Šį rašinį  VDU biocheminės analizės magistrantė Miglė Pivoriūnaitė parašė mokslo populiarinimo rašinių konkursui. Šis rašinys laimėjo Mokslo sriubos nominaciją.  Primename, kad panašių rašinių, publikuoti šiame puslapyje laukiame nuolatos. Juos siųskite [email protected]

Miglė Pivoriūnaitė

Tiek bibliotekose, tiek namuose esančiose ir amžius menančiose knygų kolekcijose galima rasti senų popierinių knygų, dokumentų ir net laikraščių iškarpų, įgavusių gelsvą atspalvį. Tačiau dažnai šie įspūdingi istoriją aprašantys artefaktai yra sunkiai perskaitomi dėl susidarusios geltonos ar rudos popieriaus spalvos. Tai kodėl knygų lapai geltonuoja?

Popieriaus gamybos pradininkais laikomi kiniečiai, o tiksliau imperatorius Tsai Lunas. Remiantis istoriniais įrašais, šis išradimas buvo aprašytas jau 105 metais. Tsai Lunas smulkino šilkmedžio žievę į pluoštus, kuriuos paversdavo į lakštus. Vėliau buvo suprasta, kad popieriaus kokybę galima pagerinti naudojant kanapių pluoštus ar net senus žvejų tinklus. Na, o keliais šimtmečiais vėliau gamyboje buvo naudotas linas, įvairūs skarmalai, medvilnė bei kiti augalų pluoštai.

Popierius plačiai pasklido po Kiniją, ten 740 metais išspausdintas ir pirmasis laikraštis. Šilko keliu popierius pasiekė ir rytus – Korėjoje jo gamyba pradėta šeštajame amžiuje. Ten popieriaus masė buvo ruošiama iš kanapių, bambuko, šilkmedžio, ryžių šiaudų bei dumblių pluoštų. Tuo tarpu 610 metai žymimi kaip Japonijos popieriaus eros pradžia – Korėjos vienuolis Don-cho pasidalijo savo žiniomis Japonijos imperatoriaus rūmuose. Remiantis istoriniais šaltiniais, ši technika 650 metais buvo žinoma Tibete bei Indijoje.

Ilgą laiką Kinija įnirtingai saugojo popieriaus gamybos paslaptis. Tačiau 751 metais Talaso upėje vykusi galinga kova tapo pražūtinga Tango kariuomenei – Osmanų imperijos turkai juos įveikė. Mūšio metu buvo pagrobti keli Kinijos karininkai ir popieriaus gamintojai. Būtent jie tapo informacijos ir žinių šaltiniu arabams. Tik dešimtame amžiuje arabai perdavė savo žinias egiptiečiams. Apie 1100 metus popierius pasiekė Šiaurės Afriką, o vykusių kryžiaus žygių dėka 1150 metais ir Ispaniją. Galų gale XVII amžiuje žinios apie popieriaus gamybą pasiekė ir Šiaurės Ameriką.

Visus šiuos šimtmečius popierius buvo gaminamas iš skudurų, medvilnės ir kitų augalų pluoštų. Istorikai mano, jog seniausias krikščioniškas žinomas dokumentas, kuri iš esmės yra knyga, skirta mišioms, buvo pagaminta iš lino. Popieriaus gamybos technologija, ko gero, nebūtų pasikeitusi net ir dabar, jei ne XIX amžiuje įvykęs proveržis. Tai kas gi pasikeitė?

Maždaug 1830 metais paauglys Čarlis Fenertis vaikščiodamas viename Kanados miške pastebėjo vapsvas, kramtančias medžio pluoštus bei gaminančias medžiagą, kurią panaudoja lizdams statyti. Remiantis šiais pastebėjimais, jis pradėjo smulkinti medį į minkštą masę, iš kurios pagamino popieriaus lakštą. 1844 m. spalio 26 dieną jis išsiuntė popieriaus pavyzdį į tuo metu pagrindinio laikraščio „Acadian Recorder“ redakciją. Kelias savaites laikraštis buvo spausdintas iš Čarlio Fenerčio pagaminto popieriaus, tačiau šio atradimo nepavyko patentuoti, todėl didesnės piniginės naudos jis neatnešė.

Tuo pačiu metu vokiečių mašinistas Fridrichas Gotlobas Keleris sukūrė pramoninę mašiną, skirtą medienai pjaustyti. Gavus minkštą medienos masę, jis suprato, jog atrado tą patį, ką ir Fenertis. Tačiau Keleris pasielgė kiek kitaip – jis pardavė savo sukurtą procesą popieriaus specialistui Heinrichui Voelteriui. 1845 metų rugpjūtį Keleris ir Voelteris gavo Vokietijos patentą, kuris tapo visiška Voelterio nuosavybe. Visgi, dauguma istorikų labiau vertina Kelerio išradimą vien dėl to, kad jis gavo patentą, o Fenertis ne.

Nors šių dvejų žmonių išradingumas nenuginčijamas, ilgą laiką medienos plaušų popierius buvo vertinamas dvejopai. Iš medžio pagamintas popierius buvo pigesnis ir toks pat patvarus kaip medvilnė ar linas, tačiau jis turėjo savų minusų. Bene didžiausia problema – šio popieriaus reakcija su šviesa ir deguonimi, kuri laikui bėgant sukėlė gana dideles bėdas.

