耐久性無酸紙的應用及研究進展

張美云 李佩燚 夏新興

(陜西科技大學造紙工程學院,陜西西安,710021)

耐久性無酸紙的應用及研究進展

張美云 李佩燚 夏新興

(陜西科技大學造紙工程學院,陜西西安,710021)

介紹了耐久性無酸紙的定義,回顧了其國內外發展歷程,分析了研究現狀及應用的領域,耐久性無酸紙主要用于無酸檔案紙、包裝類無酸紙、中性辦公用紙和高檔照片輸出介質。

耐久性無酸紙;研究進展;應用

紙張作為一種傳統性的文獻記錄材料,憑借其獨特的原始性、合法性、憑證性和完整性等特性,具有不可替代的功用,至少在可預見的將來不會消亡[1]。微縮膠卷、電子出版物等新型文獻載體,在正常溫濕度環境中保存期不過數十年,而紙張可以保存幾百年,甚至上千年,如我國現存漢代紙張保存期已近兩千年。但近年來人們發現,很多檔案及資料,由于紙張老化而發黃變脆,影響了文獻資料的長期保存。

2008年我國國家圖書館通過文獻加速老化試驗,測算出圖書的保存壽命為 100年左右,25年后將有40%的報紙耐折度低于 2次,60%的圖書耐折度將低于 10次。如果按照目前的老化速度發展,民國時期的文獻很可能會在 50～100年間消失殆盡[2]。現已查明,造成所見惡果的主要原因并非時間,而是現代造紙過程中添加的酸性化學物質。

1 耐久性無酸紙的概念

1.1 無酸紙

無酸紙 (acid-free paper)并不僅僅是指檔案用紙,而是指具有高度耐久性和耐用性 (不含活性酸)的一類紙張。無酸紙的定量和顏色依用途而定,紙質堅實、強度高、接近中性,由植物纖維紙漿采取特殊處理 (消除其中存在的有機酸)后抄造而成,用于包裝以保護與紙接觸的材料不受酸的侵蝕。在正常的使用和保存條件下,無酸紙的使用壽命可以達到 200年左右,不會出現明顯的變質現象。作為需要永久保存的文獻及出版物,因為具有較高的歷史、法律和其他重要價值,要求使用無酸紙。

1.2 耐久性無酸紙

紙張的耐久性是指經過很長時間后仍能夠保持重要的使用性能,特別是耐折度和顏色的特性。對印刷紙來說,其耐久性指的是該紙張印品的使用壽命或可以保存的最長時間。因此,把能長久保存的紙稱作耐久性紙。

耐久性無酸紙定義為由不含機械漿的高質量漂白漿制成的、中性施膠 (pH值為 7.5～9)的填料中至少含 2%CaCO3(起堿性緩沖劑的作用)的不含光學增白劑的紙。耐久性無酸紙具有較高的強度和較好的紙張性能,適合長時間的使用和保存。

2 耐久性無酸紙的研究進展

2.1 國外研究進展

以木材纖維為原料生產的紙張中,由于含有木素使得紙張容易返黃和老化,特別是當紙張受到光照或受熱,紙張中的纖維將會加速老化[3]。20世紀 40年代,美國巴羅 (Barrow)發現機制紙內的酸對紙的惡化影響大于空氣污染物的影響,后來又經過許多人的研究,了解到印刷書寫紙 85%～90%的惡化是因紙內含酸造成的[4]。紙張中酸的主要來源是造紙過程中使用的酸性施膠劑——硫酸鋁。為了延長檔案壽命,檔案工作者研究了許多紙張脫酸的方法,這不僅費時、費工、費錢,而且難以從根本上解決問題,于是把酸性紙改為中性紙便提上日程。

