Ochrana textilií proti působení kyselin v plynném prostředí
Bakalářská práce
Studijní program: B3107 – Textil
Studijní obor: 3107R007 – Textilní marketing Autor práce: Pavla Bažantová
Vedoucí práce: prof. Ing. Jakub Wiener, Ph.D.
Liberec 2018
Protection for Textiles against Acids in Gaseous Environments
Bachelor thesis
Study programme: B3107 – Textil
Study branch: 3107R007 – Textile marketing - textile marketing
Author: Pavla Bažantová
Supervisor: prof. Ing. Jakub Wiener, Ph.D.
Liberec 2018
Prohlášení
Byla jsem seznámena s tím, že na mou bakalářskou práci se plně vzta- huje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.
Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé bakalářské práce pro vnitřní potřebu TUL.
Užiji-li bakalářskou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědoma povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto pří- padě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vyna- ložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.
Bakalářskou práci jsem vypracovala samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím mé bakalářské práce a konzultantem.
Současně čestně prohlašuji, že tištěná verze práce se shoduje s elek- tronickou verzí, vloženou do IS STAG.
Datum:
Podpis:
Poděkování
Ráda bych touto cestou vyjádřila poděkování panu profesorovi Jakubu Wienerovi za jeho cenné rady a trpělivost při vedení mé bakalářské práce.
Dále bych chtěla poděkovat své rodině a přátelům za podporu.
Anotace
Bakalářská práce je zaměřena na navrhnutí a realizování metody, díky které bude testována odolnost bavlněných tkaniny proti působení kyselých par v plynném prostředí. Na bavlněné tkaniny bude nanesen uhličitan vápenatý jako alkalická rezerva spolu s lepidlem v různých koncentracích a bude se sledovat vliv kyselých par.
Klíčová slova: bavlněné tkaniny, kyselé páry, plynné prostředí, uhličitan vápenatý, alkalická rezerva
Annotation
Bachelor thesis focuses on the design and implementation of the method which tests resistance of cotton fabrics to acids in gaseous environments. Cotton fabric is coated with calcium carbonate as an alkaline reserve together with adhesives in different concentrations. The influence of acid on mechanical properties of prepared samples is experimentally monitored.
Keywords: cotton fabrics, acidic steam, gaseous environments, calcium carbonate, alkaline reserve
8
Obsah
Úvod ... 12
1 Teoretická část ... 13
1.1 Bavlna ... 13
1.1.1 Struktura bavlněného vlákna ... 13
1.1.2 Chemická struktura bavlny ... 14
1.1.2.1 Chemické reakce celulózy ... 15
1.1.3 Hydrolýza ... 15
1.1.4 Využití bavlny ... 15
1.2 Materiály používané v knihařství ... 16
1.2.1 Vývoj knihy ... 17
1.2.2 Knihařská plátna ... 17
1.2.3 Potahové textilie ... 18
1.2.4 Lepidla ... 19
1.2.4.1 Lepidla v knihařství ... 20
1.2.4.2 Disperzní lepidla ... 20
1.2.5 Papír ... 21
1.2.5.1 Mechanické vlastnosti ... 21
1.2.5.2 Vlhkost ... 22
1.2.5.3 Klížení ... 22
1.2.5.4 Klíženích starších dokumentů ... 22
1.2.5.5 Doplňování chybějících částí papíru ... 22
1.3 Kyselé poškození ... 23
1.3.1 Určování kyselosti ... 24
1.3.1.1 Mědné číslo ... 24
1.3.2 Vznik a migrace kyselosti ... 24
9
1.3.3 Nejvíce ohrožené archivní dokumenty ... 25
1.3.4 Alkalická rezerva ... 26
1.3.5 Odkyselování papíru ... 26
1.3.5.1 Neutralizace ... 27
1.3.5.2 Chemická činidla ... 27
1.3.6 Testy ... 28
1.3.6.1 Kyselina šťavelová a papír ... 28
1.3.6.2 Odkyselovací proces ... 28
2 Praktická část ... 30
2.1 Použitá textilie ... 30
2.2 Měření vlastností bavlněných tkanin ... 32
2.3 Návrh metody, příprava zkumavky ... 34
2.4 Testování vlivu kyselin v plynném prostředí na textilii ... 35
2.5 Výběr lepidel a stanovení sušiny ... 39
2.6 Příprava dolomitu jako alkalické rezervy ... 40
2.7 Dávkování dolomitu a lepidla ... 42
2.8 Vyhodnocování odolnosti bavlněných tkanin ... 44
Závěr ... 49
Seznam obrázků, tabulek a příloh ... 51
Citovaná literatura: ... 53
Příloha 1: Naměřená data bavlněných tkanin z trhačky ... 58
Příloha 2: Stanovení sušiny lepidel při 105°C ... 58
Příloha 3: Měření mechanických vlastností bavlněných tkanin bez působení HCl - Akrylep 545x1 ... 58
Příloha 4: Měření mechanických vlastností bavlněných tkanin s působením HCl - Akrylep 545x1 ... 59
10
Příloha 5: Měření mechanických vlastností bavlněných tkanin bez působení HCl - Planatol Elasta ... 59
Příloha 6: Měření mechanických vlastností bavlněných tkanin s působením HCl - Planatol Elasta ... 59
Příloha 7: Měření mechanických vlastností bavlněných tkanin bez působení HCl - Akrylep 545x2 ... 60
Příloha 8: Měření mechanických vlastností bavlněných tkanin s působením HCl - Akrylep 545x2 ... 60
11
Seznam symbolů a zkratek
Zkratky:
a.s. akciová společnost
s.r.o. společnost s ručením omezeným Pet. miska Petriho miska
Jednotky
mm, µm milimetr, mikrometr
cm centimetr
ml mililitr
°C stupeň Celsia
% procento
g gram
s sekunda
N Newton
MPa megapascal
m2 metr čtverečný
mm/min milimetr za minutu
12
Úvod
Bavlna (celulóza), která se využívá vedle výroby textilií také k výrobě papíru, je často vystavena kyselým parám, které poškozují její mechanické vlastnosti. Tyto kyselé páry, které vytvářejí kyselé prostředí, jsou bavlnou absorbovány ze vzduchu.
Vliv kyselého prostředí na bavlnu a celulózu obecně můžeme pozorovat v knihovnách nebo v muzeích, kde je skladováno velké množství knih.
Tato práce je rozdělena na dvě hlavní části – teoretickou a praktickou. Teoretická část práce je zaměřena na charakteristiku bavlny, protože v praktické části bude využita právě bavlněná tkanina k experimentu. Bavlna se využívá také v knihařství, kde se na bavlněnou tkaninu často nanáší lepidlo a i s lepidlem je vystavena kyselému prostředí, kterému musí odolávat. Poslední kapitola teoretické části je zaměřena na kyselé poškození, které způsobuje destrukci vláken. Praktická část je zaměřena na testování bavlněné tkaniny s naneseným lepidlem a dolomitem v různých koncentracích. Po nanesení směsi dolomitu s lepidlem na bavlnu bude bavlněná tkanina vystavena vlivu kyselých par. Závěrem praktické části je zhodnocení a diskuze o vlivu dolomitu jako alkalické rezervy a doporučení nejlepšího lepidla z testovaných lepidel.
Cílem této práce je navrhnout a zrealizovat metodu, díky které bude prozkoumána odolnost bavlněných tkanin proti působení kyselých par. Tato metoda bude použita k otestování bavlněných tkanin s lepidlem a takzvanou alkalickou rezervou.
13
1 Teoretická část
V závislosti na cíli práce je v teoretické části potřeba charakterizovat bavlnu, jako celulózové vlákno. Celulózová vlákna jsou často využívána v knihařství, a proto je druhá kapitola věnována knihařství. Třetí kapitola se bude věnovat kyselému poškození, protože v knihařství, kde jsou celulózová vlákna skladována, dochází k jejich poškození.
