從紙張耐久性到老化測試

有關紙張耐久性(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語的定義是紙張經過一段長時間后依然能保持它在物理及化學上的穩定性(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境下，于最少數百年的時間后，該紙張不會出現明顯的變壞(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，一般會理解為紙張特性上的改變，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。而降解的速度則取決于溫度、紙張的水含量(即存放環境的相對濕度)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生的化學物質(由于屬于酸性，故此這種化學物質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生的化學物質、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 —一個反映物質酸堿度的指標，數值7代表中性，數值低于7屬于酸性，數值越少，酸性越高；相反，數值高于7屬于堿性，數值越大，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，加速紙張老化。故此對于一些重要的文件或書籍，應貯存于沒有光線、有潔凈空氣、適當而又穩定的溫度和濕度下。
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 等都希望把紙張天然的老化情況以人工老化(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，預測到紙張的耐久性及經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定的水平。所以要進行這類型測試，一般都要配備有自動監控溫度和濕度功能的environmental chamber 來達到測試的基本要求。而對于要預測紙張老化過程對紙張特性所帶來的影響，我們的做法是把經人工老化處理前和處理后的紙張來進行紙張特性測試，并加以比較便成。而紙張特性測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，到現時為止，紙張的人工老化測試，只在控制的環境下，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 的環境下3日，等同于天然環境下的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果，還存在著很多未能確定的地方留待研究。所以現階來說，經人工紙張老化測試出來的結果，較適用于作為研究和參考的用途。


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