從 1807年開始使用最古老的皂化松香施膠劑至今已有 200年的歷史。1955年前長期停留在使用皂化松香膠階段,此后發展為使用強化松香施膠劑。20世紀 80年代中后期,歐洲、美國、日本等國相繼研制開發出 AKD(烷基烯酮二聚體)、ASA(烯基琥珀酸酐)及陽離子聚合物系列中性施膠劑。近年來,人們認識到中性施膠劑是中性造紙的基礎,中性施膠劑的發展步入了多樣化的時代。

國外發明了一種不怕水、火、酸、堿、蟲蛀及不發霉的紙張,壽命有多種:一級 100年,二級 200年,三級 300年,也有可保存達 500～600年,其技術目前尚未公開[5]。

目前,國外對檔案紙張和文獻保存的研究非常重視。很多國家都投入了大量的人力、物力和財力,采用各種辦法脫酸、殺菌防蟲,以期保護歷史文獻。比如瑞典紙張保護研究計劃 (FOU Paper conservation項目)[6]、荷蘭空氣污染物影響的研究計劃 (ACBAM)、歐洲污染物對紙張快速老化影響的項目(EU-STEP)以及美國關于印刷書寫紙的老化研究計劃 (US AST M)等。但這些研究都集中在如何保護現有檔案文獻資料上,沒有對紙張生產環節進行研究。

2.2 國內研究進展

我國一些重要檔案用紙需要從國外進口,其價格往往是普通紙的 3～5倍。為此,業界人士進行了大量的研究性實驗,如研制無酸檔案紙、防水檔案紙等。黑龍江佳木斯造紙公司于 1998年開發了無酸檔案紙。以松木為主要原料,采用硫酸鹽法制漿,松木經剝皮、備料、蒸煮、篩洗、打漿、抄紙、整飾等工序精制而成。產品外觀清潔細膩,具有防止變質、老化以及抵御外界有害氣體的侵蝕等特點,但由于使用100%的漂白針葉木漿,含有一定量的殘余木素。因此,紙張使用壽命只有 200年左右,與高級耐久性檔案紙使用壽命在 500年以上相比,仍有一定差距。2000年,山東省檔案局和太陽紙業聯合開發研制了“耐久性辦公、檔案中性系列用紙”[7],據報道,該產品采用全木漿、中性施膠,紙張適于長期保存,并具有挺度好、撕裂度及耐折度高、色調鮮艷明快、外觀平滑、性能穩定等特點。2002年,常德金芙蓉(特種)紙業有限公司研制開發的“新型防水包裝紙和紙板 (無酸防水檔案紙)”通過技術鑒定。該成果改變了傳統防水紙工藝,使防水紙有易回收、可自然降解、無二次污染等特點。江西省大茅山造紙廠曾試制檔案用紙板,用 20%針葉木化學漿掛面,50%闊葉木化機漿和 30%的廢紙袋紙漿抄底層,采用 AKD中性施膠,生產檔案卷盒用紙板[8]。2006年 9月,有專利報道一種檔案紙及其制造方法和用途,由棉漿、全漂化學木漿分別進行打漿后配抄而成,并經過壓光整飾[9]。

3 耐久性無酸紙的應用

耐久性無酸紙主要用于無酸檔案紙 (文獻紙)包裝類無酸紙、中性辦公用紙及高檔照片輸出介質等。

3.1 無酸檔案紙 (文獻紙)

研究表明,造成文獻紙張變質的主要原因是印制文獻的紙張耐久性差,而造紙原料及造紙工藝是造成紙張耐久性差的根本原因。對于文獻用紙,其原料從優到劣的排序是:種毛纖維 (棉花)→韌皮纖維(檀皮、桑皮、構皮、麻類等)→木質纖維 (木材的木質部分)→莖桿纖維 (竹子、蘆葦、稻草等)。世界各圖書館所保存的近代和現代文獻,其紙張原料絕大多數采用的是木質纖維和莖稈纖維。關于造紙工藝,我國傳統的手工造紙,生產過程周期長,無酸性施膠劑,紙張耐久性好,有 “紙壽千年”之譽。自從 19世紀發明機械造紙后,縮短了造紙周期,提高了產量,但由于使用酸性施膠劑,使紙張酸度增加,加速了文獻紙張的酸化變質,紙張的耐久性降低[10]。

