酸性纸让书籍更快速的老化：观察纸张老化和酸化

长期以来，人们一直担心存储的书籍过早退化和纸张质量不佳。渐渐地，人们知道酸化是缩短书籍使用寿命的关键因素。Barrow比较了1500年至1950年间制造的书籍，观察到耐折性出现令人不安的下降，尤其是在大约1670~1900年间制造书籍纸张。在同一时期，制造的书籍pH值低于6并持续降低到4.5~5区间范围。Wilson和Parks报告了相关发现。对于同一本书的加速老化和自然老化测试，发现pH值与强度损失率之间存在相关性。Katuscak等人，(2010,2012)研究标本，观察到到一个巧合的事：低pH值和低耐折度的报纸基本都是在1900~1990年这段时间内生产的。相比之下，前几个世纪的一些书籍，纸张仍保持相对良好的状态，并且这些发现通常与较高的pH值相关。特别低的pH值测量样品是在1960~1970年这一段时间生产制造的。但对于1980~1990年制造的样品而言，情况就大不相同了，这些纸张样品的pH值平均值更接近中性，其抗酸化性能上要更强。为了带来这种变化，几乎可以肯定的是碱性造纸实践的出现，在短短几年内，碱性造纸实践已成为印刷纸生产的主导。

除了纸张在生产制造时存在酸性物质外，由于水解或氧化反应，酸会在酸性和碱性纤维素材料中不断形成。此外，一些酸性物质通过吸收空气中的污染物而积累，特别是在城市地区。然而，具体的影响是不同的，这取决于纸张的微观结构是酸性还是碱性：微观结构的碱性部分产生的酸，含有碱性储备，想必可以不断地中和。碱性纸的降解速度相对缓慢，很可能主要的剥离反应的影响可以忽略不计。剥离反应导致每个反应只分裂一个单体单元，从而将聚合度(DP)降低1，例如从DP=1000到DP=999每1次分裂，或DP=998每2次分裂等。这样的过程将导致纸张或书籍的DP、寿命、脆性、耐折性、可用性以及其他机械和化学量的差异可以忽略不计。另一种碱性降解机制，β-消除反应，可以在脱酸的书籍论文中检测到。然而，与脱酸保护处理获得的有益效果相比，它对纸中纤维素的摩尔质量几乎没有影响。

在任何酸性纸中，即使它在其表面或一些较大的孔隙空间内含有碱性颗粒，在不均匀或不完全脱酸后，也可能存在内部酸性区域（即酸核）或酸残留在纸的微观结构中。在这些区域内，pH值会因不断产生的酸而进一步降低。酸水解会导致纤维素快速随机降解，其中链中的少量断裂可以将纸张中的纤维素DP从初始高值降低到300~700范围，此时纸张会成为碎屑。1996年，专家观察到纸张内纤维素链的DP低于约700后，拉伸强度和耐折性急剧下降。同样，Smith(2004)建议400到500的范围是DP的临界范围，超过该范围的纸张折叠时会散开。根据Jeong等人的说法。(2014)在Hanji论文的情况下，DP的临界值被发现约为1000。因此，维持纸张强度所需的DP水平可能取决于纸张类型。Zervos和Moropoulou(2005)发现棉纤维素的DP与由纤维制成的纸张的强度特性之间存在高度相关性。然而，在考虑此类数据时，应牢记纤维素DP与纸张强度之间的相关性可能因不同的测试程序而异。必须谨慎考虑这些结果，因为纸的强度也会受到制浆操作过程中纤维内部局部损坏的高度影响。

内容摘自Hubbe, M. A., Smith, R. D., Zou, X., Katuscak, S., Potthast, A., and Ahn, K. (2017). 《通过碱性颗粒的非水性分散体对酸性书籍和纸张进行脱酸：关注反应完整性的评论》 BioRes. 12(2), 4410-4477.