碳酸氢钠水溶液应用于图书文物水相脱酸效果研究.pdf

第43卷第1 期2024年1 月造纸科学与技术Paper Science and TechnologyVol.43No.1Jan.2024碳酸氢钠水溶液应用于图书文物水相脱酸效果研究蒲晔芬（1.西安医学院，陕西西安，7 1 0 1 0 0;2.西北大学，陕西西安，7 1 0 1 2 7)摘要：采用水相脱酸法对纸张进行脱酸处理,具有经济性强、脱酸效果理想、操作难度相对较低等优点。以碳酸氢钠水溶液为例，对其应用于图书文物水相脱酸的效果进行分析，分析了碳酸氢钠水溶液对图书文物纸张表面pH值、耐折度、抗张强度等的影响。结果表明：当碳蒲晔芬女士酸氢钠水溶液中碳酸氢钠质量分数为0.2%时,溶液的综合脱酸效果最为理想。关键词：碳酸氢钠；图书文物；纸张脱酸；水相脱酸中图分类号：G253+.6D0I:10.19696/j.issn1671-4571.2024.1.006引文格式：蒲哗芬.碳酸氢钠水溶液应用于图书文物水相脱酸效果研究 J.造纸科学与技术，2 0 2 4，43（1）：2 9-32.Study on the Effect of Sodium Bicarbonate Aqueous Solutionon Deacidification of Books and Cultural Relics(1.Xian Medical University,Xian 710100,China;2.Northwest University,Xian 710127,China)Abstract:The water phase deacidification method for paper deacidification has the advantages of strong economy,ideal deacidificationeffect and relatively low operation difficulty.Taking sodium bicarbonate aqueous solution as an example,this paper analyzes the effectof sodium bicarbonate aqueous solution on the surface pH value,folding resistance,tensile strength and so on.The results show thatwhen the mass fraction of sodium bicarbonate in sodium bicarbonate aqueous solution is 0.2%,the comprehensive deacidification effectof the solution is the best.Key words:sodium bicarbonate;books and cultural relics;paper deacidification;water phase deacidification0引言图书文物是我国重要的文化遗产和物质遗产，被分散地保存在我国各图书馆、档案馆中。这些图书文物在长期保存过程中得到的保护水平参差不齐,部分图书在长期保存过程中出现了纸张变化、发脆甚至破损等问题，影响了图书文物的整体保存质量。酸化是导致图书文物纸张出现老化、破损等的重要原因之一。针对纸张酸化而采取的脱酸工艺是图书文物保存过程中最常见的保护工艺之一 1-3。传统的脱酸工艺包括气相脱酸和液相脱酸等。气相脱酸主要利用气态氨等碱性气体与纸张中的酸性物质进行文献标识码：APU Yefen中和实现脱酸,但存在工艺复杂和一定的危险性。