纸质档案保护技术论文提纲

2022-11-15

论文题目：蓝黑墨水活性氧产生新机制及其与档案腐蚀关联性研究

摘要：纸张纤维降解是目前纸质档案保存面临的严峻考验。由于纸张组成成分复杂、储存环境难以控制,导致纤维降解因素众多,影响其耐久性因素可分为内部因素和外部因素。内部因素包括纸张制作原料和制造工艺,外部因素指温度、湿度、酸、碱、光、霉菌及虫蛀等来自外部环境的干扰,其中也包括纸质档案字迹书写所用材料。在对所用书写材料进行讨论过程中发现,蓝黑墨水对纸张纤维的破坏作用最为严重。传统观点认为,墨水对纸张纤维的降解过程主要包括酸性水解降解和铁或铜离子氧化催化纤维素大分子两种途径。依据文献报道,没食子酸在空气中可产生过氧化氢。结合蓝黑墨水是铁离子与没食子酸配制而成,本文提出:在一定条件下墨水中的没食子酸可以与空气反应自发氧化产生过氧化氢,所产生的过氧化氢与其中二价铁作用,形成Fenton反应产生羟基自由基,羟基自由基的强氧化作用是蓝黑墨水腐蚀纸张的根本原因。该推测为研究蓝黑墨水降解纸张纤维机理过程提供了新的见解。另外,研究发现,久置于空气中的蓝黑墨水字迹仍存在含量较高的二价铁离子,但文献中未给出为何易氧化的二价铁能在墨水中存在的原因。本论文主要围绕以上两个方面问题展开研究。研究内容和相应结论如下:1.为了揭示没食子酸与空气反应可以产生过氧化氢,配制一定浓度的没食子酸溶液,在不同气氛环境中搅拌。利用没食子酸溶液吸氧实验、基于鲁米诺检测过氧化氢的化学发光、基于羟基自由基氧化苯二甲酸的荧光探针等方法对相关体系进行了检测。结果表明:（1）在充足的氧气气氛环境下,吸氧速度更快、到达吸氧饱和时间更短;（2）在一定浓度范围内,鲁米诺与没食子酸溶液有较明显的化学发光现象;（3）没食子酸-Fe2+体系中可产生羟基自由基。从上述实验结果得到以下结论:碱性没食子酸溶液可以被氧气氧化,在体系中形成过氧化氢。这一研究结论对后续实验揭示蓝黑墨水腐蚀纸张的机理提供了重要参考依据。2.以纤维素纳米纤维（CNF）、没食子酸和硫酸亚铁为主要原料,利用蓝黑墨水及蓝黑墨水模拟液（没食子酸、硫酸亚铁和没食子酸+硫酸亚铁溶液）制备不同纤维素分散液,利用SEM、FT-IR和XRD等手段对纤维素纳米纤维原样和四组分散液中的纤维素纳米纤维形貌和结构进行了表征,以揭示没食子酸及铁离子对纤维素纳米纤维性能影响的关联性。结果表明:（1）纤维素纳米纤维水溶液在高浓度下易形成交联状聚集体,降低浓度可降低聚集度,获得丝状纤维。这一变化与纤维素纳米纤维间具有较强氢键作用有关;（2）纤维素纳米纤维在酸性环境介质中易发生团聚现象,而水洗降低酸性,纤维间聚集趋势降低。这一变化与酸性条件易强化纤维素纳米纤维间氢键作用有关;（3）蓝黑墨水具有对纤维素纳米纤维严重腐蚀作用而使纤维素呈现碎裂化,蓝黑墨水对纤维素纳米纤维的强腐蚀作用与铁离子及没食子酸共存密切相关。蓝黑墨水对纤维素纳米纤维的腐蚀作用与其弱化纤维素氢键作用及结晶度明显降低有关。3.以滤纸和蓝黑墨水中的两种主要成分（没食子酸和硫酸亚铁）为基材,制备GA、FS和FG溶液以浸染纸张,并进行不同时间的人工老化处理。利用SEM、FT-IR、热分析系统（TG）、万能材料试验机（UTM）、pH计、电子顺磁共振（EPR）等技术手段对不同处理纸张的结构、性能及组成进行了表征。结果表明:（1）GA、FS和FG纸张pH相近,但后两种纸张的纤维降解的更严重,且在FG样酸性高于FS条件下,FG仍对纸张有较强的腐蚀作用。这一结果预示没食子酸及铁离子对纸张纤维的降解具有一定的协同作用;（2）蓝黑墨水字迹暴露在空气中仍存在二价铁,与墨水中还原性组分没食子酸有关;（3）纸张在老化过程中存在多种具有氧化作用的自由基,当没食子酸与二价铁共存时,会产生具有强氧化性的羟基自由基,这与墨水中没食子酸在空气中产生的过氧化氢与墨水中的二价铁离子形成的Fenton反应有关。空气中,墨水字迹中自发产生羟基自由基是蓝黑墨水具有较强腐蚀纸张作用的主要原因。本学位论文证明了没食子酸能自氧化产生过氧化氢,提出并验证了没食子酸与硫酸亚铁同时存在时对纸张纤维降解作用机理;揭示了蓝黑墨水字迹在空气中具有保持二价铁的可能机制。这一研究结论深化了蓝黑墨水腐蚀纸张机理认识,为蓝黑墨水类纸质档案保护研究提供新的见解,对档案保护与修复具有积极的理论意义和应用价值。

关键词：蓝黑墨水;没食子酸;芬顿反应;腐蚀机理

学科专业：材料学

摘要

Abstract

第1章引言

1.1 纸质档案腐蚀的研究现状

1.1.1 纸张的主要种类及组成

1.1.2 纸张纤维降解影响因素

1.2 蓝黑墨水腐蚀纸张研究现状

1.2.1 档案字迹材料种类

1.2.2 蓝黑墨水腐蚀纸张机理研究进展

1.2.3 目前存在问题