浅析纸张老化的原因，本文主要内容关键词为：纸张论文,原因论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
我国现存的档案绝大多数是纸质档案，近年来，关于图书、档案老化自毁的可怕性已被世界各国所公认，因此防止图书、档案纸张的老化问题的研究，也引起人们的普遍关注。
档案纸张的老化是指在档案保存和利用的过程中，档案纸张在外观、结构和性质诸方面逐渐发生不可逆的变化，表现为纸张变色（泛黄）、强度下降（变脆易碎）和化学性质变化三方面。这是一个极其复杂的过程，是多种外界因素和纸张自身某些因素综合作用的结果。下面就纸张老化的原因及防护措施作粗浅的分析。
纸张老化的原因不外乎两方面，一是纸张的内部原因，即纸张主要成份具有老化的可能性以及纸张内部存在着促进老化的不利因素；二是外部原因，即外界环境因素作用于纸张，引起和促进纸张的老化。
一、老化的内部原因：
（一）纸张的主要成份在结构上存在着老化的可能性。纸张的主要化学成份是纤维素、半纤维素和木素，在它们的各自结构上分别存在着老化的可能性。
1.纤维素。纤维素是纸张中最主要的化学成份，纤维素分子结构和纤维素结构中都存在着老化的可能性。
（1）纤维素分子的结构单元葡萄糖基是通过1—4 β甙键联接起来的，此甙键可以发生水解，在酸和酶等催化剂作用下水解更快。
（2）纤维素分子中每个葡萄糖基上有三个裸露的羟基， 羟基可以发生氧化反应，羟基被氧化以后会导致纤维素分子进一步断链。
（3）纤维素分子中的C—C键和C—O 键可以被紫外光作用而断裂，从而使分子的聚合度下降。
（4）纤维内存在着非结晶区， 外界不利因素容易侵入纤维内加速纤维的老化。
2.半纤维素和木素。半纤维素和木素都容易被氧化，氧化后生成有色的结构基团从而使纸张发黄。另外，紫外光亦能使木素分子中的C—C键和C—O键断裂。
（二）纸张内部存在着促进纸张老化的有害物质。这些有害物质主要是在纸张的生产过程中带进的，主要包括：
1.制浆过程中残留的酸或碱。
2.漂白过程残留的氧化剂。
3.施胶过程中加入的松香胶料和沉淀剂明矾。在工业用的松香中，最重要的成份是松香酸，为不溶性固体。沉淀剂的主要化学成份是硫酸铝，它水解后会生成酸：
Al[,2]（SO[,4]）[,3]+6H[,2]Oⅰ2Al（OH）[,3]+3H[,2]SO[,4]
4.在纸张生产过程中，使用的水、金属机械设备、蒸煮液、填料试剂等，都给纸张留下铁（Fe）、铜（Cu）、锰（Mn）、钛（Ti）、锌（Zn）、钙（Ca）、镁（Mg）等金属离子，这些离子能间接地加速纸张老化。因为这些金属离子能催化空气中的SO[,2]氧化SO[,3]，SO[,3]与H[,2]O 作用可生成强酸 H[,2]SO[,4]， 从而破坏纸张， 同时Cu[2+]，Fe[2+]，Fe[3-]，Tio[,2]，ZnO等都是光敏剂，它们对光的吸收和传递导致了纤维素、半纤维素的光氧化降解，是档案纸张泛黄的重要原因。
二、老化的外部原因：
因为档案绝大多数保存在普通库房里，同时档案总是要提供利用，所以纸张必然要与空气中的物质接触，如水份、氧、光、空气中的有害物质以及霉菌孢子等，另外还要受空气温度湿度的影响，这些外界因素作用于纸张后，就会引起或加速纸张的老化。
1.光线：
档案库房里的光线主要来自太阳辐射，此外还来自人工光源，各种光线对档案都具有潜在的破坏性。这是由于光促使档案纸张上多种化学物质产生光化学反应的结果。主要表现在下面几个方面：
（1）紫外线能直接引起纤维素等分子的光解作用。 引起纸张老化的主要光线就是紫外线。紫外线能够使C—C键和C—O键断裂。如果C—C键和C—O键在主链上，那么紫外线就可以使分子主链断裂，从而使分子的聚合度下降。纤维素分子、 半纤维素分子和木素分子结构中都含有C—C键和C—O键，因此都可以发生光解作用。
（2）紫外线能引起纤维素等物质的光敏降解。实验证明， 不同分子结构的物质对于紫外线的吸收是有选择性的，并非任何波长的紫外线都能被吸收，有些波长的光不能被纤维素分子直接吸收而引起直接降解。但是，在有光敏剂、氧和水的作用下，能借助光敏剂吸收紫外光能量传递给纤维素分子，从而引起分子降解，这种情况称为光敏降解。在这里光敏剂起传递能量的媒介作用，纤维中的某些杂质就能起敏化剂的作用。
（3）紫外线的光氧化破坏作用。光氧化破坏作用有两种情况。
其一，光氧化破坏作用是指空气中的某些物质在紫外线的照射下会生成强氧化剂，从而氧化纸张中的纤维素、半纤维素和木素等。如二氧化氮吸收紫外线后被分解为一氧化氮和原子氧，原子氧的活性很强，而且它又可与空气中的氧气作用生成臭氧，臭氧是强氧化剂，可促使纤维素等物质的氧化。
