纸,酸化与对策⑯|为什么纸张脱酸后又返酸?文章来源: 国家古籍保护中心 | 发布时间:2020-05-22

作者│武汉大学信息管理学院博士生导师、教授 刘家真
 
  脱酸后不久的纸张又返黄,即纸张的酸化又出现了。出现这个问题的主要原因是由于脱酸并不彻底,或是脱酸后留下的碱藏量不足,其实这样的脱酸是失败的。纸张脱酸的效果不能仅仅满足于脱酸时纸张的pH值及碱藏量的测定,而更要重视脱酸后返酸情况的跟踪。
 
  1.脱酸的彻底与均匀性
 
  纸张由多层结构构成,并且每层都是由大量纤维交织而成的、具有孔隙状结构的物质。纸张的孔隙是由大小不同的相互连通的通道(毛细管)所组成的一个复杂系统(见下图),外界的物质首先被纸张表面的孔隙吸附,再由孔隙内无数相互联通的毛细管的作用力将其渗透进纸张内部。

 

纸张孔隙结构的三维图像
 
  外界酸性的物质也是经由这些孔道深入到纸张内部的,特别是酸性纸,酸性物质更是附着在这些孔道的壁上,构成纸张的一部分。若脱酸剂无法深入到纸张纤维基体内部将这些酸性物质全部中和,未被中和的酸性物质在该区域内仍然会进行酸性水解,纸张的pH值就会因其持续产生的酸而进一步降低。可见,纸张脱酸的完全性或彻底性是非常重要的,它是影响纸张脱酸后长期保持稳定的关键,脱酸的彻底性或完全性是指经脱酸处理过的书籍或其他纸质文献中的酸性基团被中和反应掉的程度。
 
  脱酸的均匀性也相当重要,所谓的脱酸的均匀性(uniformity of deacidification)是指在整片纸张和整本书中,碱性储备和pH值的均匀分布情况。在脱酸不均匀或不彻底的区域,纸张的微观结构中可能存在酸性区域(即酸性核心)或酸性物质。在这些区域内,pH值会因纸内持续产生的酸而进一步降低,即返酸。
 
  2.影响纸张脱酸均匀和彻底的主要因素
 
  不同的脱酸工艺,影响纸张脱酸均匀和彻底的因素是不同的。
 
  (1)水性脱酸
 
  水性脱酸的过程中,可以与酸发生中和反应的碱是溶解在水中并以离子状态(其尺寸小于1纳米)均匀分布在水中的。这些碱性离子依靠纸张表面孔隙的毛细管作用力可渗透到纸张内部,其分布是均匀的,但其是否可能彻底脱酸是与纸张被润湿的时间和碱水溶液的浓度相关的。
 
  纸张内的酸(H+)并非仅存在纸张表面而是深深嵌入纸张纤维的孔洞内,水可以通过纸内孔洞形成的毛细管将碱离子均匀地送入纸张内部,以达到纸张深度脱酸的目的。但影响纸张深度脱酸效果的是润湿的时间和碱水浓度。随纸张种类不同,水进入纸张内部所需的时间是不同的,某些纸可能需要更长时间或更严格的条件才可能润湿纸张以实现酸性基团的完全中和,如施胶纸、涂布纸都需要比未加工纸更长的时间才可能被水溶液润湿。纸张长时间的处在浸润状态,对纸的形体和字迹的完整性是不利的,特别是浸泡。另一个问题是,碱水脱酸过程中,碱的浓度是会不断减少的,这也会影响到水浴脱酸的彻底性,若加大碱水浓度(pH在10以上)又会对纸张纤维有破坏作用。这些都是难以准确把握水浴脱酸彻底性的关键问题,所以大多碱水浴后的纸张不久就返黄。
 
  (2)碱性有机溶液脱酸
 
  碱性物质(如碱基氧化镁)完全溶解入非极性有机溶剂,被脱酸物在碱性有机溶液被浸泡,溶解状态的碱性物质可以被液体均匀地携带到纸张所有孔洞内,包括纸张微结构内的孔隙和纤维的细胞壁,因此碱性物质在纸张内部的发布是均匀的。
 
  碱性有机溶液脱酸通过两个方面进行,首先是被溶解的碱性物在书刊浸入的初始阶段就与纸张内的酸发生中和反应,第二是碱性物质与纸张内含的水发生反应,将碱性储备材料(碳酸镁)直接沉积到纸张纳米尺度的空间中。由上可见,碱性有机溶液的脱酸是可能均匀地、深度地反生在纸张内的。也可能正因如此,即便这类方法有很多弊端,如字迹可能溶解、气味、可能有毒等,仍然在部分地区和国家仍然存在市场。
 
  (3)非反应式、非水分散体系脱酸
 
  非反应式、非水分散体系脱酸是碱性氧化物(如氧化镁MgO)悬浮在非极性有机溶剂中,并借助喷洒和浸泡进入纸张孔洞内部以实现脱酸目的。这类脱酸技术的关键问题是碱性氧化物颗粒是否能足够小到被纸张孔洞容纳,且在纸张孔洞内是否可以均匀分布的问题。
 
  不同种类的纸张,其纸内孔隙的大小是不同的,如从玻璃纸到滤纸的平均孔半径为0.01~12.6μm,一般印刷纸为0.02~ 0.2μm,涂布纸具有更小的孔隙。碱性氧化物的颗粒若不能够足够小,就可能无法进入到不同类型的纸张孔隙,使某些纸内孔隙极小的纸无法脱酸或是脱酸仅在纸张表面进行。
 
  可见,碱性悬浮有机溶液的脱酸有效性很大程度上取决于其碱性物质分子(脱酸剂)是否可以足够小,以便其可以有效地渗透到纸张多重嵌套微纳米结构深处。有资料指出纸纤维仅有微纳米孔道(1-100纳米间),若碱性分子大小可达纳米级,非反应式、非水分散体系脱酸就可能发生在纸张内部,达到有效脱酸的目的。特别是喷涂式脱酸,更强调脱酸剂的纳米级。纳米粒径的脱酸剂虽易进入纸张纤维内,但若被人体接触也会进入人体血液内,影响人体健康。对于喷涂式的碱性有机溶液脱酸必须采取人体安全防护措施,特别是标有纳米级的脱酸剂的。
 
  好在,通过扫描电子显微镜(SM)就可以观察到这些碱性氧化物颗粒在纸内分布的情况,以证明各种推测。

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