowed us to study and describe a mechanism of degradation processes during an acid oxidation of cellulose followed by its further destruction in water medium.

PL

W artykule przedstawiono hipotetyczny mechanizm procesu starzenia celulozy w wyniku utleniania w środowisku kwaśnym pod wpływem zanieczyszczeń zawartych w otaczającym powietrzu. Wykonano badania kinetyki depolimeryzacji celulozy rodzimej w obecności tlenków azotu. Niejednorodność celulozy rodzimej pod względem fizycznym oraz jej złożona struktura nadcząsteczkowa i supramolekularna wywierają znaczny wpływ na kinetykę utleniania i depolimeryzacji. Wykazano, że do obliczania stopnia polimeryzacji celulozy oraz celulozy utlenionej można wykorzystywać to samo równanie StaudingeraMarka-Houwinka. Stwierdzono, że przyłożenie zewnętrznego naprężenia wywiera znaczny wpływ na reaktywność gazy celulozowej podczas jej utleniania, co wynika z jej złożonej struktury nadczasteczkowej. W wyniku przyłożenia zewnętrznego naprężenia podczas selektywnego utleniania celulozy rodzimej otrzymano kwasy uronowe o wyższej zawartości grup karboksylowych i równocześnie niższej lepkości istotnej. Stworzono model matematyczny tzw. DP-peeling off model pozwalajacy na opisanie kinetyki depolimeryzacji celulozy w pełnym zakresie danych doświadczalnych. Zdefiniowano parametry analityczne oznaczane za pomocą spektroskopii UV-VIS w celu oceny jakości celulozy utlenionej (OC). Opisano także nowe parametry jakościowe do charakteryzowania celulozy utlenionej oraz wskazujące na polidyspersyjność próbek celulozy utlenionej, zawartości wolnych kwasów glukuronowych, zawartości grup karboksylowych oraz składników destabilizujących. Umożliwiło to zbadanie i opisanie mechanizmów procesu degradacji podczas utleniania celulozy w środowisku kwaśnym, po której następuje dalszy rozpad w środowisku wodnym.

Słowa kluczowe

EN

cellulose; oxidizing; nitrogen oxides; paper; aging

PL

celuloza; utlenianie; tlenki azotu; papier; starzenie

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Papierniczy
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 69, nr 5
• Strony: 291--298
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz.

Twórcy

autor

Milichovsky M

autor

Češek B

autor

Filipi M

autor

Gojný J

Bibliografia

• 1. Becker K.H.: “Atmospheric Pollution by Photooxidants over Europe”, 5th CEC - European Symposium Proceedings, Munich 1993.
• 2. M. Milichovsky, Br. Češek, Fr. Potůček, T. Sopuch, P. Havelka: „New Knowledge of Cellulose Aging”, Proceedings of PROGRESS 08, 16th International Papermaking Conference, 24-26 September, Cracow 2008.
• 3. Milichovská Sv., Milichovský M.: „Degradace a rozpad celulózy – hlavní příčina stárnutí celulózových materiálů. Nové poznatky v oxidaci a degradaci (destrukci) celulózy“, Sborník referátů XIII . Seminář restaurátorů a historiků, 333-343, Národníarchiv ČR, Třeboň 2006.
• 4. Milichovský M., Milichovská Sv.: „New Knowledge of Cellulose Aging Determinations by Help of Method UV-VIS Spectroscopy in Cadoxen Solutions“, 7th International Symposium „C hosen Processes at the Wood Processing“, No. 29, September 12-14, Slovakia, Banska Štiavnica 2007.
• 5. Milichovsky M., Sopuch T., Richter J., Havelka P., Milichovská Sv.: „Acid hydrolyses during selective nitroxide-mediated oxidation of native cellulose“, 3th International Conference Polysacharidy/ Polysaccharides, ČSCH , November 16, CR, Praha 2007.
• 6. Domin P., Nesladek I., Milichovský M., Češek Bř., Potůček Fr.: “Challenges of Moulded Fibre Production”, In Proc. of EUCEPA supported International Symposium „Challenges of Pulp and Papermaking Technology”, November 8 – 10, Bratislava 2006.
• 7. Potůček, F., Češek, B., Domin, P., Milichovský, M.: “Stiffness of Moulded Fibre Products”, Cellul. Chem. Technol. 41, 4-6, 277-281 (2007).
• 8. Milichovsky M., Sopuch T., Richter J.: „Depolymerization during nitroxide- mediated oxidation of native cellulose”, J. Applied Polymer Sci. 106, 3641-3647 (2007), Published Online by Wiley Company, DOI 10.1002/app.24540.
• 9. Milichovsky M., Milichovska Sv.: „Characterization of Oxidized Cellulose by using UV-VIS Spectroscopy”, J. Applied Polymer Sci. 107, 2045-52 (2008).
• 10. Evtuguin,D.V., Daniel A.I.D., Neto P.: “Determination of Hexenuronic Acid and Residual Lignin in Pulps by UV Spectroscopy in Cadoxen Solutions”, J. Pulp Paper Sci. 28, 189-192 (2002).
• 11. Milichovský M., Češek Bř., Milichovska Sv.: „Aging and Recycling of Lignocellulosic Materials”, 8th International Symposium „Selected Processes at the Wood Processing“, p. 40-41, September 9-11, Štúrovo 2009.