四川大学档案保护技术第一章.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,教学目标和要求：,通过本章的学习掌握决定纸张耐久性的内在因素，诸如造纸的原料、原料中的主要化学成分的性质和造纸工艺这几方面分别是如何影响纸张的耐久性的。,教学重点和难点：,造纸原料的种类、性质；纤维素的理化性质的具体内容以及造纸工艺对纸张耐久性造成的不利影响。,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,第一节 造纸植物纤维原料的质量与纸张耐久性的关系,第二节 造纸植物纤维原料的化学成分与纸张耐久性的关系,第三节 纸张生产过程与纸张耐久性,第四节 纸张的种类与主要性能性质及老化,复习思考题,参考文献：,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,第一节,造纸植物纤维原料,的质量与纸张的耐久性关系,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,（二）植物纤维的结构及化学成分,1.,植物纤维细胞,厚壁细胞：其形态呈中间空两头尖。是造纸工业的主要原料。,2.,植物纤维细胞的结构,3.,纤维的亚结构,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,纤维与细胞,(,光学显微镜辨别,),纤维与杂细胞：植物由细胞组成，,在造纸工业上,将成熟的,细长细胞,称为,纤维,，,短、粗、异型,细胞不适合造纸，称为,杂细胞,纤维形态：中空、壁厚、细长呈纺锤状,长,1,5.6mm(,禾草、木材纤维,),，宽,0.008,0.012mm,植物纤维细胞壁结构示意图,一、纤维细胞,壁的结构,胞间层,middle lamella,初生壁,primary wall,次生壁外层,secondary wall 1,次生壁中层,S2,次生壁内层,S3,3.,细胞壁的化学成分及其分布,：,胞间层,复合胞间层,细胞壁,初生壁 木 素,外层,次生壁,中层 纤 维 素,内层 半纤维素,化学成分,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,化学成分在纤维中的分布,木素,纤维素,半纤维素,ML,90%,10%,P,70%,10%,20%,S1,40%,35%,25%,S2,15%,55%,35%,S3,5%,55%,40%,纸张纤维交织图,（三）造纸植物纤维原料的质量,种类,长度,(mm),长宽比,纤维素（）,木素（）,杂细胞（）,种毛纤维,(,棉花,),12,23,1250,90,以上,_,_,韧皮纤维,麻,1235,1000,以上,60,83,1,15,极少,树皮,3.5,15,300,800,38,64,木材纤维,0.9,4,60,100,40,60,17,32,1.5,30,禾本科纤维,0.9,2,70,200,24,60,12,34,40,60,（竹：,20,30,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,（三）造纸植物纤维原料的质量,1.,纤维形态：纤维的亚结构、显微镜下的纤维,.,主要包括纤维的长度、宽度、,长宽比、均一性和壁腔比等。,2.,化学成分的含量：,用纤维素含量高的原料抄,造的纸张耐久性好。,3.,杂细胞含量：,杂细胞含量越少越好。,第二节 造纸植物纤维原料的 化学成分与纸张耐久性,一,、,纤维素,二,、,半纤维素,三,、,木素,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,（一）纤维素的结构,1.,纤维素的形成,2.,纤维素的结构特点与纸张耐久性,（,1,）纤维素的直链结构有利于纸张的耐久性。,（,2,）纤维素分子之间能形成氢键，有利于纸张的耐久性。,一、纤维素,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,纤维间氢键的形成过程,（二）纤维素的性质,1.,物理性质,溶解性：,常温下，纤维素不溶于水，也不溶于一般的有机溶剂，如乙醇、苯、丙酮和乙醚等。,2.,化学性质,纤维素水解、氧化、光解：,水解,：（,1,）概念：,（,2,）水解过程,：,(3),条件：,水、酸、酶、温度,（,4,）结果：,纤维素一旦发生水解，氧桥断裂，分子间范德华力及氢键减少，纸张强度下降，寿命缩短。,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,纤维素氧化：,（,1,）概念：,纤维素可以与氧化剂发生氧化反应。,（,2,）过程：,纤维氧化反应发生在纤维素分子的氢氧基上。,（,3,）条件：,氧化剂的种类和数量；光；空气湿度或纸张含水量；温度。,（,4,）结果：,氢氧基变为、醛基（,CHO,）、羧基（,COOH,）或酮基（,CO,），这样就形成了与原来纤维素结构不同的物质。,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,总结,：,纤维素的化学性质可以用下面的分子式来表示：,纤维素的化学性质可以用下面的分子式来表示：纤维素虽然在一定条件下会发生水解和氧化两大破坏反应，但比起半纤维素、木素来说，其性质还是稳定的。