古時候留下來的紙張是承載著重要的曆史文化,紙張酸化導致的逐漸損毀將會是一個世界性問題,由於造紙工藝和長期存放的原因,古時候留下來的紙張普遍存在酸化情況,逐漸發黃、發脆,造成了無法估量的損失。
紙張變酸的原因來自造紙環節,影響紙張耐久性的造紙工藝主要包括製漿、漂白、施膠和填料。
十九世紀末引入西方造紙技術後直至二十世紀八十年代,由於生產工藝和技術水平的限製,這期間工業機器製造的紙張普遍存在酸化情況。木質素容易發生氧化反應,光照條件下氧化更快,導致紙張發黃變脆穩定性差,為了提高紙張的耐久性,在製漿工藝中,應盡可能地去除木素。
西方機械造紙技術使用木漿原料,需要化學藥品去除木質素,使紙纖維素分離,通常使用亞硫酸鹽或者硫酸鹽。在施膠工藝中,使用的鬆香膠和硫酸鋁也帶來酸性。此外,為了改善紙張外觀和書寫性能,添加的動物膠、漂白劑也是酸性物質來源。
除了造紙環節,在紙張保存環節中,長期的空氣接觸也會引起紙張酸化。常見的有害氣體如二氧化硫、硫化氫、二氧化氮、氯氣等,被紙張吸收後與水發生反應生成酸,使紙張酸性增加。
受汙染的空氣中的氧化硫、氧化氰也會與水、纖維本身發生反應生成酸性物質。因為更容易與空氣接觸,案卷、書刊的邊緣部分更容易酸化,發黃發脆。
紙張中主要化學成分包括纖維素、半纖維素和木質素,其中纖維素的含量高。纖維素的聚合度越大,分子鏈越長,形成的氫鍵數目越多,分子鏈的結合就越牢靠,紙張的強度就越大,耐久性就越好。酸性的存在嚴重威脅紙張的保存壽命。
酸化嚴重的紙張顏色發黃、發黑,機械性能差,發脆、易斷、易碎,如不采取措施,隨著時間的推移會徹底損毀。
隨著時間推移,纖維素中的β-糖苷鍵在酸的催化下會發生水解,使得分子鏈斷裂,纖維變得脆弱。該反應導致紙張逐漸變黃、脆化,抗拉抗張等機械性能下降,逐漸粉化、碎裂,直至徹底損毀。
纖維素在發生酸性水解反應時,酸並不參與反應,隻起到催化劑的作用。因此,酸在纖維素的水解反應中並不被消耗,而會長期滯留。有研究顯示,紙張的pH值低於6.0,75年後耐久性會降低50%;pH值低於5.0,75年後幾乎完全脆化變質。一般認為,紙張的pH值每降低1個數值,其壽命就會降低2至5倍。
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