De opbouw van de cellulosevezel is als volgt: het cellulosekettingmolecuul is ca. 4 A in
doorsnede (1 A 1/10.000.000 mm); een pakketje van kettingen vormt een micel. Dit
is ca. 50 a 60 A dik en ca. 600 A lang.
Deze micellen sluiten zich aaneen tot microfibrillen of fibrillen en zijn nog zo klein dat
ze alleen zichtbaar zijn met een electronen microscoop. Deze microfibrillen vormen
weer grotere fibrillen. Deze laatste zijn in de cellulosevezel niet onregelmatig verdeeld,
maar zijn min of meer concentrisch gerangschikt, ongeveer zoals de jaarringen van een
boom.
Hoe is nu het cellulosemolecuul geordend in de kleinste bundel?
Dit is belangrijk om te weten in verband met de processen die toegepast worden in de
conservering, zoals nat reinigen, bleken, ontzuren etc.
In de micellen zijn de moleculen zo geordend, dat er kristallijne en amorphe gebieden
zijn. In het kristallijne gebied zijn de moleculen tot een kristal rooster gevormd dat zeer
stabiel is en moeilijk aangetast wordt door invloeden van buitenaf. In de amorphe
(vormloze) gebieden liggen de moleculen min of meer los door elkaar en op deze plaat
sen kunnen invloeden van buiten eenvoudig reacties teweeg brengen. Juist in deze ge
bieden vinden afbraakprocessen, zoals hydrolyse door zuren en oxydatie door licht het
eerst plaats. De vezelbeschadiging door middel van zuren en (te) sterke bleekmiddelen
zal het eerst in de amorphe gebieden plaats vinden.
4. Wat zijn de invloeden van zuur op papier
Om de afbraak van cellulose te begrijpen, moeten we teruggaan naar de bouwsteen van
cellulose, het cellobiose molecuul, dat samen met enkele duizenden anderen het gehele
molecuul vormt.
Voor de duidelijkheid nogmaals de formule.
Hieronder een zeer vereenvoudigde tekening van het cellulose molecuul zoals we het
verder zullen gebruiken, ook het ketting effect komt dan duidelijker uit.
Zoals te zien, is ieder glucose molecuul 180° gedraaid t.o.v. de vorige. Cellulose is ge
voelig t.o.v. zuren; voortgezette aanval door zuren veroorzaakt verlies van sterkte en
verstoort de vezelstruktuur zover, dat bij voortgaande werking de vezel tot poeder uit
eenvalt. Produkten die gevormd worden door de aantasting van cellulose met zuren
noemt men hydrocellulose.
Hydrolyse (dus aantasting door zuur) breekt de keten, verlaagt de polymerisatiegraad
en maakt andere groepen, zoals OH en CH2OH, los van het cellulosemolecuul.
Papier bevat altijd, afhankelijk van de relatieve vochtigheid van de omgeving, 10-13%
water.
Als we nog eens naar het vereenvoudigde cellulosemolecuul kijken, dan zien we dat de
verbinding van al die kleine moleculen gevormd wordt door een zuurstof atoom, voor
gesteld door O (oxygenium).
[*OeH] _o-
HO
H
O
Lo-
Als er nu zo'n waterstof ion in de buurt komt van zo'n zuurstofbrug, oefent hij daar
zo'n aantrekkingskracht op uit dat de keten breekt en het zuurstof ion samen met het
waterstof ion via nog enkele trappen een watermolecuul gaat vormen. De reactie is nu
voltooid, de keten is gebroken, het waterstof ion is geneutraliseerd door vorming van
water.
Deze reacties gebeuren natuurlijk niet op één plaats maar op vele tegelijk en zoals nu
begrijpelijk veelal op de gemakkelijk toegankelijke plaatsen, de amorphe gebieden.
5. Waardoor wordt de aanwezigheid van zuur in papier veroorzaakt
De oorzaken van een lage pH in papier zijn te verdelen in twee groepen:
a) zuur veroorzaakt door stoffen gebruikt bij de fabricage van papier
b) zuur veroorzaakt door invloeden van buiten.
ad a. Tot aan het begin van de 19e eeuw werd papier gemaakt van linnen en katoenen
lompen. In deze papiersoorten zal weinig sprake zijn van een zuurgehalte veroorzaakt
door de fabricage. Bovendien werd bij de fabricage veel water gebruikt, dat vaak vrij
grote hoeveelheden calcium en magnesiumzouten bevat. Tevens was er voor het zg.
'rotten' van de lompen kalk gebruikt. De calcium en magnesiumzouten functioneren
als buffer (opvang) voor zuren, die van buiten komen. Er zijn echter in dit papier vrij
veel ijzerionen aanwezig, die kunnen functioneren als katalysator voor zuurafbraak
door b.v. industriële verontreiniging. Een van de belangrijkste oorzaken van een hoge
zuurgraad in veel 19e eeuws papier, is de invoering van de aluin-rosin lijming.
In tegenstelling met oudere papiersoorten, die uitwendig gelijmd werden met een dier
lijk lijm, meestal beenderlijm, werden de nieuwe papiersoorten inwendig gelijmd.
Er werd hierbij gebruik gemaakt van een mengsel van een hars (rosin) en aluminium
sulfaat. In het papier ontstaat nu een onoplosbaar aluminiumresinaat. Er blijven vrije
sulfaatgroepen over. Deze sulfaatgroepen vormen met het water, dat altijd in het
OH
OH
OH
OH
OH H
OH H
OH
OH
[360]
[361]
