Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η διαμόρφωση μιας μεθοδολογίας και κριτηρίων για την αποτίμηση της καταλληλότητας επεμβάσεων συντήρησης χαρτιού. Η μεθοδολογία αυτή πρέπει να περιλαμβάνει μια μέθοδο τεχνητής γήρανσης και κατάλληλες και ευαίσθητες μεθόδους για τη μέτρηση των μεταβολών των ιδιοτήτων του χαρτιού. Πρέπει επίσης να περιλαμβάνει κριτήρια για το πότε δικαιολογείται μια επέμβαση συντήρησης καθώς και για το πότε μια επέμβαση θεωρείται επιτυχημένη. Παράλληλα, για την επίτευξη του στόχου της εργασίας αυτής, επιχειρείται η διερεύνηση των μεταβολών της μικροδομής του χαρτιού ως συνέπεια της συντήρησης και της τεχνητής γήρανσης, η διαμόρφωση μοντέλων μεταβολής των ιδιοτήτων του χαρτιού ως συνάρτηση του χρόνου της γήρανσης και η αποτίμηση των μεθόδων που χρησιμοποιήθηκαν (πλύσιμο με απιονισμένο νερό, αποξίνιση με ημικορεσμένο διάλυμα υδροξειδίου του ασβεστίου, στερέωση με μεθυλοκυτταρίνη και ταυτόχρονη αποξίνιση και στερέωση). Τα δοκίμια που χρησιμοποιήθηκαν περιλάμβαναν χαρτί από καθαρή κυτταρίνη (Whatman no 2), ιστορικά χαρτιά από κουρέλια του 17ου και 18ου αιώνα, καθώς και χαρτιά του 20ου αιώνα από χημικό και μηχανικό πολτό. Για την επιτάχυνση της γήρανσης των δοκιμίων χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος της γήρανσης σε σφραγισμένα δοχεία σε θερμοκρασία 80ºC, όπου η σχετική υγρασία στο εσωτερικό τους ρυθμίστηκε με κορεσμένο διάλυμα NaCl στο 75%. Για την εκτίμηση των μεταβολών των ιδιοτήτων των δοκιμίων λόγω της συντήρησης και της τεχνητής γήρανσης χρησιμοποιήθηκαν οι εξής μέθοδοι: • Δοκιμές μηχανικών αντοχών: αντοχή στις αναδιπλώσεις, εφελκυστική αντοχή, επιμήκυνση κατά τη θραύση και απορρόφηση ενέργειας κατά τον εφελκυσμό • Από τις χημικές ιδιότητες: το pH και ο βαθμός πολυμερισμού • Από τις οπτικές ιδιότητες: Χρωματικές συντεταγμένες L*, a* και b* του συστήματος CIEL*a*b*, Wi (whiteness index), Yi (yellowness index) και Β (brightness). • Φασματοσκοπία υπερύθρου (FTIR), μικροσκοπία οπτικών ινών (FOM), θερμομηχανική ανάλυση (ΤΜΑ) και περιεχόμενη υγρασία σε πρότυπες συνθήκες. Για την εκτίμηση των μεταβολών της μικροδομής χρησιμοποιήθηκε περίθλαση ακτίνων Χ (XRD, για τη μέτρηση του βαθμού κρυσταλλικότητας), πορομετρία Hg και διαπερατότητα σε αέρα κατά Gurley (για την εκτίμηση των μεταβολών του πορώδους) και ρόφηση-εκρόφηση υδρατμών με βαρυμετρική μέθοδο. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι από τις μεθόδους που ελέγχθηκαν, καταλληλότερες μέθοδοι για την αποτίμηση των επεμβάσεων συντήρησης είναι η αντοχή στις αναδιπλώσεις, η εφελκυστική αντοχή (για την αποτίμηση των άμεσων συνεπειών των επεμβάσεων), ο βαθμός πολυμερισμού, το pH (για την εκτίμηση της σταθερότητας του αλκαλικού αποθέματος), η φασματοσκοπία υπερύθρου και η χρωματομετρία (για την αποτίμηση των αισθητικών αποτελεσμάτων αλλά και την εξαγωγή πληροφοριών για τις χημικές μεταβολές των δειγμάτων). Αποδείχτηκε ότι ο προκλιματισμός των δειγμάτων είναι απολύτως απαραίτητος πριν από την μέτρηση των μηχανικών αντοχών. Παράλειψή του οδηγεί στην εσφαλμένη εκτίμηση ότι οι υδατικές κατεργασίες προκαλούν αύξηση της αντοχής στις αναδιπλώσεις. Όσον αφορά τις μεταβολές της μικροδομής, μετρήθηκε αύξηση της κρυσταλλικότητας και ελάττωση του πορώδους προϊούσης της γήρανσης. Οι μεταβολές αυτές ήταν μικρότερες για τα αποξινισμένα δείγματα. Βάσει των αποτελεσμάτων του ποσοστού των γλυκοζιτικών δεσμών που θραύονται (δ%) σαν συνάρτηση του χρόνου της γήρανσης, προτάθηκε ένα νέο κινητικό μοντέλο για τον αποπολυμερισμό της κυτταρίνης για γήρανση σε κλειστά δοχεία. Το μοντέλο αυτό στηρίχτηκε στην υπόθεση της αυτοκατάλυσης λόγω της συγκέντρωσης των όξινων πτητικών προϊόντων της γήρανσης στο χώρο της αντίδρασης και προβλέπει εκθετική αύξηση του ποσοστού των δεσμών που θραύονται με το χρόνο. Προτάθηκαν επίσης μοντέλα μεταβολής των μηχανικών και των οπτικών ιδιοτήτων των δειγμάτων που προβλέπουν εκθετική χειροτέρευσή τους, τα οποία στηρίχτηκαν στη μεταβολή του δ%. Με βάση τα μοντέλα αυτά, εκτιμάται ότι ο χρόνος ζωής του χαρτιού που φυλάγεται σε αρχεία και βιβλιοθήκες είναι μικρότερος από αυτόν που προέβλεπαν τα ισχύοντα μοντέλα. Σαν πρόσθετο μέτρο διατήρησης του ιστορικού χαρτιού, προτείνεται ο εξαερισμός των αποθηκευτικών χώρων, ώστε να απομακρύνονται τα όξινα πτητικά προϊόντα της γήρανσης του χαρτιού που προκαλούν επιτάχυνση της υποβάθμισής του. Από τις μεθόδους συντήρησης που ελέγχθηκαν, καταλληλότερη μέθοδος κρίθηκε ότι είναι η ταυτόχρονη αποξίνιση και στερέωση με ημκορεσμένο διάλυμα υδροξειδίου του ασβεστίου και 1% διάλυμα μεθυλοκυτταρίνης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι υδατικές κατεργασίες προκαλούν πάντοτε ελάττωση της εφελκυστικής αντοχής και αύξηση της επιμήκυνσης κατά τη θραύση των δειγμάτων. Οι άλλες μηχανικές αντοχές παρουσιάζουν μικτές τάσεις. Η ελάττωση των μηχανικών αντοχών θεωρήθηκε σαν αποτέλεσμα της βλάβης της δομής του χαρτιού, που προκαλείται από την ανισότροπη και ανομοιόμορφη διόγκωση του πλέγματος του χαρτιού κατά τις υδατικές κατεργασίες. Με βάση τις παρατηρήσεις αυτές, προτείνεται οι υδατικές κατεργασίες να εφαρμόζονται μόνον εφόσον είναι απαραίτητες (π.