A Preliminary Study on Paper Bleaching with Sodium Percarbonate

Abstract Experimental work on chemical bleaching using aqueous solutions of sodium percarbonate (2Na2CO3 · 3H2O2) suggests its viability as a new method for bleaching discoloured paper. The choice of this product is due to the chemical stability of the solid percarbonate reagent as compared with hydrogen peroxide solutions, often utilized in conservation. The aim of this study is to evaluate the advantages and the drawbacks of sodium percarbonate treatments by analysing some appositely prepared oxidized papers (periodate oxycellulose), as well as some authentic discoloured specimens (mechanical pulp papers). The chemical mechanism of bleaching was partly elucidated by means of FTIR, viscometric and gravimetric analyses. In order to eliminate the degrading post-treatment effect of sodium ions, at the end of the bleaching process, rinsing with calcium chloride solutions proved to be effective in introducing directly the alkaline reserve (calcium carbonate) into the bleached paper samples. Our preliminary results indicate that sodium percarbonate solutions may be used instead of hydrogen peroxide solutions in brightening discoloured mechanical pulp papers, as it offers some further working advantages due to its chemical stability during the storage of the reactive, safety of use and low environmental impact. Zusammenfassung Experimentelle Untersuchungen mit wässrigen Lösungen von Natriumpercarbonat (2Na2CO3 · 3H2O2) legen den Einsatz dieses Bleichmediums für die Behandlung von verfärbten Papier nahe. Insbesondere die gute chemische Stabilität des Produktes im Vergleich zu den in der Papierrestaurierung häufig eingesetzten Wasserstoffperoxydlösungen sprechen für seine Anwendung. In der vorliegenden Untersuchung wurden die Möglichkeiten und Grenzen der Behandlung von voroxydierten Papierproben mit Natriumpercarbonat untersucht. Das Probenmaterial wurde durch Oxydation von Whatman No. 1 Papier mit Natriumperjodat erzeugt. Zusätzlich wurden natürlich gealterte, verfärbte Holzstiftpapiere einer Behandlung unterzogen. Der Mechanismus des Bleichprozesses wurde zum Teil mittels FTIR, sowie gravimetrischen und viskosimetrischen Bestimmungen erfasst. Die Probenmaterialien wurden nach dem Bleichvorgang mit Calciumchloridlösungen nachbehandelt, um einerseits die destruktive Wirksamkeit der Natriumionen nach der Behandlung zu unterdrücken und andererseits eine alkalische Reserve in Form von Calciumcarbonat direkt in die Papiermatrix einzubringen. Die bisher erhaltenen Resultate deuten darauf hin, dass Natriumpercarbonat bei Erarbeitung einer praktischen Anwendungsmethodik als eine Alternative zu Wasserstoffperoxyd für das Bleichen verfärbter holzschliffhaltiger Papiere geeignet sein könnte. Natriumpercarbonat besitzt Vorteile, insbesondere wegen seiner chemischen Stabilität und wegen der sicheren Anwendung, sowie seiner guten Abbaubarkeit. Résumé Des études expérimentales réalisées à l'aide de solutions aqueuses de percarbonate de sodium. [2Na2CO3 · 3H2O2] incitent à recommander l'utilisation de ce moyen de blanchiment dans le traitement des papiers jaunis, décolorés et tachés. Le choix de ce produit est justifié par la bonne stabilité chimique présentée par l'agent chimique réactif qu'est le percarbonate solide lorsqu'on le compare aux solutions d'hydrogène peroxyde (eau oxygénée) fréquemment utilisées dans la restauration du papier. L'objet de cette étude consiste à évaluer les avantages et les inconvénients du traitement d'échantillons de papier préalablement oxydés au percarbonate de sodium. Les échantillons soumis à l'expérience ont été obtenus par oxydation du papier de Whatman N° 1 à l'aide de periodate de sodium. Par ailleurs des papiers de pâte mécanique, jaunis et tachés, vieillis naturellement ont été également traités. Le mécanisme chimique de la procédure de blanchiment a partielement été élucidé au moyen de la méthode FTIR ainsi que d'autre part selon des critères d'analyse gravimétriques et viscosimétriques. Après le traitement de blanchiment les échantillons analysés ont été placés dans des solutions de chlorure de calcium afin d'éliminer l'effet destructeur des ions de sodium après le traitement d'une part, et d'introduire directement une réserve alcaline sous forme de carbonate de calcium dans la matrice du papier d'autre part. Les résultats obtenus jusqu'à présent démontrent que le percarbonate de sodium pourrait, après l'établissement d'une méthode pratique d'utilisation, représenter une alternative adéquate au peroxyde d'hydrogène (eau oxygénée) pour le blanchiment de papiers anciens de pâte mécanique jaunis et tachés. Le percarbonate de sodium présente également d'autres avantages, notamment en raison de sa stabilité chimique et de la sécurité de son emploi ainsi que pour sa bonne dégradabilité.