不同纸张之所以具有不同的白度和机械性能稳定性与构成纸张的纤维

作者:admin 来源:未知 点击数: 发布时间:2018年12月25日

  进了一个群重庆时时彩北京pk10 5码两期计划非凡人工时时彩计划摘 要:为了研究分歧纸张的预期寿命及其耐老化机能的差同性,对竹纸、宣纸、旧事纸、字典纸和构皮纸等 5 种分歧纸张进行了模仿干热老化尝试。并对老化过程中纸张的白度和机械强度 (抗张强度、扯破度、耐折度)进行了阐发检测 , 通过检测纸张的化学机能 (黏度、铜价、pH 值) 阐发了纸张老化的内在缘由。成果表白,分歧纸张其白度和机械强度的大小及老化不变性分歧;初始机 械强度对纸张的耐用性影响很大; 纤维素的水解/氧化与纸张机械强度下降关系亲近 ; 竹纸 pH 值不变性较差,持久保留时需防止其酸化加快文献老化。

  纸质文献的保留和庇护是藏书楼、档案馆和博物馆等纸质文献珍藏单元的一项主要工作[1] 。 纸张素有纸寿千年之说,可是仅目前来看,国度藏书楼现存最早有切当编年的纸质文献是公

  417 年的《律藏初分》,距今已有约1600 年的汗青,纸张的寿命已远超 1000 年。可是也有良多宝贵文献跟着保留时间的耽误,呈现了纸张泛黄、易折断或裂为碎片等机械强度下降的现象。为了研究分歧纸张寿命各别的缘由, 需要采用模仿老化方式来对纸张的老化特征进行研究。目前常用的聚合物模仿老化方式有:紫外光加快老化[ 2-5] 、热老化[ 3, 6 ] 、水解老化 [ 3, 7 ] 等。 目前, 纸质文献珍藏单元为了耽误文献寿命对宝贵文献曾经实施了削减光老化和避免水解老化的办法,为了更好地模仿在优良保留形态下纸张的老化环境,本课题采用干热老化的体例研究分歧纸张的寿命及其在老化过程中光学、机械、化学机能的差别,进行了一系列的纸张老化尝试,并对老化过程中纸张的白度和机械强度(抗张强度、扯破度、耐折度)进行了检测和阐发。为了进一步探究老化过程中纸张白度和机械机能变化的内在缘由,阐发了分歧老化时间纸张的化学机能(冷抽提p H 值(冷水抽提液p H 值)、黏度和铜价)。

  按照老化箱的横截面面积, 将纸张裁成约30 cm x 25 cm 的长方形, 裁纸的过程中连结纸张的正背面和纵横向分歧,并 进行标识表记标帜。将上述 5 种纸样别离平均分为11 份, 用长尾夹夹好,并 做好标识表记标帜。

  从上述5 种纸样中各取 10 份, 按照纸张品种别离放置于 105℃老化箱的分歧隔板层进行老化尝试。为包管老化结果的平均性, 每周调整 2 次纸样的放置位置,调整时,将分歧的纸样和同种纸样的分歧份按照由上往下的挨次顺次进行调整。在分歧的老化时间点将 5 种纸样别离取出 1 份,每次均取最上面的 1 份。按照 GB/ T 464- 2008 纸和纸板的干热加快老化的尺度,在温度为 (1 05 ±2 ) ℃的情况中持续老化。老化时间以 72 h 为 1 个单

  , 纸样老化时间别离为 1 、4 、10 、20 、40 、60 、70 、80 、90 、100 个老化单

  纸张老化的宏观表示是颜色变黄(返黄),跟着老化程度的加深, 颜色可能逐步加深[ 8 ] 。 因而, 返黄是一项表征纸张老化程度的直观目标。纸张返黄的程度可用返黄值 ( PC 值)暗示。纸张的 PC 值能够通过测定纸张的白度来进行计较[ 9 ] 。

