بخشی از مقاله
مقدمه
آثار كاغذی1 بهدليل ساختار متشکل از ترکیبات آلي )سلولزي(، نسبت به عوامل محيطي بسيار حساس هستند و دربرابر عواملي مانند تابش نور UV، دما و رطوبت، آلودگي هوا، حشرات، قارچها و ... بهراحتی آسيب ميبينند. لذا حفاظت از آنها امری ضروری است May( et al, 2006: 39 ؛ ليهناردي و همکاران، )74 :1376 و نگهداري از اين آثار ارزشمند نیازمند شرايطی مناسبی است تا بتوان از اين آثار برای مدت طوالنی حفاظت و نگهداري کرد.
همان طور که میدانیم، یکی از مهمترین اصول در نگهداری آثار بحث حفاظت پیشگیرانه است که بهدلیل منافع بسیار آن مهمترین روش شناخته شده است .)Robinson et al, 2000( حفاظت پيشگيرانه بهعنوان يكي از اركان مهم موزهها و مجموعهها، روشی مناسب و كارآمد در امر سياست نگهداري و حفاظت آثار محسوب میشود و برقراري چنين شرايطي در حفظ و پايداري آثار بسیار مؤثر است.
در اين مقاله، از فناوری نانو در حفاظت و نگهداری آثار هنري كاغذي بهرهگرفته شده است. نانوذرات دياكسيد تيتانيوم بهعنوان مادهای بيضرر و بهدلیل خواص فوقالعادهای که از خود نشان داده است، انتخاب شد.
اين ماده يكي از مهمترين اكسيدهاي فلزي است که به سه شكل کریستالی روتايل2، آناتاز3 و بروكايت4 موجود است .)Zhu et al, 2005:6730-6736( اهمیت ساختارهای آناتاز و روتایل ازنظر کاربردی بیشتر از ساختار بروکایت است. طیف عبوری و بازتاب ساختارهای آناتاز و روتایل تفاوت اندکی با هم نشان میدهند. کوچکتر بودن طول موج جذب فرابنفش در ساختار آناتاز نسبت به روتایل کاربرد این ساختار را در صنعت بهمراتب بیشتر کرده است .)Winkler, 2003:12-13( رنگهایی که با دیاکسید تیتانیوم ساخته میشوند، منعکسکنندههای بسیار خوب پرتو مادون قرمز هستند و بنابراین منجمان بهطور گستردهای از آن استفاده میکنند )نجفيپور، .)1388 همچنين از اين ماده براي پوششدهي5 منسوجات Xin
)Daoud et al, 2004: 25-29 ;100( et al, 2004: 97- و نيز بهعنوان رنگدانه معدنی در ساخت شيشههاي رنگي، لعابها و سراميكها )احمديمقدم و همکاران، :1387 )101-95، حذف آاليندههاي مختلف هوا و همچنين حذف آلودگيهاي ميكروبي آب Benabbou et al, 2007:(
)257-263، ماده خودتميزكننده6 و خودضدعفونيكننده Xiujian et-1424 ;Mellott et al, 2006: 112-120(
)Chabas et al, 2008: 2124-2131 ;al, 2008: 1430 استفاده میشود. اين نانوذرات همچنين در ازبينبردن انواع قارچها و باكتريها مؤثرند Kuhn et al, 2003: 71-77( .);Makowski et al, 2001: 19-25 با استفاده از نانوذرات دياكسيد تيتانيوم تعداد ذرات در مساحت هر واحد افزايش مييابد، بنابراين اثرات ضد قارچ و باكتري حداكثر تأثير خود را ميگذارد. نانوذرات نقره و دياكسيد تيتانيوم زماني كه با قارچها و باكتريها تماس پيدا ميكنند، متابوليسم سلولي آنها را تحت تأثير قرار میدهند و بهاين ترتيب از رشد سلولي، تكثير و رشد باكتريها و قارچها جلوگيري بهعمل ميآورد. اين چنين است كه خاصيت ضد قارچ و باكتري اين پوششها عملكرد خود را نشان ميدهد .)Wong et al, 