其二，光氧化破坏作用有时亦指在紫外光的作用下，使空气污染物发生氧化作用生成危害更大的二次污染物，从而破坏纸张。如二氧化硫吸收290—400纳米的太阳光能后被氧化生成危害更大的三氧化硫，三氧化硫可迅速与大气中的水蒸汽反应生成硫酸：
硫酸可加速纤维素的水解。
（4）红外线的热作用。红外线有热作用， 纸张受红外线照射后能吸收其能量变为热能，使纸张温度升高，内部反应速度加快，从而加速纸张的老化。
由此可见，光线能从各个方面影响纸张的老化，因此防光是十分重要的。
2.酸：
纤维素分子结构中有许许多多的氧桥（－O－，即1—4 β甙键），它有一个特性，就是在酸的存在下容易断裂，断裂后被水解为水解纤维素，原来氧桥中的氧原子具有带负电的电子对（－
－），首先吸引从酸中电离出的H[+]离子变为
的形式，由于H[+]的影响氧桥断裂，导致纤维素分子的聚合度降低，羟基和隐性醛基增多，如果完全水解，最后生成葡萄糖分子。
由于酸的危害很大，而且酸的来源又是多方面的，因此防酸、去酸就不能忽视。
3.氧化剂：
纤维素、半纤维素和木素分子都可以发生氧化反应，但要发生氧化反应就必须有氧或其它氧化剂存在。能起氧化作用的除了空气中的氧气以外，还有空气中的氧化性有害气体，如O[,3]、NO[,2]和Cl[,2]等。
纤维素分子中，每个葡萄糖基上有三个裸露的羟基即C[,2]－OH 、C[,3]－OH和C[,6]－OH，此外还有隐性羟基即C[,1]－隐性羟基， 而且每个纤维素分子链上都有一个末端羟基，这些不同的羟基氧化后会生成不同的氧化产物。纤维素分子的氧化情况是十分复杂的，当羟基被氧化生成醛基或酮基后容易引起分子链的断裂。纤维素分子发生氧化降解后，羟基减少，分子聚合度下降，纸张强度和耐老化性就明显下降。
除了纤维素分子可以发生氧化反应外，半纤维素分子和木素分子也可以发生氧化反应，木素分子氧化后会产生有色基团使纸张变黄。
4.水份：
纤维内纤维素存在着无定形区，无定形区中纤维素分子上的羟基大多没有形成氢键，羟基具有极性，水分子也有极性，因此羟基能吸引水分子从而形成氢键，另外，纸张纤维结构中的毛细孔也能吸附水分子。纤维中除纤维素外还有半纤维素，半纤维素分子中也有大量的羟基，而且分子之间难以形成氢键，所以半纤维素分子也能吸湿。此外，木素分子也能吸湿。
潮湿会加速纸张老化，主要表现在下面几个方面：
（1）纤维素吸水后， 为纤维素和半纤维素分子发生水解提供了必要条件，纸张潮湿也会加速纤维素和半纤维素分子的氧化降解。
（2）纸张潮湿后容易长霉， 而霉菌分泌的酶和分解有机物生成的有机酸都能促进纸张的老化。
（3）纸张潮湿会加速其它有害物质对纸张的破坏。 如酸性有害气体容易被纸张吸收生成酸，另外，纸张中的明矾更容易水解生成硫酸。
（4）纸张中的毛细孔吸水后使纤维间的距离增大， 有害物质容易侵入。
5.热（高温）：
尽管大气的温度一般不会直接引起纸张的老化，但是由于同时有水份、氧、光、酸、酶和碱等因素存在，这时热的因素对纸张老化就起加速作用。
从纸张的耐用性角度出发，如果温度太低纸张会发脆，所以往往主张温度不能太低。但从防老化角度看，温度愈低愈好，因为温度愈低老化速度愈慢。所以对于那些极少使用的档案原件应在低温下保存。
6.酶：
纸张长霉后，霉菌分泌出酶，如果分泌的是纤维素酶，那么这种酶就会催化纤维素分子发生水解反应，首先被水解生成纤维二糖，纤维二糖经纤维二糖酶作用水解生成葡萄糖。
由此可知，纸张长霉的同时常伴随着纸张的老化。以前有人认为纸张长霉后只要把纸上的霉毛和霉斑去掉后对纸张就不会有破坏作用，实际上忽视了纸张微观上的化学变化。
7.碱：
碱也能引起纸张的老化，主要表现在：
（1）碱能引起氧化纤维素分子发生降解， 即促进纤维素分子氧化降解。
（2）碱能引起纤维素分子发生剥皮反应， 即纤维素分子具有还原末端基的葡萄糖基会一个一个脱下来，直到纤维素分子末端产生偏变糖酸为止。
（3）碱能直接引起纤维素分子发生碱性水解， 使β—甙键断裂。但碱性水解只有在高温下才能进行，一般发生在制浆过程中，纸张一般不会发生碱性水解。
正因为碱亦可以促进纸张老化，因此纸张一般以中性为好，但因为目前的纸张绝大多数呈酸性，所以防碱就没有必要了。
从前面的讨论看出，纸张老化实际上是内外因素综合作用使纤维素、半纤维素和木素发生化学变化的结果。因此，实际工作中，要根据不同的原因，采取针对性的措施，如改进造纸工艺，尽量采用中性纸张；防光、防尘、防潮、防热、防霉等，从根本上减少和消除纸张老化的原因。建造库房时要采取相应措施，使库房环境有利于纸张长期保存。