χ. σε όξινα χαρτιά) και να ακολουθούνται πάντα από στερέωση.The aim of this study is the formulation of a methodology and the establishment of criteria for the evaluation of paper conservation interventions. This methodology must include a method of accelerated ageing and suitable and sensitive methods for the measurement of the changes in paper properties. It must also include criteria as to when a conservation intervention is justified and when it is successful. In parallel and in order to achieve the goal of this study, we attempt to investigate the alterations of the microstructure of paper due to conservation treatments and accelerated ageing, to formulate models describing the changes of paper properties as a function of the time of ageing and to evaluate the conservation treatments applied in this study (washing in deionized water, deacidification with semisaturated solution of calcium hydroxide, consolidation with methylcellulose and simultaneous deacidification and consolidation). The specimens included pure cellulose paper (Whatman no 2), historic rag papers dating from the 17th and the 18th centuries and 20th century papers from chemical and mechanical pulp. For the acceleration of the ageing of the samples we used the method of sealed vessels at a temperature of 80ºC. The relative humidity inside the vessels was maintained at 75% by the use of saturated sodium chloride solution. For the evaluation of the changes of the sample properties due to conservation and ageing, the following methods were used: • Mechanical properties: folding endurance, tensile strength, stretch at break and tensile energy absorption. • Chemical properties: pH and degree of polymerization • Optical properties: Coordinates L*, a* and b* of the CIEL*a*b* color system, Wi (whiteness index), Yi (yellowness index) and B (brightness). • Infrared spectroscopy (FTIR), fiber optics microscopy (FOM), thermomechanical analysis and moisture content at standard conditions. For the evaluation of the microstructure alterations we used X-ray diffraction (XRD, for the measurement of the degree of crystallinity), mercury porosimetry and air permeability (the Gurley method, for the evaluation of porosity changes) and adsorption-desorption of water vapor by a gravimetric method. The results showed that from the examined methods, the most suitable for the evaluation of conservation treatments are the folding endurance test, the tensile strength test (for the evaluation of the immediate impact of the treatment), the measurement of the degree of polymerization, the pH measurement (alkaline reserve stability index), the infrared spectroscopy and the color measurements (for the evaluation of the esthetic results but also for acquiring data for the chemical alteration of the samples). It was proved that the preconditioning of the samples before mechanical testing is absolutely necessary or else deceitful evidence about folding endurance increase would result. Concerning the microstructure alterations, the crystallinity increased and the porosity of the samples decreased as ageing advanced. These changes were milder for the deacidified samples. A new kinetic model for the depolymerization of cellulose is proposed that is applicable to cellulose ageing in closed vessels, based on the percentage of the glycosidic bonds that break (δ%) as a function of the time of ageing. This model is based on the assumption that autocatalysis results from the accumulation of the volatile acidic products of cellulose deterioration in the reaction vessel and predicts an exponential increase of δ%. Models predicting the changes in mechanical and optical properties of pure cellulose paper samples are also proposed. These models are based on the changes of δ% and predict an exponential deterioration of the above-mentioned properties. Our models predict a shorter useful life of historic paper stored in archives and libraries than that predicted by the existing models. As an additional preservation measure, we propose the ventilation of the storage areas so that the volatile acidic products of paper deterioration that accelerate its ageing are removed. Of all the conservation treatments that were tested, the simultaneous deacidification and consolidation by use of semisaturated calcium hydroxide solution and 1% methylcellulose solution was proved to be the most successful. The experimental results indicated that the aqueous treatments always cause a decrease in tensile strength and an increase in stretch at break of the samples. The other mechanical properties exhibit mixed trends. The decrease in the mechanical strength was attributed to the damage of the paper structure due to the anisotropic and inhomogeneous swelling of the paper web in water. On the basis of these observations, we propose that aqueous treatments should be applied only when necessary (i.e. acidic papers) and that they should be followed by consolidation.