  从图1 能够看出,跟着老化时间的耽误 , 5 种纸张的 PC 值都不竭上升。此中, 竹纸和旧事纸的 PC 值较高, 颠末 40 个老化单

  , P C 值别离达 39. 1% 和 44. 2% 。宣纸返黄值呈中等上升幅度, 70 个老化单

  后 , P C 值上升 26. 8% 。构皮纸和字典纸白度不变性较好,字典纸颠末40 个老化单

  纸张的返黄与木素含量和布局、初始白度及制浆漂白体例均有亲近关系。纸张返黄的最次要缘由是纸张内木素含有的羰基或者羰基及其共轭双键布局的生色基团及助色基团的变化[ 10] 。 因而, 木素含量高的纸张返黄较严峻。旧事纸为机械木浆纸,木素的含量高,竹纸由整根竹子制成,比拟仅以韧皮纤维为原料的构皮纸和宣纸木素含量高,因而,这两种纸张老化过程中返黄速度较快[ 5 ] 。

  宣纸和字典纸的初始白度都较高(见表 1 ),可是字典纸老化后 PC 值很低, 而宣纸较高。这是由于宣纸是由青檀皮纤维和沙田稻草颠末保守的碱法蒸煮和持久的日光漂白制成,日光漂白是操纵空气中的臭氧[11]对木素发生氧化感化次要是改变纸浆中残留的木素和色素的布局,使原有生色基团变为无色基团进行氧化降解粉碎发色基团,所以宣纸中残存的木素含量与颠末现代化制浆漂白处置的字典纸比仍然较高,同时臭氧漂臼会在纸浆中发生惹起返黄的跋基[12] 。此外, 为了实现薄而欠亨明的方针,字典纸出产过程中要添加白度较高、光散射系数较大的钦白粉(二氧化钛)和优良碳酸钙作为填料,这两种物质自度高、在老化前提下不变。所以宣纸返黄值呈中等的上升速度而字典纸白度较不变。

  构皮纸由构树皮纤维制成,没有颠末漂自,所以初始白度低;可是纤维素含量高,木素含量低,因而老化过程中返黄不较着。

  纸张老化后,不只会返黄,并且其机械强度也会下降[13] , 跟着下降程度的加深可能间接导致纸质文献碎片化、破损甚至扑灭。因而本尝试选用表现纸张抗拉能力的抗张强度、反映纸张抵当频频折叠能力的耐折度和代表纸张韧性的扯破度来表征颠末老化后纸张的机械强度变化。

  抗张强度是表征纸张物理强度的一个主要目标, 也能够作为表征纸张老化程度的一个主要要素。因为尝试所用分歧品种纸张的定量差别较大,因而用抗张指数来对比分歧纸张抗张机能的差别 , 见图 2。从图2 能够看出 , 分歧纸张初始抗张指数的大小挨次为: 竹纸构皮纸旧事纸字典纸宣纸。

  从图2 还能够看出老化过程中纸张的抗张指数变化纪律为: 在老化的初期阶段 ( 4 个老化单元以内), 上述5 种纸张的抗张指数均略有添加, 尔后随老化时间的耽误抗张指数均呈下降趋向; 在 90 个老化单

  后, 5 种纸张的抗张指数均趋于不变。这可能是由于在老化过程中纤维素不竭降解,纤维素链变短。纤维 素链变短,一方面会惹起纤维本身的强度变差,纸张 的抗张指数下降;另一方面还可能会由于纤维变短惹起纤维之间的交错加强,纸张的抗张指数上升[14J 。因而,在老化初期,纤维素降解程度较低时,纤维结 合加强惹起的抗张指数上升幅度跨越纤维断裂惹起的 下降幅度,所以表示为纸张的抗张指数上升。之后, 纤维素降解程度加大,断链惹起的抗张指数下降的作 用占领了主导地位,所以表示为纸张的抗张指数 下降。

  此外, 虽然随老化时间的耽误, 5 种纸张的抗张指数都鄙人降,可是仍然与初始抗张指数有亲近的关系,表示为初始抗张指数较高的纸张,老化后的抗张指数仍然较高。可是分歧纸张的抗张指数随老化时间耽误的不变性也具有少许差别。分歧纸张抗张指数的不变性(以指数数值下降百分比计)挨次为:旧事 纸宣纸竹纸构皮纸字典纸。

  扯破度为将事后暗语的纸(或纸板),撕至必然长度所需 力的平均值。在国度尺度 GB/ T 24423-2009 消息 与 文 献 文献 用 纸 耐 久 性 要 求 和 GB/ T24422—2009 信 息与文献档案纸耐久性和耐用 性要求中,都将扯破度列为纸张物理强度的表征目标。老化过程中纸张的扯破指数变化如图 3 所示。