1.1 Bavlna
Již ve středověku byla bavlna využívána jako textilní surovina. Nyní se pěstuje v mnoha oblastech na Zemi. Tyto oblasti se mezi sebou liší převážně kvalitou vypěstované bavlny [1]. Kvalita se určuje podle toho, jak jsou bavlněná vlákna dlouhá a tenká. Bavlněná vlákna se získávají ze semene bavlníku a ten potřebuje ke svému růstu hlavně teplo, vlhko a písčitou půdu. Mezi nejkvalitnější a nejdražší patří například bavlna egyptská. Vlákna bavlny egyptské dosahují délky mezi 25 a 65 mm. [2]
Vlákna jsou různě zralá. Již na omak by mělo jít poznat, jestli je bavlna zralá nebo nezralá. Zralá vlákna jsou typická svojí hutností a zároveň také pružností. U nezralých vláken chybí bavlně pružnost a na omak je měkká [3]. Zhoršují se také mechanické vlastnosti a lesk. Díky barvicím zkouškám, bobtnání v louhu nebo pozorování bavlněných vláken v mikroskopu lze určit, jestli se jedná o bavlněná vlákna zralá nebo nezralá. [1]
1.1.1 Struktura bavlněného vlákna
Bavlněné vlákno patří mezi vlákna jednobuněčná a najdeme ho na pokožce semene. Pokožka nebo také epidermis je velice důležitá, protože hraje významnou roli ve vývinu vlákna [3]. Vlákna rostou nejdříve do délky a až pak se rozšiřují. Vlákno, které vyroste do délky, vypadá jako dlouhá hadice, která má ale velmi tenkou stěnu a je úzká.
Na povrchu vlákna lze najít také tenkou primární stěnu, která je velmi pevná a nazývá se kutikula. Když vlákno přestane růst do délky a začne se rozšiřovat, objeví se sekundární (celulózová) stěna. Stěna sekundární se ukládá na vnitřní straně stěny primární vrstevnatě.
Vrstvy jsou považovány za lamely z útvarů celulózy, které jsou uspořádaná mřížkovitě.
[1]
14
Pod mikroskopem najdeme u bavlněných vláken na jedné straně stopy po odtržení pokožky od semene a na druhé končí vlákna hrotem. Vlákna jsou zkroucená a právě zákruty, tedy jejich počet, jsou považovány do jisté míry za určení zralosti vlákna [1].
U bavlněných vláken jsou pod mikroskopem pozorovatelná bavlněná vlákna ve tvaru zkroucené stužky. (obrázek 1) V příčném řezu mají vlákna tvar ledvinový. [3]
Obrázek 1: Bavlněná vlákna pod mikroskopem [4]
1.1.2 Chemická struktura bavlny
Z chemického hlediska lze označit jak přírodní, tak syntetická vlákna za polymery. Polymer je složen z opakujících se jednotek, které se nazývají monomery.
Bavlna jako celulóza patří mezi přírodní polymery. [5]
Bavlnu tvoří z 94 % celulóza a zbytek jsou různé nečistoty, kterých sice není mnoho, ale i tak mají velký vliv na vlastnosti a na vzhled vláken [2]. Celulóza (obrázek 2) patří mezi polysacharidy a obsahuje 44,44 % uhlíku, 6,17 % vodíku, a také 49,39 % kyslíku. Náleží jí vzorec (C6H10O5)n [1]. Celulóza je tvořena z β-D-glukopyranózy, která je považována za základní stavební jednotku. Vyšší jednotka celulózy je celobióza disacharid, která vzniká spojením glykosidickou vazbou ze dvou β-D-glukopyranóz v polohách 1,4. Pokud se řetězec dále prodlužuje, vzniká makromolekula celulózy. [6]
Obrázek 2: Vzorec celulózy [7]
15
Obrázek 3:Vliv hydrolýzy na celulózu [7]
1.1.2.1 Chemické reakce celulózy
Bavlněná vlákna jsou mnohdy vystavena chemickým reakcím, která můžou poškodit mechanické vlastnosti vláken. Mezí hlavní činitele, kteří ohrožují bavlněná vlákna, lze zařadit hlavně kyseliny, alkálie nebo oxidační činidla. [2]
1.1.3 Hydrolýza
Kyseliny mají největší destruktivní účinek na celulózu [2]. Působením kyselin se vytváří kyselé prostředí a dochází k hydrolýze, tedy k rozkladu glykosidických vazeb za pomoci vody. Díky hydrolýze dojde k okamžitému zkracování polymerního řetězce, a to způsobí změnu tahové síly. Hydrolýza probíhá ve třech fázích. První fáze nastává, když začne reagovat katalyzovaný vodíkový kationt s atomem kyslíku glykosidické vazby.
Díky tomuto procesu vznikne konjugovaná kyselina. Následuje fáze druhá, která je velice pomalá. Ve druhé fázi dochází díky přítomnosti molekuly vody ke krácení polymerního řetězce. Ve třetí fázi dojde k opětovnému uvolnění vodíkového kationtu. [6]
Celulóza je tedy rozkládána na nižší polysacharidy, někdy až na glukózu, což se projeví snížením tahové síly (obrázek 3) [1].
1.1.4 Využití bavlny
Bavlna se využívá nejvíce v textilním průmyslu. Dále se pak jako bytová textilie používá například v domácnosti. V textilním průmyslu najdeme bavlnu ve všech typech oblečení, nejvíce se ale bavlněná vlákna používají jako materiál k výrobě spodního prádla a k výrobě džín. Jako bytová textilie se bavlna využívá k výrobě záclon, obyčejných přehozů, které se přehazují přes sedačku nebo k výrobě ručníku do koupelny. [8]
16
Bavlna je využívána také jako materiál k výrobě povlečení. Bavlna je využívána také ve zdravotních potřebách, nebo například v knihařství. [8]
Dá se říci, že bavlna patří mezi nejrozšířenější textilní materiály a je využívána v mnoha odvětvích. Bavlna je využívána také v knihařství, kde celulóza stárne, protože je zde uložena po delší dobu. Působením kyselin dochází k hydrolýze a destrukci vláken.
1.2 Materiály používané v knihařství
Před vznikem knihy se používalo mnoho způsobů ke sdělování informací.
Začínalo se u kamenů, kusů dřeva nebo u hliněných destičky. Později se začala využívat ke sdělování informací kůže, která podobou připomínala pergamen. V přírodních oblastech byl využíván šáchor, tedy papyrus. [9]
Až v období gotiky byl pergamen nahrazován papírem, a to kvůli vzrůstající produkci knih. Papír byl využit tam, kde se jednalo o krátkodobé užití, protože byl lacinější. Papír tedy nedokázal nahradit pergamen. Až při vynálezu knihtisku došlo k nahrazení pergamenu. [6]
Výběr materiálu je pro výrobu knih velice důležitý, protože ovlivňuje živostnost knihy. Bavlna nebo len patří mezi oblíbená a běžně užívaná knihařská plátna, která se začala vyrábět v 19 století. [10]
17 1.2.1 Vývoj knihy
První knihou byla kniha svitková, (obrázek 4) která vznikla za účelem sjednocení spisu a jako ochrana pro písmo. Základem této knihy byl papyrus nebo pergamen, a ten byl slepován do pásů a namotán do svitků. Svitky byly navíjeny na dvě tyče a ty se při čtení odhrnovaly od sebe a tím vznikla kniha svitková. [9]
Obrázek 4: Svitková forma knihy [10]
Náhradou knihy svitkové byla kniha kodexová (obrázek 5). Kodexová kniha je kniha, která je tvořena listy papyru, pergamenu nebo papíru. Knihy jsou chráněny z vnější strany deskami, které jsou buď ze dřeva, nebo papíru. Jedná se o takové knihy, které jsou využívány do dnešní doby. Knižní vazba byla často měněna a měla mnoho podob.
Svitkové knihy byly používány až do 19. století, poté byly nahrazeny knihami kodexovými. [6]
Obrázek 5: Kodexová forma knihy [10]
1.2.2 Knihařská plátna
Knihařské plátno jako potahové textilie se začalo využívat v 19. století, v Anglii, kdy se začala rozvíjet mechanizace textilní výroby [9]. Vazby byly potahovány buď plátnem nebo také papírem [6]. Plátna knihařská slouží jako potahový materiál na knižní desky. Tato plátna jsou využívána při vytváření vazby u průmyslově vyráběných knih.
