不同塑料保存装具对纸质文献耐久性的影响

闫智培

0 前言

纸质文献会随使用次数增加和存放时间延长而不断老化，逐渐呈现出发黄、发脆、撕裂甚至粉化等现象。纸质文献的耐久性受很多环境因素的影响，诸如温度、湿度、光照、微生物、灰尘和有害气体[1]。为了减少磨损和延缓老化，常使用一些装具来保护珍贵纸质文献。这些装具除了能够分类存放文献，还能减少空气污染物、水分和灰尘对纸质文献的危害。目前古籍常采用纸板或木材制成的函套或书盒进行保护，散页的名家手稿和照片等文献常使用纸袋进行保护[2]。装具能够直接影响古籍的寿命及其保存和使用的便利性。虽然函套、书盒和纸袋能够为古籍提供保护，但是对于散页文献，使用透明度高且阻隔能力强的塑料保存装具，不但能减少空气中污染物对于纸张的危害，还无需取出即可直接读取文献内容，不需要直接接触文献从而减少使用文献时对其造成的磨损和污染。因此，塑料保存装具用于展览或者经常取用的散页名家手稿、报纸、地图等文献的保存和保护具有重要意义。

但是，塑料种类繁多，塑料保存装具使用不当也会产生一些问题。例如，聚氯乙烯会释放有害气体，加速纸张老化，缩短纸质文献寿命[3]，同时该塑料还可能会粘到纸质文献上[4]；含有有机抗黏结剂、氨类爽滑剂、增塑剂、紫外线吸收剂和自由基捕获剂的塑料薄膜制成的装具，由于上述物质极易迁移至薄膜表面并粘住文献，因而容易造成文献粘连问题；含有颗粒物状抗黏结剂、光稳定剂和消光剂的塑料薄膜制成的装具容易刮花、磨损文献[5-6]。因此，应用塑料保存装具保护纸质文献必须进行慎重选择。

早在40年前，美国国会图书馆已开始研究塑料保存装具保护纸质文献的应用问题，提出不涂布的聚酯(PET)、未处理的聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)可用于纸质文献保护。从应用性能来说，PET 透明度高、力学性质较好且最稳定，表现最优；PP 性能次之，封装后文献容易僵硬或易弯曲；PE 封装后文献易弯曲[4]。但是，PET 价格最高，PP 次之，PE 最低。

一直以来，关于塑料保存装具对纸质文献耐久性影响的相关研究及报道比较少。但是，纸质文献的老化是极长期的过程，微小的劣化很难用肉眼观察到，一旦出现人眼可辨的老化现象时纸质文献已发生不可逆转的劣化。因此，仅根据当前应用性能和毒性选择装具对纸质文献的长期保存存在风险。所以，要选择可以较好地保存和保护纸质文献的塑料保存装具，就必须深入了解不同类型塑料保存装具对纸质文献耐久性的影响，确保选用的塑料保存装具不会对纸质文献造成伤害，从而真正实现延长纸质文献寿命的目标。鉴于此，本文拟研究不同类型塑料保存装具对纸质文献耐久性的影响。

纸是纸质文献的主要构成材料，耐久性对文献寿命至关重要。鉴于纸张的酸碱性对其老化性能起着关键作用，因此本文分别考察不同类型塑料保存装具对酸性纸/纸质文献和中碱性纸/纸质文献耐久性的影响。为排除其他因素干扰，本文首先研究不同类型塑料保存装具对纸张耐久性的影响，选出对纸张耐久性改善效果最好的塑料保存装具。本文首先探究PET、PP、PE 制成的档案保护专用塑料保存装具和密封性优于聚酯的聚酯-聚乙烯醇-聚乙烯(PET-PVA-PE)复合膜制成的装具对酸性纸和中碱性纸耐久性的影响。由于阻隔能力强为塑料保存装具的重要特色，因此，分别研究塑料封装(密封)和塑料封套(敞口)对纸张耐久性的影响。然后，再根据不同塑料保存装具对酸性纸和中碱性纸耐久性的影响，选出可能适用于酸性和/或中碱性纸质文献的塑料保存装具。纸张的耐久性以抗张强度、耐折度和撕裂度等机械强度指标来综合反映。最后，考察优选的塑料保存装具对手稿、书、报纸、地图等酸性和中碱性纸质文献耐久性的影响。纸质文献的耐久性以其机械强度和色差来代表。