,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,（一）半纤维素的结构,半纤维素与纤维素的相似之处：,都是由单糖脱水聚合而成的聚糖类高分子化合物。,不同之处：,第一，纤维素是,“,均一聚糖,”,，而半纤维素是,“,不均一聚糖,”,；,第二，纤维素分子的聚合度很大，分子链很长，而且是直链结构。而半纤维素的聚合度很小，分子链很短，并且有支链。,二、半纤维素,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,（二）半 纤 维 素 的 性 质,1.,与纤维素的相似性：,可以发生水解、氧化和光解反应。,2.,与纤维素的不同性：,半纤维素的分子结构决定半纤维素难以产生氢键和结晶区，从而易溶于碱溶液中；易吸水膨胀，呈现粘滑性；比纤维素更易发生水解反应，氧化和光解的反应速度也比较快。因此，半纤维素的稳定性要比纤维素差。,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,（三）半纤维素的作用,应保留适当的半纤维素，是因为：,第一，半纤维素具有吸水润涨性，保留适当的半纤维素便于打浆，易使纤维分裂变细；同时能保护纤维，使之不易被横向切断；还能节省打浆时间，并提高得浆率。,第二，纸浆中含有适量的半纤维素可提高纸张强度。,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,三、木 素,（一）结构：,网状的空间结构，由碳、氢、氧元素构成的高分子化合物。,（二）性质,1.,不溶于水，常温下不溶于稀碱、稀酸溶,液，高温下，某种浓度的酸碱可与木素作用，,造纸工艺中就是利用这种性质将木素去掉；,2.,木素易氧化，尤其在光照条件下，氧化更,快。,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,第三节 纸张生产过程与纸张耐久性,一、制 浆,二、漂 白,三、打 浆,四、施 胶,五、加 填,总 结,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,一、制浆,什么是制浆？,将造纸原料分散为单根纤维的过程叫,制浆,，获得的产品称为,纸浆,。,制浆目的：,溶出原料中的木素,，使原料分离成单根的纤维，增加纤维的比表面积（单位重量纤维的表面积）。,机械法,用物理方法将植物纤维原料分散成纤维，生产过程中不使用任何化学药品。,原理：,通过机械摩擦、剪切、撕裂、切割等作用将原料分散成纤维,特点：,得率高，无污染。因保留了所有成分,(,杂细胞、木素,),及对纤维的切断，使得用这种浆生产的纸强度低、发脆，漂后发黄等。,二、漂 白,（一）漂白原理及方法,（二）漂白对纸张耐久性的影响,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,漂白：除去浆中的残留木素或者改变木素发色基团的以提高纸浆的白度,白度：白色或接近白色的纸和纸板表面对蓝光的反射率相对于蓝光照射氧化镁标准白板表面时反射率之比，称为白度，以,%,表示。,未漂浆,漂白浆,三、打 浆,打浆就是对植物纤维的润胀、分丝、疏解。,对纸张的机械指标有影响。,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,打浆,(Beating),利用物理机械方法处理浆料，使纤维经挤压、摩擦、揉搓、剪切等作用，互相分离成单根纤维,打浆的作用,（,1,）使细胞壁发生位移和变形,（,2,）,破除初生壁,(,P),和次生壁的外层,(,S,1,),（,3,）细纤维化（分丝帚化,纤维两端与纤维表面微细纤维分散蓬松）,打浆与调料,未经打浆的纤维,经过打浆的纤维,四、施 胶,（一）施胶的作用,（二）对纸张性能的影响：,增加纸张的酸度。,（三）中性施胶,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,施胶,(Sizing),施胶方法：,纸内施胶：将胶料直接加入纸浆内,以松香胶为例，先将松香加碱和蒸汽熬成胶料，然后加入打浆后的纸浆中，用明矾作用将松香粒子沉淀在纤维上，在干燥高温下松香熔化堵塞毛细孔。,表面施胶：用一种或两种施胶剂涂于纸的单面或双面使其有较高的憎水性,主要施胶剂为淀粉及其衍生物等,五、加 填,（一）加填的目的,（二）对纸张性能的影响,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,总结：造纸过程与纸张老化的原因,流程,制浆,漂白,打浆,施胶,加填,作用,分离出纤维,去除有色物质,处理悬浮水中的纤维及纤维束,提高抗水能力，墨迹不扩散,纸张表面平整光滑，提高适印性,与纸张耐久性关系,机械法易发黄，纤维粗短，耐久性差；化学法残留酸碱，影响耐久性。