Jedná se o plátno, které se vyznačuje dobrou pevností a potřebnou trvanlivostí. K výrobě plátna se využívá bavlna nebo směsová tkanina [9]. Toto plátno je upraveno apretací, tedy zátěrem. Zátěr může být jak škrobový, tak na bázi vodních disperzí. [13]
18
Díky nanesené apretaci je knihařskému plátnu zaručena nepropustnost. Plátno ale stále zůstává pružné a pevné. Knihařská plátna (obrázek 6), by si také měla zachovat rozměrovou stálost po zátěru. [13]
Obrázek 6: Knihařská plátna různého druhu [11]
Knihařská plátna podle způsobu úpravy:
plátna zatíraná z obou stran, povrch mají ražený,
plátna zatíraná z obou stran, povrch mají hladký,
plátna zatíraná z rubové strany, mající matný povrch vazby,
plátna zatíraná na lícní straně, mající prosvítající vazbu tkaniny,
plátna zatíraná z rubové strany.
Dále sem patří také plátna speciální, řezná nebo Krypton, která mají nátěr na rubové straně. Na lícní straně se využívají efekty přízí. [9]
1.2.3 Potahové textilie
Knihaři si materiál na potah kupovali například od koželuhů nebo výrobců pergamenu. Mnohdy si ale pergamen vyráběli sami a koupenou kůži barevně upravovali.
[9]
Například v renesanci byla nejčastějším potahovým materiálem teletina, která byla díky svému hladkému povrchu výborným podkladem. [6]
19
Ke konci 16. století byl nejčastěji využíván jako potahový materiál pergamen a to teletinový nebo kozinový. Tento pergamen byl podlepován po celé ploše papírem.
Později bylo využíváno knihařské plátno jako potahová textilie. [6]
Spolu s knihařským plátnem jako potahovým materiálem na desky knih byl používán v menší míře i papír, který sloužil jako potahový materiál. Papír musel mít dobrou pevnost, pružnost, a také barevnou stálost. Byl povrchově upravován a to například lakováním nebo potiskem. V dnešní době se využívá jako potahový materiál papír, který je z hlediska nákladů levnější a z hlediska reklamy efektivní. Knihařská plátna jsou dražší a jsou využívána spíše pro luxusnější knihy. [13]
1.2.4 Lepidla
Lepidlo se ve většině případů volí podle toho, na co bude použito a jakým reakcím bude vystaveno. Působí na něj totiž různé chemické vlivy, je mechanicky namáháno, a také je vystaveno vlhkosti. Mezi jedna z nejstarších lepidel lze zařadit lepidla škrobová, tedy rostlinná, a různé druhy klihů, které patří mezi lepidla živočišná. Podle chemické reakce lze lepidla rozdělit na lepidla kyselá, kam patří například kostní klih, dále na lepidla zásaditá, kam patří lepidla rostlinná a na lepidla neutrální. Jejich zařazení znamená, že v tomto prostředí mají největší lepivost. [14]
Lepidla jsou schopna spojovat dva nebo více materiálů k sobě a tím vytvoří mezi těmito materiály určitou pevnost. Jedná se o spojení makromolekulárních látek.
Neobsahují pouze lepicí složku, ale také kyseliny, zásady, rozpouštědla a další pomocné látky. [14]
Chemické síly spolu se silami fyzikálními, které poutají částice lepeného materiálu, se nazývají adheze. Lepidlo se proto často označuje jako adhezivum.
Viskozitou je označováno zejména tření kapalin v lepidle, které má vliv na vlhkost molekul. Vazkost je lepivost. Kvalitu lepidla ovlivňuje také koheze, což je souhrn všech síly, které jsou v látce uvnitř. [8]
20 1.2.4.1 Lepidla v knihařství
Lepidla jsou rozdělena na rostlinná, živočišná a syntetická. Mezi nejstarší lepidla v knihařství patří lepidla živočišná, která jsou získávána z kostí, kůží a z rybích šupin.
Mezi velice používaná lepidla patří lepidla rostlinná nebo také škrobová. Základní jednotkou je zde škrob, který se nachází v bramborách, pšenici nebo rýži. Třetí skupinu tvoří lepidla syntetická, která vznikla později díky technologickému pokroku a jsou dnes využívána například při vazbě knih. Tato lepidla se dále dělí na lepidla tavná, roztoková a disperzní lepidla. [9]
Lepení, ať už lepení kousků papíru nebo lepení s jinými materiály, tvoří základ ošetření knih. Využívá se také při tvorbě knižní vazby [6]. Lepidlo, které je použito na papír, může být jak rostlinné, tak syntetické. [14]
Výběr lepidel záleží na tom, jestli jsou materiály savé nebo nesavé. Dřevo a papír, materiály, které jsou používané v knihařství, patří mezi savé materiály, a proto lze očekávat větší nároky na lepidlo. [15]
U papíru jsou použita nejčastěji lepidla:
disperzní,
klihová,
škrobová,
vodní sklo,
dextrin. [15]
1.2.4.2 Disperzní lepidla
Disperze znamená, že polymer je smísen s vodou, ale není v ní rozpuštěn. Dochází pouze k rozptýlení polymeru na malé částice dosahující velikosti maximálně 1 m.
Částice se udržují v rozptýleném stavu díky povrchově aktivním látkám (tenzidy, koloidy), a to proto, aby se samovolně neusazovaly. Na pohled vypadají disperze jako bílá kapalina. Jako příklad disperze, která patří mezi přírodní, lze uvést mléko, což je vlastně disperze bílkovin s tuky, které jsou rozpuštěny ve vodě. Disperze jsou charakteristická také tím, že při malé viskozitě lze u takových lepidel očekávat vysoký obsah polymeru, což znamená vysokou sušinu. [15]
21 1.2.5 Papír
Papír se ve střední Evropě začal používat koncem 14. století. Nejdříve se vyráběl z lodních sítí, poté následovala výroba papíru z lněných a bavlněných hadrů. Rostlinná vlákna (bavlna, len, konopí) byla nejvíce využívána jako papírenská surovina až do poloviny 19. století. Později se začalo používat dřevo a kvalita papíru klesala. [9]
V současné době se papír vyrábí z celulózy, která je získávána z jednoletých nebo víceletých rostlin. Celulózu najdeme také ve dřevě jehličnatých stromů, a proto je dřevo také využíváno k výrobě papíru. [16]
Název papíru se liší podle plošné hmotnosti: Nad 160 g/m2 se papír nazývá karton a od 350 g/m2 lepenka. [16]
Restaurování a konzervování je často spojeno s papírem, protože díky papíru se mohly rozvíjet vědní obory, a to tak, že čerpaly zkušenosti z minulosti. Historický papír je plošný materiál, který je vyrobený z bavlněných nebo lněných vláken a jeho hlavní složkou je celulóza. Papír vznikne z vodní suspenze rostlinných vláken (bavlna, len, konopí), která jsou zaplstěna, usušena a spojena na papírenském sítu. [6]
Rozdíl mezi restaurováním a konzervováním papíru je takový, že restaurování papíru znamená, že je potřeba uvést hodně staré písemnosti do původního stavu, a to například i převazbou knihy. Konzervování se věnuje většímu upevnění a zachování písemností. Zabývá se například dezinfekcí, zpevněním listů. [9]
Papír se v knihařství s ruční technologií používá jako předsádkový nebo krycí materiál, což znamená, že je použit například na potah, podlep nebo na pokryv. [9]
1.2.5.1 Mechanické vlastnosti
Vlastnosti se u jednotlivých vláken liší. Polypropylen bude mít odlišné mechanické vlastnosti, než bavlna. Mechanické vlastnosti se určují pomocí tahové křivky, kde dochází díky mechanické síle k prodloužení vláken, deformaci. Každé vlákno má tahovou křivku odlišnou [2]. Pevnost papíru závisí na pevnosti jednotlivých vláken v papíru. Při zvyšování mechanické síly dochází k deformaci, která je vratná při nízkých hodnotách působící síly. Papír je vždy ovlivňován vlhkostí nebo teplotou okolí, proto je nutné vzorky klimatizovat. [6]
22 1.2.5.2 Vlhkost
Kapilární struktura papíru spolu s chemickým složením vláknin využívajícím se pro výrobu papíru způsobují je hydroskopičnost. Papír má schopnost jak uvolňovat, tak přijímat molekuly vody, které jsou obsaženy ve vzduchu. Molekuly vody se začnou nejdříve ukládat v jedné vrstvě na volném povrchu vláken. Pokud se obsah vlhkosti ve vzduchu pořád zvyšuje, váže dalších šest nebo sedm molekul na povrchovou vrstvu. Když je relativní vlhkost v okolí 100%, vlákna se blíží stavu nasycení. [6]
1.2.5.3 Klížení
Klížení se využívá k tomu, aby omezilo smáčení povrchu papíru vodou nebo vodnými roztoky. Stanovuje se buď čárovou metodou, kdy se zjišťuje zaklížení největší šířkou čáry, která je narýsována inkoustem. Druhá metoda pro zjištění stupně zaklížení je plovací zkouška, kde se zjišťuje stupeň zaklížení podle času, kdy pronikne inkoust na horní stranu papíru. [6]
1.2.5.4 Klíženích starších dokumentů
Starší papír, který se rozpadá, je potřeba znovu naklížit. Ke znovu-naklížení se používají například škrobová lepidla, která jsou aplikována na papír štětcem za studena.
