纸张的主要性能与纸张老化

第四节纸张的主要性能与纸张老化

纸张与古代其他文字载体材料相比，有纸草之便，不易破裂；有竹木之廉，体积不大；有缣帛羊皮之软，无其贵；有金石之坚，而不笨重。

一、纸张的主要性能(property)

物理性能：包括定量、厚度、紧度、透气度、施胶度和吸收性等

光学性能：包括白度、不透明度等

机械性能（机械强度）：包括抗张强度、耐破度、耐折度和撕裂度等

化学性能：包括化学成分的含量、水分、PH值、灰分、铜价和粘度等

（一）纸张的物理性能

1.定量与厚度（quantity and thickness）

定量是指纸张单位面积的重量，一般以每平方米纸张有多少克表示，即g/m2。

厚度是指在一定的面积和一定的压力下，测得纸样两面之间的垂直距离。

2.紧度(tightness)

紧度是指每立方厘米纸张的重量，其结果以g/cm3表示。

3.施胶度

施胶度表示纸张抗水性能的大小。施胶度是以标准墨水划线时，不扩散也不渗透的线条最大宽度（mm）表示。

4.吸收性(absorptivity)

纸张对液体、气体具有吸收能力。吸收的原理：1）纸张纤维之间具有无数毛细孔隙，2）纤维素和半纤维素具有大量亲水基团—OH。

纸张的含水量（正常含水量一般为7%）

吸收有害气体，不利于纸张的耐久性

（二）纸张的光学性能

白度(whiteness)是指纸张受到光照后全面反射的能力，以百分数表示。某一纸张白度下降表示纸张老化耐久性下降的指标。

（三）纸张的机械性能

纸张的机械性能又称机械强度，是指纸张在一定机械外力条件下，抵抗外力作用的能力。也是衡量纸张耐久性的重要指标。

机械强度(mechanical shrength)取决于纸张纤维的原始强度，和纤维与纤维之间的结合强度。

1.抗张强度(tensiling strength)：纸张能承受的最大张力。通常以一定宽度的试样的抗张力，以N/15mm、KN/m表示。

2.耐破度(wearproof strength)：纸张在单位面积上所承受的均匀增大的最大压力，以Pa、Mpa、Kpa表示。

3.耐折度(foldproof strength)：纸张在一定张力下，试样来回做一定角度折叠，直至其断裂时的折叠次数，以双次表示。

4.撕裂度(tearproof strength)：纸张被切出一定长度的裂口，再从裂口开始撕破所需要的力，以mN表示。

（四）纸张的化学性能

1. 水分

结合水(bound water)：纤维素非结晶区上有许多游离氢氧基，能于水分子氢键结合，这部分水是结合水。结合水分子排列有一定方向，赋予纤维柔韧性和好的机械强度。

游离水(free water)：纤维结构中的各个单元，如微纤维之间、原细纤维之间或大分子

之间存在大量毛细管，由毛细管作用所吸附的水称之为游离水。促使纸张纤维素发生各种有害化学反应，并为微生物和档案害虫提供水分。

2.纸张的PH值

酸是纤维素水解反应的催化剂，氢离子浓度越大，刺激氧桥断裂，影响纸张耐久性。

3.纸的铜价(cupric value)

铜价是指在特定的条件下，100g绝干纤维素（纸浆）使氧化铜（CuO，二价铜）还原为氧化亚铜（Cu2O,一价铜）的克数。

铜价主要用于鉴别纤维素C1还原基的多少以及链的长短。纤维素分子水解、氧化后聚合度下降，暴露出更多的还原基团，铜价增大，耐久性下降。

二、纸张老化(aging)

（一）张老化的概念：在外界各种不利环境作用下，纸张主要化学成分发生不可逆的化学变化，从而使纸张性能下降的过程。

微观表现：纤维素、半纤维素和木质素的化学结构发生变化；

宏观表现：纸张泛黄，白度下降；机械强度下降；铜价上升；酸度上升PH值减小。

（二）纸张老化原因

1.老化的内因

（1）主要化学成分的变化

维素和半纤维素水解、氧化、氧化降解、光解、光氧化作用

木质素氧化和光解反应

纤维素>半纤维素>木质素（表示分子稳定性，不宜老化程度）

（2）纸张内部的有害物质

生产过程中残留的酸、氧化剂、施胶明矾、金属离子等

2．老化的外因

高温、高湿、光线、酸、氧化剂、微生物等加速发生水解、氧化和光解反应。

（三）人工老化试验(accelerated aging test)

人为给纸张不利的外因条件，加速纸张老化速度，测出纸张白度、机械强度、酸度等理化指标，判断纸张耐久性的试验。

干热老化试验表明：纸张在温度105℃±2℃老化72小时，相当于自然室温下保存25年。以此判断纸张耐久性的好坏，并可推算出纸张的预期寿命。

思考题：

1.为什么用白度、机械强度和酸度能标志纸张的耐久性？

2.为什么能用铜值标志纤维素分子的聚合度？

3.纤维素水解反应和氧化反应与外界环境不利因素关系如何？

4.纤维素酸降解的催化剂酸的来源有哪几方面？如何防止酸降解反应？

5.如何分析纸张老化的内因和外因？

名词解释和基本概念

纸张性能机械强度抗张强度耐破度耐折度撕裂度白度纸张酸碱度铜值

纸张老化人工老化试验游离水结合水