纸质档案老化的原因及过程.docx
纸质档案老化的原因及过程一、造纸植物纤维化学成分与纸张老化2021植物纤维的主要化学成分是纤维素、半纤维素和木素，档案纸张的耐久性与它们的性质有 着密切的关系。1 .纤维素(1)纤维素分子结构对纸张耐久性的影响纤维素的直链结构有利于纸张的耐久性。任何物质分子之间都有一种作用力，叫分子间力或范德华力。分子靠得越近，这种作用力 越大。纤维素分子结构是直链结构，这样的分子结构使分子之间更容易接近，进而发挥分子间 的作用力。纤维素分子间作用力越大，纸张的耐久性越好。纤维素分子之间能形成氢键，有利于纸张的耐久性。氢键具有氢键力，纤维素分子链很长，氢键结合就很多，产生的氢键力也相当大。氢键力可以使纤维素分子链靠得很近，而且排列很整齐、很紧密，最终成为一种结晶状 态。这种纤维素分子链排列很整齐、很紧密的结晶状态的区域，就称为结晶区。在结晶区内， 有害物质和水分难以侵入，纤维素就不易遭到破坏，从而提高了纤维及纸张的耐久性。纤维中 结晶区比例大，纸张强度就大，耐久性就好。纤维素的分子链很长，但并不是所有的氢氧基都能形成氢键。当纤维素分子间距离较大 时，这部分氢氧基就不能形成氢键，导致分子间空隙较大，不能形成结晶区，这样的区域就称 为非结晶区或无定形区。在非结晶区内，水分和有害物质容易侵入，使纤维素遭到破坏，从而 影响纸张的耐久性。因此，纸张的耐久性与纤维素分子间氢键的数目及结晶区所占的比例有关。氢键数目多, 结晶区所占比例大，纸张耐久性就好。棉纤维的纤维素聚合度大，氢键数目多，结晶区所占比 例大，所以棉纤维强度大，用棉纤维为原料制成的纸张耐久性就好。(2)纤维素的性质纸张是由植物纤维交织而成的，纤维素是植物纤维最主要的化学成分。因此，纤维素也是 档案纸张的主要化学成分，纤维素的性质就和纸张耐久性有着非常密切的关系。纤维素的性质很多，与纸张耐久性有关的性质主要有溶解性、纤维素水解、纤维素氧化、 纤维素的光解。当水、氧、光同时作用于纤维素时，纤维素会同时发生水解、氧化、光解和光氧化作用， 纸张耐久性迅速下降。因此，档案纸张受潮或被水浸湿后，决不能在阳光下曝晒，以防止光、 氧、湿、热同时对纸张产生严重破坏。需要指出的是，纤维素虽然可以发生水解、氧化和光解等化学反应，但与半纤维素、木素 相比，其性质要稳定得多。因此，纤维素是一种耐久性较好的物质。在档案保护过程中，只要 注意避免上述反应所需的条件，还是能够延长档案寿命的。2 .半纤维素半纤维素的结构半纤维素与纤维素有相似之处，都是由单糖脱水聚合而成的聚糖类高分子化合物。但两者 有许多不同之处。半纤维素的结构比纤维素要复杂一些，主要不同之处如下。第一，纤维素是由一种单糖即葡萄糖脱水聚合而成的“均一聚糖"，所以纤维素的分子式 可表示为(C6H1005) n；而半纤维素是由许多不同的单糖(木糖、甘露糖、葡萄糖等)脱水聚合而 成的"不均一聚糖”。第二，纤维素分子的聚合度很大，分子链很长，而且是直链结构。而半纤维素的聚合度很 小，分子链很短，并且有支链。第三，纤维素分子结构是葡萄糖分子中C1和C4原子上的氢氧基(一0H)脱水通过氧桥连接 而成的"旦半纤维素却不同，除了 C1和C4原子上的氢氧基脱水外，还有其他部位的碳原子 (如C1和C6)上的氢氧基脱水后通过氧桥连接。