液相脱酸则主要利用碳酸氢钠等碱性物质溶液对纸张进行中和脱酸。液相脱酸又分为有机溶剂脱酸和水相脱酸等,其中有机溶剂脱酸对操作现场工作人员的身体和环境较不友好，因而目前主流的脱酸方法仍然为水溶液水相脱酸。本文以碳酸氢钠水溶液为例,对该水相脱酸法应用于图书文物的脱酸效果进行分析，旨在为图书馆图书文图保护提供参考。1实实验材料与方法1.1实验材料与设备1.1.1实验材料本文所使用的实验材料主要包文章编号：1 6 7 1-457 1(2 0 2 4)0 1-0 0 2 9 4作者简介：蒲哗芬，女，生于1 9 7 8 年，硕士研究生，副研究员，主要从事图书馆服务体系管理。E-mail：37 1 8 7 0 335 q q.c o m基金项目：2 0 2 2 年陕西省延安精神研究报告（2 0 2 3ZD1250）30括图书文物纸张和脱酸剂两部分 4。其中,图书文物纸张来自于某一修复古籍的废弃纸张,外观明显发黄、变脆,纸张的物理性状较不稳定,机械强度与该古籍中其他纸张相比显著降低；脱酸剂为自制碳酸氢钠水溶液,碳酸氢钠分析纯由山东鲁九化工有限公司提供；实验用水为超纯水。1.1.2实验设备本次实验主要需要测定碳酸氢钠水溶液应用于图书文物纸张脱酸后的pH值、耐折度、抗张强度和耐老化性能等，所需实验设备主要包括pH值测量设备、耐折度测量设备、纸张拉力测量设备等 5-6 。本次实验所用设备基本信息如表1所示。表1 实验设备设备型号超纯水系统GC-20L-DI分析天平CN111-A老化箱HASTpH计JA1003耐折度测定仪HTS-NPY5100R1广东中野精科仪器设备有限公司电子拉力仪WDS-51.2实验方法1.2.1碳酸氢钠水溶液配备根据张艳霞等研究结合水相脱酸相关研究，利用分析天平称取不同质量的碳酸氢钠溶于水中,将碳酸氢钠水溶液按照质量分数0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%0.7%、0.8%进行配备，得到用于脱酸效果实验的不同溶液。其中碳酸氢钠0%组为超纯水组。纸张0.2脱酸后4.10老化后3.75从脱酸以后图书文物纸张的酸碱度对比情况来看，当脱酸剂中NaHCO3质量分数由0.0%增长至0.8%时,纸张逐渐由酸性变为弱碱性最后变为强碱性，当NaHCO3质量分数为0.1%时最为接近中性，但不论添加NaHCO3质量分数为多少，脱酸处理后的纸质酸碱度表现均好于NaHCO，质量分数为0.0%时。显然，脱酸剂的使用明显改变了图书文物纸张的表面pH值。然而,这一处理仅为短期内纸张的酸碱度变化情况,并不能代表当NaHCO3质量分造纸科学与技术1.2.2月脱酸过程将样品纸张已经出现严重破损的部分进行切除，保留若干尺寸为33cm的纸张用于实验 7 。在进行脱酸实验时,将酸化后的纸张分别浸润不同的碳酸氢钠水溶液中，浸润时间为20min；后用超纯水进行两次漂洗，漂洗时间为7min,漂洗间隔为2 0 min;漂洗完成以后在2 6 环境下进行自然晾干,晾干时间为2 4 h；晾干以后得到待检测的脱酸纸张。其中,浸润碳酸氢钠质量分数为0%组为对照组,不进行脱酸处理。1.2.3老化处理过程对图书文物纸张进行老化处理的主要目的是模拟这些图书的保存环境，以尽可能了解保存过程中图书文物纸张的老化情况。按照GBT228942 0 0 8 纸和纸板加速老化的测定标生产厂家准,在6 5恒温、8 0%恒湿的老化箱中对不同的实验深圳市广川环保科技有限公司样品进行老化模拟处理，7 2 h后完成老化。中核仪表有限公司1.2.4纸张性能测试纸张表面pH值按照GB/T上海柏毅试验设备有限公司13528-2015纸和纸板表面pH的测定标准由电子绍兴博纬仪器设备有限公司pH计获取;纸张耐折度按照GB/T457-2008纸和纸板耐折度的测定标准由电子耐折度测定仪获取；广东中野精科仪器设备有限公司纸张抗张强度按照GB/T12914-2018纸和纸板抗张强度的测定标准由电子拉力仪获取 8-1 2丝结果与分析2.1酸碱度对比pH值可以非常直观地展现图书文物纸张的脱酸情况及脱酸以后纸张在保存过程中的酸碱度变化情况。