2006: 1-8( افزودن نانوذرات نقره به فیلم نازک TiO2 متخلخل میتواند خواص ضد باکتری آن را در شرایطی که نور UV نباشد، باال ببرد Xiujian et( .)al, 2008: 1424 شیشههایی که با این نانوذرات پوشش داده شوند، مزایای زیر را خواهند داشت: پس زدن آب و روغن از روي سطوح، عدم چسبيدن آلودگي روي سطوح، عدم رسوبگرفتن سطوح، ممانعت از خوردگي شيشه، افزايش استحكام و مقاومت شيشه دربرابر خشافتادگي، جلوگيري از تشكيل اثر انگشت روي شيشه، افزايش ديد ازطريق شيشه در شرايط بد آبوهوايي، كاهش مقدار
عبور اشعه UV از شيشه )نوري، .)1387
كاربرد و كارآيي TiO2 بهشدت تحت تأثير ساختار
بلوري، شكل و اندازه ذرات آن است Gao et al, 2004:( )1365-1368 و انواع روشهاي فيزيكي و شيميايي
براي تهيه پوشش اين نانوذرات استفاده شده است
Baorang et al, 2002:184-188( ؛ Colón et al, 2002:
91-101؛ .)Sankapal et al, 2006:702-707
با توجه به خصوصيات و تواناييهاي ذكرشده، دياكسيد تيتانيوم بهعنوان مادهای مؤثر برای حفاظت و نگهداري از آثار كاغذي انتخاب شد. سپس، بهمنظور ایجاد شرايط محيطي بهينه جهت نگهداري آثار كاغذي، از این نانوذرات در ساخت محفظههای نمایش و نگهداری آثار استفاده شد. این روش هیچگونه تغييري در ساختار آثار کاغذی ایجاد نکرده و اثرات حفاظتی جالب توجهی را نشان داده است. محفظههاي شيشهاي كه با اين نانوذرات پوشش داده شدهاند، مانند محفظههای معمولی ظاهری
شفاف دارند، تغييري از نظر ديداري بهوجود نميآورند و بهدليل خواص ویژه اين نانوذرات، آثار نگهداریشده در این محفظهها بهصورت چندجانبه حفاظت میشوند. از اين محفظهها نه تنها در سالنهاي نمايش بلكه در مخازن نگهداري آثار نيز ميتوان بهره جست. با توجه به فقدان استانداردهای الزم مانند سیستم تهویه مناسب، ویترینهای مناسب، نورپردازی مطلوب و شرايط نامساعد مخازن در موزهها، كتابخانهها و مجموعههای برخي از كشورها، استفاده از این محفظهها در نگهداری و حفاظت از آثار تاريخي مؤثر واقع میشود.
پيشينه تحقيق
در سالهاي اخير با توجه به گسترش فناوري نانو، استفاده از نانوذرات دياكسيد تيتانيوم بهدليل قابليتهاي مفيد، كارآمد و همچنين مؤثر واقعشدن اين نانوذرات رو بهافزايش است و هرساله تحقيقات بيشتري در ارتباط با خواص و كاربردهاي آن صورت ميگيرد.
در دهه اخير TiO2 بهطور وسيعي بهعنوان مواد خودتميزكننده و خودضدعفونيكننده براي پوشش بسياري از لوازم شامل لوازم بهداشتي، لوازم ميز غذا، لوازم آشپزي و اقالمي كه در بيمارستانها كاربرد دارند، استفاده شده است .)Fujishima et al, 1999( شيشههاي خودتميزشونده (فتوكاتاليستي + آبدوستي( از سال 2002 در بـازار دردسترس بودهاند و هـرروز نياز و تقاضای استفاده از آن شيشههـا افزايش مييابد )نوري، .)1387
از شيشههاي اليهنشانيشده با اين نانوذرات بهدليل خواص ايجادشده در آنها استفادههاي متنوعي شده است، بهطور مثال در شيشه ساختمانها، اتومبيلها و ... اما در مبحث حفاظت و نگهداري آثار تاريخي گزارشي از استفاده از اينگونه شيشهها ارائه نشده است.
