纖維素的氧化、水解是紙張老化的重要原因,該如何預防?

銳立文保 發佈 2022-02-24T22:00:50+00:00

紙張是檔案等信息資源的重要載體。處於開發和存貯信息資源的需要,人們總是希望那些存有信息的紙張能長期或永久保存下去。但隨著時間的推移,紙張由於內外部因素的作用會逐漸發黃變脆,甚至成為不堪入目的碎片,嚴重製約著檔案等信息材料的長久保存和使用。

紙張是檔案等信息資源的重要載體。處於開發和存貯信息資源的需要,人們總是希望那些存有信息的紙張能長期或永久保存下去。但隨著時間的推移,紙張由於內外部因素的作用會逐漸發黃變脆,甚至成為不堪入目的碎片,嚴重製約著檔案等信息材料的長久保存和使用。紙張的這種發黃變脆的現象,就是人們常說的紙張老化問題。實踐證明,能夠引起紙張老化的原因既多又複雜,但其中最重要的因素是其製成材料——纖維素在外界條件作用下所發生的氧化、水解角度談一下紙張的老化過程及應採取的預防措施。

纖維素是紙張的主要組成成分。其分子式為(C6H10O5)n (其中括號內的C6H10O5為葡萄糖基,括號外右下角的n為聚合度),結構式為:


從纖維素的結構式可以看出它具有三個基本特徵:

1、每個葡萄糖基中含一個側鏈羥基(-OH)和兩個環中羥基;

2、纖維素分子是一個相當長的鏈狀大分子結構;

3、每個葡萄糖基之間都是用β——苷鍵(或氧橋—O—)連接起來的。纖維素分子之間的羥基能夠形成具備一定結合能力的氫鍵,並且聚合度n值越大,分子中所含的羥基數目越多,形成氫鍵也就越多,纖維素分子間的結合力也就越大,紙張的機械強度和耐老化性能也就越好。

纖維素分子中羥基的存在,一方面對紙張的機械強度起加強作用,另一方面由於這些羥基極易被氧化,生成氧化纖維素削弱分子間的作用力,是引起紙張老化是內在因素之一。在光照條件下,由於氧化劑的介入,纖維素發生氧化反應,生成結構不同於纖維素的一系列氧化纖維素。眾所周知,物質的結構決定物質的性質。由於氧化纖維素的結構中已不再含有羥基,所以分子間不能再形成氫鍵,分子間的結合力減弱了,纖維素的機械強度隨之下降,使紙張顏色泛黃,紙張乾燥以至脆裂。由些看出,纖維素的氧化反應是引起紙張老化的一個重要原因

另外,纖維素分子中的羥基由於H和O原子的電負性不同,而使O原子一端帶負電,H原子一端帶正電,所以當纖維素分子與極性很強的水分子相遇時,按照同性相斥、異性相吸的原理,纖維素分子中的極性氫氧鍵吸引水分子形成氫鍵,當吸水量達7%(紙張含水量)時,這部分水叫做纖維素的結合水(也叫安全水分),結合水分子排列具有一定的方向性,能使纖維素潤脹,並賦予紙張塑性、柔韌性和好的機械強度。但當纖維素分子中的結合水超過7%(相對溫度為60%)時,纖維素發生水解反應,導致苷鍵(或氧橋)斷裂,使纖維素聚合度下降,分子間的作用力降低,鏈變短,生成小分子易碎的水解纖維素,最終生成葡萄糖分子,使紙張支離破碎失去充當載體的價值。在室溫下(15~20℃),纖維素的水解反應速度很慢。但在有酸存在或較高的溫度條件下,水解反應速度能夠大大加快,促使紙張老化和縮短使用壽命。因此說,纖維素的水解反應也是紙張老化的一個重要原因

從分析紙張纖維素氧化、水解反應的過程中,我們可以看出:在光照條件下,氧化劑的引入是引起纖維素分子中羥基被氧化的必要條件;酸性物質的存在對纖維素的水解反應具有催化作用;較高的溫度使氧化、水解反應速度得以加快。引起氧化反應的氧化劑主要來源於空氣中的O2和由空氣帶來的其它有害氣體O3、NO2、CL2等。加速水解反應的酸性物質一是來源於紙張本身(造成工藝中的施膠過程帶入),二是來源於空氣中的SO2、NO2等有害氣體。針對這些情況,為了防止或延緩紙張的老化,延長檔案的使用壽命,我們可採取如下措施:

1、貯存檔案的庫房應採取嚴格的防光措施;庫房內安裝空氣過濾裝置;庫溫儘量控制在16~20℃之間,相對濕度控制在45~60%之內。

2、採用適當的去酸方法,對現存檔案資料進行去酸,使其pH值保持在6.5~8.5之間。

3、對一些特別珍貴的檔案原件建議採用真空保存。

以上內容摘自邱玉娥《從纖維素的氧化、水解談紙張的老化和預防》,發布於《山東檔案》1997/3,轉載出於分享目的,如有侵權聯繫刪除!


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