K aplikování lepidla se můžou použít i rozprašovače. Listy papíru se nechají schnout zavěšené. [9]
1.2.5.5 Doplňování chybějících částí papíru
Poškozené části papíru jsou doplněny nebo nahrazeny podlepem. U slabších písemností se využívá k podlepování japonský papír, který je tenčí. U silných papírů se využívá oboustranné podlepování tenkým japonským papírem. [5] Chybějící části musejí být nahrazeny papírem, který má podobné zabarvení i vzhled a vlákna musejí být ve směru vláken papíru. [9]
Lepidla nejsou využívána pouze k lepení, ale slouží také jako ošetření již poškozeného materiálu. V knihařství patří mezi jedny z nejvyužívanější lepidel u papíru například lepidla disperzní. Lepidla jsou využívána také k doplňování chybějících části papíru. Klížení se využívá také k omezení smáčivosti povrchu papíru. Je vidět, že lepidlo
23
Obrázek 7: Žloutnutí a rozpadání papíru [19]
je v knihařství velice často využíváno a slouží ke zpevnění materiálu. Pevnost vláken hraje důležitou roli v celkové pevnosti papíru.
1.3 Kyselé poškození
U papíru, který je delší dobu uložen v knihovnách, archívech nebo muzeích dochází ke žloutnutí a rozpadání se. (obrázek 7) Rozpadání papíru vede ke ztrátě informací [17]. Životnost papíru je ovlivněna faktorem kyselosti papíru. Kyselost je právě tím důvodem, proč papír křehne. Vysoká kyselost papíru patří mezi vnitřní příčiny poškození papíru a je nutný okamžitý zásah [6]. Při zpracování papíru se využívá alkalická rezerva, která je uložena do vláknité sítě. Pro stabilizaci slouží neutralizace kyseliny. Alkalická rezerva slouží jako ošetření, které pomáhá proti budoucí kyselosti vznikající při stárnutí. [18]
Z chemického hlediska dochází vlivem kyselosti k působení hydrolytického štěpení vazeb mezi glukopyranózovými jednotkami a toto štěpení vazeb vede ke zkracování celulózových vláken. Tento jev je na pohled vidět jako křehnutí papíru.
Fyzickou péčí nemůže být tento proces nijak ovlivněn. Jediná záchrana a pomoc je zde neutralizace. Neutralizací vede k tomu, aby byly zlikvidovány kyseliny, a to jak ty slabé, tak ty silné. Díky neutralizačnímu činidlu lze mít dostatečnou alkalickou rezervu do budoucnosti. Alkalická rezerva tvoří většinou 1 nebo 2 %. [6]
24 1.3.1 Určování kyselosti
Kyselost se určuje pomocí pH. Jedná se o vodíkový exponent, který dosahuje hodnot od 0-14. Pokud je pH menší než 7, znamená to kyselost a převažují zde vodíkové ionty. Zatímco pH větší než 7 znamená zásaditost, tedy neutrální reakci a je zde nadbytek hydroxylových iontů. [14]
1.3.1.1 Mědné číslo
Slouží k určení přibližného stupně poškození, tedy ke stupni redukce celulózy.
V makromolekule celulózy se nacházejí tzv. funkční skupiny, které dokáží zredukovat mědnatý iont na mědný. U nepoškozené celulózy se karbonylové skupiny nacházejí pouze na poslední jednotce polymerního řetězce. U poškozené celulózy, vlivem oxidace nebo hydrolýzy, dochází k rozpadání polymerního řetězce a mědné číslo se zvyšuje. [6]
1.3.2 Vznik a migrace kyselosti
Faktory, které se objevují v papíru a vedou k jeho destrukci, tedy k destrukci celulózové makromolekuly, jsou rozděleny na vnitřní a vnější. Za vnitřní faktory ovlivňující papír je považována kvalita a chemické složení vláken, z nichž byl papír vyroben, používaná klížidla nebo barviva [6]. Kromě kyselosti, která se vytvořila při výrobě papíru, se mohla kyselost dostat do papíru z okolí. Kyselost se dostane do papíru absorpcí znečisťujících látek, které se dostanou do papíru ze vzduchu. Vliv kyselin z okolí závisí na tom, jestli je mikrostruktura papíru kyselá nebo zásaditá. Kyseliny vznikají v alkalické části v mikrostruktuře. [20]
Každý papír, který je kyselý, může obsahovat v některých částech kyselé jádro, které zůstává uloženo v mikrostrukturách. V tomto místě by docházelo k neustálému vzniku kyselin, což by znamenalo snižování pH. Díky hydrolýze dochází k degradaci celulózy. Hydrolýza probíhá většinou díky typické vlhkosti a teplotám, které jsou v knihovnách. [20]
Papír jako celulóza je náchylný ke kyselé hydrolýze. Kyseliny tedy způsobují roztrhnutí řetězců, a tím dojde k oslabení vláken. U papíru, který se začne rozkládat, se to projeví křehnutím a tím dojde k tomu, že se rozpadá. [21]
25 1.3.3 Nejvíce ohrožené archivní dokumenty
Na kyselost upozornil Barrow, který poukázal na knihy, které byly vyrobené okolo roku 1500 a na knihy, které byly vyrobeny později, například v roce 1950 a zkoumal jejich rozdíly. Zaznamenal velký pokles pevnosti u knih, které byly vyráběny mezi lety 1670-1900. Barrow zaznamenal klesání pH, které se pohybovalo okolo šesti a klesalo tak, že se dostalo až ke čtyřem, což znamenalo vysokou kyselost knih. Závěr Barrowa byl takový, že knihy, které byly vyráběny dříve, tedy před rokem 1670, vykazoval papír lepší pevnost a lepší hodnoty pH. Nejnižší pH bylo zaznamenáno u papíru vyrobeného v šedesátých a sedmdesátých letech 20. století. Pokles pH způsobovala různá výroba papíru. [20]
Díky Barrowovi se přidali další, kteří zkoumali kyselost v různých letech: [20]
Wilson a Parks - 1900-1980 hlásili obdobné výsledky,
Katuscak a kol. - 1900-1990, zvláště nízké hodnoty byly zaznamenány v 60. a 70. letech,
Hubbe – v 80. a 90. letech 20. století hlásí neutrální pH u zkoumaných knih.
Dle Hubba [20] došlo ke změně pH díky změně postupu výroby papíru.
Díky výzkumům bylo prokázáno, že mezi archivní dokumenty, které jsou nejvíce v ohrožení, patří dokumenty od roku 1807, a to až do roku 1980. K výrobě těchto dokumentů se totiž používalo hlinito-pryskyřičné klížení, což způsobilo velikou kyselost papíru. [17]
Od roku 1844 se využívala k výrobě papíru dřevovina, což mělo za následek změnu barvy papíru a křehnutí. Díky této výrobě dochází k rychlému stárnutí papíru. Je tedy nutný konzervativní zásah, což znamená prodloužení živostnosti papíru. Tento zásah musí být ale prováděn v době, kdy má papír ještě pořád dobré mechanické vlastnosti, protože pokud dojde k poškození papíru, není možno navrátit kvalitu. [17]
26 1.3.4 Alkalická rezerva
Tato rezerva dokáže odkyselit papír, ale nedokáže mu už vrátit jeho pevnost a pružnost. Jsou zde společnosti, které se snaží přijít na to, jak papír také zpevnit, nicméně se to zatím nedaří. [22]
Barrow [20] poukázal jako první na vliv kyselosti vedoucí ke ztrátě pevnosti u papíru. Vynalezl také postup, díky kterému by měl být papíru upraven, a to tak, že měla by být do papíru přidána alkalická rezervní činidla.