(2)半纤维素的性质半纤维素与纤维素在结构上有一定的相似性，因此，性质上也有一定的相似性，即同样可 以发生水解、氧化和光解反应。但是，两者分子结构上的不同决定了两者性质上的差别。半纤维素的分子结构决定半纤维 素难以产生氢键和结晶区，从而易溶于碱溶液中；易吸水膨胀，呈现黏滑性；比纤维素更易发 生水解反应，氧化和光解的反应速度也较快。因此，半纤维素的稳定性要比纤维素差。半纤维素的作用(4)由于半纤维素的稳定性比纤维素差，不利于纸张的耐久性，因此，在造纸过程中，纸 浆中的半纤维素的含量不能多。半纤维素太多，纸张耐久性就差。但也不需要完全去除半纤维 素，而应保留适量的半纤维素，原因如下。第一，半纤维素具有吸水润胀性，保留适量的半纤维素便于打浆，易使纤维分裂变细；同 时能保护纤维，使之不易被横向切断；还能节省打浆时间，并提高得浆率。第二，纸浆中含有适量的半纤维素可提高纸张强度。如亚硫酸盐法纸浆，当半纤维素约占 11%时，纸张强度最大。3 .木素木素主要存在于植物纤维细胞与细胞之间的胞间层中，即存在于植物纤维细胞的四周，像 围墙一样，紧包着纤维细胞。(1)木素的结构木素的分子结构比较特殊，它与纤维素、半纤维素不同，不是直链状线形化合物，而是像 马蜂窝一样的网状空间结构。木素也是由碳(0、氢(H)、氧(0)组成的高分子化合物。木素的基本结构单元是苯基丙 烷。木素的分子结构很复杂，来源的植物不同，其分子结构也不同。但总的来说，木素是一种 以苯基丙烷为结构单元，具有网状的空间立体结构的高分子化合物。(2)木素的性质木素具有以下基本性质。第一，木素不溶于水，在常温下不溶于稀碱、稀酸溶液。第二，在高温下，某种一定浓度的酸或碱可与木素作用而使其溶解。造纸工业中的碱法制 浆、亚硫酸盐法制浆，就是利用这个性质，把木素从植物纤维中去除。第三，木素容易氧化，尤其在光照条件下，氧化更快。木素氧化后生成氧化木素，使纸张 发黄变脆。新闻纸之所以特别容易发黄变脆，就是因为新闻纸主要是由机械木浆制成的，纸张 中含有大量容易氧化的木素。而书写纸则不易发黄，这是因为在生产书写纸时，大部分木素已 被去除。需要注意的是，纸张长久保存后出现的发黄变脆的现象，并不只是由于木素氧化这一因素 造成的。纸张发黄的原因很多也很复杂，纤维素、半纤维素的氧化以及纸张的酸性施胶等因素 也会引起纸张的发黄变脆。上面分析了纤维素、半纤维素和木素的性质，相比较而言，纤维素的稳定性最好，木素的 稳定性最差。因此，为了提高纸张的耐久性，在纸张生产过程中，要尽可能保留纤维素并去除 木素。由于适量的半纤维素有利于打浆造纸，并能提高纸张强度，因此，生产纸张时通常要保留 适量的半纤维素。二、纸张生产过程与纸张老化2021纸张的耐久性除了与造纸植物纤维原料的质量及其化学成分有关之外，还与纸张的生产过 程有关。纸张的生产过程比较复杂，工序也较多，与档案保护关系较密切的工序主要是制浆、 漂白、打浆、施胶和加填。纸张生产过程中的制浆、漂白、打浆、施胶和加填等工序均能对纸 张的性能产生较大的影响，而其中的制浆、漂白、施胶和加填工序在改善纸张性能的同时还会 对纸张耐久性产生一定的不利影响。三、纸张的主要性能与纸张老化20211 .纸张的主要性能纸张具有多种性能，纸张的性能通常可划分为以下几方面。物理性能：包括定量、厚度、紧度、透气度、施胶度和吸收性等。光学性能：包括白度和不透明度等。机械性能(机械强度)：包括抗张强度、耐破度、耐折度和撕裂度等。