Degraded Paper: Stabilization and Strengthening Through Nanocellulose Application

Cellulose nanomaterials are a promising material for the stabilization of degraded paper, since their characteristics in composition, structure and physical properties are close to those of cellulose. Two types of nanocellulose were tested regarding their performance in stabilizing fragile papers: cellulose nanofibrils (CNF) and cellulose nanocrystals (CNC). The suspensions were applied to a pure cellulose paper and historical newspaper. The study included optical and microscopic characterization, determination of pH, conductivity, and rheology as well as measurement of changes in tensile strength after treatment. The results showed that the pH, as well as the optical and haptic properties, were not altered after treatment. A 50% increase in paper’s tensile strength is achieved with 3% CNC applied on the paper. In addition, fluorescence microscopy demonstrated that, due to their nanoscale dimension, the suspensions can reinforce the surface but also fully penetrate the paper matrix achieving therefore an overall stabilization.

Cellulose Nanomaterialien sind ein vielversprechendes Material für die Stabilisierung von degradiertem Papier, da sie in Zusammensetzung und Struktur der Cellulose ähnlich sind. Cellulose Nanofibrillen und Cellulose Nanokristalle wurden in Hinblick auf ihre Fähigkeit zur Stabilisierung von fragilen Papieren getestet. Die Suspensionen wurden auf Filterpapier und historisches Zeitungspapier aufgebracht. Die Charakterisierung der Proben beinhaltete optische und mikroskopische Veränderungen, Messung der Zugfestigkeit und Bestimmung des pH-Werts. Die optischen und haptischen Veränderungen der Papierproben durch die Behandlung waren minimal, der pH-Wert wurde nicht negativ verändert. Die Papierfestigkeit wurde – bei einem Auftrag von 3 wt% Nanokristallen – um 50% erhöht. Mittels Fluoreszenzmikroskopie konnte gezeigt werden, dass die Suspensionen aufgrund ihrer Dimensionen im Nanobereich sowohl die Oberfläche verstärken als auch das Papierfasergefüge durchdringen und somit eine umfassende Festigung erzielen.