超临界二氧化碳在古籍纸张脱酸和强化中的行为研究

摘要

古籍保护是一项世界性的任务，因纸张酸化对古籍造成的损害是致命性的，严重影响古籍的保存寿命。“脱酸”是现代图书保护常用技术之一，研究脱酸方法的较多，但通常将脱酸与纸张增强作为两个分离的课题进行研究，所选的脱酸剂和增强剂配置成本较高，且效果并不显著。本课题旨在寻找到最适合纸张脱酸的脱酸剂，在脱酸的过程中不仅对纸张无损，而且在一定程度上提高纸张的强度，使得纸张脱酸和增强不再分离，而是同一道工序进行。
　　 对纸张进行脱酸处理，选择一种适宜的纸张脱酸剂是非常重要的。在实验研究中，我们试用了多种常规的脱酸剂，最终选择包括钙盐脱酸剂、有机类脱酸剂作为对照，研究硼砂的脱酸性能。通过采用浸泡法对照脱酸前后纸张表面pH值，碱残留，纸张的白度变化，机械强度，纤维形态等纸张宏观性能，考察各脱酸剂的脱酸表现优异与否。结果表明，脱酸剂硼砂溶液，由于其特殊的水解平衡，致使纸张在处理过程中pH值保持在最优范围7.0-8.5，相比其他脱酸剂也具有较高的碱储备量，同时对纸张的色泽和外观影响不明显，最重要的是还增强了纸张的机械强度。在人工加速老化实验中，硼砂作为纸张处理试剂的优异性更加明显。硼砂有良好的抑菌作用，被用于处理纸张可以在一定程度上抑制微生物的生长。所有结果表明，硼砂作为纸张脱酸剂一举多得，效果显著。
　　 超临界二氧化碳(CO2SCF)，作为溶剂系统，研究夹带硼砂的醇水溶液共同作用于酸性纸张的脱酸和强化行为。研究超临界二氧化碳对古籍文字及全书的作用行为，包括墨迹的扩散及渗透行为、纸张的粘连行为、纸张的变形。研究在超临界二氧化碳作用下，脱酸剂和增强剂在纸张及书中的渗透及作用行为，各种因素(包括脱酸剂和增强剂的种类与用量、超临界流体流速、处理压力、温度、夹带剂、时间等)对古籍脱酸及强化的影响，并获得普适性的纸张纤维脱酸和增强规律，为开发新型实用的古籍保护方法提供理论依据。研究发现，CO2SCF系统大大提高了脱酸工艺，不仅在保持原有pH值的前提下提高了碱残留，还带来了其他意想不到的附加效果。由于硼砂存在缺电子结构的B原子，在超临界流体高压、高扩散性的环境中可以更好、更紧密地结合大分子纤维素的羟基，从而使得纸张的机械强度取得大幅提高。
　　 当前古籍酸化数量巨大，好的脱酸方法最终都必须接受大规模脱酸实验的考验。令人惊喜的是，以整本书籍为单位的CO2SCF夹带硼砂醇水溶液的较大规模化实验中，脱酸的pH值均一性明显优于浸泡法。对于规模化实验，要有待继续研究开发。