FKKT

Opis projekta

Lignin je naravni proizvod, ki predstavlja velik del zemeljske biosfere in je pomemben vir energije ter sestavni del številnih industrijskih izdelkov. Med drugim je prisoten v okolju prijaznih premazih za embalažo in v papirju, izdelanem iz lesne celuloze.

Vpliv lignina na dolgoročno razgradnjo zgodovinskega papirja je nerešen raziskovalni problem, ki pomembno vpliva na standarde konservatorske industrije. Na voljo je veliko raziskav in dokazov o tem, da lignin nima negativnega ali morda le majhen pozitiven antioksidativni učinek na papir. Oksidacija lignina (in smolnih kislin) vodi do nastanka močnih organskih kislin, ki se lahko sproščajo ali pa vplivajo na hitrost hidrolize celuloze v arhivskem papirju.

V okviru projekta bo raziskan vpliv razgradnje lignina na materiale na osnovi celuloze v dveh “ekstremnih” kontekstih: med kompostiranjem in dolgoročno okoljsko degradacijo. Posebej zanimivi so produkti razgradnje in spremenljivke, ki vplivajo na poti razgradnje. Rezultati študije bodo omogočili boljše razumevanje parametrov, ki vplivajo na biorazgradljivost materialov bogatih z ligninom ter na razumevanje vpliva lignina na dolgoročno razgradnjo papirja v zbirkah kulturne dediščine.

Pri projektu sodelujejo Laboratorij za dediščinsko znanost Ljubljana na Fakulteti za kemijo in kemijsko tehnologijo, Inštitut za celulozo in papir ter Raziskovalni inštitut Zavoda za varstvo kulturne dediščine Slovenije.

Slika 1. Možni učinki lignina in kolofonije na razgradnjo celuloze

Cilji

Projekt sledi naslednjim ključnim ciljem:

• Omogočiti kvantitativni vpogled v vpliv razgradnje lignina na arhivski papir velikosti alum, kot tudi njegov vpliv na razgradnjo celuloze;
• Pojasniti emisijske tokove ocetne in mravljinčne kisline iz papirja, ki vsebuje lignin pri sobnih pogojih ter oceniti veljavnost obstoječih funkcij poškodb za papir, ki vsebuje lignin;
• Razviti analizno metodologijo za kvantitativno spremljanje kopičenja produktov razgradnje materialov na osnovi lignina v kompostiranih medijih in skladiščnih okoljih;
• Razviti jasno kvantitativno razumevanje vpliva razgradnje lignina na razgradnjo celuloze v premazih bogatih z ligninom, med standardnimi pogoji kompostiranja;
• Slediti procesu biološke razgradnje papirja prevlečenega z ligninom z uporabo različnih standardnih kvantitativnih kazalnikov.

Izvedba/Faze projekta

Zbirka zgodovinskega papirja bo raziskana s spektroskopskimi (Raman) in kromatografskimi (LC-MS, IC, SEC, GC-MS) metodami za analizo razgradnih produktov lignina, smolne kisline in celuloze po pospešeni razgradnji pri povišani temperaturi in vlažnosti. Hitrost razgradnje papirja se bo spremljala kot izguba MW celuloze in modelirala z uporabo tehnik multivariatne analize podatkov. Funkcija poškodb za papir brez lignina bo ovrednotena in po potrebi popravljena, da bo vključevala papir, ki vsebuje lignin. Štiri vrste lignina iz rastlin bodo izolirane, karakterizirane in uporabljene za formulacije premazov. Nato bodo ocenjene lastnosti premazov. Za pripravljene materiale se bosta testirala biološka razgradljivost in razgradnja, procesi pa se bodo spremljali s spektroskopskimi metodami in metodami LC-MS. Raziskana bo povezava med vsebnostjo lignina v premazu in hitrostjo razgradnje materiala kot celote.

Rezultati

Rezultati raziskav bodo sproti objavljeni.

Reference

[1] Strlič, M., Grossi, C. M., Dillon, C., Bell, N., Fouseki, K., Brimblecombe, P., ... & De Bruin, G. (2015). Damage function for historic paper. Part III: Isochrones and demography of collections. Heritage Science, 3(1), 1-11.

[2] Strlič, M., Liu, Y., Lichtblau, D. A., De Bruin, G., Knight, B., Winther, T., ... & Brereton, R. G. (2020). Development and mining of a database of historic European paper properties. Cellulose, 27(14), 8287-8299.

[3] Małachowska, E., Dubowik, M., Boruszewski, P., Łojewska, J., & Przybysz, P. (2020). Influence of lignin content in cellulose pulp on paper durability. Scientific Reports, 10(1), 1-12.

[4] H Tayeb, A., Tajvidi, M., & Bousfield, D. (2020). Based Oil Barrier Packaging using Lignin-Containing Cellulose Nanofibrils. Molecules, 25(6), 1344.

[5] Dessbesell, L., Paleologou, M., Leitch, M., Pulkki, R., & Xu, C. C. (2020). Global lignin supply overview and kraft lignin potential as an alternative for petroleum-based polymers. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 123, 109768.