化学性能：包括化学组分的含量、水分、pH值、灰分等。2 .纸张老化(1)纸张老化的概念纸张老化是指在环境因素的作用下，纸张的主要化学成分发生不可逆的化学变化，从而使 纸张性能下降的过程。老化是不可逆的化学变化过程。而纸张在使用时的机械损坏以及虫蛀破 损时，没有使纸张发生明显的化学变化，因此不属于老化范畴。纸张的主要化学成分是纤维素、半纤维素和木素。纸张老化主要是指它们三者在酸、光、 氧、水分、温度、霉菌和空气中有害物等因素作用下发生化学变化的情况。纸张老化后，表现 在微观上，是纤维素、半纤维素和木素的化学结构发生变化；表现在宏观上，就是纸张发黄和 强度下降，甚至变成易碎的粉末状物质。总之，纸张老化后，纸张的各种性能会随之改变，老 化到一定程度无法利用后，档案就会失去使用价值。目前，已有部分图书和档案就是因为纸张 严重老化而无法提供利用。(2)纸张老化的原因纸张老化的原因可分为两方面，一是纸张的内部原因，即纸张主要成分具有老化的可能性 以及纸张内部存在着促进纸张老化的不利因素；二是外部原因，即外界环境因素作用于纸张， 从而引起和促进纸张的老化。老化的内部原因a.主要成分的化学变化纸张的主要化学成分是纤维素、半纤维素和木素。纤维素的分子结构决定了纤维素能与 水、氧化剂等物质发生水解、氧化和光解等化学反应；半纤维素同样可以发生水解、氧化和光 解等化学反应；木素容易发生氧化和光解反应。因此，任何植物纤维纸张都可能发生老化。相比较而言，纤维素稳定性最好，半纤维素的稳定性不如纤维素，而木素的稳定性最差。 因此，在外界条件相同的条件下，木素含量高的纸张老化速度快，而纤维素含量高、木素含量 低的纸张老化速度慢。b.纸张内部的有害物质纸张生产过程中会在纸张内部形成一定的有害物质，主要包括：制 浆过程中残留的酸、漂白过程中残留的氧化剂、施胶过程中酸性施胶时加入的明帆、造纸用水 的酸性、整个制浆造纸过程中带来的金属离子等。这些有害物质都会加速纸张的老化。老化的外部原因老化的外部原因即外界的环境因素，主要包括温湿度、光线、酸、氧化 剂和微生物等因素。这些因素会引起并加速纸张主要成分发生水解、氧化和光解反应，即引起 并加速纸张的老化。由此可知，纸张老化的原因很多，情况也很复杂，纸张老化实际上是在内外因素的综合作 用下，纸张的主要成分纤维素、半纤维素以及木素发生多种化学反应的结果。了解纸张老化的原因，就能采取相应的措施来延缓其老化，从而延长档案纸张的寿命。为 了使档案纸张有较长的寿命，一方面要生产并选用耐久性好的纸张，另一方面也应对已形成的 档案纸张采取多防措施，即防光、防氧化、防酸、防潮、防高温和防霉等。(3)人工老化试验不同的档案纸张其老化速度是各不相同的，老化速度的快慢一方面与外界环境条件有关；另一方面也取决于纸张本身的性能，即纸张本身的耐久性。基于上述原理，如果在一定的环境条件下对不同纸张进行人工老化试验，就能测出纸张耐久性的好坏。人工老化试验的方法很多，有干热老化试验、光老化试验、湿热老化试验和全气候老化试 验等方法。经过研究和实践证明，纸张在温度105±2 ,老化72h ,相当于自然条件(自然室温)下 保存25年。目前，这种干热老化试验方法已被世界许多国家广泛采用。我国也采用这一方法 进行人工老化试验。根据人工老化试验，可判断纸张耐久性的好坏，并可推算出纸张的预期寿 4 口3 o
