從紙張耐久性到老化測試

有關(guān)紙張耐久性(Permanence)的定義，不同的研究組織雖然在概念上都能達到共識，但在具體的描述上，還存在著一定的分別。舉ISO(The International Organization for Standardization)和ANSI(American National Standards Institute)這兩個組織為例。前者對紙張耐久性這個術(shù)語的定義是紙張經(jīng)過一段長時間后依然能保持它在物理及化學上的穩(wěn)定性(The ability to remain chemically and physically stable over long periods of time)，而后者則對紙張耐久性有更詳細和具體的描述，她的定義是紙張于書庫或文件保管庫的正常使用及存放環(huán)境下，于最少數(shù)百年的時間后，該紙張不會出現(xiàn)明顯的變壞(The ability of paper to last at least several hundred years without significant deterioration under normal use and storage conditions in libraries and archives)。以上于定義中所提及的紙張變壞，一般會理解為紙張?zhí)匦陨系母淖�，而較為人認識的，莫過于紙張的強度和紙張的光亮度(Brightness —量度紙張變黃的指標)。

紙張上的各種物理和化學特性之所以會隨時間而改變，主要是因為紙張中纖維的組合物纖維素(Cellulose)和半纖維素 (Hemicelluloses)分子不斷進行水降解(Hydrolytic Degradation)反應(yīng)。而降解的速度則取決于溫度、紙張的水含量(即存放環(huán)境的相對濕度)及紙張的酸堿度。有研究顯示，酸堿度在紙張的耐久性上扮演著重要的角色。而我們一般應(yīng)用于印刷的紙張，大部份都屬于酸性紙張(Acid Paper)，它會加快紙張老化的情況。而紙張中酸性成份則來自于造紙過程中的漂白劑；纖維素及半纖維素降解中所產(chǎn)生的化學物質(zhì)(由于屬于酸性，故此這種化學物質(zhì)會進一步催化纖維降解)；紙張上的施膠料(Sizing Agent —以為紙張上組成物的黏合劑，并能改善紙張的吸水情況，一般會使用帶有酸性的明礬(Alum)、松香(Rosin)。)；紙張上的填充料(Filler —除纖維外，另一種組成紙張的物料，主要用于填滿纖維與纖維的空間，并給予紙張一定重量)；涂劑等(Coating)等。如我們要紙張擁有一定的耐持久性，在造紙過程中，我們可以使用中性或堿性的施膠料，并同時使用堿性的填充料如碳酸鈣(Calcium Carbonate)等材料，造出堿性紙張(Alkaline Paper)。堿性紙張好處在于能把纖維降解所產(chǎn)生的化學物質(zhì)、印刷油墨、其他污染物所帶的酸性中和。而對于這些酸堿值(pH value —一個反映物質(zhì)酸堿度的指標，數(shù)值7代表中性，數(shù)值低于7屬于酸性，數(shù)值越少，酸性越高；相反，數(shù)值高于7屬于堿性，數(shù)值越大，堿性越高。)高于7的堿性紙張，亦有人稱為acid -free paper 。而ANSI 亦有明確指出，有耐久性紙張的酸堿值應(yīng)界定于pH 7.5至pH 10之間。

如果我們要減低紙張的老化速度，除了從紙張本身著手外，保存環(huán)境都需要嚴格控制。溫度上升；水份混合空氣中的氧氣，對纖維素進行氧化作用；光線，特別是天然光和紫外光；空氣中的污染物，都會趨化纖維素分解出有機的酸性物質(zhì)，加速紙張老化。故此對于一些重要的文件或書籍，應(yīng)貯存于沒有光線、有潔凈空氣、適當而又穩(wěn)定的溫度和濕度下。

一直以來很多研究組織，例如TAPPI(Technical Association of the Pulp &Paper)、ASTM(American Society for Testing and Materials)、ISO 等都希望把紙張?zhí)烊坏睦匣�情況以人工老化(Artificial Aging)的方法完全地模擬出來。一般來說，這樣做是希望以人工的方法加快紙張的老化過程，我們更能夠于短時間內(nèi)，預(yù)測到紙張的耐久性及經(jīng)過一般長時間后于紙張成份和特性上的改變。各組織都訂立出不同的測試方法給大家依循。舉TAPPI 測試方法T544為例，它就是把紙張放置于50%相對濕度；90°C 溫度的環(huán)境下一段長時間，來研究紙張的老化情況。由于紙張存放的溫度和濕度需要長期控制在一個穩(wěn)定的水平。所以要進行這類型測試，一般都要配備有自動監(jiān)控溫度和濕度功能的Environmental Chamber 來達到測試的基本要求。而對于要預(yù)測紙張老化過程對紙張?zhí)匦运鶐�來的影響，我們的做法是把�?jīng)人工老化處理前和處理后的紙張來進行紙張?zhí)匦詼y試，并加以比較便成。而紙張?zhí)匦詼y試上的選擇要視乎用家的實際需要，可以是紙張的機械特性測試如耐折度(Folding Endurance)、抗張強度(Tensile Strength)、抗撕裂強度(Tearing Resistance)；紙張光學特性測試如光亮度(Brightness)、不透光度(Opacity)；化學特性測試如酸堿度。但有一點讀者值得留意的，到現(xiàn)時為止，紙張的人工老化測試，只在控制的環(huán)境下，加快紙張的老化過程，得出的效果也不盡與天然的紙張老化過程相同，故此不同人士對老化測驗可能會存在著不同的理解。舉例說：有人會定義把紙張放進100°C 的環(huán)境下3日，等同于天然環(huán)境下的25年，但亦有人理解為300年。由此可見，利用人工老化方法測試得出來的結(jié)果，還存在著很多未能確定的地方留待研究。所以現(xiàn)階來說，經(jīng)人工紙張老化測試出來的結(jié)果，較適用于作為研究和參考的用途。