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等離子體脫酸技術對紙質文獻與檔案脫酸效果評估
- 2022-12-30
學生個人紙質檔案是什麼
摘 要
：
本研究探討了新型等離子體脫酸保護技術對不同紙張脫酸效果的影響
。
結果表明，不同紙
張經等離子體脫酸技術處理後，紙張的
pH
值保持在
8。 0
左右，紙張抗張強度也有一定程度的提高，
且經人工老化實驗後，脫酸效果依然保持穩定
。
對油墨顆粒和顏料色差測試表明，紙張經等離子體
脫酸處理後，紙張
pH
值保持在
7。 5 ～ 8。 9
並能長期穩定，抗張強度提高
5%
以上； 經老化實驗後，
紙張
pH
值微降
、
抗張強度保留率
90%
左右； 紙面字跡不暈染
、
顏料不褪色，等離子體脫酸處理可
以保證油墨和顏料的穩定性
。
關鍵詞
：
紙質文獻； 脫酸保護； 等離子體技術
中圖分類號
：
TS761
文獻標識碼
：
A
DOI
：
10。 11980 /j。 issn。 0254-508X。 2019。 02。 006
Effect Appraisal for Plasma Deacidification of Paper Ｒelics and Archives
LI Wei
1
，
*
SHI Wenzheng
2
XU Shaoyan
2
（
1。
Nanjing Ｒesearch Institute of Cultural Heritage Preservation
，
Nanjing
，
Jiangsu Province
，
210000
；
2。
Hangzhou Zhongcai Technology Co
。
，
Ltd．
，
Hangzhou
，
Zhejiang Province
，
310013
）
（
：
547913102@ qq。 com
）
Abstract
：
The study explored the effect of new plasma deacidification protection technology on the deacidification of different papers． The re-
sults showed that after deacidification of different papers by plasma technology
，
the pH value of the paper was maintained at about 8
，
and the
tensile strength of the paper was also improved． After the artificial aging experiment
，
the deacidification effect remained stable． The color
difference test of ink particles and pigments showed that after the paper was deacidified by plasma
，
the pH value of the paper was maintained
at 7． 5 ～ 8． 9 and kept stable for a long time
，
and the tensile strength increased by 5% or more． After the aging experiment
，
the pH value of
the paper decreased slightly
；
the tensile strength retention rate was above 90%
；
the paper surface was not smudged
，
the pigment did not
fade
，
and the plasma deacidification treatment can ensure the stability of the ink and the pigment．
