锐立bookkeeper纸质脱酸

图书档案纸质恶化的内因及脱酸处理方法的研究

时间:2020-10-14 09:35:04来源:《档案学通讯》
来源:《档案学通讯》
作者:戴红旗 钱一群 等
 
古籍档案保护
 
  提高纸的耐久性历来为图书馆、档案界所追求,对此的研究和探讨也由来已久。在档案、绘画等特殊的领域,纸作为一种广为运用的信息载体,需具有长期保存信息和方便使用的性能,特别是纸的耐折度和颜色,这就是纸的耐久性问题。影响纸耐久性的原因不外乎内因和外因,内因主要指纸的抄造工艺、原料成份等等,外因主要指纸的贮藏条件,如温度、湿度、光照、大气中的污染等。现人们往往习惯于重视外因,花大量的财力和物力改善纸的外部条件,如在档案库房管理上,要求配置空调、除湿机,避免太阳光直射等等。而对纸质恶化的内因研究不多。鉴于此,笔者对纸质恶化的内因及其脱酸处理的方法进行了探索,试图作一些深层次的思考。从内因上讲,在纸的抄造过程中,其各成份及相互间的反应变化已确定,如纸纤维的种类和质量、胶料、涂料、酸和金属化合物等。造成纸质恶化的主要因素是来自造纸过程中松香施胶时使用明矾,明矾水解导致纸中产生游离的硫酸。纸纤维在强酸作用下变得僵硬,造成纤维素大分子基本单元之间的氧桥水解断裂,醌类发色基团还原,使纸张返黄发脆,逐渐丧失使用性质。研究认为,纸的水抽出液pH值在6~8范围性能最稳定,高于9.5或低于6纸质退化速度加快。这就是提倡使用中性纸的原因。而现通用的纸多为偏酸性。纸的脱酸处理是用弱碱盐渗入纸页内部,中和掉已产生的游离酸,并在脱酸后的纸页中保留一定的储备碱度,恢复一定的柔软性,抑制纤维进一步水解和大气中酸性气体的侵蚀,延缓纸质恶化速度。本文仅对碳酸钙、氢氧化钙—碳酸氢钙和乙醇镁三种脱酸处理方法进行探讨。
 
  1 实验材料及方法
 
  1.1 实验材料
 
  旧图书纸(1976年版)、酸性纸(手抄片)、碱性纸(手抄片)
 
  1.2 化学药品
 
  0.2%CaCO3水溶液、0.15%Ca(OH)2水溶液、0.15%Ca(HCO3)水溶液、饱和乙醇镁—乙醇溶液。
 
  1.3 实验方法
 
  抗张强度测定按 GB453—89标准进行。
 
  耐折度测定按 GB457—89标准进行。
 
  白度测定按 GB8940.1—88标准进行。
 
  老化试验方法按 GB464.1—89方法进行。
 
  pH值测定:称1.0g剪碎的风干纸样,放入125ml锥形瓶中,加入20ml蒸馏水,用平头玻棒搅拌浸渍纸样,直至纸样完全浸湿为止,再补加50ml蒸馏水,在锥形瓶上装上玻璃空气冷凝器,并置于95~100℃的恒温水浴中,经常摇振锥形瓶,一小时后将试样瓶取出冷至20~30℃,然后测定试样蒸煮混合液的pH值。
 
  脱酸方法:①CaCO3脱酸处理:将试样浸泡到0.2%CaCO3溶液中,处理20分钟后取出凉干48小时,待测。②Ca(OH)2—Ca(HCO3)2脱酸处理:将试样先在清水中浸泡,润湿后再将试样在0.15%Ca(OH)2溶液中处理20分钟,然后取出并在清水中漂洗,再放入0.15%Ca(HCO3)2溶液中浸泡20分钟,取出凉干48小时,待测。③乙醇镁—乙醇脱酸处理:将试样干燥后,放入装有饱和乙醇镁—乙醇脱酸剂的密闭容器中5分钟,然后取出凉干,乙醇蒸发掉后即可待测。
 
