綜觀全世界的重要紙質文物,其采用的造紙纖維絕大多數為木質纖維和莖桿纖維,導致文獻、檔案、圖書耐久性低。從19世紀發明了機械造紙,縮短了造紙的生產周期,提高了產量,但卻由于采用了酸性施膠劑,促使紙張酸度增加,間接地縮短紙張的使用年限。為了明了紙張為何會因酸化而到至無法長久保存,勢必得從整個造紙工藝談起,方能找出對策,以免讓珍貴的紙質文物毀于一旦。
紙張是指植物纖維均勻分散于水中,經過抄紙網平均地撈起,并過濾掉多于水分,再經壓榨干燥后。促使纖維間相互結合交織而成的薄片構造物。由于紙張中纖維呈現毛細管現象,故以墨水溶液書寫、或用印墨油印刷時,容易滲入紙張中層,致使字跡顯的不夠清晰,且有細毛拖尾現象發生,因此早期歐洲造紙多采用上膠方式防止墨水暈散滲透,其后德國更于1807年發明以松香-明礬為主要原料的上膠法,一時間廣為各國造紙業者采用,自1850年以后,機械造紙接采用此種上膠法。此種造紙過程中所添加的上膠劑中,因含有硫酸鋁,以與其他化合物作用,而促使硫酸根殘留在紙層中且不易揮發引起強脫水,造成紙張中有機成分變質,呈現酸性狀態,世界各地的紙質修復專家,針對此一問題,曾做了諸多的研究,并證實了酸性為紙張劣化的最大主因,其中又以1700至1900年所制造生產的紙酸度最高,其pH值平均為4.0~4.9,另一個可喜的調查則顯示15世紀至17世紀所生產的紙張其酸度卻沒有如此的酸。
造紙植物纖維原料,其主要化學成分皆以纖維素、半纖維素和木質素所組成,而纖維素分子乃由大量葡萄糖基所構成的鏈狀高聚合物,天然纖維的聚合度(DP)值約為10000左右,如采用化學造漿DP值則會急速下降,例如:亞硫酸鹽木漿其DP值僅有600~1000上下,紙張的耐久性主要取決于纖維素的穩定性。當纖維素受損時,其DP值下降,當DP值下降至700以下,其機械性能更迅速下降,不堪持拿,當DP值低于200時,紙張則脆裂成粉末,不再擁有纖維特性。影響紙張耐久性的最大元兇為酸。
當人類為了滿足視覺感觀能獲得較佳效果時,便在抄紙時,采用內部施膠,于漿料中加入添加劑使紙張具有抗水性能,藉以控制墨水、印油墨等各種液體的滲透,提高了紙的憎液性能,而松香上膠劑為最普遍的采用方法,已有200年左右的使用歷史,其中作為松香施膠的沉淀劑,俗稱為造紙明礬,又稱礬土,因其化學為含有結晶水的硫酸鋁和硫酸鉀的復鹽,無色呈晶體狀,密度1.75g/cm3,熔點92℃,溶于水,于民間常間于凈水劑的使用,當它的的硫酸根殘留于紙層中,易與空氣發生化學反應,并隨紙張干燥而濃縮,并存留于紙層中。累積于紙層中的酸性則促使纖維素分子產生水解現象,使DP值下降,即俗稱紙張纖維素的酸性水解。
內容摘自:睿雅軒、吳哲睿,中國臺灣省,《紙質檔案圖書酸化之探討》,1998.09