锐立bookkeeper纸质脱酸

纸,酸化与对策④|酸是缩短纸质文献使用寿命的关键因素

时间:2019-10-28 10:06:51来源:国家古籍保护中心

 作者│武汉大学信息管理学院博士生导师、教授 刘家真

 

  有多种原因使纸质文献含有酸,例如该文献的纸张本身就是酸性纸,即使不是酸性纸,空气中的污染物(酸性污染物、氧化性污染物)也可以使纸张被酸污染或是被氧化而产生酸。纸中酸的种类可能相当多,既有无机酸(如硫酸)也含有有机酸(如脂肪酸、乙酸、甲酸等),这些酸都是缩短纸质文献使用寿命的关键因素。

 
  纤维素是由许多葡萄糖基(C6H10O5)组成的大分子多糖聚合物,其分子式为(C6H10O5)n,其中n为聚合度,表示纤维素中葡萄糖基的个数,也称为聚合度(Degree of Polymerization),一般为300-15,000,即纤维素可以由300-15,000个葡萄糖基组成。纸张纤维素的聚合度越高,纸张的强度越大。图1 是纤维素的化学分子结构,由图可见纤维素是多个葡萄糖基通过氧桥(-O-)连接起来的。

 

 

纤维素的分子化学结构
图1.纤维素的分子化学结构
 

纤维素的三维结构图

图2.纤维素的三维结构图
 

 

  但在潮湿的环境中,若纸内含有酸,酸就可以催化纤维素发生水解,使纤维素长链从氧桥处断裂,由此纤维素聚合度下降,并生成小分子的水解纤维素,直至最终生成葡萄糖分子(如图3所示),纸张变得越来越脆弱。
 
纤维素被酸催化水解
图3.纤维素被酸催化水解
 
 
  有研究表明,酸可以催化纸张纤维素水解,使纤维素的长链断裂,由此导致纸张纤维素的聚合度从初始的高值降低至300-700,由此纸张强度下降。还有研究指出,纸张中纤维素链的聚合度降至约700以下后,纸张的拉伸强度和耐折性显著下降。聚合度400-500是纸张强度的临界范围,聚合度低于400的纸张,折叠时就会分崩离析;当聚合度降低到200以下时,纸张就会完全脆化,甚至粉化(见图4)。

 

酸性纸的劣化
图4.酸性纸的劣化

 

  值得注意的是,纸张纤维素在酸催化下的水解并不是以稳定的速度进行的,而是以越来越快的速度推进。但纸张纤维素水解进行到一定阶段后,会出现无可救约的灾难性毁坏,即形成一堆碎片。专家认为,这是由于纸中的半纤维素或其他成分在酸催化下水解产生的乙酸和甲酸,乙酸和甲酸会进一步增加纸张的酸度,使纸张进入“自催化(autocatalysis)”的酸化阶段,由此纸张酸化降解的速度比撕开一张纸还快。

 

 

  纸张中的酸是具有迁移性的,即酸可从酸化的纸转移到与之紧贴的(特别是被挤压的)其他纸张上,使未酸化的纸张酸化降解。有研究发现,一本1857年出版的的小册子,其封面是机械木浆纤维的(酸性纸),而书的内页的纸张是质量较高的无酸纸。一段时间后测量纸张的耐折度,封面下面的前三页纸的耐折度顺序分别是16,116和328。一本用木浆纸(酸性纸)覆盖的1760年记录簿,记录簿内页的前三页的耐折度分别为0、9和10。以上案例足以证明酸是随着时间的推移逐步转移到无酸材料上的,这进一步说明由酸性纸制成的文献(如现代书刊)与古籍分隔保管的必要性,也说明需要长期保存的纸质藏品是绝对不能使用酸性装具或用酸性材料覆盖的。
 

 

酸的迁移
图5.酸的迁移
 
 
  酸催化纸张纤维素的分解是需要水分子存在的,但在存展环境中,纸张吸收的水分或纸张自身的含水量就足以支撑纸张酸性水解所需要的水分。另一方面,许多研究报告指出,随着相对湿度的增加,纤维素水解反应的活化能会降得更低。由此,当保存纸质文献的环境湿度增高,纸张酸性水解的速率也会增加。

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刘家真著《古籍保护原理与方法》

 

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