ทุกคนต่างทราบดีว่า กระดาษจะเปลี่ยนสีไปตามกาลเวลา และเริ่มจางลงเมื่อสัมผัสกับแสงยูวี หรือ รังสีอัลตร้าไวโอเลต (Ultraviolet Radiation:UV) แต่นั่นก็ยังไม่ใช่คำตอบที่ชัดเจนที่จะใช้ตอบคำถามที่ว่า เหตุใดกระดาษหนังสือพิมพ์จึงเปลี่ยนเป็นสีเหลือง?

ภาพที่ 1 กระดาษหนังสือพิมพ์
ที่มา https://pixabay.com/th ,Stocksnap

          อุตสาหกรรมกระดาษในแถบเอเชียนิยมผลิตกระดาษจากเส้นใยพืชในส่วนของลำต้น (Bast fiber) ในขณะที่การผลิตกระดาษในฝั่งตะวันตกนั้นนิยมใช้วัตถุดิบหลักจากฝ้าย ลินิน หรือเส้นใยที่สามารถนำไปปั่นด้ายได้ โดยขั้นตอนการผลิตกระดาษในส่วนของการทำเยื่อกระดาษนั้น สิ่งที่ได้จะเป็นเส้นใยจากเซลลูโลส (Cellulose) ซึ่งเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่เป็นองค์ประกอบสำคัญในผนังเซลล์ของพืช ไม่มีกลิ่น ไม่มีสี แต่มีคุณสมบัติในการสะท้อนแสงได้ดี จึงทำให้เรามองเห็นเส้นใยพืชและกระดาษเป็นสีขาว อย่างไรก็ดีกระดาษหนังสือพิมพ์หรือกระดาษชนิดอื่นๆ ที่ทำจากไม้ยังคงมีโครงสร้างอื่นที่เป็นองค์ประกอบของเส้นใยพืชผสมอยู่ด้วยเช่นกัน

ภาพที่ 2 ฝ้าย
ที่มา https://pixabay.com/th/ ,bobbycrim

        โดยทั่วไปแล้วเส้นใยธรรมชาติจะประกอบด้วยโครงสร้างพอลิเมอร์ที่สำคัญได้แก่ เซลลูโลส (Cellulose) เฮมิเซลลูโลส (Hemicellulose) ลิกนิน (Lignin) เพคติน (Pectin) และเถ้า (Ash) ในอัตราส่วนที่แตกต่างกันตามแต่ละประเภทของเส้นใย แต่ส่วนใหญ่แล้วเส้นใยพืชจะประกอบด้วยเซลลูโลสและลิกนิน  และนอกเหนือจากส่วนประกอบทางเคมีอื่นๆ ที่เป็นส่วนประกอบเพียงน้อยนิดแล้ว องค์ประกอบเหล่านี้ส่งผลต่อคุณสมบัติของเส้นใยโดยตรง โดยเฮมิเซลลูโลสมีหน้าที่ในการดูดซับความชื้นและเกี่ยวข้องกับกระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพ ในขณะที่ลิกนินช่วยในเรื่องของเสถียรภาพทางความร้อน (Thermal stability) แต่เสื่อมสภาพได้ง่ายภายใต้รังสีอัลตร้าไวโอเลต และนั่นทำให้ลิกนินเป็นตัวการสำคัญที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนสีของกระดาษ

ภาพที่ 3 กระดาษหนังสือพิมพ์ที่เปลี่ยนไปเป็นสีเหลือง
ที่มา https://pixabay.com/th/ ,Pezibear

         ลิกนิน (Lignin) เป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่มีความสำคัญของเส้นใยพืช ซึ่งเป็นโครงสร้างพอลิเมอร์อินทรีย์ที่มีความซับซ้อนที่ช่วยสนับสนุนโครงสร้างของพืชที่มีท่อลำเลียง (Vascular plants) และเสริมสร้างความแข็งแรงของระบบเนื้อเยื่อท่อลำเลียง (Vascular tissue; Xylem and Phloem) ของพืชให้สามารถลำเลียงน้ำและอาหารได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ลิกนินยังทำหน้าที่เสมือนเป็นกาวที่ช่วยยึดเส้นใยเซลลูโลสให้แน่นมากยิ่งขึ้น ช่วยให้ต้นไม้แข็งแรง สามารถยืนต้นได้สูง และทนต่อแรงกดดันจากภายนอกอย่างแรงลมได้