Key words
：
paper relic and archives
；
deacidification
；
plasma technology
紙張是人類文明的重要載體，隨著儲存時間的延
長，紙張會出現各種發黃
、
脆化變質的現象
。
其中，
紙張酸化是主要原因
［
1
］
。
紙張纖維的主要化學成分
是纖維素
、
半纖維素和木素，其中以纖維素含量最
多
。
纖維素分子基本結構單元是
D
-
呋喃式葡萄糖基，
透過
1-4-
β
苷鍵連線，是一種線性高分子聚合物
。
纖
維素長鏈分子的聚合度一般在
1000
以上
。
而在酸的
催化作用下，纖維素分子的
β
苷鍵會發生水解斷裂，
聚合 度 下 降，紙張則表現為脆化，嚴 重 時 甚 至 粉
化
［
2-3
］
。
據統計，我國館藏紙質文獻已經嚴重酸化，
平均
pH
值為
5。 0
，已經明顯低於快速變質的臨界點
（
pH
值
6。 1
）
。
經過脫酸處理的紙質文獻
pH
值可以提
高到
7。 0 ～ 9。 0
，顯著延緩酸性物質對纖維素分子的
催化水解作用
。
此外，脫酸後的紙張經過加速老化
後，耐折度保留率比酸化紙張提高了
2 ～ 3
倍； 對酸
化嚴重的紙質文獻，脫酸處理後其壽命可以延長
2 ～
5
倍以上
［
1
］
。
由於酸化對紙質文獻的糟朽破壞起關鍵
作用，同時脫酸處理可以顯著改善紙質文獻的儲存情
況，所以對於圖書館
、
博物館
、
檔案館等紙質文獻保
存單位來說，紙張的脫酸處理是其紙質文獻儲存和保
護的工作重點
。
早在
20
世紀
30
年代，西方國家就已經開展了紙
張脫酸技術的研究，其核心思路都是將液態或者氣態
的鹼性物質透過特定的技術手段匯入紙張纖維內部，
與酸 （
H
+
） 進行中和反應
。
目前，紙張脫酸的方法
主要分為兩類： 液相脫酸法和氣相脫酸法
［
4-7
］
。
國外
目前多以液相脫酸技術為主，以水或者有機溶液作為
載體，將鹼性溶質或者奈米懸浮顆粒帶入纖維的微觀
結構中進行酸鹼中和反應，從而達到脫酸的目的
。
氣
相脫酸法則是先將紙張置於真空環境中，抽去紙張纖
維中的氣體，再通入鹼性氣體 （ 如氨氣
、
二乙基鋅
等）
。
由於氣體分子被纖維充分吸附，從而達到均勻
脫酸目的
。
總的來說，液相脫酸法操作簡單，效果較
好
。
但是因需要將紙張浸入液體中，會對紙張本體產
生一定的不利影響，如字跡暈染
、
紙張褶皺變形等
。
此外，有機溶劑易燃
、
有毒的特點也不利於其推廣應
用
。
氣相脫酸法相對處理量大，但是對裝置要求較
高
。
因此，研究人員一直致力於開發安全可靠高效便
捷的新型紙張脫酸技術
。
本研究介紹了等離子體脫酸技術的原理，並探討
了等離子體脫酸技術對不同紙張脫酸效果的影響
。
1 等離子體脫酸技術原
理
等離子體是物質的第四態，由電子
、
分子
、
離
子
、
原子和自由基等各種粒子組成
。
根據等離子體中
粒子溫度，可以將等離子體分為熱平衡等離子體和非
熱平衡等離子體
。
一般情況下，在實際使用中的等離
子體是指電離度小於
1%
的非熱平衡等離子體
。
其內
部電子溫度可達
10000 K
以上，但是離子和原子等重
粒子溫度卻仍然保持室溫，故其在宏觀上仍體現為常
溫狀態
。
同時，非熱平衡等離子體由於內部存在大量
高能粒子，具有更高的能級水平，故更容易和其他材
料表面進行反應
。
從化學角度看，大氣壓非熱平衡等
離子體對於某些反應環境有限制的特定反應具有獨特
的優勢： 在保證反應體系低溫乃至室溫的條件下，為
反應提供了足夠的高能粒子
。
所以基於大氣壓非熱平
衡等離子體的等離子體脫酸技術由此展開
。
前已述及，紙張脫酸保護的基本原理均為脫酸物
質和紙張中酸性物質的中和反應
。
無論是液相脫酸法
還是氣相脫酸法，其各種技術路線選擇的目的是克服
紙張纖維的表面張力作用，使脫酸物質可以和紙張纖
維充分
、
均勻接觸進而與纖維內部的酸性物質反應
。
所以對於紙張脫酸技術來說，達到預期效果的關鍵問
題就是如何克服紙張纖維的表面張力作用而使脫酸成
分深入纖維內部
。
紙張纖維的主要成分纖維素分子中每個葡萄糖基
上有
3
個裸露的羥基
。
羥基本身是親水性的高表面能
基團，但是隨著紙張多年的儲存過程，其表面會吸附
