权威发布 |《纸质档案等离子去酸技术应用效果评估研究》

2023-01-09

纸质档案承载着历史真实信息,浙江省档案馆保存的民国时期纸质档案所包含的档案内容、纸张质地和装帧形式蕴含着历史记述、体现着历史细节,其历史价值弥足珍贵,其文化传承功能不可替代。受年代久远及造纸工业、原料等因素影响,浙江省档案馆馆藏民国时期纸质档案有些已发黄变脆,甚至粉化、掉渣,究其主因是纸张酸化作用所致。如何解决纸质档案酸化问题、有效延长档案寿命成为档案保护工作的迫切需要。为此,浙江省档案馆与杭州众材科技股份有限公司合作开展了国家档案局科技项目“纸质档案等离子去酸技术应用效果评估”研究。该项目采用钙系水性溶液和等离子雾润去酸技术相结合的方法对民国纸质档案进行去酸应用,并对去酸后的纸质档案进行科学的全面评估研究。该项目创新性地采用等离子雾润去酸技术对档案进行去酸处理,为新时代纸质档案保护工作发展提供有力的技术支持,对纸质档案保护具有现实意义。

馆藏民国档案酸情调查

浙江省档案馆馆藏民国时期档案共100余个全宗,12万余卷。课题组根据国家标准《纸质档案抢救与修复规范第一部分:破损等级的划分》(DA/T 64.1—2017)定义,按照其破损程度与纸张pH值大小存在的对应关系,采用初筛、分类与抽检相结合的方法,对浙江省档案馆馆藏民国档案进行酸情调查。

课题组随机抽取了馆藏中133卷民国时期档案,包含28156页纸质档案,其形成时间最早为1925年,最晚为1934年,距今已有近百年的历史。经统计,此批案卷中约有13.4%的纸质档案处于酸情安全的中性或弱碱状态,其余约有86%的档案纸张存在不同程度的破损,处于酸化状态(包括pH值在6~6.5之间的轻微酸化纸张)。其中,酸化特别严重的档案纸张约占1%,酸化严重的约占12%。根据《纸质档案抢救与修复规范第4部分:修复操作指南》(DA/Z64.4—2018)的要求,“一般来说,纸张pH在6.2以下的档案宜进行脱酸”。经检测,此次抽取的馆藏民国时期档案中应去酸部分为18719页(即13268自然张),约占总抽取量的56%。在这部分酸化的档案中,其纸张pH值主要集中在4.5~5.9,加权平均为5.2,中度酸化为主,严重酸化为次。其档案纸张材料中机制纸多于手工纸,机制纸(木浆制作)的定量大多在50g/m2,手工纸(竹掺草混料制作)的定量多为20~30g/m2。其字迹材料种类包含墨汁、墨水、圆珠笔等,其中,墨水字迹中有一部分是铁盐墨水,它以硫酸为稳定剂,pH一般在1.5~2.0范围,极大地催化纸张纤维素的水解。课题组观察到有部分纸质档案中的铁盐墨水字迹周边已变黄变脆,甚至达到字体镂空的程度。其记录形式中手工书写多于打印、复印、油印等。此外,档案中的印章颜色丰富,有红、蓝、橙、紫等色,并有相当部分信笺纸上印有橙红色线条,橙色、橙红色线条或印章遇水洇化。

由此可见,浙江省档案馆馆藏民国时期纸质档案酸情较复杂,纸张酸化比例较高,亟待采取稳妥、精准的去酸措施加以改善。

去酸技术应用

目前,国内外主流的纸张去酸技术主要有碱水浸泡、真空气相渗透、碱性有机溶液浸泡、纳米碱性颗粒有机溶剂悬浊液喷涂等技术,这些方法各有利弊。课题组结合自身馆藏档案特点,开展了大量的纸质档案去酸实验研究,在保证纸质档案去酸后的综合效果符合国家标准和行业标准的前提下,对档案原件安全、操作人员安全、环境安全等各方面进行综合考量,经过多次模拟测试,确定采用钙系水性溶液 (去酸剂) 和等离子雾润去酸技术相结合 的方法对民国时期纸质档案进行去酸。