Medieną sudaro dvi polimerinės medžiagos – celiuliozė ir ligninas. Celiuliozė yra gamtoje gausiausiai randama organinė medžiaga. Techniškai ji yra bespalvė ir atspindi šviesą, o ne sugeria, todėl mes ją matome kaip baltos spalvos medžiagą. Tačiau celiuliozė yra šiek tiek jautri oksidacijai (nors ne tiek jautri, kiek ligninas). Jos metu prarandami elektronai ir pakeičiama kai kurių molekulių struktūra, todėl tai gali pakeisti šviesos absorciją. Visos šios reakcijos sudaro sąlygas celiuliozės spalviniams pokyčiams, tačiau tai nėra pagrindinė geltonuojančių popieriaus lapų priežastis.

Ligninas yra kita medžiaga, randama popieriuje ir itin dažnai laikraščiuose. Jis sustiprina augalų ląstelių (o tuo pačiu ir medienos) sieneles ir padeda augalui palaikyti formą. Pasak Dr. Hou-Min Chango, be lignino medis galėtų užaugti tik iki 2 metrų aukščio. Ligninas, iš esmės, veikia kaip klijai, stipriai surišantys celiuliozės pluoštus ir padedantys medžiui stiebtis į viršų bei atlaikyti išorinį slėgį, pavyzdžiui, vėją.

Natūralus ligninas yra tamsios spalvos. Tai galime pastebėti rudos spalvos popieriniuose maišeliuose ar kartono dėžėse, nes gamybos metu šis polimeras paliekamas norint suteikti gaminiui tvirtumo. Mažesnis medienos apdirbimas paliekant ligniną popieriaus masėje sumažina proceso, o tuo pačiu ir pačio gaminio kainą. Tačiau ligninas turi neigiamą savybę – jis yra jautrus oksidacijai. Ligniną sudaro atsitiktinai išdėstyti fenilpropano vienetai, pagrindiniais sudėtiniais monomerais laikomi p-kumarilo, koniferilo ir sinapilo alkoholiai. Šią sudėtingą struktūrą veikiant deguonimi (ir ypač kartu su saulės šviesa), pakinta polimero struktūra. Besijungiantis deguonis nutraukia ryšius, laikančius alkoholių subvienetus kartu, todėl susidaro molekuliniai regionai, vadinami chromatoforais. Šie regionai sugeria ir atspindi tam tikro bangos ilgio šviesą, kurią mūsų akys suvokia kaip spalvą. Lignino oksidacijos atveju ši spalva mums matoma kaip geltona ar ruda. Būtent šios reakcijos metu susidarantys junginiai yra nepageidaujami popieriaus pramonėje.

Laikraščių gamybai sunaudojami ypač dideli popieriaus kiekiai, todėl stengiamasi šį procesą padaryti kuo ekonomiškesnį. Periodinių leidinių spausdinimui naudojamas popierius nereikalauja didelės kokybės. Taigi jame paliekama gerokai daugiau lignino nei kad knygose, kur šio polimero pašalinimui vykdomas balinimo procesas. Galiausiai matome, jog laikui bėgant laikraščiai, reaguodami su deguonimi, gana greitai tampa gelsvai rudos spalvos.

Kalbant apie knygas, jose naudojamas geresnės kokybės popierius. Tai reiškia, jog gamybos metu pašalinama gerokai daugiau lignino ir siekiant išbalinti popierių vykdomas balinimo procesas. Tačiau balinimo metu naudojamos cheminės medžiagos gali sukelti celiuliozės jautrumą oksidacijai, todėl aplinkoje esantis deguonis ir šviesa ilgainiui pakeičia popieriaus spalvą.

Siekiant užkirsti kelią greitiems spalviniams popieriaus pokyčiams, šiais laikais svarbiems dokumentams naudojamas popierius, turintis labai mažą lignino kiekį bei pagamintas nenaudojant rūgštinių medžiagų.

Istoriniai dokumentai yra didelė vertybė, tačiau oro ir šviesos padarytos žalos pakeisti jau nebeįmanoma. Vis dėlto galima išvengti tolesnio žalingo poveikio dokumentus, knygas ar laikraščius saugant vėsioje, sausoje ir tamsioje vietoje. Būtent dėl to muziejuose esančiose patalpose palaikomas tam tikras temperatūros ir apšvietimo rėžimas. Be to, patariama dokumentų nelaikyti palėpėje ar rūsyje dėl ten esančios drėgmės ir temperatūros svyravimų. Ir svarbiausia – vengti kontakto, nes niekas taip nepažeidžia vertingų popieriaus lapų, kaip dažnas lietimas rankomis.

Literatūros šaltiniai:
http://www.silkroadfoundation.org/artl/papermaking.shtml
https://ingeniumcanada.org/innovation/story/worlds-first-paper-wood-charles-fenerty
http://www.historyofinformation.com/detail.php?entryid=548
https://www.livescience.com/63635-why-paper-turns-yellow.html

https://www.hindawi.com/journals/ijp/2015/137634/