大量雜質，使得羥基沒有暴露出來，從而對於長期保
存的紙張而言，其纖維的表面能降低，宏觀上表現為
對於液體的浸潤性差
。
所以國外脫酸技術中採用各種
低表面能的有機溶劑 （ 如全氟庚烷等） 或者是採用
真空
、
加壓的方法，目的都是克服紙張的表面作用
力，使得鹼性的脫酸成分與紙張纖維充分接觸，而這
也是影響脫酸效果最根本的動力學因素
。
透過大氣壓
低溫等離子體中的高能粒子與纖維素分子中葡萄糖基
之間的聚合
、
交聯
、
氧化和微刻蝕作用
［
8
］
，可以將羥
基與其他雜質基團之間的連線打斷，從而暴露出原來
的羥基
。
同時，利用等離子體的氧化作用可以在纖維
表面產生更多的遊離羥基，有利於液體在纖維表面的
潤溼性，進而增加了溶於液體的脫酸物質與紙張纖維
的接觸
。
對於大氣壓非熱平衡等離子體來說，其能量
範圍一般在
1 ～10 eV
，對材料的作用深度為
100 nm
之
內，所以採用常溫常壓等離子體對紙張進行脫酸處理
並不會改變紙張纖維的本體結構
。
等離子體脫酸技術採用的脫酸劑成分為
Ca
（
OH
）
2
和
Mg
（
HCO
3
）
2
。
Ca
（
OH
）
2
水溶液鹼性較強，溶液
pH
值可達
11 ～ 12
，在脫酸過程中可以提供較多的
OH
－
參與酸鹼中和反應
。
Mg
（
HCO
3
）
2
水溶液雖然不
能提供大量的
OH
－
直接參與中和反應，但
HCO
2
－
3
也
具有一定中和
H
+
的能力
。
除了直接發生酸鹼中和反
應以外，紙張吸收的
Ca
（
OH
）
2
和
Mg
（
HCO
3
）
2
會在
後續過程中轉變為
CaCO
3
和
MgCO
3
。
碳酸鹽沉積在
紙張上作為鹼殘留物，可以起到緩衝作用，從而防止
“
二次酸化
”
的發生
。
2 實 驗
2. 1 實驗材料
實驗選取了
20
世紀
90
年代末期生產的一批舊報
紙和書紙等作為研究物件，共計
7
種紙樣： 機制報紙
（
1998
年） ，夾江宣紙 （ 四川省，手工，
1998
年） ，
梁平竹紙 （ 四川省，手工，
1998
年） ，毛竹紙 （ 浙江
省，手工，
1999
年） ，苦竹紙 （ 浙江省，手工，
1999
年） ，稻草紙 （ 安徽省，
1999
年） ，皮紙 （ 貴州省，
手工，
1998
年）
。
按照
GB /T 450
—
2008
的方法進行
取樣
。
同時選取了印泥硃砂
、
墨汁
、
列印油墨以及國
畫顏料三綠
、
酞青藍
、
藤黃和花青作為紙張的測試顏
料，考察脫酸及老化處理前後紙張色度的變化情況
。
2. 2 實驗儀器裝置
2. 3 脫酸處理過程
在
25℃
條件下，將紙樣放入等離子體紙張脫酸
機中進行脫酸處理，處理時間
2 min
，然後取出紙樣
平鋪放置，在室溫環境下自然放置
12 h
後，再進行
後續測試
。
2. 4 老化實驗
紙樣老化實驗按
GB /T 22894
—
2008
中的方法進
行，在溫度
80℃
、
溼度
65%
的環境中處理紙樣
72 h
。
然後將紙樣放置於溫度
23℃
、
溼度
50%
的環境中靜
置
24 h
，測定紙張
pH
值和抗張強度
。
2. 5 效能測試
紙張
pH
值按照
GB /T 1545
—
2008
中的方法進行
測試
。
紙張抗張強度按照
GB /T 12914
—
2008
中的方
法進行測試
。
3 結果與討論
3. 1 pH 值
pH
值是紙張酸鹼程度最直接的表徵引數
。
脫酸
的目的是使酸化紙張的
pH
值達到合適的範圍內
。
理
論上紙 張 中 性 為 宜，但是由於空氣中的酸性氣體
CO
2
、
NO
2
、
SO
2
及光照等因素的作用
［
9-11
］
，紙張仍
然有緩慢酸化的趨勢，故對紙張脫酸使其
pH
值達到
弱鹼性
。
一般認為，經過脫酸處理後的紙張
pH
值適
宜範圍是
7 ～ 9
。
表
2
為等離子體脫酸處理前後不同
紙張的
pH
值變化
。
從表
2
可以看出，經過脫酸處理後，不同紙張
的
pH
值均有一定程度的升高，從
6。 1 ～ 6。 5
提高到
7。 5 ～ 8。 9
，紙張從酸性轉變為弱鹼性，這表明等離
