从纤维素的氧化、水解谈纸张的老化和预防

来源：《山东档案》

作者：邱玉娥

 

 

　　纸张是档案等信息资源的重要载体。处于开发和存贮信息资源的需要，人们总是希望那些存有信息的纸张能长期或永久保存下去。但随着时间的推移，纸张由于内外部因素的作用会逐渐发黄变脆，甚至成为不堪入目的碎片，严重制约着档案等信息材料的长久保存和使用。纸张的这种发黄变脆现象，就是人们常说的纸张老化问题。实践证明，能够引起纸张老化的原因既多又复杂，但其中最重要的因素是其制成材料  纤维素在外界条件作用下所发生的氧化和水解反应。下面从纤维素的氧化、水解角度谈一下纸张的老化过程及应采取的预防措施。

 

　　纤维素是纸张的主要组成成分。其分子式为(C₆H₁₀O₅)_n（其中括号内的C₆H₁₀O₅为葡萄糖基，括号外右下角的n为聚合度），结构式为：

 

 

　　从纤维素的结构式可以看出它具有三个基本特征：1.每个葡萄糖基中含一个侧链羟基（-OH）和两个环中羟基；2.纤维素分子是一个相当长的链状大分子结构；3.每个葡萄糖基之间都是用β—苷键（或氧桥 -O-）连接起来的。纤维素分子之间的羟基能够形成具备一定结合能力的氢键，并且聚合度n值越大，分子中所含的羟基数目越多，形成的氢键也就越多，纤维素分子间的结合力也就越大，纸张的机械强度和耐老化性能也就越好。

 

　　纤维素分子中羟基的存在，一方面对纸张的机械强度起加强作用，另一方面由于这些羟基极易被氧化，生成氧化纤维素削弱分子间的作用力，是引起纸张老化的内在因素之一。在光照条件下，由于氧化剂的介入，纤维素发生氧化反应，生成结构不同于纤维素的一系列氧化纤维素。众所周知，物质的结构决定物质的性质。由于氧化纤维素的结构中已不再含有羟基，所以分子间不能再形成氢键，分子间的结合力减弱了，纤维素的机械强度随之下降，使纸张颜色泛黄，纸张干燥以至脆裂。由此看出，纤维素的氧化反应是引起纸张老化的一个重要原因。

 

　　另外，纤维素分子中的羟基由于H和O原子的电负性不同，而使O原子一端带负电，H原子一端带正电，所以当纤维素分子与极性很强的水分子相遇时，按照同性相斥、异性相吸的原理，纤维素分子中的极性氢氧键吸引水分子形成氢键，当吸水量达7%（纸张含水量）时，这部分水叫做纤维素的结合水（也叫安全水分），结合水分子排列具有一定的方向性，能使纤维素润胀，并赋予纸张塑性、柔韧性和好的机械强度。但当纤维素分子中的结合水超过7%（相对温度为60%）时纤维素发生水解反应，导致苷键（或氧桥）断裂，使纤维素聚合度下降，分子间的作用力降低，链变短，生成小分子易碎的水解纤维素，最终生成葡萄糖分子，使纸张支离破碎失去充当载体的价值。在室温下（15-20℃），纤维素的水解反应速度很慢。但在有酸存在或较高的温度条件下，水解反应速度能够大大加快，促使纸张老化和缩短使用寿命。因此说，纤维素的水解反应也是纸张老化的一个重要原因。

 

　　从分析纸张纤维素氧化、水解反应的过程中，我们可以看出：在光照条件下，氧化剂的引入是引起纤维素分子中羟基被氧化的必要条件；酸性物质的存在对纤维素的水解反应具有催化作用；较高的温度使氧化、水解反应速度得以加快。引起氧化反应的氧化剂主要来源于空气中的O₂和由空气带来的其它有害气体O₃、NO₂、CL₂等。加速水解反应的酸性物质一是来源于纸张本身（造纸工艺中的施胶过程带入），二是来源于空气中的SO₂、NO₂等有害气体。针对这些情况，为了防止或延缓纸张的老化，延长档案的使用寿命，我们可采取如下措施：

 

　　1.贮存档案的库房应采取严格的防光措施；库房内安装空气过滤装置；库温尽量控制在16-20℃之间，相对湿度控制在45-60%之内。

 

　　2.采用适当的去酸方法，对现存档案资料进行去酸，使其PH值保持在6.5-8.5之间。

 

　　3,对一些特别珍贵的档案原件建议采用真空保存。