ภาพที่ 4 โครงสร้างของเส้นใยธรรมชาติ
ที่มา https://www.jscimedcentral.com/Biotechnology/biotechnology-spid-industrial-biotechnology-made-germany-1023.php

        ปกติแล้วลิกนินจะมีค่อนข้างมีสีเข้ม หากต้องการตัวอย่างของผลิตภัณฑ์ที่ทำจากเส้นใยพืชที่มีสีเข้มให้ลองนึกถึงถุงกระดาษหรือกล่องกระดาษแข็งที่มีสีน้ำตาล ถุงหรือกล่องเหล่านั้นค่อนข้างจะมีส่วนผสมของลิกนินอยู่มาก นั่นเพื่อช่วยเพิ่มความแข็งแรงให้กับวัสดุ และยังเป็นการลดต้นทุนการผลิตในขั้นตอนของการแยกตะกอนลิกนินออกจากเยื่อกระดาษด้วย จึงเป็นเหตุผลให้ถุงหรือกล่องกระดาษที่มีสีเข้มมีราคาถูกกว่ากระดาษสีขาว  นอกจากนี้ลิกนินยังมีความไวต่อการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่น (Oxidation) โดยเมื่อลิกนินสัมผัสกับออกซิเจน ความชื้น และแสงแดดจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างโมเลกุลเป็นโครงสร้างโครโมฟอร์ (Chromophoric structure) เช่น ควิโนน (quinone) ซึ่งดูดกลืนและสะท้อนแสงในช่วงความยาวคลื่นที่มองเห็นเป็นสีเหลืองปนน้ำตาล

ภาพที่ 5 ตัวอย่างโครงสร้างโครโมฟอร์ของลิกนิน และค่าการดูดกลืนแสงที่เกี่ยวข้อง
ที่มา http://www.cellulosechemtechnol.ro/pdf/CCT5-6(2016)/p.659-667.pdf

          กระดาษหนังสือพิมพ์มีแนวโน้มที่จะถูกผลิตด้วยกรรมวิธีที่ไม่มีการกำจัดตะกอนลิกนินออกเพื่อประหยัดต้นทุน เนื่องจากต้องใช้เยื่อกระดาษในการผลิตต่อครั้งเป็นจำนวนมากแสดงให้เห็นว่า กระดาษที่มีคุณภาพต่ำเช่น กระดาษหนังสือพิมพ์นั้นมีส่วนประกอบของลิกนินมากกว่ากระดาษสีขาวที่ผ่านกระบวนการการฟอกขาวเยื่อ (Bleaching process) ในขั้นตอนการผลิต ดังนั้นกระดาษหนังสือพิมพ์จึงเปลี่ยนเป็นสีเหลืองได้รวดเร็วกว่ากระดาษสีขาวที่ผ่านขั้นตอนการผลิตกระดาษที่มีประสิทธิภาพมากกว่า

แหล่งที่มา

Tribulová T., Kacík F., Evtuguin D.and Cabalová I. Assessment of chromophores in chemically treated and aged wood by Uv-Vis diffuse reflectance spectroscopy. Cellulose Chemistry and Technology. 2016. 50; 659-667.

Cogulet   A., Blanchet   P. and Landry   V. Wood degradation under UV irradiation: A lignin characterization. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 2016. 158; 184-91.

Nora Lockshin. (2011, November 4). Why does paper yellow?
        Retrieved March 18, 2018, 
        from https://siarchives.si.edu/what-we-do/forums/collections-care-guidelines-resources/why-does-paper-yellow

Ashwin. (2015, July 2). Why Does Paper Turn Yellow Over Time?
        Retrieved March 18, 2018,
        from https://www.scienceabc.com/pure-sciences/yellowed-why-does-paper-turn-yellow-with-time.html

Cellulose fiber.
        Retrieved March 18, 2018,
        from https://en.wikipedia.org/wiki/Cellulose_fiber

Lignin.
        Retrieved March 18, 2018,
        from https://en.wikipedia.org/wiki/Lignin