等离子去酸技术的优势在于:采用钙 系水性去酸剂对纸质档案进行去酸,绿色 安全环保;在采用常温常压等离子技术活 化纸张纤维的前提下,结合雾润的形式能 将钙系水性去酸剂的碱性因子扩散渗透至 纸张纤维深处,且去酸效果均匀、彻底;采用一系列先进的等离子去酸设备,并配置了废气(液)绿色回收、电气安全自锁、液晶触屏控制等系统,不仅有效避免碱性废气扩散的隐患,且设备操作便捷灵活,能最大限度保证纸质档案本体和纸面信息内容安全、操作人员健康和环保安全的要求。

1.去酸用品

去酸设备:等离子雾润去酸机、等离子高效去酸机、pH测试笔;去酸液:钙系水性去酸剂;所用纸张:浙江省档案馆馆藏民国时期酸化纸质档案及档案中空白夹页  (以下简称“档案模拟纸”)。

2.去酸过程

(1)根据纸张分类制定去酸方案

去酸前,课题组对普查中发现的133卷中13268张酸化档案进行分类。先逐页记录其纸张信息(包括:材质、制作工艺、字体书写方式、纸张表面情况、破损程度等),抽取其中具有代表性的1038张档案,检测其pH值、定量、厚度、字迹溶解性、字迹耐碱性等。然后,根据档案原纸的pH值与定量,兼顾字迹特性等参数进行归类,同类纸张选用相同的去酸工艺,依据脱酸工艺选取原则及历史经验,预判、制定出相应的等离子雾润技术脱酸方案,包括脱酸机型号、脱酸剂型号、等离子强度、脱酸模式及其他脱酸工艺需要的控制参数。

(2)实施等离子雾润去酸

去酸时,首先选取2页A4大小档案模拟纸放入等离子去酸机中,利用等离子技术对其纸张纤维进行活化处理,随后将钙系水性溶液对档案模拟纸进行雾润式喷洒,得到去酸后的档案模拟纸,即采用档案模拟纸进行工艺调试,通过纸张达到的脱酸剂吸收量(或称加湿率)判断去酸效果。之后,对小批量档案纸加以验证或调整去酸工艺。最后,按照已确定的去酸工艺,遵循相应脱酸机的脱酸操作规程进行批量脱酸,记录并控制每张纸的加湿率,确保脱酸均匀、精准、有效。
(3)纸张去酸效果检测与档案入库

去酸后,为对档案纸张的去酸效果进行检测,课题组以《纸和纸板表面pH值的测定法》(GB/T 13528—2015)中的无损检测为标准,滴20~50微升蒸馏水到测试点处,随即压上pH测试笔,读取稳定时的pH值。测试点选取纸张边缘与中心无字迹处各一点,记录平均值。若两点的pH值差距超过1,则加测一点。记录3个数值中数值相差较小的2个均值。测完后,将纸面残留水分尽快吸干。对于纸张外观与pH值,则按照《纸质档案抢救与修复规范第3部分:修复质量要求》(DA/T 64.3—2017)中关于去酸质量的要求进行检验,即纸张 pH值近中性或弱碱性(7≤pH≤8.5)并有适当碱残留;纸张平整,无字迹洇化扩散等现象;去酸物质对档案纸张和字迹基本无影响。检验合格后,将去酸档案整理、入库,并定期进行质量跟踪。

浙江省档案馆馆藏民国时期档案去酸后一周内及半年pH值与占比分布图

3.结论与讨论

(1)去酸后一周内及半年后纸质档案pH分析
该项目在大量纸质档案去酸后质量符合《纸质档案抢救与修复规范第3部分:修复质量要求》(DA/T 64.3—2017)中关于去酸质量要求的基础上,对实施去酸的13268张民国档案进行pH值跟踪监测,每张纸记录1个平均pH值。经等离子雾润去酸后,在一周内全测并计算出全部数据的平均pH值为7.8;半年后测2937张(抽检率为22%),pH平均值为7.7。随后,统计各个pH下档案张数,换算出对应占总张数的百分比(占比),结果如图所示。