روش تحقيق
ابتدا نانوذرات دياكسيد تيتانيوم براساس مطالعات انجامشده توسط محققان )Mansor et al, 2003: 87( بهروش سل-ژل7 سنتز شد. سل تهيهشده بهروش اسپري پيروليز8 و با دماي 500 درجه سانتیگراد روي زيراليه9 شيشه فلوت با ضخامت 3 میلیمتر اليهنشاني شد. جهت اثبات وجود اکسید تیتانیوم از نمونههاي اليهنشانيشده و معمولي آناليز XRD و SEM گرفته شد )بدینمنظور از دستگاه XRD مدل Philips PW1800 و ميكروسكوپ
الكتروني مدل XL30 محصول Philips و دستگاه اليهنشاني طال مدل SCD محصول Bal-Tec استفاده شد(. سپس به منظور ساخت محفظهها، شيشههاي اليهنشاني شده را بهكمك چسب سيليكوني Aquarium( Silicone بهنام Sista ساخت Henkel آلمان( بهيكديگر چسبانده و محفظه مورد نظر ساخته شد. محفظه دیگری نیز جهت مقایسه با شیشههای معمولی تهیه گرديد. پس از آماده شدن هردو محفظه آزمايش هاي پيرسازي گرمایی، نوری و بیولوژیکی بر نمونههاي كاغذ قرارگرفته درون آنها انجام گرفت . از كاغذ صافي با مشخصات Whatman-Filter Paper 1 Qualitative بهعنوان نمونههاي كاغذ مورد استفاده برای انجام آزمایشات در محفظهها استفاده شد.
بهمنظور پيرسازي گرمایی )پیرسازی توسط دما و رطوبت(، نمونههاي كاغذ مورد آزمايش درون هردو محفظه قرار داده و بين درب محفظهها و خود محفظهها نيز كمي فاصله گذاشته شد تا كامالً بسته نشوند و هوا و رطوبت بتواند به داخل آنها نفوذ كنند )اين فاصله براي هردو محفظه برابر درنظر گرفتهشد تا شرايط براي هـردو يكسان باشد(. سپس این محفظهها در دستگاه Binder( Ageing مدل ) KBF115 قرار داده شدند. اين آزمايش براساس استاندارد ISIRI -4706 )دماي 80 درجه سانتيگراد و رطوبت 65 درصد( و در آزمايشگاه بستهبندي و مواد سلولزي مؤسسه استاندارد و تحقيقات صنعتي ايران و نيز آزمايشگاه شيمي سازمان اسناد و كتابخانه ملي ايران انجام شد. پس از گذشت زمان هاي 24 ، 48، 168 و 240 ساعت يكي از نمونهها را از هر محفظه خارج كرده و به بررسي تغييرات صورتگرفته بر هر نمونه در زمان سپري شده پرداخته شد. بدينمنظور، از نمونهها طيف
FTIR )با دستگاه FTIR Bruker, model Equinox 55
با تفکیکپذیری 4 cm-1 و پیمایش 32 درمحدوده cm-1 )4000-400 گرفته شد و نيز ميزان مقاومت كششي10 نمونههای پیرسازیشده اندازهگيري و با يكديگر مقايسه شد. اندازهگيري مقاومت كششي براساس استاندارد
ISIRI– 8273-2 و توسط دستگاه Tinius olsen مدل
H10KS انجام گرفت.
براي بررسي خاصيت ضد قارچي اين نانوذرات نیز آزمايش پيرسازي تسريعشده بيولوژيكي بااستفاده از قارچ Aspergillus Flavous انجام شد. در این آزمايش، قارچ را در دو پليت محيط كشت جداگانه از Sabouraud-11 4% Dextrose – Agar، قرار دادند و پس از رشد قارچ بر سطح محيط كشت، پليتهاي حاوي قارچ را در
سوم، شماره دوم، سال پژوهشی، -علمی فصلنامۀ دو فرهنگی تاریخی، بافتهاي و آثار مرمت، نشریۀ
1391 تابستان و بهار
31
محفظههای در حفاظتی اثر بررسی تیتانیوم: دیاکسید نانوذرات كاغذي آثارنمايش و نگهداری
32
محفظههاي مورد نظر قرار دادند و چند قطعه نمونه كاغذ واتمن با اندازه يكسان را در داخل محفظهها و دركنار پليتهاي قارچ گذاشتند و براي تأمين رطوبت مورد نياز نیز يكِِبِشر حاوي آب داخل محفظهها قرار دادند. سپس، بهمنظور انتشار هاگهاي قارچ در محيط و بررسي اثر ضد قارچي محفظه، درب پليت قارچ را باز كردند و پس از بستن درب هر محفظه، محفظهها درداخل انكوباتور تنظيمشده در دماي 2 درجه سانتیگراد 26 ± و رطوبت نسبی 40 درصد قرار دادهشدند. وم سنتز شده
بهاين ترتيب، تأثيرات اين قارچ درطول زمان روي نمونههاي كاغذ موجود در محفظه معمولي و محفظه اليهنشانيشده با يكديگر مقايسه شد.