  从图3能够看出,构皮纸的扯破指数远高于其他几种纸,老化后虽大幅下降但仍远胜其他纸种;字典纸、竹纸和宣纸的初始扯破指数比力接近,可是字典纸的扯破指数颠末老化后敏捷下降,竹纸和宣纸老化后扯破指数的下降趋向雷同;旧事纸初始扯破指数较低,可是不变性较好,老化后扯破指数与竹纸和宣纸维待在统一程度。

  耐折度是在尺度张力前提下,试样断裂时的双折叠次数的对数(以 10 为底)。耐折度经常被用 于表征纸张的寿命,可是在现实工作中,因为有些纸张, 出格是薄的手工纸的耐折次数很低,很难检测,因而,其使用遭到很大限制。本课题中,为可以或许尽可能多地检测出各类纸张之间耐拆机能的不同,弹簧的张力采用 2. 94 N。 老化过程中纸张的耐折度变化如图 4 所示。

  从图 4 能够看出, 分歧纸张的耐折度大小挨次为:构皮纸旧事纸=字典纸竹纸宣纸。在初始老化阶段 ( 4 个老化单

  ), 构皮纸、竹纸和宣纸的耐折度变化很小,而旧事纸和字典纸的耐折度急速下降; 之后, 旧事纸的耐折度迟缓下降, 其他4 种纸的下降速度较快。而竹纸在颠末 70 个老化单

  老化之后,其耐折度在2. 94 N 的弹簧张力下也没有测到数值。由此可见颠末上述老化时间老化后对应纸种的耐折性曾经很是差。纸张的耐折要受纤维本身强度、柔韧性、纤维长度及纤维连系力的影响,与抗张强度比拟,耐折度受纤维长度的影响更大,纸张的柔韧性对耐折度的影响也很大。

  综上所述,构皮纸具有最好的耐扯破和耐折机能,且具有较好的耐老化性;竹纸的抗张机能很好, 耐扯破和耐拆机能中等,耐老化机能较差;宣纸耐撕 裂机能中等,抗张和耐拆机能差,耐老化性较好;新 闻纸的机械强度中等,可是不变性最高;字典纸机械 机能不变性较差。4 个老化单

  以内, 各类纸张的机械机能均变化不大,之后起头大幅下降,初始机械强 度对纸张的耐用性影响很大。

  分歧纸张之所以具有分歧的白度和机械机能不变性与形成纸张的纤维素形态亲近相关,在纸张的老化过程中,纤维素发生水解会惹起纤维素链变短,纤维素长链的断裂会惹起纸张的机械强度下 降。纤维素跟着老化时间的耽误,也可能逐渐迟缓的氧化而得到本来的白度和韧性[15] 。 因而, 本部门通过检测纸张的聚合度和铜价别离表征了分歧老化时间纸张中纤维素的链长和还原性结尾基数量,成果见图 5 和图 6。

  聚合度是指纸张中构成纤维素的葡萄糖基的数量。因而,聚合度可表征纸张纤维长度,是纸张老化程度的主要目标[ 16 ] 。因旧事纸为机械浆纸 , 其木素含量过高使得聚合度测试成果无法实在反映纤维素的聚合度,该部门不会商旧事纸的聚合度变化悄况。老化过程中其他 4 种纸张的聚合度变化如图 5 所示。

  从图5 能够看出, 4 种纸的 聚合度大小挨次为: 构皮纸竹纸宣纸字典纸,构皮纸的原始聚合度在 2200 摆布, 在前 40 个老化单

  内, 聚合度敏捷降低到500 , 随后迟缓下降至 400 摆布。竹纸的原始聚合度在 1300 摆布, 在前 40 个老化单

  内, 聚合度敏捷降低到 350 , 随后迟缓下降到 300 摆布。宣纸和字典纸的聚合度下降 比力迟缓, 8 0 个老化单

  老化后变化更小, 最低值在 150 - 200 之间, 此时纸张已严峻脆化[ 17] 。 这表白在老化过程中形成纸张的纤维素不竭发生水解,链长逐步变短;而且初始纤维素链越长的纸种纤 维素水解速度越快 ,4 0 个老化单