1 材料与方法

1.1 实验材料

本实验材料之酸性纸采用酸法制浆和松香施胶技术所制成，pH 为4.35；而中碱性纸为汪六吉净皮四尺单宣，pH 为8.76。书pH 为6.90；报纸pH 为8.46；地图pH 为9.88。聚酯-聚乙烯醇-聚乙烯(PET-PVA-PE)、聚酯(PET)、聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)塑料保存装具由瑞德博物馆服务中心提供，均为档案保护级；胶粘剂为3M 415 双面胶，基材为聚酯。红墨水、蓝黑墨水、蓝墨水和碳素墨水均由英雄墨水公司生产，型号及其主要显色材料分别为“231”(染料，红)、“232”(颜料，铁盐)、“233”(染料，蓝)和“234”(碳素)[7-8]；墨汁(松烟)为芬尚公司生产。湿热老化箱，美国Mast 公司；NH310 色差计，深圳3NH公司；Elmendorf 撕裂度仪，美国TMI 公司；卧式拉力机，美国TMI 公司；耐折度仪，美国TMI公司；Sartorius AG pH 计，美国赛得利斯公司。

1.2 实验方法

(1)纸张人工加速湿热老化。在每种塑料保存装具中分别放入12 张裁切合适的酸性纸或中碱性纸，封装试验用双面胶封口，封套试验敞口。以无保护的同种纸张为空白对照样。由于双面胶的长期耐温能力只能达到65℃，因此将人工加速湿热老化的条件设置为：60℃、80%RH、28 天。

(2)模拟手稿的制作。由于字迹的笔画可能会影响纸张的机械强度。为了使油墨在纸张上分布更加均匀，以更准确地检测和更客观地反映油墨老化前后的色差及油墨对纸张机械强度的影响，采用油墨均匀涂刷纸张的方式来制作模拟手稿而不采用由字迹构成的手稿进行试验。

由于钢笔一般在机制纸上书写，手工纸上一般用毛笔进行书写，所以分别用红墨水、蓝墨水、蓝黑墨水和碳素墨水在酸性纸(机制纸)上刷涂半页，墨汁在中碱性纸(手工纸)上刷涂半页，半页留白；分别制作两份，每份十页。刷涂了油墨的区域用来研究塑料装具对字迹老化的影响，无油墨区域用来研究油墨对临近纸张(该区域没有油墨，但与油墨接近，如果油墨挥发物和老化降解产物中含有有害物质会对其产生影响)老化的影响。

(3)纸质文献人工加速湿热老化。将纸质文献用优选的塑料保存装具进行保护，以无保护的相同纸质文献为对照，放入湿热老化箱，进行人工加速湿热老化实验。人工加速湿热老化试验的条件为：60℃、80%RH、90 天。

(4)纸张机械性能的检测。纸张的抗张强度、耐折度和撕裂度等物理强度指标反映了纸质文献的可使用性。所以，分别检测有无塑料保存装具保护的纸张/纸质文献老化后的抗张强度、耐折度、撕裂度，以综合判断不同类型塑料保存装具对纸张和纸质文献耐久性的影响。检测方法分别依据国标GB/T 455-2002、GB/T 12914-2008、GB/T457-2008，计算公式如下。

(5)纸质文献色差的检测。老化后，油墨有可能会褪色，褪色程度能反映塑料保存装具对于字迹的影响。因此，本文测定纸质文献老化前后的L、a、b 值，计算得到色差ΔE。

2 结果与讨论

2.1 不同塑料封装对纸张耐久性的影响

由于人工加速湿热老化条件较温和，且老化周期较短，所以纸张强度变化不是很大。但是，从老化后封装纸张与对应的无保护纸样的机械强度比值仍然能够看出封装对纸张耐久性的影响。不同塑料封装对酸性纸和中碱性纸耐久性的影响见图1。

图1 不同塑料封装对纸张耐久性的影响

考虑到纸张的不均匀性和检测误差，只讨论强度比值变化超过5%的情况。从图1可以看出，经过相同条件的人工加速老化后，与无保护纸样的机械强度相比，PET-PVA-PE 封装，酸性纸撕裂度低5.1%，中碱性纸的撕裂度高5.2%；PE 封装，酸性纸抗张强度低5.7%，中碱性纸的机械强度无明显差异；PP 封装，酸性纸和中碱性纸的机械强度均无明显差异；PET 封装，酸性纸机械强度无明显差异，中碱性纸的耐折度高7.7%、撕裂度高5.5%。这表明PET-PVAPE 和PET 封装延缓了中碱性纸的老化，PETPVA-PE和PE 封装对酸性纸的耐久性有劣化影响，而其他塑料封装对纸张耐久性无明显影响。

