Influence of cold plasma disinfection on durability of paper and writing media

Low temperature, low pressure plasma could be an alternative method for disinfection of paper-based archival materials. A variety of treatment conditions were studied and it has been established that the optimal conditions with good disinfecting efficacy and low side-effects for paper are: helium at 5 millibars with treatment time of 3-5 minutes. The short and long term influence of plasma treatment on properties of paper and inks was investigated by a range of methods: • mechanical tests - tensile strength and folding endurance of paper, both before and after plasma treatment, • degree of polymerization, color and oxidation index of paper was determined successively by Size Exclusion Chromatography, Hyperspectral Imaging and Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform Spectroscopy. Obtained results show that the tested plasma treatment doesn’t change mechanical endurance as well as cellulose degree of polymerization and color of tested samples. Slight oxidation of surface groups on the treated samples was observed. With the use of EPR, free radicals were observed in some of the treated samples, its concentration diminishes though within few days from the treatment. Accelerated aging tests doesn’t differentiate between plasma disinfected and reference samples.

Dezynfekcja plazmą niskotemperaturową pod obniżonym ciśnieniem może stanowić alternatywę dla istniejących metod dezynfekcji dokumentów. Badania mikrobiologiczne potwierdziły skuteczność tej metody. Za optymalne warunki procesu, w których następuje znaczna redukcja liczby kolonii mikroorganizmów, uznano 5. minutową dezynfekcję z zastosowaniem helu pod ciśnieniem 5 mbar. Oceny wpływu metody odkażania na obiekty papierowe dokonano na podstawie testów wytrzymałościowych oraz analiz instrumentalnych. Testy wytrzymałościowe polegały na wyznaczeniu wartości siły koniecznej do zerwania włókien celulozowych oraz odporności włókien na zginanie. Wśród technik analitycznych wykorzystanych w badaniach były: chromatografia wykluczania molekularnego (SEC) - wyznaczenie stopnia polimeryzacji, spektroskopia odbicia rozproszonego w podczerwieni z transformatą Fouriera (FTIR DRIFT) - określenie zmian ugrupowań chemicznych na powierzchni próbki, obrazowanie hiperspektralne (HSI) - ocena zmiany zabarwienia, spektroskopia elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR) - wykazanie obecności wolnych rodników. Zarówno właściwości wytrzymałościowe, stopień polimeryzacji jak i barwa dokumentów pozostały w zasadzie niezmienione. Wykazano obecność trwałych rodników w papierze poddanym i niepoddanym działaniu plazmy. Odnotowano także, że grupy powierzchniowe obecne w strukturze papieru ulegają utlenieniu. Zmieniły się także makroskopowe właściwości powierzchni papieru. - arkusze poddane procesowi dezynfekcji w części utraciły swoje właściwości hydrofobowe. Testy starzeniowe wykazały, że próbki po dezynfekcji plazmą niskotemperaturową starzeją się w taki sam sposób jak próbki kontrolne.