  2 实验结果与讨论
 
  2.1 纸样的部分物理性能
 
  纸的物理指标有物理性能、光学性能和印刷性能等,本研究仅针对纸的耐久性方面进行比较。因旧图书纸取自1976年版化学化工词汇手册,纸页正反面都印有文字,故脱酸处理后纸的白度指标未作要求。
 
  从图1中看到,旧图书纸快速老化后,耐折度降低了50%,同样酸性纸也下降了50%,而碱性纸的耐折次数下降很缓慢,不到10%。说明中性或弱碱性纸的耐久性要比酸性纸好,纸质恶化速度缓慢。
 
  2.2 三种脱酸处理方法
 
三种脱酸处理方法
 
  三种不同纸样经72小时105℃烘箱快速老化后(相当于25年)的耐折度变化趋势。
 
三种纸样72小时快速老化后耐折趋势
图1 三种纸样72小时快速老化后耐折趋势
 
  2.2.1 CaCO3水相脱酸处理
 
  超细CaCO3是一种弱碱盐,平均粒径范围0.5~0.9μm,pH值8.5~9.0,白度90%以上。用超细Ca2CO3处理有保存价值的图书档案资料,不仅可利用自身的碱度中和纸中的酸性物质,而且通过纸面毛细孔渗入纸页内部的CaCO3也是一种有效的碱度储备,可以抑制植物纤维的进一步酸性水解,抵制空气中酸性气体的侵蚀,延缓纸的老化速度,提高图书档案资料的使用寿命。图2是旧图书纸经0.2%CaCO3水相脱酸处理后经72小时快速老化的强度、耐折度变化。
 
CaCO3水相脱酸处理后的快速老化趋势
图2 CaCO3水相脱酸处理后的快速老化趋势
 
  以图2曲线看,没有脱酸处理的旧图书纸抗张强度随老化时间下降很快,而脱酸处理过的纸样在快速老化开始24小时内和最后24小时抗张强度下降缓慢;而老化24~48小时之间,强度下降很快,只是开始24小时内纸的碱度几乎维持不变,纤维经弱碱盐Ca2CO3处理后,柔软性有所恢复,这从耐折度次数的提高幅度上反映出来。老化24~48小时之间,抗张强度、耐折度都有明显下降趋势,说明纸中的碱度在明显下降,而48小时后纸的抗张强度、耐折度又相对平稳,这是纸中CaCO3储备碱度在发挥作用。总之,CaCO3脱酸处理后,旧图书纸抗张强度没有明显变化,但纸的耐折度提高了20%,经72小时快速老化后,抗张强度仅下降15.9%耐折度下降25%;而未经处理的同样纸样抗张强度下降了31.3%,耐折度降低了50%。表明处理后的纸比未处理的纸,纸质恶化速度要慢一倍,可见,处理后的纸延长了图书档案的使用寿命。
 
  2.2.2 Ca(OH)2-Ca(HCO3)2水相脱酸处理
 
  以前文化用纸施胶几乎都为松香—硫酸铝系统,填料为滑石粉,系统pH值常在4.0~5.0范围,硫酸铝作松香施胶剂的助留剂,随松香胶粒一起沉积在纤维上,纸页干燥印刷装订成书或书写纸时就包含有酸性物质在内。在一定湿度下,空气中的水份进入纸页内部,酸性物质水解,产生游离酸。本脱酸方法首先将Ca(OH)2浸泡,中和纸中已产生的游离酸,多余的Ca(OH)2用清水漂洗,以免纸的碱性过高。因为Ca(OH)2碱性偏强,同时不具备缓冲能力。过高的碱性引起的纤维碱性同样影响纸的强度。为使纸具有一定的储备碱度和缓冲能力。用Ca(HCO3)2浸泡20分钟。图3是纸页经Ca(OH)2-Ca(HCO3)2两段脱酸处理后72小时快速老化曲线。
 