據統計,1850年到 1950年間出版的大部分書籍難以保存到 22個世紀,酸性造紙技術導致了大量印刷書寫紙的損壞[11]。我國某檔案館保存的檔案中,1981年新聞紙印刷的資料已經發黃;1934年新聞紙印刷的資料嚴重發黃變脆;20世紀 40年代凸版紙印刷的資料也已脆化,而印于 20世紀 20年代前的凸版紙文獻,已自毀為黑褐色碎片[12]。

隨著越來越多文獻檔案的老化和損壞,人們開始關注檔案用紙的內在質量問題。據文獻報道[13],紙張在自然或人工老化過程中,內部因素 (取決于生產及印刷過程)的影響占 80%～85%,外界因素(與紙張的保存環境有關)的影響只占 15%～20%。

使用耐久性紙張印制圖書雜志、書寫檔案可延長文獻保存和使用壽命。因此,從 20世紀中期開始,歐美等一些發達國家投入了大量的人力物力研制高耐久性文獻紙張。目前,美國、歐洲和日本都陸續開始推廣無酸紙,這些國家在 20世紀 90年代采用無酸耐久紙印制的圖書文獻比例已達 90%以上。用耐久性無酸紙代替酸性紙印制檔案、圖書,可以更好地保護人類文化遺產,對中華文化的傳承具有劃時代的意義。

3.1.1 無酸檔案紙 (文獻紙)定義

無酸檔案紙 (文獻紙)是用于記錄文檔資料的一類紙。無酸檔案紙 (文獻紙)具有較高的抗水性和平滑度;良好的勻度和外觀性能;一定的防老化和防蟲防霉性能;可以長期保存不變色、不老化,對環境有良好的適應性。多使用漂白化學木漿抄造,需加填以提高平滑度,采用重施膠以保證抗水性。無酸紙的生產過程對環境造成的危害也比較小。國家檔案局已規定所有用于存儲的檔案紙/盒必須采用無酸紙。

3.1.2 無酸檔案紙 (文獻紙)的技術要求

目前,我國還未制定檔案用紙的國家標準,仍使用 1996年頒布的 ISO標準 《ISO11108:1996信息與文獻-檔案紙-耐久性和耐用性要求》。見表1。根據老化后紙張的性能把檔案紙分為一般耐久紙(可保存 200年以上)和最耐久紙 (可保存 500年以上 )[14]。

據報道,美國人查爾斯·曼徹以人工合成材料為原料制成了堅固耐用、防水型 “檔案紙”——“都拉書”(DuraBook)[17]。這種合成的印刷材料中不含木素,因此不存在紙張酸性老化及天然纖維成紙強度不高的問題[18],而且用其印制的圖書變臟時,可直接用水清洗。目前對選用材料的可降解性及如何使產品更有效地實現循環利用仍在進一步研究中。

3.2 包裝類無酸紙

包裝類無酸紙主要用于保護各種設備或物品,如食品包裝箱所用的無酸紙,很受用戶的青睞,因為它具有綠色環保作用,市場潛力很大。此外,文物保護專用無酸紙,可以更安全地保護文物不受損害。有專利顯示[19],一種文物保護專用無酸紙不含酸性物質,采用全無氯漂白紙漿,添加了磷酸鈣作為緩沖劑,紙張呈堿性,對酸性氣體吸附效果好,對被保護物品所處的微空間環境具有調濕功能,并且具有再生重復使用等優點。

表1 信息與文獻-檔案紙-耐久性和耐用性要求[15-16]