Hubbe a kolektiv [20] uvádí, že v dnešní době by měla každá archiválie obsahovat alkalickou rezervu vhodné sloučeniny, jako je CaCO3 nebo MgCO3, a to v celém materiálu. [20]
Přidání alkalické rezervy je snaha o vytvoření nadbytečného množství uhličitanu vápenatého nebo hořečnatého v papíru. Uhličitany mají schopnost absorbovat oxidy dusíku
a oxidy síry, které se nacházejí v atmosféře. [6]
Dle normy ČSN ISO 10716 Papír a lepenka – Stanovení alkalické rezervy, se alkalická rezerva stanovuje zpětnou titrací nezregenerované kyseliny chlorovodíkové.
Tato kyselina je přidána k vzorku papíru, hydroxidem sodným na metylčerveň. Konečná alkalická rezerva je vyjádřením počtu molů na kg suchého papíru. Alkalická rezerva by měla být 2 nebo 3 %. [6]
1.3.5 Odkyselování papíru
Odkyselování znamená ošetření papíru chemickou cestou. Jedná se o metodu, která má zabránit kyselosti papíru. Důležitým procesem je neutralizace, která dokáže zabránit nebo narušit degradační proces v papíru. [22]
Kyselost závisí na kvalitě celulózových vláken a hlavně na pH. Odkyselování umožňuje zpomalení zhoršení kvality papíru, čímž se zlepší jeho životnost. [23]
27
Podle Porcka [22] jsou požadavky na proces odkyselování následující:
zajistit dlouhodobou stabilitu ošetřeného materiálu,
výsledky by měli být archivní a neměli by produkovat žádné škodlivé prvky,
neutralizovat kyseliny a navýšit pH,
přidávat alkalickou rezervu,
při manipulaci s knihami nesmí dojít k poškození vazeb,
dávat pozor na barvy v knize,
zachovat písmo a mít papír na dotek pořád stejný,
zajistit bezpečnost pro životní prostředí,
zajistit bezpečnost pro stávající i budoucí uživatele.
1.3.5.1 Neutralizace
Neutralizace je chápána jako reakce, při níž dochází ke styku kyseliny se zásadou.
Z této reakce vznikne sůl kyseliny a voda. Sůl vzniká z kyseliny a z iontů vodíku. Z hydroxylu vzniká voda. [14]
Předpokládám, že dochází k této reakci.
Reakce dolomitu s kyselinou chlorovodíkovou:
CaMg(CO3)2+4HCl = MgCl2+CaCl2+2CO2+2H2O
Výsledkem je chlorid hořečnatý, chlorid vápenatý, oxid uhličitý a voda.
1.3.5.2 Chemická činidla
Ochrana papíru se začala studovat ve 20. století. Proces odstranění kyseliny promytím vodou se ukázal jako neúčinný. Bylo nutné vyhledat jiný zdroj ochrany papíru.
Díky výzkumu, který se zaměřil na hledání chemických činidel, bylo nalezeno alespoň několik chemických činidel, které byly schopny ochránit papír, byly dostupné a cenově přijatelné. Mezi špičku těchto chemických činidel patřily alkalické kovy zemin, kam se řadí například uhličitan hořečnatý a uhličitan vápenatý. [6]
28 Reakce uhličitanu vápenatého s kyselinu sírovou:
CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + H2CO3
Výsledkem je síran vápenatý a kyselina uhličitá. Tato kyselina se dále rozkládá na oxid uhličitý a vodu. Uhličitany jsou papíru příjemné látky. Reagují s kyselinami a vznikají tak neutrální soli. [6]
1.3.6 Testy
Testy jsou zaměřeny na testování odkyselování již kyselého papíru za pomocí alkalické rezervy, která se využívá také k odkyselování.
1.3.6.1 Kyselina šťavelová a papír
Byly zde testovány vzorky z druhé poloviny 20. století – žlutý dřevitý papír a vzorky nažloutlé, ale bezdřevé z roku 1949. Oba typy vzorků byly klíženy.
Vzorky byly nejdříve namočeny do roztoku kyseliny šťavelové. První polovina vzorků byla namočena do 2% roztoku na 40 minut, druhá polovina do 4 % roztoku na dobu 20 minut. Poté následovalo odkyselení vzorků. Odkyselení bylo provedeno pomocí 1% roztoku uhličitanu sodného a vzorky zde byly 10 minut. Po deseti minutách byly vzorky myty v destilované vodě. [24]
Výsledek byl takový, že nedošlo k mechanickému poškození, ale oba papíry se hůře smáčely díky vysokému stupni klížení. [24]
1.3.6.2 Odkyselovací proces
Centrum für Bucherhaltung v Lipsku se věnuje odkyselení dokumentů a knih.
Používá k tomu svojí technologii, která se nazývá ZFB:2. Jako látku, která je schopna odkyselení, používají uhličitan vápenatý, který se ale ještě smísí s oxidem hořečnatým v heptanu, což je vlastně inertní kapalina. Díky této metodě by mělo být odkyselení šetrné. Částice, které slouží k odkyselení, jsou velice malé a čím menší, tím lepší, protože lze očekávat lepší ukládání ve vláknech. [25]
29
Vzorky dřevitého papíru, které byly testovány, byly vybrány tak, aby jejich hodnota pH byla nízká. Následovalo rozdělení vzorků na dvě části. První část vzorků nebyla odkyselena, zatímco u druhé poloviny byl použit odkyselovací proces, aby mohly vzorky porovnávat. Následovalo umělé stárnutí podle ISO 5630/1, což bylo 12 dnů při teplotě 105 2C a také podle ISO 5630/3, což znamenalo 80 C po dobu 24 dní + relativní vlhkost 65 %.
Závěr je takový, že po porovnání vzorků, které stárly podle ISO 5630/3 je vidět zlepšení v mechanických vlastnostech u těch vzorků, které byly odkyseleny. Po suchém stárnutí je ten pokles srovnatelný. [25]
U obou testů bylo testováno odkyselení již kyselých vzorků.
Dá se říci, že kyselost má obrovský vliv na poškozování papíru a ke zmírnění vlivu kyselin se využívá alkalická rezerva, která se do papíru přidá a měla by papír ochránit. Alkalickou rezervou se dá také odkyselit již kyselý papír. Při přípravě alkalické rezervy, která je nanesena předem jako ochrana proti kyselému poškození, je vhodné připravit si částice co nejmenší, aby se pak lépe ukládaly ve vláknech. Kyselost se do papíru dostane dvěma způsoby. Dostane se do papíru ze vzduchu nebo při výrobě papíru.
Při výrobě papíru, u kterého byla zvolena dřevovina a hlinito-pryskyřičné klížení, byla zaznamenána větší kyselost, tedy i větší poškození archivních dokumentů.
30
2 Praktická část
Cílem praktické části je vytvoření návrhu á následná realizace metody, díky které by se dalo zkoumat působení kyselých par na textilii. Metoda bude využita k otestování vlivu kyselých par na bavlněné tkaniny. Dále bude také využita k otestování bavlněných tkanin s nanesenou různou koncentrací dolomitu s lepidlem. Dolomit bude sloužit jako alkalická rezerva a díky této alkalické rezervě by mělo dojít k určité ochraně bavlněných vláken proti působení kyselých par. V této práci budou testována tři lepidla, která se používají v knihařství.
Příprava experimentu:
příprava textilie, měření mechanických vlastností textilií,
návrh metody, testování vlivu kyselých par na textilii,
výběr lepidel používaných v knihařství a příprava dolomitu,
nanesení dolomitu s lepidly o různých koncentracích na textilii,
vystavení vzorků vlivu kyselých par,
vyhodnocení odolnosti bavlněných tkanin.
2.1 Použitá textilie
Pro experimentální část práce bylo nutno vybrat takovou textilii, která je využívána také pro knihařské účely. Byla tedy vybrána 100% bavlna. Vzorky musely být připraveny tak, aby se vešly do zkumavky. Nemohly být tedy dlouhé. Šlo o nastříhání a připravení vzorků ve směru útku o délce 210 mm a šířce 30 mm. Po nastříhání vzorků následovalo odebrání nití ve směru délky tkaniny z každé strany 5 mm, aby došlo k zarovnání vzorků.
