浅析档案纸张损毁机理

来源期刊：《兰台内外》2019年 第30期

作者：雷昌玲

 

 

　　摘要：档案纸张不可避免会因老化变质而损毁。档案纸张的毁损，是内在因素和外在因素共同作用的结果。本文介绍了档案纸张的特点，详细分析了纸张中的纤维素发生氧化与降解，纤维间结合力减弱以及杂质对纸张老化的催化作用等使纸张的耐久性变劣、纸张老化的内在因素，以及光、霉菌、潮湿空气及酸性气体污染物的侵害等外在因素。

 

　　关键词：档案纸张；毁损；纸张老化

 

　　纸质档案文献以纸张作为载体，具有长久的保留价值。纸张不可避免会因老化变质而出现多种病变，因此，有必要对其进行人为的干预，消除各种病害，使珍贵档案文献得到及时有效的保护。

 

　　为了更科学合理地保护年代久远的纸质档案文献，有必要对档案纸张损毁机理进行分析及总结，以便于在修复过程中采取适宜的保护措施。本文综述了档案纸张特点、毁损的内外因素，详细分析了毁损机理，为纸质档案文献的保护及修复工作提供了重要的理论参考。

 

　　1 档案纸张特点

 

　　用于档案文献的纸张原料来源广泛，纸张填料以及加工过程中加入的助剂成分不一样，导致纸质档案文献的载体材料存在着差异。20世纪50年代之前的档案用纸以手工造纸为主；随着社会发展，出现了机械造纸。目前的档案文件用纸以机械造纸为主，主要有印刷用纸、书写纸、绘图纸、卷烟纸和感光纸等。

 

　　档案纸张主要由纤维素、半纤维素和木素等组成，其组成结构及含量对纸张的影响如下。

 

　　（1）纤维素由许多β-葡萄糖脱水聚合而成。纤维之间相互缠绕形成较为致密的结构，能有效阻挡外界有害物质的侵入。聚合度低、长度较短的纤维抄造出的纸张，其抗张强度、耐折度和耐撕裂度等也比较低。

 

　　（2）半纤维素是由木糖、甘露糖、阿拉伯糖、葡萄糖等聚合而成的。在同样环境下，半纤维素比纤维素更易发生酸性水解和氧化反应。纸张中半纤维素含量越多，细纤维化程度就越大，纸张的紧度会相应上升，会在一定程度上增加纸张的脆性和被水润胀的速率，导致纸张在保存过程中抗水能力减弱，从而引起纸张的形变。因此，半纤维素性能不如纤维素稳定，不利于纸的耐老化性能。

 

　　（3）木素是一种黄褐色的高聚物，具有芳香族结构，由苯基丙烷聚合而成。木素分子结构上存在许多活性基团，如-OH、-CHO等，在空气中易被氧化生成一种褐色物质。此外，木素含量高会阻碍纤维吸水，影响纸张的亲水性和纤维间的相互作用力。因此，木素较多的纸张不仅紧度较低、强度较差，而且会导致纸张日久泛黄。

 

　　2 纸质档案纸张毁损机理

 

　　档案纸张经过长期保管和使用，其外观、结构和性能均会发生变化，主要表现为纸张变色、泛黄、发脆、强度下降等，这种现象称为纸张老化。纸张老化在纸质档案保存过程中不可避免，是物质内部运动的必然趋势。

 

　　2.1 纸质档案纸张毁损的内在因素

 

　　2.1.1 纤维素的氧化与降解。纸张中纤维素的结构中存在很多羟基，一方面，羟基之间能形成氢键，对纸张的机械强度起加强作用；另一方面，羟基易被氧化而使纤维素发生降解反应。纤维素的降解形式包括以下三个方面。

 

　　（1）酸性水解。在适当的酸度和温度下，纤维素大分子的甙键会发生水解降解而断裂。

 

　　（2）碱性降解。其一是纤维在碱性条件下的水解反应。纤维素的配糖键经碱性水解后部分发生断裂，导致其聚合度下降，最终使纸张强度降低。其二是纤维在碱性条件下的剥皮反应。在有碱存在的条件下，具有还原性的葡萄糖基断裂，以钠盐的形式存在。

 

　　（3）氧化。纤维素分子具有大量的D-葡萄糖基，在光照条件下，其C2、C3和C6上的醇羟基很容易发生氧化反应，生成含有醛基、羰基或羧基的氧化纤维素。氧化纤维素的生成会导致纤维中的羟基减少，造成分子中的氢键减少，导致纸张分子间的结合力及强度降低。