子體脫 酸 處 理 對 不 同 紙 張 樣 品 均 有 明 顯 的 脫 酸
效果
。
3. 2 抗張強度
抗張強度是表徵紙張機械效能的一個重要引數，
也是紙張酸化程度的體現
。
抗張強度影響因素主要是
纖維間結合力及纖維自身的強度
［
12
］
。
紙張酸化誘導
纖維素分子水解斷裂直接造成了纖維強度降低，從而
引起紙張抗張強度效能下降
。
表
3
為等離子體脫酸處
理前後不同紙張的抗張強度變化。
從表
3
可以看出，經過等離子體脫酸處理後，不
同紙張的抗張強度均有一定程度的提高 （ 均在
5%
以
上）
。
這符合了等離子體脫酸的原理
。
經過等離子體
脫酸處理過的紙張，其纖維表面暴露出了更多的羥
基，且紙張的含水量微量提高，使得纖維之間有更多
的氫鍵連線，加強了纖維之間的交織程度，體現為紙
張抗張強度的提高
。
3. 3 老化實驗
紙質脫酸的目的在於提高其儲存壽命，如果酸化
的紙張沒有徹底脫酸，容易產生
“
返酸
”
的現象
。
“
返酸
”
是指脫酸處理過的紙張經過長期儲存後又出
現表面
pH
值降低的現象
［
13
］
。
本實驗採用人工加速
老化的方式對脫酸後的紙樣進行處理，以溫度
80℃
、
溼度
65%
的環境溼熱處理
72 h
代 表 紙 張 保 存
25
年
［
14-16
］
。
表
4
為等離子體脫酸後不同紙張老化前後
的
pH
值及抗張強度
。
從表
4
可以看出，等離子體脫酸後的不同紙張經
過老化後，紙張
pH
值有微小下降，約為
0。 2 ～ 0。 4
，
但是仍然保持為弱鹼性
。
這說明經過等離子體脫酸處
理後，有效抵禦了紙張酸化的趨勢，保證了纖維素不
會在酸性物質的作用下進一步水解斷裂，從而一定程
度上降低了由於酸化而導致的紙張脆化糟朽現象的發
生
。
此外，從抗張強度的結果可以看出，經過老化
後，紙張的抗張強度保留率均在
90%
左右
。
由此可
以得出，經過等離子體脫酸後的紙張可以在較長時間
內保持較高的機械效能
。
3. 4 顏色穩定性
對於紙質脫酸，除了需要考慮紙張本體的安全以
外，同樣需要保持紙面上的字跡和顏料也不發生變
化，需要保證字跡不暈染
、
顏料不變色
。
筆者對多種
油墨和顏料經過等離子體脫酸和老化後的色差進行了
初步研究
。
實驗選取竹紙和宣紙作為測試紙樣，並分
別手工塗寫油墨
、
印泥和國畫顏料，經脫酸和老化後
對比其色差值，結果如表
5
所示
。
從表
5
可以看出，經等離子體脫酸及老化後，塗
有各種油墨和顏料的兩種紙張色差變化很小，肉眼觀
察極不明顯
。
雖然藤黃和花青顏料紙張在同一點老化
前後的色差有較大程度的變化，這與手工紙勻度不同
及手工塗寫力度不同有關； 對比老化前後紙樣的平均
色差並不明顯，這說明等離子體脫酸處理可以保證油
墨和顏料的穩定性，不會對紙張本體造成損害，這對
紙質保護是有利的
。
4 結 論
本研究探討了新型等離子體脫酸保護技術對不同
紙張脫酸效果的影響
。
4. 1
使用等離子體脫酸技術對紙張進行處理，紙張
pH
值保持在
7。 5 ～ 8。 9
，並能長期穩定
、
抗張強度提
高
5%
以上
。
4. 2
脫酸後的紙張再經人工老化實驗後，紙張
pH
值微降
、
抗張強度保留率
90%
左右
。
4. 3
對不同油墨和顏料紙張的色差測試表明，等離
子體脫酸可以保證紙張字跡不暈染
、
顏料不褪色，保
證油墨和顏料的穩定性
。
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accelerated aging I． Kinetic analysis of the aging process
［
J
］
． Cellu-
lose
，
1996
，
3
（
1
） ：
243． CPP
·
訊息
·
2019 中國製漿造紙自動化技術研討會將在湖南嶽陽召開
為更好地落實國家發展戰略，促進先進的儀器儀表
、
自
動化技術在製漿造紙行業中的應用，助力安全
、
節能
、
環保
、
高效及可持續發展的綠色
、
智慧紙廠建設，提高中國造紙行
業經濟效益和國際競爭力，中國造紙學會計劃於
2019
年
3
月
在湖南省岳陽市召開
“
2019
中國製漿造紙自動化技術研討會
”。