31
Konečná šířka připraveného vzorku byla tedy 30 mm a délka 200 mm. (obrázek 8)
Obrázek 8: Tvar vzorku pro experiment
Po připravení vzorku textilie pro experiment bylo nutno zjistit hmotnost vzorku.
Následovalo vypočítání plochy textilie, na kterou byly později naneseny 2 gramy dolomitu s lepidlem. Nakonec byla vypočítána plošná hmotnost vzorku textilie.
Vazba textilie: plátno
Předúprava: bělení, vyvářka, běžná předúprava Hmotnost textilie: 0,891 g
Plocha textilie: 0,006 m2 Plošná hmotnost: 148,5 g/m2
32 TIRA TEST 2300
Mechanické vlastnosti textilií, tažnost a pevnost, byly testovány na trhačce TIRA TEST 2300, kde byly zvoleny pneumatické čelisti a mezi ně byl umístěn vzorek (obrázek 9). Upínací délka byla 100 mm. Použita byla 1000 N hlava při rychlosti 100 mm/min.
Tloušťka vzorku je 0,25 mm.
Tahové vlastnosti plošných textilií byly zjišťovány podle modifikované normy ČSN EN ISO 13934-1, Textilie – Tahové vlastnosti plošných textilií – Část 1: Zjišťování maximální síly a tažnosti při maximální síle pomocí metody Strip.
Obrázek 9: Umístění vzorku do čelistí
2.2 Měření vlastností bavlněných tkanin
Po přípravě bavlněných vzorků bylo nutno také zjistit jejich mechanické vlastnosti.
Bylo tedy připraveno 10 vzorků. Poté následovalo měření mechanických vlastností (pevnosti a tažnosti) na trhačce TIRA TEST 2300. Z naměřených hodnot byl vypočítán aritmetický průměr, směrodatná odchylka a variační koeficient. Minimum byla nejmenší naměřená hodnota. Maximum byla největší naměřená hodnota.
33
Statistické vyhodnocení 10 vzorků je vidět v tabulce 1. Celková naměřená data jsou uvedena v příloze1.
Tabulka 1: Statistické vyhodnocení naměřených dat
Aritmetický průměr:
𝑥 = 1
𝑛(𝑥1+ 𝑥2+ ⋯ + 𝑥𝑛) =1 𝑛∑ 𝑥𝑖
𝑛
𝑖=1
-součet všech hodnot (x1+…xn), vydělený součtem hodnot (n).
Rozptyl:
𝜎2 = 1
𝑛∑(𝑥𝑖 − 𝐸(𝑥))2
𝑛
𝑖=1
-kde (n) je počet prvků souboru a (E) je střední hodnota veličiny X
Směrodatná odchylka:
𝑆𝑥 = √1
𝑛× ∑(𝑥𝑖− 𝑥̅)2
𝑛
𝑖=1
-druhá odmocnina z rozptylu
Variační koeficient:
𝑣𝑥 = 𝑆𝑥 𝑥̅
-podíl směrodatné odchylky (sx) a aritmetického průměru (x̅)
Pevnost Tažnost Modul Aritmetický průměr: 150,75 N 11,88[%] 166,75 Mpa
Minimum: 127,52 N 7,51[%] 121,78 MPa Maximum: 202,37 N 17,86[%] 215,86 MPa Směrodatná odchylka: 21,71 N 3,29[%] 23,64 [MPa]
Variační koeficient: 14,4[%] 27,7[%] 14,2[%]
BAVLNA
34 2.3 Návrh metody, příprava zkumavky
K navrhnutí metody testování vlivu kyselých par na textilii bylo využito 10 zkumavek, do kterých byl umístěn polypropylenový kroužek. Polypropylenový kroužek se umístil u všech zkumavek do stejné výšky (obrázek 10). Tento kroužek sloužil k tomu, aby nedošlo k přímému kontaktu textilie s kyselinou chlorovodíkovou, protože textilie bude vystavena pouze kyselým parám. K našemu experimentu byla zvolena kyselina chlorovodíková, protože patří mezi silné kyseliny a je těkavá. Objem kyseliny chlorovodíkové byl nadávkován na dno zkumavky a textilie se umístila na polypropylenový kroužek. Díky polypropylenovému kroužku nedošlo k přímému kontaktu kyseliny s textilií. Na textilii působily pouze páry z kyseliny chlorovodíkové.
Obrázek 10: Návrh úpravy zkumavky
35
Připravená zkumavka s polypropylenovým kroužkem umístěným ve výšce 12 cm ode dna zkumavky (obrázek 11) bude využita k testován vlivu kyselých par kyseliny chlorovodíkové na textilie. Délka zkumavky bez uzávěru je 20,5 cm. Délka zkumavky s uzávěrem je 23,5 cm. Poloměr zkumavky je 3,5 cm. Obdobným způsobem bylo připraveno dalších 9 zkumavek.
Obrázek 11: Upravená zkumavka k experimentu
2.4 Testování vlivu kyselin v plynném prostředí na textilii
Kyselina chlorovodíková
K experimentu byla použita 35% kyselina chlorovodíková. V nádobě bylo 1000 ml kyseliny chlorovodíkové. Výrobcem kyseliny je Lach-Ner, s. r. o. Kyselina chlorovodíková patří mezi silné kyseliny a je těkavá (obrázek 12).
Obrázek 12: 35% kyselina chlorovodíková
36
Čtyři vzorky bavlněných vláken byly testovány na vliv kyselých par z kyseliny chlorovodíkové – HCl, aby bylo vidět, jak moc dokáže kyselina chlorovodíková v parách poškodit bavlněné tkaniny. Do připravených zkumavek, kam byl umístěn i polypropylenový kroužek, byla kyselina nadávkována pipetou na dno zkumavky, aby nedošlo ke kontaktu kyseliny s textilii. Následovalo umístění vzorku bavlněné tkaniny na polypropylenový kroužek. Tento postup byl proveden u všech čtyř vzorků bavlněných tkanin, což znamená, že byly využity čtyři zkumavky a v každé zkumavce byl jeden vzorek bavlněné tkaniny (obrázek 13). Všechny vzorky byly vystaveny působení objemu 0,2 ml kyseliny chlorovodíkové a byly zanechány ve zkumavkách po dobu 7 dní.
Obrázek 13: Bavlněné tkaniny vystavené kyselým parám kyseliny chlorovodíkové
Po 7 dnech byly vzorky ze zkumavek vyjmuty a u dvou ze čtyř vzorků došlo k takovému kyselému poškození, že nebylo možné zjistit mechanické vlastnosti bavlněných tkanin na trhačce.
37
Dva vzorky bavlněných tkanin ze čtyř, které byly vystaveny kyselým parám kyseliny chlorovodíkové, se v ruce rozpadaly. (obrázek 14)
Obrázek 14: Ukázka vlivu kyselého poškození na bavlněnou tkaninu
U jednoho ze dvou vzorků, u kterých nemohly být zjištěny mechanické vlastnosti, bylo následně stanoveno mědné číslo. Mědné číslo bylo také stanoveno u nepoškozené bavlněné tkaniny, aby byl vidět rozdíl mezi mědným číslem poškozené a nepoškozené bavlny. Nejdříve bylo nutno naměřit hmotnost jednotlivých tkanin uvedených v tabulce 2.
Tabulka 2: Naměřená hmotnost
Hmotnost [g]
Nepoškozená bavlna 0,961
Poškozená bavlna 0,906
38
Poté byly vzorky namočeny do 80 ml vroucího Fehlingova roztoku po dobu 3 minut, kde je vidět, že u poškozené bavlny dochází ke změně barvy na tmavě hnědou a nepoškozená bavlna se zbarví do barvy Fehlingova roztoku. (obrázek 15) Následně byly oba vzorky propláchnuty velkým množstvím horké a studené vody. Čím větší poškození, tím je bavlna tmavší.
Obrázek 15: Změna zbarvení u poškozené bavlny
Promytá vlákna obsahují vyloučený oxid mědný. Následovalo převrstvení 25 ml studeného kyselého roztoku (50 g síranu železitého + 200 g H2SO4 ). Po několika minutách dojde k rozpuštění oxidu mědného, a tím také k vymizení hnědé barvy. Obsah kádinky byl přefiltrován a vlákna promyta minimálním množstvím horké a následně studené vody. (2x15ml) Z vláken byla vymačkána kapalina, která byla následně titrována KMnO4 až do růžového zabarvení.
