Alkaline Earth Hydroxide Nanoparticles for the Inhibition of Metal Gall Ink Corrosion

Abstract This contribution reports about the application of alkaline earth hydroxide nanoparticles dispersed in alcohols to inhibit ink-induced degradation of paper objects. A single-step deacidification is shown to be effective in the protection of paper from acid hydrolysis and concomitant metalcatalyzed oxidation of cellulose if the final pH is stabilized around neutrality (pH 6–7). Nanosized particles of magnesium- and calcium hydroxide have been tested on model paper with different inks brushed on. Inks are prepared according to a 17th-century recipe. The efficacy of a nanoparticles pH-controlled deacidification was evaluated by determining the viscometric degree of polymerization of cellulose to gain information about the state of preservation of the paper. The applied deacidification methodologies provided an efficient neutralization, resulting in the inhibition of paper corrosion due to gall inks. Zusammenfassung Dieser Beitrag berichtet über Anwendungsmöglichkeiten von Erdalkalihydroxiden in Form von Nanopartikel, die in Alkohol dispergiert für die Inhibierung von Tintenfraßschäden von Dokumenten auf Papier eingesetzt werden können. Ein einziger Behandlungsschritt führt zu einer effektiven Entsäuerung. Diese Entsäuerung ist ausreichend, den Celluloseabbau durch säurekatalysierte Hydrolyse bzw. metallionenkatalysierte Oxidation zu inhibieren, wenn der pH des Behandlungsguts um den Neurtalpunkt (pH 6 - 7) stabilisiert wird. Getestet wurden Nanopartikel von Magnesium-und Calciumhydroxyd an Modellpapieren, auf die verschiedene Tintenpräparationen aufgetragen waren. Die Präparation der getesteten Tinten erfolgte nach einem Rezept aus dem 17. Jahrhundert. Die Effektivität der Entsäuerungsbehandlung mit einer alkoholischen Dispersion der jeweiligen Nanopartikel von Erdalkalihydroxiden wurde mit Hilfe der viskosimetrischen Bestimmung des Polymerisationsgrades der Cellulose nach künstlicher Alterung durchgeführt. Die Experimente zeigten durchwegs eine gute Stabilisierung der mit Metall-Gallus-Tinten behandelten Papiere durch die experimentelle Entsäuerungsmaßnahme. Résumé Cet article traite des possibilités d'utilisation d'hydroxydes alcalino-terreux sous forme de nanoparticules qui, dispersées dans de l'alcool, peuvent servir pour inhiber la dégradation des documents en papier induite par la corrosion de l'encre. Une seule séance de traitement est nécessaire pour obtenir une désacidification effective. Cette désacidification suffit pour inhiber la dégradation de la cellulose par hydrolyse acide ou par une oxydation catalysée par des ions-métal lorsque le pH du document traité est stabilisé aux alentours du point neutre (pH6-7). Des nanoparticules d'hydroxydes de magnésium et de calcium ont fait l'objet de tests sur des échantillons de papier sélectionnés comportant différentes sortes d'encre. La préparation des encres testées a été effectuée selon une recette datant du 17ème Siècle. L'efficacité du traitement de désacidification au moyen de nanoparticules d'hydroxydes alcalino-terreux dispersées dans de l'alcool a été évaluée en déterminant le degré viscométrique de polymérisation de la cellulose pour obtenir des informations concernant l'état de conservation du papier après le vieillissement artificiel. Les résultats témoignent d'une bonne stabilisation des papiers contenant de l'encre ferro-gallique traités par cette mesure expérimentale de désacidification.