Composition and Condition of Naturally Aged Papers

Abstract

The properties of forty naturally aged papers taken from books dating from 1477 to 1793 were assessed using two indicators of paper condition: degree of polymerization and yellowness index. These data were interrelated with three variables that may impact long-term paper stability: pH, gelatin content, and residual metals content. More stable specimens (high degree of polymerization and low yellowness index values) were strongly associated with high pH. High pH specimens were found to contain lower amounts of aluminum, potassium, and sulfur, as well as higher amounts of calcium and magnesium. Papers with more than 5.5% w/w gelatin content exhibited high pH, while those containing less than 5.5% w/w gelatin content showed both a range in pH and a broad range of aluminum, potassium, and sulfur content. Consequently, high gelatin content specimens were in good condition while low gelatin content specimens ranged in condition from poor to good. Results suggest that pH is the controlling factor in long-term stability and that gelatin needs to be present above some content level to provide long-term stability. The origin of high pH may lie in the alkaline calcium and magnesium residues.

TÍTULO—Composiçao e condiçao de papéis envelhecidos naturalmente.

RESUMO — As propriedades de quarenta papéis envelhecidos naturalmente, retirados de livros e datados de 1447 a 1793 foram avaliadas utilizando dois indicadores da condiçao do papel: grau de polimerizaçao (GP) e índice de amarelecimento (IA). Estes dados foram inter-relacionados com tres variáveis que podem ter impacto na estabilidade do papel a longo prazo: pH, conteúdo de gelatina e conte údo de metais residuais. Os espécimens mais estáveis (valores altos de GP e de baixo IA) estavam fortemente associados a altos valores de pH. Especímens com alto valor de pH demonstraram que continham quantidades baixas de alumínio (Al), potássio (K) e enxofre (S) como, também, valores altos de cálcio (Ca) e de magnésio (Mg). Papéis com quantidades superiores a 5,5 w/w% de gelatina exibiam valores altos de pH, enquanto que aqueles com quantidade inferior a 5,5 w/w% de gelatina demonstravam, simultaneamente, variedade nos valores de pH e uma ampla variedade de conte údo de Al, K e S. Consequentemente, especímens com alto conte údo de gelatina estavam em boa condiçao enquanto especímens com baixo valor de gelatina variavam entre a má e a boa condiçao. Os resultados sugerem que o pH é um factor controlador na estabilidade a longo prazo e que o conte uúdo de gelatina precisa estar acima de determinado nível para promover a estabilidade a longo prazo. A origem de um pH pode depender de resíduos alcalinos de Ca e de Mg.

The properties of forty naturally aged papers taken from books dating from 1477 to 1793 were assessed using two indicators of paper condition: degree of polymerization and yellowness index. These data were interrelated with three variables that may impact long-term paper stability: pH, gelatin content, and residual metals content. More stable specimens (high degree of polymerization and low yellowness index values) were strongly associated with high pH. High pH specimens were found to contain lower amounts of aluminum, potassium, and sulfur, as well as higher amounts of calcium and magnesium. Papers with more than 5.5% w/w gelatin content exhibited high pH, while those containing less than 5.5% w/w gelatin content showed both a range in pH and a broad range of aluminum, potassium, and sulfur content. Consequently, high gelatin content specimens were in good condition while low gelatin content specimens ranged in condition from poor to good. Results suggest that pH is the controlling factor in long-term stability and that gelatin needs to be present above some content level to provide long-term stability. The origin of high pH may lie in the alkaline calcium and magnesium residues.

TITRE—Composition et état des papiers naturellement vieillis.

RÉSUMÉ—Les propriétées de quaranteéchantillons de papier naturellement vieillis, prélevés dans des livres et datant de 1477 à 1793, ontétée déterminées en utilisant deux indicateurs de l'état du papier: le degré de polymérisation (DP) et l'index de jaunissement (IJ). Ces données ont étée mises en corrélation avec trois variables qui peuvent affecter la stabilité du papier à long terme: le pH, le taux de gélatine et le taux de résidus métalliques. Les échantillons plus stables (DPélevé et valeurs basses d'IJ) ont été gééralement associés à un pH élevée. Les échantillons ayant un pH élevé se sont avérés contenir de petites quantités d'aluminium (Al), de potassium (K), et de soufre (S), ainsi que des quantités plus éelevées de calcium (Ca) et de magnésium (Mg). Les papiers ayant un taux de géelatine supérieur à 5,5% g/g avaient en général un pH plus élevé, alors que ceux contenant un taux de gélatine inférieur à 5,5% g/g exhibaient une gamme de pH et une grande variétŕ de taux d'Al, K et S. En conséquence, les échantillons ayant un taux élevé de gélatine étaient en bon état tandis que ceux avec un taux de géelatine plus bas étaient dans un éetat allant de bon gà pauvre. Les résultats suggèrent que le pH est le facteur qui controle la stabilité à long terme des papiers et que la gélatine doit etre présente au-dessus d'un certain niveau pour assurer une stabilité à long terme. L'origine d'un pH élevé peut possiblement etre liée aux résidus alcalins de calcium et de magnésium.

TITULO—Composici ón y condición de papeles envejecidos naturalmente.

RESUMEN—Las propiedades de cuarenta papeles envejecidos naturalmente, tomados de libros que datan entre 1477 y 1793, fueron analizados usando dos indicadores de las condiciones del papel: el grado de polimerizaciín (GP) y el índice de amarillamiento (IA). Estos datos fueron interrelacionados con tres variables que pueden impactar en la estabilidad a largo plazo del papel: pH, contenido de gelatina, y contenido de metales residuales. Las muestras más estables (con valores de GP alto y de IA bajo) resultaron fuertemente asociadas a un pH alto. Se determin ó que las muestras con un pH alto contenían bajas cantidades de aluminio (Al), potasio (K), y azufre (S), así como también altos contenidos de calcio (Ca) y magnesio (Mg). Los papeles con un contenido de gelatina mayor a 5,5 % p/p mostraron un pH alto, mientras que aquellos con un contenido de gelatina menor a 5,5 % p/p mostraron tanto una variedad de valores de pH, asícomo un amplio rango de contenido de Al, K y S. Por consiguiente, las muestras con un alto contenido de gelatina estaban en buenas condiciones mientras que las condiciones de las de contenido bajo de gelatina variaban de pobres a buenas. Los resultados sugirieron que el pH es un factor determinante en la estabilidad a largo plazo y que el contenido de la gelatina tiene que estar por encima de cierto nivel para proveer una estabilidad a largo plazo. El origen de un pH alto puede deberse a los residuos alcalinos de Ca y Mg.