表2 所示为图书文物纸张脱酸后、脱酸并老化后表面pH值变化情况。表 2 酸碱度对比NaHCO,质量分数/%00.17.466.69第43卷0.30.47.688.897.167.42数为0.1%时的处理效果最佳。从脱酸并老化以后的图书文物纸张酸碱度对比情况来看，当NaHCO，质量分数为0.0%时，对纸张进行老化处理以后纸张的酸性再次增强，表明持续的老化仍然会进一步增强纸张的酸性；当脱酸剂中NaHCO，质量分数由0.0%增长至0.8%时，纸张的酸性逐渐减弱而碱性逐渐增强后略微下降,且 pH 值始终没有超过7.7 3,表明经过脱酸处理后的纸张在老化过程中会处于较为稳定的弱碱性状态；当0.59.169.357.587.670.69.477.730.79.627.730.89.807.69第1 期NaHCO，质量分数为0.2%时纸张的pH值为7.1 6最接近中性，显然从pH值对比来看，0.2%的NaHCO，脱酸剂脱酸效果较为理想。综合来看,NaHCO，脱酸剂中NaHCO，质量分数越高则纸张的pH值越高。分析其原因,显然弱碱性NaHCO3脱酸剂的使用中和了纸张的酸性,图书文物纸张的pH值可以得到有效控制,而当NaHCO，脱酸剂中NaHCO，质量分数过高时，随着脱酸工作的进行或者晒干工作的存在会导致纸张中过量的NaHCO,形成分解,分解以后形成的Na,CO;会进一纸张0.3脱酸后2.0老化后1.6仅以脱酸后的纸张耐折度来看，随着NaHCO3质量分数的提升，纸张耐折度呈现出先提升后下降并最终稳定的变化状态,纸张脱酸后的耐折度均高于NaHCO，质量分数为0.0%时的纸张；当NaHCO3质量分数为0.2%时，纸张耐折度最高为2.6，表明仅从脱酸的角度来看,该组纸张的耐折度表现最为理想。以脱酸并老化处理后的纸张耐折度来看，老化处理后所有组纸张的耐折度均有一定下降,且下降幅度没有明显规律，但经过脱酸处理的图书文物纸张最终的耐折度均高于没有经过脱酸处理的纸张；当NaHCO质量分数为0.2%时，纸张的耐折度最高为2.2,显然即便经过了老化处理，该组纸张最终的纸张0.3脱酸后0.87老化后0.73从仅脱酸处理的结果来看，随着脱酸剂中NaHCO3质量分数的提升，图书文物纸张的抗张强度先处于较为明显的波动变化状态,在NaHCO3质量分数达到0.6%后开始逐渐稳定；当NaHCO3质量分数为0.4%时纸张的抗涨强度达到最高值0.9 6 kN/m；与0.0%组纸张相比,经过脱酸处理后的纸张在抗张蒲哗芬：碳酸氢钠水溶液应用于图书文物水相脱酸效果研究表3 耐折度对比NaHCO,质量分数/%00.12.21.7表4抗张强度对比/kNm=1NaHCO,质量分数/%00.10.790.7931步提升纸张的碱性导致纸张本身的碱性过高。而纸张碱性过高可能会导致纸张出现色变、氧化或导致纸张中的纤维素被破坏等,反而不利于图书文物的长期保存。2.2耐折度对比耐折度是直接反应纸张物理性能的重要指标之一,纸张的耐折度越高通常表明纸张越不容易出现断裂、破损等现象。表3所示为脱酸后、脱酸并老化处理后不同组分纸张耐折度对比情况。0.20.42.62.52.22.1耐折度表现也要优于其他组纸张。综合来看,随着NaHCO3质量分数的提高，纸张耐折度会先提升后下降并最终稳定。分析其原因，可能是因为当NaHCO，质量分数过高时，由于碱性环境的出现使纸张中原本的纤维素出现碱性降解，在碱性降解现象的存在下不仅纸张的耐折度会下降,纸张上的墨迹也会出现一定的溶解。