不同塑料封装对纸张耐久性影响迥异的原因可能有如下几点。首先，不同的塑料薄膜对空气污染物、水分和氧气的阻隔能力不同，NO2等空气污染物[9-10]、水分和氧气[1]都会引起纸张加速老化，所以阻隔能力越强的塑料薄膜，对上述物质参与纸张老化降解反应的延缓作用越明显。其次，VOCs，尤其是纸张老化产生的乙酸等酸性有机挥发物[11]会进一步促进纸张老化[12-14]。

酸性纸老化速率快，产生的酸性有机挥发物较多，且在封装袋中不断累积，会进一步加速酸性纸老化。而中碱性纸不但老化速率慢，产生的酸性有机挥发物少，而且纸中含有一定量的保留碱，能够中和酸性有机挥发物[15]。因此，塑料的高阻隔性有利于延缓中碱性纸的老化速率。所有的塑料封装对于中碱性纸都没有显示出劣化影响，PET-PVA-PE 和PET 封装凭借其高阻隔性，延缓了中碱性纸的老化。但是，塑料的高阻隔性对于酸性纸而言，是阻隔空气污染物、水分和氧气以延缓纸张老化与酸性有机挥发物累积加速纸张老化两种影响的综合作用。

2.2 不同塑料封套对纸张耐久性的影响

鉴于酸性有机挥发物累积造成塑料封装对酸性纸没有保护效果。为探究如何利于VOCs 从塑料保存装具中释放，本部分分析塑料封套对纸张耐久性的影响。塑料封套与上文中的塑料封装采用相同的塑料薄膜，但是敞口，所以气体交换比封装更自由。塑料封套对纸张耐久性的影响见图2。从图2可以看出，经过相同条件人工加速老化后，与无保护纸样的机械强度相比，PETPVA-PE 封套保护的酸性纸抗张强度高12.0%、撕裂度高6.2%，中碱性纸的抗张强度高6.6%；PE 封套保护的酸性纸抗张强度高9.9%、撕裂度高16.8%，中碱性纸的抗张强度高14.7%；PP封套保护的酸性纸抗张强度高12.0%，中碱性纸的抗张强度高13.3%、撕裂度高12.1%；PET 封套保护的酸性纸抗张强度高12.5%，中碱性抗张强度高12.1%、撕裂度高7.1%。这表明四种塑料封套在高湿和高污染物环境(老化箱密闭，酸性纸降解释放的酸性有机挥发物聚积在老化箱腔体内)中对于酸性纸和中碱性纸都显示出保护效果。究其原因可能有两点：第一，封套内外气体交换自由，所以纸张降解产生的有机挥发物弥漫在整个老化箱中，而不是像封装那样聚集在塑料装具内，所以酸性有机挥发物对有无保护的纸样影响接近。第二，塑料封套内纸张受封套的限制，纸张摆放更紧密，同时由于塑料封套的阻隔作用，封套内纸张的含水量比无保护纸样低。所以，封套保护下纸张的老化速率比无保护纸样低，封套对酸性纸和中碱性纸都显示出保护效果。对于中碱性纸来说，虽然封套和封装都有一定的保护效果，但是，它本身产生的酸性有机化合物较少，且自身含有碱可以中和部分有机酸，所以空气自由交换带来的只是更多的氧气和其他酸性纸降解产生的酸性有机挥发物等会加速纸张老化的物质。因此，封装比封套对于中碱性纸的保护效果更好。由此可见，封装可能是中碱性文献保护一种比较好的选择，而封套可能是酸性文献保护的一种比较好的选择。

图2 不同塑料封套对纸张耐久性的影响

由于文献老化还会受到油墨等因素的影响，其老化机理比纸张更复杂。因此，接下来探究塑料封装对中碱性文献耐久性的影响及塑料封套对酸性文献耐久性的影响。

2.3 PET封装对中碱性纸质文献耐久性的影响

鉴于PET 封装对于中碱性纸显示出最佳的保护效果，本部分分析PET封装对于中碱性文献(报纸、书、地图和墨汁宣纸手稿(手稿1))耐久性的影响，详见图3。

图3 PET 封装对中碱性文献耐久性的影响

从图3(a)看出，与无保护对照样相比，除了手稿1 的抗张强度下降10.0%外，其余中碱性文献的机械强度均得到明显改善。具体而言，手稿1 的耐折度提高18.1%；书的抗张强度提高11.2%、耐折度提高5.5%；报纸的抗张强度提高7.5%、耐折度提高15.3%；地图的抗张强度提高11.1%、撕裂度提高10.5%，表明PET 封装能够延缓中碱性文献机械强度的下降，与PET封装延缓中碱性纸老化的研究结果一致。