現將有關事宜通知如下：
一、組織機構
主辦單位： 中國造紙學會； 承辦單位： 中國儀器儀表學
會產品資訊工作委員會
、
北京源信薈泰科技諮詢有限公司；
協辦單位： 中國造紙學會自動化專業委員會
、
岳陽林紙股份
有限公司
、
上海良信電器股份有限公司
、
上海一核閥門股份
有限公司
、
鄭州運達造紙裝置有限公司
。
二、會議時間和地點
時間：
2019
年
3
月
25
—
29
日
地點： 湖南省岳陽市格蘭雲天大酒店 （ 地址： 岳陽市嶽
陽樓區東茅嶺路
29
號，電話：
0730-8398888
）
三、會議內容及日程安排
（ 一） 全體會議： 圍繞製漿造紙發展需求，研討交流儀器
儀表
、
自動化技術及智慧紙廠共性的
、
前沿的技術內容，如
發展趨勢
、
標準
、
工程設計
、
專案經驗
、
運維管理
、
智慧制
造
、
節能減排
、
工藝方案最佳化與控制策略等
。
（ 二） 專題會議： 針對重要的技術開設專題，進行專項交
流，如現場儀表的應用及運維管理專題； 控制系統的應用及
運維管理專題； 節能減排
、
工藝方案最佳化與控制策略專題；
工程專案合作洽談會等
。
（ 三） 新產品新技術展示： 展示製漿造紙生產運營所需的
現場儀表
、
控制閥
、
線上 （ 特種） 分析儀器
、
控制系統
、
自
動化裝置
、
節能減排
、
工藝方案最佳化與控制策略等
。
（ 四） 評選及表彰： 優秀論文評選及表彰
。
（ 五） 工程技術需求對接： 會議期間，對一些工程建設項
目需求和難點進行諮詢交流
、
對生產執行維護中存在的疑難
技術問題進行對接交流洽談，對一些相關研究成果進行轉化
利用洽談
。
（ 六） 岳陽林紙股份有限公司調研考察
。
（ 七） 日程安排
3
月
25
日： 大會全天報到 （ 報道地點： 酒店大堂）
3
月
26
日： 開幕式
+
全體會議
+
展覽
+
評選表彰
3
月
27
日： 全體會議
+
展覽
3
月
28
日： 上午，專題會議
。
下午，工程專案合作對接
洽談會
+
調研岳陽紙業
3
月
29
日： 代表返程
四、參會代表
有關政府部門
、
社團領導和專家； 製漿造紙企業主要領
導，技術
、
工藝
、
裝置
、
自動化
、
採購工作負責人
、
工程設
計單位負責人； 國內外知名儀器儀表
、
自動化企業代表； 高
校
、
科研院所專家和代表； 相關媒體代表
。
五、會議徵文與論文發表
歡迎造紙企業
、
設計院
、
工程公司
、
造紙裝置企業
、
儀
表自動化企業針對重點工程專案實施
、
產品選型
、
執行維護
、
智慧工廠建設經驗以及儀表自動化
、
資訊化
、
智慧化技術問
題及解決方案撰寫論文
。
針對優秀的
、
實用價值大的論文，
組委會將酌情安排在會議期間宣講或邀請論文作者發言
、
參
與討論，併為優秀論文作者頒發證書
。
論文需按照模板 （ 見中國造紙學會網站） 要求撰寫，以
5000
字左右為宜，配圖要清晰並標註圖號
。
本次徵文截止日
期為
2019
年
2
月
28
日，請作者提交
word
和
格式檔案，
並 發 至
18910749400 @ 163。 com
和
leihuang @ ctapi。 org。 cn
郵箱
。
透過稽核的論文將收錄至會議
《
論文集
》
，優秀論文推薦
至
《
中國造紙學報
》《
儀器儀表使用者
》
等雜誌正刊發表
。
六、會務安排
本次會議委託北京源信薈泰科技諮詢有限公司負責會務
收支事宜
。
普通代表會務費為每人
2000
元，對製漿造紙
、
大
專院校
、
科研院所單位每人收取
1000
元 （ 包括會議服務
、
資
料費
、
餐費等）
。
會議統一安排食宿，交通與住宿費用自理
。
七、聯絡方式
胡 傑：
010-68866398 18910749400
chinacismef@ 163。 com
劉哲鳴：
010-68866398 18910309177
SSSLLL6688@ 163。 com
雷 煌：
010-64778766 13621223168
leihuang@ ctapi。 org。 cn
齊曉東：
010-64778757 13901294249
qxd@ ctapi。 org。 cn