Mědné číslo bylo vypočítáno dle vzorce:
čí𝑠𝑙𝑜 𝑚ě𝑑𝑖 = 0,636 ∗n g (n) = spotřeba KMnO4 v ml
(g) = hmotnost textilie v g
39
Zjištěná mědná čísla jsou uvedena v tabulce 3. Je vidět, že poškozená bavlna má mědné číslo o dost vyšší.
Tabulka 3:Zjištěné mědné číslo
Další dva vzorky byly také velice poškozeny vlivem kyselých par, ale stále bylo možno stanovit mechanické vlastnosti, pevnost a tažnost, na trhačce TIRA TEST 2300.
Tabulka 4: Naměřená data z trhačky u poškozených bavlněných tkanin parami HCl
Výsledky: Tabulka 4 uvádí získané naměřené hodnoty z trhačky TIRA TEST 2300. Dle naměřených hodnot je vidět obrovský pokles pevnosti i tažnosti při působení objemu 0,2 ml kyseliny chlorovodíkové.
2.5 Výběr lepidel a stanovení sušiny
K experimentu byla vybrána lepidla disperzní, která jsou používána v knihařství.
Jelikož se lepidlo skládá z vody a sušiny, mělo by být vysušeno do konstantní hmotnosti.
Po vysušení jednoho lepidla do konstantní hmotnosti by mělo následovat procentuální určení obsahu sušiny. Jako první bylo vybráno lepidlo Akrylep 545x1, jako druhé lepidlo Planatol Elasta a třetí lepidlo bylo lepidlo Akrylep 545x2. U všech tří použitých lepidel byla stanovena sušina, která je uvedena v tabulce 5.
Tabulka 5: Získaná sušina
Celá tabulka je uvedena v příloze 2.
Cu - mědné číslo Nepoškozená bavlna 0,132
Poškozená bavlna 5,195
Kyselina [ml] Pevnost [N] Tažnost [%] Modul [MPa]
9,97 3,28 3,05
4,59 3,15 1,39
0,2
sušina
Akrylep 565x1 Planatol Elasta Akrylep 565x2 59%
57%
48%
40
Sušina byla stanovena tak, že se u každého lepidla odebral 1 g a ten byl nanesen na Petriho misku. Byla stanovena hmotnost Petriho misky s lepidlem. Následovalo sušení lepidla v sušárně až do konstantní hmotnosti. Po odečtení konstantní hmotnosti misky s lepidlem od původní hmotnosti misky s lepidlem byla stanovena v procentech sušina.
Sušení 1 g probíhalo při sušení 105°C. Díky množství sušiny v lepidle, které je procentuálně vyjádřeno v tabulce 3, lze říci, že všechny tři lepidla mají vysoký obsah sušiny. Největší obsah sušiny má Akrylep 545x2.
Použitá lepidla:
Akrylep 545x1 - LEAR a.s., styrenakrylátová disperze bez reaktivních skupin, neobsahuje minerální barviva, archivní, restaurátorské účely.
Planatol Elasta - DUSLO a.s., disperzní škrobové lepidlo, lepenky, dřeva, textilie.
Akrylep 545x2 - LEAR a.s., samosíťující akrylátová disperze, lepení kartonáže a papíru.
2.6 Příprava dolomitu jako alkalické rezervy
Jako alkalická rezerva textilie je používán nerozpustný uhličitan. U našeho experimentu byl zvolen dolomit CaMg(CO3)2. K testování bylo nutné dolomit připravit a odstranit velké a hrubé částice v dolomitu se nacházející, přičemž 400 g dolomitu bylo promíseno s 600 g H2O a následně propráno a přeléváno, aby došlo k odstranění hrubých částic na dně kádinky.
Dolomit se po odstranění velkých částic také lépe nanášel na textilii. Následovala sedimentace, která trvala 2 hodiny. Díky sedimentu došlo k odstranění největších částic v dolomitu se nacházejících.
41
Částice dolomitu lze vidět díky elektronové mikroskopii. (obrázek 16) Díky elektronové mikroskopii je vidět, že se v připraveném dolomitu pro experiment nacházejí jak vetší částice, tak menší částice.
Obrázek 16: Snímky dolomitu z elektronové mikroskopie
K upřesnění velikosti částic připraveného dolomitu byl zvolen přístroj Laser scattering particle size distribution analyzer LA-920 – HORIBA (obrázek 17).
Obrázek 17: Přístroj HORIBA
42
Díky distribuční křivce z tohoto přístroje je vidět, že se v připraveném dolomitu nacházejí jak větší částice, tak i velké množství malých částic, kde q je relativní četnost velikosti částic. Median je 9,5 µm. (obrázek 18)
Obrázek 18: Rozdělení velikosti částic
2.7 Dávkování dolomitu a lepidla
Dolomit byl nadávkován v různých koncentracích spolu s lepidlem do nádobek dle tabulky 6. Po nadávkování směsi byla směs v nádobce zamíchána, aby došlo k promísení dolomitu s lepidlem a následně uzavřena.
Tabulka 6: Dávkování dolomitu a lepidla do nádobek
vzorky dolomit [g] lepidlo [g]
1 0,00 2,00
2 0,01 1,99
3 0,02 1,98
4 0,04 1,96
5 0,08 1,92
6 0,12 1,88
7 0,16 1,84
8 0,20 1,80
9 0,30 1,70
10 0,40 1,60
43
K experimentu byly zvoleny 3 lepidla. Každé lepidlo mělo 10 nádob s různými koncentracemi dolomitu a lepidla (obrázek 19). První nádoba, vzorek 1, byla bez dolomitu, což znamenalo, že 10 g obsahu nádoby bylo tvořeno pouze lepidlem. Desátá nádoba, tedy vzorek 10, už ale obsahovala maximální zvolené množství dolomitu, tedy 2 g.
Obrázek 19: Nadávkovaný dolomit s lepidlem
Na 10 připravených bavlněných vzorků bylo naneseno lepidlo s dolomitem z jednotlivých nádob dle tabulky 7. Maximální množství směsi na vzorku jsou 2 g.
Vzorek má plochu 0,006 m2. Směs byla nanesena štětcem na obě strany vzorku. Vzorek č. 1 obsahuje pouze 2 g lepidla, je tedy bez dolomitu. Vzorek č. 10 obsahuje 0,40 g dolomitu, tedy maximální množství dolomitu, které bylo zvolena.
Tabulka 7: Dávkování na textilii
vzorky dolomit [g] lepidlo [g] dolomit [g] / plocha textilie [m2]
1 0,00 2,00 0,0
2 0,01 1,99 1,7
3 0,02 1,98 3,3
4 0,04 1,96 6,7
5 0,08 1,92 13,3
6 0,12 1,88 20,0
7 0,16 1,84 26,7
8 0,20 1,80 33,3
9 0,30 1,70 50,0
10 0,40 1,60 66,7
Dávkování na textilii
44
Po nanesení směsi dle tabulky 7 na textilii, bylo 10 vzorků textilie vysušeno v sušárně, sušily se při 90 stupních. Následně byly ponechány 7 dní na vzduchu, aby zde byla jistota, že lepidlo opravdu zaschlo. Po 7 dnech následovalo testování mechanických vlastností na trhačce TIRA TEST 2300. Tento experiment byl zopakován pro každé lepidlo ještě dvakrát. Výsledkem byly tedy 3 měření mechanických vlastností u jednoho lepidla bez kyselých par a jedno měření tvořilo 10 vzorků, na které byla nanesena různá koncentrace směsi dolomitu a lepidla uvedená v tabulce 7, které byla zprůměrovány a vyneseny do grafů.
Pro testování vlivu kyselých par bylo 10 vzorků s různou koncentrací směsi uvedené v tabulce 7 také sušeno při 90 stupních a ponecháno 7 dní na vzduchu.