2.3抗张强度对比抗张强度是反映纸张物理性能的另一重要指标，通常纸张的抗张强度越高则纸张越不容易被拉坏。表4所示为脱酸后、脱酸并老化处理后不同组分纸张抗张强度对比情况0.20.40.920.900.920.92强度方面并没有表现出普遍的优势，只有在NaHCO3质量分数为0.2%、0.3%、0.4%时的表现好于未处理组，而其余各组纸张的抗张强度仅略高于甚至低于未处理组。从脱酸并老化处理后的结果来看，随着脱酸剂中NaHCO，质量分数的提升,图书纸张的抗涨强度0.52.42.42.02.00.50.960.890.980.840.62.31.90.60.770.710.72.31.90.70.760.720.82.31.90.80.780.7132同样处于先明显波动后逐渐下降并稳定的变化状态；当NaHCO，质量分数为0.4%时纸张的抗涨强度达到最高值0.9 8 kN/m；与0.0%组纸张相比，经过脱酸并老化处理后的纸张在NaHCO3质量分数为0.1%、0.2%、0.3%0.4%、0.5%时好于未处理组，而其余各组纸张的抗张强度低于未处理组。综合来看,NaHCO，质量分数的提升并没有对纸张的抗张强度形成过于明显的影响，当NaHCO，质量分数为0.4%时，纸张的抗张强度相比于未处理组的纸张而言仅略有提升。这与有关学者关于纸张抗张强度影响因素等方面的研究结果高度吻合 1 2-1 52.4综合结果对比综合以上分析可知，当脱酸剂中NaHCO，质量分数为0.2%时,纸张的pH值表现和耐折度表现均为最优；当脱酸剂中NaHCO，质量分数为0.4%时，纸张的抗张强度表现最优，但与0.2%纸张相比优势较为有限。显然，当脱酸剂中NaHCO，质量分数为0.2%时,不论脱酸处理或是脱酸并老化处理所得到的纸张综合脱酸效果均最为理想，3结论本文通过改变脱酸剂中NaHCO3质量分数得到以NaHCO，为核心物质的图书文物纸张水相脱酸效果,探究了NaHCO，应用于图书文物纸张保护中的价值。本次分析所得主要结论如下：首先,NaHCO，脱酸剂的存在可以显著降低图书文物纸张的酸性，但NaHCO，的质量分数并非越高越好，当NaHCO，的质量分数为0.2%时，纸张脱酸并老化处理后的pH值均最接近7 即酸碱中性。其次,NaHCO，脱酸剂可以很好地改善图书文物纸张的耐折度，当NaHCO，的质量分数为0.2%时，纸张脱酸后的耐折度可以达到2.6,脱酸并老化处理后的耐折度也可以保持在2.2 左右,均达到了一般图书文物保存的相关标准。再次,NaHCO，脱酸剂对图书文物纸张抗张强度的影响并不显著，当NaHCO，的质量分数为0.4%时,纸张脱酸及脱酸并老化以后的抗张强度可以达造纸科学与技术到几组中最高，但这种提升并不明显。最后，综合来看当NaHCO，脱酸剂中NaHCO3的质量分数为0.2%时，纸张的酸碱度表现、耐折度表现最为理想，抗张强度与0.4%组相比略低但差距不大。因此，本文认为当采用NaHCO，作为图书文物水相脱酸的主要材料时，0.2%质量分数的NaHCO，综合脱酸表现最为理想。参考文献1高旭日，吴春芳，刘鹏，等.古籍墨迹的老化检测及其模拟实验研究 J.文物保护与考古科学,2 0 2 3,35（4）：52-6 1.2刘建安，周子寅，葛鸽，等.不同种类淀粉对纸质文献加固保护的研究 J.中国造纸,2 0 2 3,42（6）：40-47.3李易秋，高静，杨智超，等.纸中荧光增白剂VBL的光老化规律研究 J.化学工程师,2 0 2 3,37（5）：9 5-9 9.4姜浩田，谢朋.文件检验中的纸张老化特点及鉴别 J.辽宁警察学院学报,2 0 2 3,2 5(3）：8 6-9 0.5何红平.古籍纸张保护与修复技术研究 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