  后所有纸张的纤维素链长均已较短,之后迟缓水解。构皮纸的纤维素聚合度最高,这与其最高的扯破指数和耐折度分歧。

  纸浆的铜价是指 100 g 绝干纸浆纤维,在碱性介质中,于 100°C 时将硫酸铜还原为氧化亚铜的克数。对千漂白浆和精制浆(宣纸和字典纸),铜价能够确定水解纤维素或氧化纤维素还原某些金属离子到低价形态的能力,所以纸浆铜价能够用来查抄纤维素的降解程度、变质程度以及估算还原基的量。对于机械浆(旧事纸)和未漂浆(竹纸和构皮纸),虽然此中木素等杂质较多,铜价无法精确反映纤维素的还原能力,可是能够评估纸浆中具有还原性的物质(氧化纤维素、水解纤维素、木素和糖等)的晕。同时,纸张耐久性研究尚不敷系统深切,没有合适的测定方式来检测机械浆和未漂浆中纤维素在老化过程中被氧化和水解的程度。因而,旧事纸、竹纸和构皮纸也采用铜价来评估老化过程中还原性物质的数量变化来察看其大致趋向。老化过程中5 种纸张的铜价变化如图6 所示。

  从图6 能够看出 , 铜价的大小挨次为: 竹纸 宣纸 旧事纸 字典纸 构皮纸。在老化的 过程中, 5 种纸张的铜价均呈上升趋向, 在 0 - 4 个老化单

  以内, 纤维素的水解和氧化速度较慢,这与该阶段内较慢的机械强度下降程度分歧; 在 4 - 40 个老化单

  内, 铜价敏捷升高,这表白在该阶段纤维素敏捷水解和氧化导致纤维素长链断裂、纸张的机械强度快速下降;然后上升速度变缓,到 90 个老化单

  之后 ,根基平稳 ,此时纤维素的水解/氧化程度很高,纸张的白度和机械强度均已处于较低程度。

  综上所述,纸张的品种对其白度和机械机能具有决定性的影响,宝贵纸质文献优先要采用耐老化的纸张制造;对于同种纸张,纤维素的水解和氧化对于其机械强度的下降起到了至关主要的感化。因而,在纸质文献的保留庇护过程中,若是要耽误纸张的寿命, 必需减缓纤维素的水解和氧化速度。因为纤维素在中性和弱碱性前提下比力不变,而在酸性前提下较易被水解,所以纸张酸化是加快纤维素水解、纸张老化的一个主要要素。因而, 本部门检测了分歧 纸张的 pH 值随老化时间的变化, 成果见图7。

  从图7 能够看出 , 5 种纸张的初始 pH 值均高于7,跟着老化时间的 耽误,所有纸张的 pH 值均呈下降趋向, 可是下降速度纷歧: 字典纸的冷抽提 pH 值均在8. 0 以上, 旧事纸的冷抽提 pH 值不断在 7. 0 以上,这与目前的制浆造纸工艺相关,字典纸和旧事纸 均采用碱法制浆,并利用碳酸钙等物质作为填 料[18-19] , 使得纸张具有较高的碱保留量,而且字典纸可能还采用了碱性施胶工艺[ 20 ] , 所以它们都具有较高的 pH 值, 且不变性较好; 宣纸的冷 抽提 pH 值呈迟缓下降趋向, 且最低值约在7. 4 摆布, 此次要得益于宣纸的碱法制浆工艺 ; 构皮纸的初始冷抽提 pH 值在 8. 2 摆布, 老化过程中, 冷抽提 pH 值下降迟缓, 老化后的最低数值根基在7. 0 摆布, 申明构皮纸的抗老化机能优良; 竹纸冷抽提 pH 值较低, 老化过程中的下降也很是较着, 20 个老化单

  后, pH 值降至 6 摆布, 这将会加快纸张的老化 , 这可能与其较高的木素含量相关。

  对竹纸、宣纸 、旧事纸 、字典纸和构皮纸 5 种分歧纸张进行了模仿干热老化尝试。

  3.1 构皮纸具有最好的耐扯破和耐折机能,且具有较好的耐老化性;竹纸的抗张机能很好,耐扯破和耐拆机能中等, 耐老化机能较差; 宣纸耐扯破机能中等,抗张和耐折机能差,耐老化性较好;旧事纸的机械强度中等,可是不变性最高;字典纸机械机能不变性较差。

  以内, 各类纸张的机械机能均变化不大,之后起头大幅下降,初始机械强度对纸张的耐用性影响很大。宝贵纸质文献优先要采用耐老化的纸张制造。

  3.4 竹纸 pH 值不变性较差,持久保留时需要防止其酸化加快纸质文献老化。

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