,还原性纸张发黄；氧化性纸张强度下降，易残留漂白剂,提高纸张耐折度，耐破度，抗张强度，耐久性,增加纸张酸度，发黄，促进纤维素氧化，降低强度,降低纸张物理强度，降低施胶度,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,造纸技术简介,中国古代造纸技术,（图片,1,）,(,图片,2),现代造纸设备图：,（图片）,现代造纸工艺流程解析,(,动画,),第一章 纸质档案的耐久性,纸张,现代造纸设备,造纸厂,造纸车间,打浆车间,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,造纸流程图,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,古法造纸的五个步骤,1,、斩竹漂塘,所谓“杀青”是指斩竹做原料而得名，竹材是古代造纸的重要来源之一，因此盛产竹子的华南地区，尤其福建，是竹纸的主要产地，造纸的竹材以将生枝叶的新生竹为佳。造纸的工匠通常在芒种前后上山砍竹，每根竹子截成,5,到,7,尺长，然后就地开挖水塘，将截断的竹子在水塘内浸上,100,天，取出时用力捶洗使青壳和树皮脱掉，目的是让竹材软化。,2,、煮楻足火,将竹料拌入石灰水浸在木皇桶中蒸煮,8,个昼夜，经过碱液的蒸煮，原料中的木质素、树胶、树脂等杂质被除去。然后取出蒸煮的原料放入清水塘内漂洗，然后再放进锅里浸石灰水蒸煮，如此反复进行十几天。经过反复蒸煮、漂洗，竹子的纤维逐渐分解。,3,、荡料入帘,取出煮烂的原料放在石臼里用力舂成泥面状，捣烂后的原料用适量的水调配，使纤维彻底分离并浸透水分，成为纸纤维的悬浮液，再倾倒入纸槽里面。然后用细竹帘在,纸浆,中滤取，纸纤维留在竹帘上形成一层纸膜。用纯天然植物原料做的催化剂来控制纸纤维悬浮液的浓度。,这道工序在造纸过程中是最费力的，抄纸的工匠站在纸槽旁重复着舀水、抬起竹帘等动作，每次承受的重量重达,20,公斤。另外捞纸时还得靠经验，抄得轻纸会太薄，抄得太重纸又会嫌厚，完全凭工匠的手法。,4,、覆帘压纸,把捞过,纸浆,的竹帘倒铺在压榨板上，然后小心地移开竹帘，这层纸膜便落在板上。慢慢堆叠起一层层的纸页，再以重物挤压，排出纸页中的水分。重物挤压之下纸膜也慢慢成形，成为一张张四四方方的纸张，手工造纸每日每个工匠平均只能做,300,到,500,张纸。,5,、透火焙干,焙干纸张的夹巷是两道土砖砌成的砖墙，砖块之间有空隙能让热气透出。焙纸时先在夹巷内生火，然后将将一张张湿纸摊在墙上，从空隙中散发的热气使纸张慢慢干燥，干透后揭起来就是一张可使用的纸了。,贵州香纸沟古法造纸,造纸用竹在溪水中自然浸泡,山间清流,破竹,碾篾,石灰煮,石灰煮下面的小煤窑,抄纸,吐蕃王松赞干布、藏巴第司噶玛丹琼旺布以及第五世达赖喇嘛阿旺洛桑嘉措时期制度的法典汇编。,藏纸是由狼毒草的根部为主要组成部分、手工制作而成，其特性是纤维长，韧性好，不怕虫蛀鼠咬。西藏的历史档案能保留这么长时间、这么大的量，跟材质有很大关系。,德格印经院,晾晒刚印刷出来的纸页,东巴纸,第四节 纸张的种类与主要性能及老化,一、纸张的种类,二、纸张的主要性能,三,、,纸张老化,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,一、纸张的种类,一、手工纸：为什么比机械纸耐久？,二、机械纸：新闻纸、书写纸、耐久书写 纸等的性能。,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,毛边纸,连史纸,二、纸张的主要性能,（一）纸张的物理性能：,包括定量、厚度、紧度、透气度、施胶度和吸收性等；,（二）纸张的光学性能：,包括白度和不透明度等；,（三）纸张的机械性能：,包括抗张强度、耐破度、耐折度和撕裂度等；,（四）纸张的化学性能：,包括化学成分的含量、水分、,PH,值、灰分、铜价和粘度等。,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,（一）纸张老化的概念,纸张老化是指在环境因素的作用下，纸张的主要化学成分发生不可逆转的化学变化，从而使纸张性能下降的过程。,三、纸张老化,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,(,二,),纸张老化的原因,内部,外部,原因,主要成分化学变化,纸内有害物质,物理,化学,生物,老化过程,纤维素、半纤维素、木素都会发生水解、氧化、光解反应。,造纸工艺在纸中残留下酸、氧化剂、金属离子等。,温湿度。,光、有害气体、灰尘。,微生物、害虫。,结果,纸张机械强度下降，色泽发生变化，导致整体耐久性下降。,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,复习思考题,1,概念：,厚壁细胞、纤维素、铜价、纸张的老化。,2,问题：,（,1,）造纸植物纤维细胞壁结构与化学成分之间的关系？,（,2,）如何判断造纸植物纤维原料的质量？,（,3,）常用的造纸植物纤维有哪些？它们造出的纸张质量如何？,（,4,）试述纤维素的结构与纸张耐久性关系？,（,5,）根据纤维素的化学性质，你认为纸质档案在保存过程中应创造怎样的环境可以最大限度地延长其寿命？,（,6,）手工纸为什么比机制纸耐久？,（,7,）科技图纸在造纸工艺中有那些特殊要求？这些要求对其耐久 性有什么影响？,（,8,）纸张的物理性能和化学性能的指标有哪些？,（,9,）纸张为什么会老化？其过程怎样？,（,10,）档案用纸的质量应符合哪些要求？,第一章 纸质档案的耐久性,纸张,