Ca(OH)2—Ca(HCO3)2水相脱酸处理后的快速老化趋势
图3 Ca(OH)2—Ca(HCO3)2水相脱酸处理后的快速老化趋势
 
  从图3中曲线趋势看,旧图书纸经此方法脱酸处理后,抗张强度略有下降,但耐折度提高了50%,72小时快速老化抗张强度趋势与CaCO3脱酸处理相类似。
 
  2.2.3 乙醇镁—乙醇脱酸处理
 
  CaCO3、Ca(OH)2-Ca(HCO3)2两种脱酸方法都是在水相中进行的,经脱酸处理后,纸页吸收了相当数量的水,需要干燥处理。这两种方法虽然脱酸成本低,但干燥较为困难。乙醇镁是一种有机碱,镁可与纸中的游离酸生成盐,起中和作用,同时还与纤维上的羧基作用生成羧酸镁,乙氧基被还原生成乙醇而挥发。残留在纸页中的乙醇镁和生成的羧酸镁拥有一定的碱度储备,延缓纸页恶化的速度。图4是乙醇镁脱酸处理后旧图书纸72小时快速老化曲线。
 
Mg(OC2H5)2乙醇溶液脱酸处理后的快速老化趋势
图4 Mg(OC2H5)2乙醇溶液脱酸处理后的快速老化趋势
 
  从图4中曲线可见,旧图书纸经乙醇镁脱酸处理后,纸的抗张强度与Ca(OH)2-Ca(HCO3)2脱酸处理的相近,比未经脱酸处理纸的略有下降,耐折度提高幅度与CaCO3脱酸处理一样,提高约25%。从72小时快速老化趋势看,前48小时抗张强度变化不大,但48小时后下降趋势较为明显,耐折度变化基本上与CaCO3脱酸处理相一致。
 
  2.3 三种不同脱酸处理方法比较
 
  判断脱酸处理方法的好坏应从以下几方面看:(1)脱酸处理后纸质恶化速度,也就是快速老化曲线是否缓慢下降;(2)脱酸处理后对纸的初始耐久性和72小时快速老化处理后强度保留值大小;(3)脱酸处理工艺的复杂程度和能否批量处理;(4)脱酸处理对原有文字、图案是否有影响等。从上述三种脱酸处理效果看,Ca(OH)2—Ca(HCO3)2水相脱酸处理对旧图书纸的耐折度改善最大,纸质柔软性有较大幅度的提高,72小时老化后耐折度保留值最大。从需批量处理,甚至整本图书、整卷档案处理来看,乙醇镁—乙醇脱酸处理有优势,处理过程可以在真空箱中进行,乙醇蒸发并冷凝回收。但乙醇镁脱酸处理也存在不足之处,如处理纸样上有圆珠笔记录文字等,则脱酸处理后文字基本上被乙醇溶解消失,但对油墨文字、钢笔记录字体没有影响。因此,对有圆珠笔字迹的文件处理应慎重,选择合适的处理方法。
 
  3 结论
 
  3.1 酸性纸中硫酸铝水解,产生游离酸使纸页中植物纤维收缩缰硬,纤维素大分子葡萄糖环之间氧桥水解断裂,造成纸页返黄发脆,逐渐丧失使用性能。
 
  3.2 中性或弱碱性纸具有比酸性纸更好的耐久性,纸质退化速度缓慢。
 
  3.3 三种脱酸方法对纸的耐久性都有较大提高,且以Ca(OH)2-Ca(HCO3)2脱酸处理后纸的柔软性恢复最好,耐久性最佳。
 
  3.4 乙醇镁有机碱脱酸处理,不需要对处理后的纸二次干燥,且可以整册整卷处理,方法简单、操作方便。

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