تعداد قارچ موجود بر نمونههاي كاغذ، با استفاده از روش رقیقسازی تعيين شد؛ بدينصورت كه هر نمونه بهابعاد حدود 11 سانتیمتر برش داده شد و در رقیقکننده پپتون و توئین 80 غوطهور شد. با استفاده از همین رقیقکننده تا رقت -5 تهيه شد 5( مرحله رقیق شد( و از تمامي نمونههاي رقيقشده بهصورت دوتايي12 روي محيط کشت YGC آگار13 کشت داده و در دماي 25 درجه سانتیگراد به مدت 3 تا 5 روز گرمخانهگذاری شد. ميزان رشد قارچ در هر نمونه بهوسيله شمارش واحدهاي تشكيلدهنده كلوني14 مطابق با استاندارد شماره 9899 استاندارد ملي ايران بررسي گردید. اين آزمايشها در آزمايشگاه ميكروبيولوژي مؤسسه استاندارد و تحقيقات صنعتي ايران و نيز در آزمايشگاه بيولوژي سازمان اسناد و كتابخانه ملي ايران انجام گرفت.
براي انجام آزمايش پيرسازي تسريعي نوري از پودر روناس براي رنگآميزي نمونههاي كاغذ استفاده شد. پس از رنگآميزي نمونهها توسط دستگاه طيفسنج UV-VIS( مدل )AVA Spec از نمونهها طيف گرفته و ماكزيمم جذب آنها ثبت شد. تأثير نور UV بر نمونهها بااستفاده از يك منبع نور 270( نانومتر( UV محصول Philips با توان 30 وات كه در يك محفظه تعبيه شده بود، انجام شد. در هر محفظه )الیهنشانیشده و معمولی( تعدادي از نمونههاي رنگشده قرار داده و اين محفظهها درون محفظه UV گذاشته و همچنين تعدادي نمونه رنگشده نيز در درون محفظه UV قرار داده و تغييرات آنها دراثر تابش نور UV در زمانهاي مختلف بررسي شد. پس از اتمام مدت زمان نوردهي مجدداً از نمونهها طيف گرفته و با طيف آنها قبل از پيرسازي نوري مقايسه شد. اين آزمايش با سپريشدن مراحل زماني 2، 4، 6 و 7 ساعتي صورت گرفت.
تصویر.1 الگوي XRDدياكسيد تيتاني
نتایج و بحث
نانوذرات دياكسيد تيتانيوم براي اينكه بتوانند خواص مورد نظر و خاص ما را در مقابله با عوامل آسیبرسان به آثار کاغذی داشته باشند، بايد ساختار آناتاز داشته باشند؛ بنابراين، هدف تهيه نانوذراتي با ساختار آناتاز بوده است که باداشتن خواص مورد نظر بتوانند در نگهداري آثار كاغذي مؤثر باشند. تصویر XRD )1( نمونه دیاکسید تیتانیوم سنتزشده بهروش سل-ژل را در مقایسه با طیف استاندارد فاز آناتاز )Mansor et al, 2003: 90( نشان میدهد. همانطور که نشان داده شده است، الگوي پراش XRD نمونه سنتزشده با فاز آناتاز دياكسيد تيتانيوم مطابقت کامل دارد و وجود فاز آناتاز را تأييد ميكند و نشان ميدهد نانوذرات دياكسيد تيتانيوم در فاز آناتاز بر سطح شيشه اليهنشانيشدهاند.
تصویر )2(، SEM شيشه اليهنشانيشده را در مقایسه با شيشه معمولي نشان ميدهد. همانطور كه در اين شكل پيداست، نانوذرات دراثر فرايند اليهنشاني روي اين شيشه اليهنشانيشدهاند.