文献的视觉表现与其可读性密切相关，因此字迹的褪色情况也是反映纸质文献老化程度的一项非常重要的指标。本部分分析PET封装对中碱性文献老化前后色差的影响，参见图3(b)。手稿1 老化后的色差很小，ΔE 只有1.00，在PET 封装保护下，ΔE 进一步缩小至0.58；地图老化前后的色差为4.81，在PET 封装保护下进一步下降为3.38；但是，书和报纸的色差本身较大(分别为5.67 和6.79)，并且在PET 封装保护下反而使其色差分别上升1.84 和3.84。这说明墨汁稳定性较好，地图的印刷油墨在PET封装下老化速率变慢，而书和报纸的印刷油墨在密封环境中老化更快。与之相应的是，老化后手稿1 和地图仍呈碱性，而书和报纸老化后纸张pH 下降至酸性。所以，有可能是纸张老化产生的酸性降解产物进一步加速了书和报纸油墨的老化。这表明PET封装可以延缓中碱性纸质文献的老化，但是当中碱性文献老化至纸张呈酸性后，封装也会产生一些危害。因此，封装的纸质文献最好定期监测其酸碱性。

2.4 PET封套对酸性纸质文献耐久性的影响

鉴于所有选用的塑料封套都对酸性文献显示出保护效果，而PET 稳定性最好、透明度最高且不易变形，本部分选择PET 封套来研究塑料保存装具对酸性纸质文献耐久性的影响。试验研究的酸性文献分别为蓝黑墨水(手稿2)、红墨水(手稿3)、蓝墨水(手稿4)和碳素墨水(手稿5)与酸性纸构成的模拟手稿。PET 封套对酸性纸质文献耐久性的影响见图4。

从图4(a)看出，在PET 封套保护下，酸性纸质文献的机械强度并没有像酸性纸那样得到改善。相反，手稿2 的撕裂度下降22.0%；手稿3的耐折度下降13.9%；手稿4 的撕裂度下降7.0%；手稿5 的抗张强度下降10.1%、耐折度下降18.5%、撕裂度下降7.8%。

色差分析结果如图4(b)显示，有无封套保护，手稿2 和手稿5 的色差相当；而在PET 封套保护下，手稿3 和手稿4 的色差高于无保护文献。手稿3 和手稿4 分别由红墨水和蓝墨水构成，这两种墨水自身的稳定性较差[16]，在封套保护下老化后色差更大，表明其在封套中老化速度更快。手稿2 和手稿5 分别由蓝黑墨水和碳素墨水形成，虽然这两种墨水的色差在封套保护下没有增大，但是从图4(a)可见，这两种手稿有无封套保护的纸张机械强度比值比手稿3 和手稿4 更低。这可能是上述两种墨水在老化过程中也释放了能够加速纸张老化的物质，而封套阻碍了上述物质的扩散，所以有封套保护的酸性纸质文献的机械强度比无保护酸性纸质文献更低(参见图4(a))。这也说明纸质文献的老化比纸张老化更加复杂，必须充分考虑其构成油墨的性质。

图4 PET 封套对酸性纸质文献耐久性的影响

由于酸性纸本身老化速率快，产生的酸性挥发物多，需要加强气体交换避免酸性物质累积，且油墨产生的降解产物即使在敞口的封套中对纸张的危害也可能会变大。所以，酸性纸质文献要慎用塑料保存装具进行保护。

3 结论

本文研究不同塑料保存装具(PET-PVA-PE，PE，PP 和PET)对酸性纸和中碱性纸耐久性的影响，考察了优选的塑料保存装具对酸性和中碱性纸质文献老化的影响。结果显示：塑料封装适用于保护中碱性纸张，PET 封装对中碱性纸张的保护效果最好；塑料封套对于酸性纸和中碱性纸均有保护效果；PET 封装可以延缓中碱性纸质文献的老化，当中碱性文献老化至纸张呈酸性后，封装会产生危害，因此最好定期监测封装的中碱性纸质文献酸碱性；PET 封套保护对酸性纸质文献的机械强度和褪色情况均无改善，酸性纸质文献要慎用塑料保存装具。