 

　　2.1.2 纤维间结合力减弱。为了提高纸张的综合性能，往往会在加工过程中添加一定量的填料。然而，填料的加入会在某种程度上造成纤维间的接触面积减少，从而妨碍氢键的形成，导致纸张中的氢键作用力降低。尤其是添加的无机粒子过大时，加工过程中其不规则的边缘与纤维的相互摩擦或挤压，会造成纤维的断裂，导致档案纸张保存和使用性能下降。

 

　　2.1.3 杂质对纸张老化的催化作用。纸浆在蒸煮、漂白和酸性施胶等工艺过程中，残留的酸性物质、树脂、木素、漂白剂、重金属离子和施胶剂等杂质往往成为促使纤维素发生降解反应的催化剂。在外界光、氧、水、热等因素的作用下，上述杂质会加速纤维素的光氧和酸性水解等一系列的反应，从而影响纸张的化学稳定性。

 

　　2.2 档案纸张毁损的外在因素

 

　　纸张在光、霉菌、潮湿空气以及酸性气体等环境下很容易发生老化而变质，老化后的纸张在微观上表现为聚合物结构降解，宏观上主要表现为纸张颜色泛黄、变脆和强度降低等。

 

　　2.2.1 光的危害。具有一定能量的可见光和不可见光都会引起纸张结构与性能的变化。光对档案文献物质材料的危害主要有光辐射热、光氧化反应和光降解。20世纪50年代，J.H.Flynn等就发现在远紫外线作用下，纸张纤维会发生光降解反应，纤维中的羟基会分解并放出氢气。同时，在光的辐射作用下，纤维素分子上的羟基先形成过氧化物，再分解成游离基，最终导致纸张强度降低。此外，纸张中残留的施胶剂、重金属元素、木素、游离氯等，在受到光的作用时，便成为光化学反应的催化剂，促使纤维素发生光降解反应。

 

　　2.2.2 霉菌。档案库房中充满着霉菌孢子，当外界温湿度适宜时，霉菌和其他微生物就容易滋生和繁衍。对于纸质档案文献来说，霉菌的出现是一个非常危险的信号。霉菌适应外界环境的能力极强，新陈代谢也特别旺盛。档案文献一旦长霉，霉菌就能从档案的纸张、胶料、浆糊、油墨等物质中摄取营养并排出大量对档案保存不利的有害物质。首先，动物胶被霉菌污染后，粘性会逐渐下降甚至消失，从而导致书页掉落；其次，霉菌排泄出的纤维素酶，可以催化纸张分解为葡萄糖，导致纸张的强度不断降低，最终降解为一堆残渣；再次，霉菌孢子大多具有颜色，档案被霉菌损害后会留下黄色、褐色和黑色等霉斑，这些色斑会遮盖文字而影响阅读和观赏；最后，霉菌的代谢产物大多为有机酸，从而增加纸张的含酸量，进一步腐蚀和加速纸张老化和字迹褪变。据相关统计，霉菌对档案纸张至少有50种危害。因此，档案纸张的保护需防止霉菌的生成。

 

　　2.2.3 温湿度对纸张耐久性的影响。温湿度是影响档案保存最常见的因素，温度和湿度过高或者过低以及忽高忽低对于档案的长期保存都是不利的。由于纤维表面游离的羟基能够吸水润胀，在纤维之间形成水桥，因此湿纸纤维间是靠水桥结合，而干纸纤维间是氢键结合。水桥的结合力远远小于氢键的结合力，因而湿纸的强度非常低。因此，高湿环境下，纤维间的氢键很容易被破坏，造成档案纸张强度下降。

 

　　此外，高温不利于抑制各种损坏纸张的化学反应，空气湿度的变化能够直接导致纸张结构的变化，高温高湿的环境会使纸张吸收潮气而润胀、松散、霉变等，高温干燥的环境则会引起纸张的翘起、干裂和脆断等。由此可见，外界温湿度变化，纤维随之频繁地热胀冷缩，可导致纸张的机械强度下降。

 

　　2.2.4 大气污染物对纸张耐久性的影响。档案文献的长久保存与库房的空气质量密切相关。对档案文献有害的气体主要来源于受污染的空气，如具有酸性（如SO2、H2S、NOX等）或氧化性（如O3、Cl2等）的有害气体和尘埃等。其中，酸性气体对档案的破坏最为严重。如NOX气体可与大气中的H2O结合生成硝酸，其与纸张接触后会引起纸张酸化，导致纸张纤维素发生水解降解。