纸的使用寿命同pH值关系的小试验

来源：《四川造纸》

作者：王善洪；谭传胜

 

　　科学实践证明，影响纸张寿命的诸因素中，pH值表现尤为突出

 

　　纸的寿命同其pH值到底是什么关系?就这方面我们进行了试验研究。

 

　　试验方法

 

　　(一)浆料

 

　　试验采用自制碱法棉浆，平均纤维长1.178mm,帚化率13%,浆浓度0.256%

 

　　(二)纸页成形

 

　　酸溶液和烧碱溶液分别调浆的pH,然后用相同浓度和不同pH值的浆样，在纸页形器中抄造定量为2.56克/张的纸页(换算的定量为80克/米²)。其pH值情况列表：

 

 

　　(三)热老化处理

 

　　将抄造好的纸页，上下各垫非试验纸三张(避免局部过热),放入105℃的烘箱中连续恒温加热。定时取出在温度为20±2℃和湿度为65±2%的恒温恒湿条件下放置24小时后，测定物理强度。

 

　　结果和讨论

 

　　(一)强度测定结果

 

　　见图。用肖伯尔耐折仪测定强度。

 

　　(二)在其他条件完全相同的情况下，pH值不同的纸页经过热老化处理，其耐折度变化不同。经过100小时的热老化处理，pH值为4.35的纸页，强度降低39.60%;而pH值为9.35的纸页，强度反而上升21.35%。见图一。

 

 

 

　　(三)酸性条件下抄造的纸，随着热老化时间的延长强度逐渐下降，pH值越低的纸，强度下降越快。同样是经过100小时的热老化处理，pH值为5.05的纸页，强度下降18.57%,而pH值为4.35的纸页，强度下降39.60%。

 

　　有人做过人工老化和自然老化对比试验,结果是：在100℃人工热老化试验经72小时的耐折度很近似经25年自然老化的程度。见图三。

 

 

　　(四)中性或弱碱性条件下抄造的纸，随着热老化时间的延长强度先是上升，分别经过200小时和400小时(相当于自然老化70~150年)后，才缓缓下降，pH值越高的纸，强度下降的越慢。如图二中，pH值不同的两条曲线，强度先是上升而后下降，且下降的时间和陡度不同。pH值为7.2的纸页，强度先是上升，经过大约200小时后很快下降；而pH值为9.65的纸页，强度也是先上升，经过大约400小时后才开始缓缓下降，到560小时还保留原强度的51%。

 

　　据报道，酸性条件下抄造的纸张寿命约50年；中性或弱碱性条件下抄造的纸张寿命可超过400年。

 

　　为什么中性或弱碱性纸的寿命比酸性纸的寿命长，除了纤维素本身的因素外：对酸性纸来说，由于纸页中含有微量的水份以及微量的硫酸铝，致使硫酸铝发生水解，水解后生成的胶体氢氧化铝带有很强的正电荷，而且硫酸或多或少也会离解出SO42-和H+离子，纤维素在酸的作用下，确切地讲在H+的催化作用之下，甙键遇水发生裂解。纤维素水解后，聚合度下降，分子链变短，强度减弱。在人工老化试验中，表现出来的是强度下降。所以pH值越小强度下降的越快。

 

　　对中性或弱性纸来说，在人工热老化处理中，由于受到高温的作用纸页中的微量水份由于蒸发而减少，使纸页收缩。纤维素中的极化羟基靠得越来越近，纤维素分子间的范德华力加强了，若大分子间彼此分开，须付出比通常情况下较大的力。因此在进行强度测定中，曲线出现上升段。

 

　　当然，这种温度和力作用对于酸性纸也同样存在，只是因为酸性纸中H⁺离子催化对纤维素键的破坏力远远大于分子间力，所以在宏观上才表现出没有上升段。

 

　　纤维素分子葡萄糖甙键对碱的作用具有较高的稳定性。用稀碱在常温下处理纤维素时几乎不发生破坏作用，但在高温下，特别是有空气存在时，苛性钠表现为一种催化剂，使空气中的氧能氧化纤维素。同时，钠离子和水分子结合，使纤维素发生膨化，从而削弱了大分子间的结合力，使氢键数目大大减少。中性或弱硷性纸的强度开始是上升的，是由于分子间力起了作用；在105℃条件下长时间加热强度下降，是由于碱对纤维素起氧化和膨化作用的综合结果。

 

　　结束语

 

　　通过对纸的pH值同其寿命的关系的研究，可以得这样个结论：中性或弱碱性纸的寿命远远长于酸性纸的寿命。

 

　　中性或弱硷性纸较之酸性纸寿命长，对现实和长远有着很大意义。现在世界上已有一些国家进行中性造纸。

 

　　由酸性造纸向中性造纸的转变是造纸工业发展的总趋势。中性造纸的经济效益和社会效益非常显著，并且为生产者和使用者所认识，我国中性造纸时代亦即将来临。

 

　　参考文献(略)