Následovalo ale umístění vzorků do zkumavek na polypropylenový kroužek. V každé zkumavce byl jeden vzorek připravené textilie. Nejdříve bylo nadávkováno 0,2 ml kyseliny chlorovodíkové na dno zkumavky, poté se umístily připravené vzorky textilie na polypropylenový kroužek a byly po dobu 7 dní ponechány ve zkumavce. Následně byly vzorky vystaveny působení kyselých par kyseliny chlorovodíkové. Tento experiment byl zopakován ještě dvakrát. Výsledkem byly tedy 3 měření mechanických vlastností 10 vzorků s různou koncentrací směsi dolomitu a lepidla pro jedno lepidlo, které byly zprůměrovány a vyneseny do grafů.
2.8 Vyhodnocování odolnosti bavlněných tkanin
U vzorků, které nebyly vystaveny kyselým parám, byly provedeny 3 měření a zprůměrované hodnoty byly vyneseny do grafů.
U vzorků, které byly vystaveny kyselým parám, byly provedeny také 3 měření a zprůměrované hodnoty byly vyneseny do grafů.
První bod u všech znázorněných grafů obsahuje 0,0 g/m2 množství dolomitu a poslední obsahuje maximální množství dolomitu, tedy 66,7 g/m2 .U všech grafů je patrné, že lepidlo navýší pevnost textilie, ale nedokáže jí ochránit proti působení kyseliny chlorovodíkové v plynném prostředí.
45
Statistické vyhodnocení naměřených dat - aritmetický průměr a směrodatná odchylka pro Akrylep 545x1 bez HCl je uvedeno v příloze 3 a s HCl v příloze 4.
Obrázek 20: Graf pevnosti bavlněných tkanin s použitým lepidlem Akrylep 545x1
Z grafu (obrázek 20) je patrné, že přidáváním množství dolomitu dochází k nevýraznému nárůstu pevnosti u poškozených textilií, které byly poškozeny kyselými parami z kyseliny chlorovodíkové.
Obrázek 21: Graf tažnosti bavlněných tkanin s použitým lepidlem Akrylep 545x1 0
2 4 6 8 10 12
0 10 20 30 40 50 60 70
Amax [%]
dolomit g/m2 Akrylep 545x1 - Tažnost
Bez HCl S HCl
46
U grafu, kde je znázorněná tažnost bavlněných tkanin s použitým lepidlem Akrylep 545x1 (obrázek 21) je vidět, že poměrně vysoký nárůst tažnosti je zaznamená u koncentrace dolomitu 13,3 g/m2.
Statistické vyhodnocení naměřených dat - aritmetický průměr a směrodatná odchylka pro Planatol Elasta bez HCl je uvedeno v příloze 5 a s HCl v příloze 6.
Obrázek 22: Graf pevnosti bavlněných tkanin s použitým lepidlem Planatol Elasta
U lepidla Planatol Elasta (obrázek 22) je vidět poměrně vysoký nárůst pevnosti u poškozených textilií parami z kyseliny chlorovodíkové při koncentraci dolomitu 6,7 g/m2.
Obrázek 23: Graf tažnosti bavlněných tkanin s použitým lepidlem Planatol Elasta 0
100 200 300 400
0 10 20 30 40 50 60 70
Fmax [N]
dolomit g/m2 Planatol Elasta - Pevnost
Bez HCl S HCl
2 4 6 8 10
0 10 20 30 40 50 60 70
Amax [%]
dolomit g/ m2 Planatol Elasta - Tažnost
Bez HCl S HCl
47
Tažnost u poškozených textilií při použití lepidla Planatol Elasta (obrázek 23) se při vyšších koncentracích dolomitu přibližuje tažnosti nepoškozených tkanin a nárůst tažnosti je patrný již u koncentrace dolomitu 6,7 g/m2. Největší nárůst tažnosti je vidět u bodu, kde byla nanesena koncentrace dolomitu 50 g/m2.
Statistické vyhodnocení naměřených dat - aritmetický průměr a směrodatná odchylka pro Akrylep 545x2bez HCl je uvedeno v příloze 7 a s HCl v příloze 8.
Obrázek 24: Graf pevnosti bavlněných tkanin s použitým lepidlem Akrylep 545x2
Při nižší koncentraci dolomitu u poškozených textilií kyselými parami kyseliny chlorovodíkové s použitým lepidlem Akrylep 545x2 (obrázek 24) dochází ještě k většímu poklesu pevnosti, což znamená, že dojde k otevření struktury lepidla. K nárůstu mechanických vlastností dochází při vyšších koncentracích dolomitu, a to až u nanesení koncentrace dolomitu 13,3 g/m2. Při vyšších koncentracích je ale vidět poměrně vysoký nárůst pevnosti.
0 50 100 150 200 250 300 350
0 10 20 30 40 50 60 70
Fmax [N]
dolomit g /m2 Akrylep 545x2 - Pevnost
Bez HCl S HCl
48
Obrázek 25: Graf tažnosti bavlněných tkanin s použitým lepidlem Akrylep 545x2
Při vyšším množství dolomitu dosahuje tažnost poškozených textilií vynikajících výsledků, poškozené textilie, které byly vystaveny působení kyseliny chlorovodíkové v plynném prostředí, dosahují při vyšších koncentracích dolomitu stejné tažnosti. Při použití koncentrace dolomitu 26,7 g/m2 je vidět dokonce ještě větší nárůst tažnosti u poškozené textilie než u nepoškozené textilie. Nižší množství dolomitu, což je vidět u koncentrace dolomitu 3,3 g/m2, vede k ještě většímu poklesu tažnosti již poškozené textilie, a tím dochází k otevření struktury lepidla.
3 4 5 6 7 8 9
0 10 20 30 40 50 60 70
Amax [%]
dolomit g /m2 Akrylep 545x2 - Tažnost
Bez HCl S HCl
49
Závěr
Předkládaná práce se soustředila na téma „Ochrana textilií proti působení kyselin v plynném prostředí“. Práce byla rozdělena na část teoretickou a část praktickou.
Teoretická část práce se věnovala studiu bavlny, její struktuře, chemickému složení, hydrolýze a využitím bavlny v různých odvětvích. Soustřeďovala se také na knihařské materiály, kde byly zmíněny i lepidla. V této kapitole byla přiblížena také historie knihy. Rešerše byla zaměřena hlavně na kyselé poškození, které ničí bavlnu (celulózu). V této kapitole byla popsána také alkalická rezerva, která chrání celulózová vlákna před kyselým poškozením. Tato kapitola je zakončena testy, které byly zaměřeny na odkyselení již kyselých vzorků, aby bylo vidět, že alkalická rezerva se nedává jen proto, aby předcházela budoucímu poškození, ale také proto, aby již poškozený materiál odkyselila.
V praktické části práce byla navrhnuta metoda, která byla následně zrealizována.
Návrh metody spočíval v tom, že se upravila zkumavka tak, aby se v ní mohl testovat vliv kyselých par na textilie, které byly umístěny na polypropylenový kroužek, a to proto, aby nepřišly do styku s kapalnou kyselinou chlorovodíkovou. Nejdříve byl testován vliv kyselých par kyseliny chlorovodíkové na bavlněné tkaniny s následným měřením mechanických vlastností. Protože dva vzorky ze čtyř byly hodně poškozeny, nemohly být tedy u těchto vzorků zjištěny jejich mechanické vlastnosti. U jednoho ze dvou vzorků, u kterých nemohly být zjištěny jejich mechanické vlastnosti vlivem poškození, bylo stanoveno mědné číslo, díky kterému bylo zjištěno poškození textilie kyselinou chlorovodíkovou. Mědné číslo bylo stanoveno u nepoškozené bavlny a u bavlny poškozené, aby zde byl vidět rozdíl v mědném čísle. Poškozená bavlna byla opravdu hodně poškozena kyselými parami, protože její číslo bylo vysoké. U dalších dvou vzorků bavlněných tkanin, které nebyly tolik poškozeny parami z kyseliny chlorovodíkové, byly zjištěny jejich mechanické vlastnosti a byl zaznamenán obrovský pokles mechanických vlastností (pevnosti a tažnost).
Po testování vlivu kyselých par kyseliny chlorovodíkové na bavlněné tkaniny následovalo testování vzorků bavlněných tkanin, na které bylo už ale naneseno lepidlo s dolomitem v různých koncentracích. Dolomit byl použit jako alkalická rezerva. Byly zde testovány tři lepidla se stejnými koncentracemi lepidla a dolomitu. Část vzorků byla ponechána volně v laboratoři, aby došlo u úplnému vysušení lepidla. Druhá část vzorků byla po