3.2.1 無酸瓦楞紙板、防潮紙板

無酸防水紙板 (見圖1)外層上覆蓋防水亞克力涂料,防水,堅固耐用,內層為白色無酸紙,適合制成紙箱使用。無酸瓦楞紙板 (見圖2)不含木素,經CaCO3緩沖處理,厚度薄,約 1.8 mm,但較密實堅固耐用,易切割、折疊,適合做襯底、分隔板或制成紙箱使用。厚度為 6.4 mm的無酸瓦楞紙板可用來折成規格不一的紙箱、包裝盒,以及當作照片的襯墊或背板。

3.2.2 無酸包裝紙、保護紙

無酸柔軟保護紙,紙質類似棉織品 (見圖3),厚度為 0.03 mm,通過影像保存測試,廣泛使用在博物館、檔案室、圖書館,超柔軟表面,適合包裹紡織品、刺繡、服飾、書籍、甲骨、精細器物,或作為填充、隔層用。博物館級無酸紙 (見圖4),不含漂白添加物,不含氯,透明性好,保護作品表面的同時可輕易辨別里面的內容,適用于版畫、照片、畫作、海報和地圖之隔層。無酸透明紙制作的半透明紙封套 (見圖5),采用無酸膠紙粘合,平展式結構,適用于保存版畫、水彩、水粉、素描,材料通過美國影像保存 PAT測試,符合藝術品耐久保存標準。

3.3 中性辦公用紙

隨著信息時代的到來,計算機已進入各行各業,并扮演著重要角色,同時也對辦公用紙提出了更高的要求。例如,金融業務部門整套的會計檔案都是由會計電算化實現的,由計算機打印出來,極大地提高了辦事效率和服務質量,但是也給會計檔案的管理工作帶來了一些問題。從日常工作中不難發現,一些用計算機打印的文件、工資表等,歸檔 5～7年后就開始洇化、褪色,有的檔案甚至字跡已模糊不清。因此提高辦公用紙的耐久性已迫在眉睫。中性辦公用紙能很好地解決此類問題。中性辦公用紙以 100%木漿為原料,無腐蝕,使紙不易褪色可長期保存,不帶靜電。

3.4 高檔照片輸出介質

與傳統的照片紙相比,純棉纖維原料的無酸紙的作品,能夠完全滿足收藏級別的要求,進行彩色輸出時,色調沉著優雅,含蓄而不失飽和,層次過渡分明,現場感強,而且純棉無酸紙種類繁多,其表面的紋理、涂層皆不相同,可適合不同的題材。進行黑白輸出或單色調輸出時,純棉無酸紙所表現的過渡層次細膩,影調溫潤柔和,受環境光源影響也較小。因此,純棉無酸紙作為高檔照片輸出介質深受人們喜愛。

4 結 語

耐久性無酸紙具有較高強度和較好的紙張耐用性,適合人們進行長時間使用和保存。但目前用于文獻保護的國產無酸紙仍存在容易返黃、變脆、蟲蝕等紙張老化問題,紙張使用壽命較短,與進口無酸紙仍有一定差距。因此,要從根本上解決無酸紙的耐久性問題,必須對原料和紙張的老化、防蟲處理及生產工藝進行系統的研究,加快國產耐久性無酸紙的研制和開發,以提高國產無酸紙的耐久性和耐用性。

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Research Progress and Application of Durable Acid-free Paper

ZHANGMei-yun＊L I Pei-yi X IA Xin-xing
(ShaanxiUniversity of Science and Technology,Xi'an,Shaanxi Province,710021)

The definition of durable acid-free paperwas described firstly,and then the history of its development and present status aswell as the applied fieldswas reviewed.Durable acid-free papermainlywas used for acid-free archivalpaper,acid-free packagingpaper,and neutral office paper and high-grade photo printingmedia.

durable acid-free paper;research progress;application

TS761

A

0254-508X(2010)10-0071-04

張美云女士,博士,教授;主要研究方向:高性能加工紙、特種紙原理與技術。

(＊E-mail:myzhang@sust.edu.cn)

2010-03-29(修改稿)

(責任編輯:馬 忻)