从纸张耐久性到老化测试

    有关纸张耐久性(Permanence)的定义，不同的研究组织虽然在概念上都能达到共识，但在具体的描述上，还存在着一定的分别。举ISO(The International Organization for Standardization)和ANSI(American National Standards Institute)这两个组织为例。前者对纸张耐久性这个术语的定义是纸张经过一段长时间后依然能保持它在物理及化学上的稳定性(The ability to remain chemically and physically stable over long periods of time)，而后者则对纸张耐久性有更详细和具体的描述，她的定义是纸张于书库或文件保管库的正常使用及存放环境下，于最少数百年的时间后，该纸张不会出现明显的变坏(The ability of paper to last at least several hundred years without significant deterioration under normal use and storage conditions in libraries and archives)。以上于定义中所提及的纸张变坏，一般会理解为纸张特性上的改变，而较为人认识的，莫过于纸张的强度和纸张的光亮度(Brightness —量度纸张变黄的指标)。

    纸张上的各种物理和化学特性之所以会随时间而改变，主要是因为纸张中纤维的组合物纤维素(Cellulose)和半纤维素(Hemicelluloses)分子不断进行水降解(Hydrolytic Degradation)反应。而降解的速度则取决于温度、纸张的水含量(即存放环境的相对湿度)及纸张的酸碱度。有研究显示，酸碱度在纸张的耐久性上扮演着重要的角色。而我们一般应用于印刷的纸张，大部份都属于酸性纸张(Acid Paper)，它会加快纸张老化的情况。而纸张中酸性成份则来自于造纸过程中的漂白剂；纤维素及半纤维素降解中所产生的化学物质(由于属于酸性，故此这种化学物质会进一步催化纤维降解)；纸张上的施胶料(Sizing Agent —以为纸张上组成物的黏合剂，并能改善纸张的吸水情况，一般会使用带有酸性的明矾(Alum)、松香(Rosin)。)；纸张上的填充料(Filler —除纤维外，另一种组成纸张的物料，主要用于填满纤维与纤维的空间，并给予纸张一定重量)；涂剂等(Coating)等。如我们要纸张拥有一定的耐持久性，在造纸过程中，我们可以使用中性或碱性的施胶料，并同时使用碱性的填充料如碳酸钙(Calcium Carbonate)等材料，造出碱性纸张(Alkaline Paper)。碱性纸张好处在于能把纤维降解所产生的化学物质、印刷油墨、其他污染物所带的酸性中和。而对于这些酸碱值(pH value —一个反映物质酸碱度的指标，数值7代表中性，数值低于7属于酸性，数值越少，酸性越高；相反，数值高于7属于碱性，数值越大，碱性越高。)高于7的碱性纸张，亦有人称为acid -free paper 。而ANSI 亦有明确指出，有耐久性纸张的酸碱值应界定于pH 7.5至pH 10之间。

    如果我们要减低纸张的老化速度，除了从纸张本身着手外，保存环境都需要严格控制。温度上升；水份混合空气中的氧气，对纤维素进行氧化作用；光线，特别是天然光和紫外光；空气中的污染物，都会趋化纤维素分解出有机的酸性物质，加速纸张老化。故此对于一些重要的文件或书籍，应贮存于没有光线、有洁净空气、适当而又稳定的温度和湿度下。

    一直以来很多研究组织，例如TAPPI(Technical Association of the Pulp &Paper)、ASTM(American Society for Testing and Materials)、ISO 等都希望把纸张天然的老化情况以人工老化(Artificial Aging)的方法完全地模拟出来。一般来说，这样做是希望以人工的方法加快纸张的老化过程，我们更能够于短时间内，预测到纸张的耐久性及经过一般长时间后于纸张成份和特性上的改变。各组织都订立出不同的测试方法给大家依循。举TAPPI 测试方法T544为例，它就是把纸张放置于50%相对湿度；90°C 温度的环境下一段长时间，来研究纸张的老化情况。由于纸张存放的温度和湿度需要长期控制在一个稳定的水平。所以要进行这类型测试，一般都要配备有自动监控温度和湿度功能的Environmental Chamber 来达到测试的基本要求。而对于要预测纸张老化过程对纸张特性所带来的影响，我们的做法是把经人工老化处理前和处理后的纸张来进行纸张特性测试，并加以比较便成。而纸张特性测试上的选择要视乎用家的实际需要，可以是纸张的机械特性测试如耐折度(Folding Endurance)、抗张强度(Tensile Strength)、抗撕裂强度(Tearing Resistance)；纸张光学特性测试如光亮度(Brightness)、不透光度(Opacity)；化学特性测试如酸碱度。但有一点读者值得留意的，到现时为止，纸张的人工老化测试，只在控制的环境下，加快纸张的老化过程，得出的效果也不尽与天然的纸张老化过程相同，故此不同人士对老化测验可能会存在着不同的理解。举例说：有人会定义把纸张放进100°C 的环境下3日，等同于天然环境下的25年，但亦有人理解为300年。由此可见，利用人工老化方法测试得出来的结果，还存在着很多未能确定的地方留待研究。所以现阶来说，经人工纸张老化测试出来的结果，较适用于作为研究和参考的用途。◎

信息来源：中国包装印刷展览网