从图中可以看到,经等离子去酸技术处理后一周内的档案pH值绝大部分(约占90.4%)在7~8.5之间,档案保持中性或弱碱性,满足DA/T 64.3—2017关于去酸质量要求。半年后,约有93.9%的档案pH值在7~8.5之间,平均值微降0.1,完全在测试误差范围内。一周内的档案pH值与半年后的pH值两条曲线重合度好。这些测试结果表明,经等离子雾润技术处理后档案不返酸,等离子去酸技术有效且稳定,具有长效性。

(2)去酸后纸质档案机械强度测试评估

课题组利用档案模拟纸进行了纸张机械强度测试,包括纸张的耐折度及抗张强度测试。
①耐折度测试
课题组按照《纸和纸板 耐折度的测定》(GB/T 457—2008)对去酸前后档案模拟纸张的耐折度进行测试。结果显示,去酸前模拟纸原纸(pH=5.7)耐折度为2,去酸后档案模拟纸(pH=7.8)耐折度为2。由此可得,对纸质档案进行等离子脱酸后,纸张耐折度没有明显影响。这表明等离子去酸可以有效使样品达到健康的中性或弱碱性(7≤pH≤8.5),且不会造成纸张机械强度的下降。
②抗张强度测试

按照《纸和纸板 加速老化 在80℃和65%相对湿度条件下的湿热处理》(GB/T 22894—2008)及《纸和纸板 抗张强度的测定》(GB/T 12914—2008),在80℃和65%相对湿度条件下对档案模拟纸进行湿热处理72小时。随后在标准测试条件下,对去酸前后的档案模拟纸进行抗张强度测试,得出:去酸前,档案模拟纸(pH=5.46)的抗张强度在湿热老化处理前为0.329K N/m,湿热老化处理后为0.318KN/m,其抗张强度略微有所下降;去酸后,档案模拟纸(pH=7.03)的抗张强度在湿热老化处理前为0.349KN/m,湿热老化处理后为0.356KN/m。证明去酸后纸张抗张强度基本保持不变。

(3)去酸后碱储量分析评估

课题组在电镜照片下,观察到档案模拟纸在去酸前后微观形貌图中均呈现出轮廓清晰的纸张纤维,且采用等离子去酸技术后得到的纸张纤维表面有明显的颗粒附着,按照《纸和纸板 碱储量的测定标准》(GB/T 24998—2010)测定,纸张碱储量为0.12mol/kg,在合理区间范围(见表1)。

表1 碱储量电镜照片与对应测量值

(4)去酸前后纸质档案外观、字迹情况评估

①纸张外观变化情况
去酸后纸张无褶皱,未见纸张形状收缩或扩大。去酸时,纸张会有少量起皱现象出现,但经过熟化、整理、环境温湿度平衡后会恢复到原状。
②字迹、印章变化情况

经等离子去酸技术处理后,在手工书写、油印、铅印(包括红、蓝印章)等多种记录形式的纸质档案中,常见的字迹种类如圆珠笔、墨汁、墨水(包括铁盐水)等,均未出现褪色、变色、剥落等现象(见表2)。

表2 等离子去酸处理前后字迹及印章图像对比

此外,对于遇水后洇化的水溶性颜料,经等离子去酸技术处理后,也未出现字迹、印章洇化、褪色、变色等现象(见表3)。

表3 等离子去酸处理前后水溶性颜料图像对比

综上所述,采用钙系水性溶液和等离子雾化去酸技术相结合的方法能够有效地对民国时期纸质档案进行去酸,去酸效果长效稳定,并且,等离子去酸对档案纸张颜色基本无影响,也无字迹、印章洇化扩散、褪色、变色等现象。模拟老化试验结果表明,等离子去酸技术可略微提升纸页的抗张强度。


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