Catastrophic Room Temperature Degradation of Cotton Cellulose

SUMMARIES

Slow cellulose degradation at room temperature requires the application of accelerated ageing tests. After an ageing treatment, the paper samples were usually stored at standard room temperature, before being used for further studies. It was assumed previously that degradation was again very slow during the post-ageing storage. However, repeated DP measurements (6 and 18–20 months after the accelerated ageing) revealed a significant decrease in the polimerization degree, as measured viscometrically, for one of the tested papers (PAPER 2). Putting the aged paper in polyethylene bags prevented, or at least slowed down, the degradation process. During the accelerated ageing and storage-ageing, the pH of the paper decreased, as shown by the contact electrode measurements.

Some conclusions, concerning the storage-degradation mechanism, have been drawn. This degradation was not a result of acid hydrolysis. It is very likely determined by an oxidation process leading to the formation of carboxylic groups. Chemical centres involved in the storage-degradation are formed during the accelerated ageing. Some of them are also destroyed later on, during the ageing. The nature of these centres remains unknown.

After accelerated ageing, cotton cellulose degradation at room temperature is so fast (0.5 DP units per day) that the effect cannot be ignored. Any characterization of paper samples should be done as soon as possible after the thermal treatment. If this is impossible, the time lapse between the end of accelerated ageing and the date of a measurement should be recorded.

La lente dégradation de la cellulose à température ambiante exige que des tests de vieillissement accéléré soient effectués. Après avoir subi le vieillissement artificiel les échantillons de papier sont normalement stockés à une température ambiante standard et sont ensuite utilisés pour d'autres analyses. Auparavant on supposait que la dégradation continuait après le vieillissement à se faire de nouveau très lentement pendant la période de stockage postérieure au vieillissement. Cependant des mesures du DP, selon la méthode de viscosimétrie, répétées à différents intervalles (6 et 19 – 20 mois après le vieillissement accéléré) ont révélé une diminution significative du degré de polymérisation d'un des papiers testés (Papier 2). Le fait de placer le papier ayant subi le vieillissement artificiel dans des sacs de polyéthylène empêche, ou tout au moins freine considérablement le processus de dégradation. Le pH du papier diminue lors du vieillissement accéléré ainsi que pendant le stockage subséquent comme l'ont démontré les mesures faites par électrode.

Certaines conclusions ont été tirées concernant le mécanisme de dégradation pendant le stockage. Cette dégradation n'est pas le résultat d'une hydrolyse catalysée à l'acide. Elle est très probablement induite par un processus d'oxydation qui conduit à la formation de groupes carboxyles. Les centres chimiques responsables de la dégradation qui se produit pendant le stockage se forment lors du processus de vieillissement accéléré. Certains de ces centres chimiques sont détruits plus tard en vieillissant (à température ambiante). Le caractère de ces centres reste jusqu'à présent inexpliqué.

Après le vieillissement accéléré la dégradation de la cellulose à température ambiante est si rapide (0,5 unités par jour) qu'il n'est pas possible d'ignorer cet effet. C'est pourquoi il faut procéder le plus rapidement possible après le traitement à des mesures de ces échantillons de papier. Si ceci n'est pas possible, il faut noter le laps de temps écoulé entre la fin du vieillissement accéléré et la date du jour où la mesure a été faite.

Der langsame Abbau von Cellulose bei Raumtemperatur macht Versuche mit beschleunigter Alterung erforderlich. Nach der entsprechenden Prozedur werden die Proben normalerweise bei Raumtemperatur aufbewahrt und dann für weitere Untersuchungen verwendet. Es wird angenommen, daß der weitere Abbau nach der Alterung wieder wie vor ihr sehr langsam abläuft. Messungen des DP (Methode: Viskosimetrie) nach verschiedenen Zeiträumen (6 und 18 bzw. 20 Monaten) ergaben jedoch einen signifikanten zeitabhängigen Rückgang bei einem bestimmtem Versuchsapapier. An Proben, die in Polyäthylenbeuteln eingeschweißt sind, findet der Vorgang nicht oder stark verlangsamt statt. Sowohl bei der beschleunigten Alterung als auch bei der nachfolgenden Lagerung sinkt das pH (elektrodische Messung).

Aus der referierten Beobachtung werden bestimmte Schlüsse gezogen. Der Nachalterungsabbau ist keine Folge von säurekatalysierter Hydrolyse, sondern eher von Oxidation, die zu Carboxylguppen führt. Bei der beschleunigten Alterung entsteht eine chemische Situation, von der weiterer Abbau (bei Raumtemperatur) ausgeht und die sich dabei weiter verändert. Ihr Charakter ist bislang unbekannt.

Der Nachalterungsabbau von Cellulose aus Baumwolle ist so erheblich (0,5 DP pro Tag), daß er nicht ignorieert werden kann. Messungen an entsprechenden Proben sollen deshalb so schnell wie möglich durchgeführt werden. Wenn das nicht möglich ist, soll der Zeitraum zwischen Ende der Alterung und Messung im Versuchsprotokoll festgehalten werden.