研究纸张耐久性的论文

.吸水性材料在水中能吸收水分的性质称为吸水性。（1）质量吸水率Wm（2）体积吸水率Wv质量吸水率与体积吸水率存在下列关系。Wv=Wm×ρo/l000（1-12）式中ρ。――材料在干燥状态下的表观密度，kg/时。材料的吸水性与材料的孔隙率和孔隙特征有关。对于细微连通孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大，闭口孔隙水分不能进去，而开口大孔虽然水分易进入，但不能存留，只能润湿孔壁，所以吸水率仍然较小。各种材料的吸水率很不相同，差异很大，如花岗石的吸水率只有，混凝土的吸水率为2%~3%，勃土砖的吸水率达8%~20%，而木材的吸水率可超过100%。吸湿性材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。潮湿材料在干燥的空气中也会放出水分，此称还湿性。材料的吸湿性用含水率表示。Wh=（ms－mg）/mg×100%式中Wh――材料的含水率，%;ms――材料在吸湿状态下的质量，kg;mg――材料在干燥状态下的质量，kg。材料中所含水分与空气的湿度相平衡时的含水率，称为平衡含水率。具有微小开口孔隙的材料，吸湿性特别强。如木材及某些绝热材料，在潮湿空气中能吸收很多水分。这是由于这类材料的内表面积大，吸附水的能力强所致。材料的吸水性和吸湿性均会对材料的性能产生不利影响。材料吸水后会导致其自身质量增大，绝热性降低，强度和耐久性将产生不同程度的下降。材料吸湿和还湿还会引起其体积变形，影响使用。不过利用材料的吸湿可起降湿作用，常用于保持环境的干燥。

一.调查背景：造纸术是中国古代的四大发明之一。公元105年东汉时期的蔡伦用树皮、破布、麻头、钱网等为原料，造出了当时非常著名的“蔡侯纸”。从东汉到明朝以后约1800年间，中国的制纸一直仪在手工制造阶段，到清朝1891年，在上海创建了伦章造纸厂，这才开始了机器造纸工业。目前，在国际上，造纸是仅次于电信和钢铁的第三大产业，是国家经济发展水平的重要标志之一。纸在各行各业发展及人们生活中是不可缺少的，给事业的需求和人们带来的方便也是不容忽视的。但是，在它的制造过程中，给我们赖以生存的地球，绚丽多彩的大自然带来了灾难——严重的环境污染。二、调查目的：为了更好贯彻可持续发展战略，了解我们赖以生存的地球现在所面临的危机，从身边的一点一滴做起保护我们周围的环境，保护我们的家园。三、调查时间：2008年4月6至2008年6月6日。四、调查方法：从网上浏览，翻阅书籍。到造纸厂实地调查生产程序及原料。五、网上资料（1）传统造纸术的现状投资巨大的金东公司自1997年6月建厂，1999年远行就进入了有序的发展，并于2002年5月创办了公司自己的刊物《太空梭》。创刊伊始，就以着力于弘扬与挖掘中国的传统造纸文化为已任，在公司副总黄良典先生与工会主席孙炳健先生的大力支持下，成立了文化报道小组，深入了安徽、浙江、四川、福建等地偏僻山村采访，亲身触摸到中国传统造纸术跳动的脉搏，及时了解到造纸术在中国的现状。2004年的6月，我们在安徽宣城的泾县西乡小岭村一带，亲眼目睹了被誉为“中国国宝”的宣纸的整个制作过程，从采集原料，到发酵打浆，到揭纸脱水，烘干等大小繁琐的工序七十二道，并深深地为中华民族的勤劳智慧而自豪。在随后的一年多时间里，我们又利用业余时间赶赴浙江，陕西等地，在一个个古朴接近于封闭的小材古寨，真实地领略到传统文化在中国民间旺盛的生命力的同时，也深深为造纸的现状感到忧虑。中国造纸术在千余年的变革中，不断融合了本地的特色，逐渐形成了自己的纸品工艺。传统造纸中，都是因地制宜，选用当地最为廉价，取之最为方便的植物原料进行造纸，四川的青衣江畔，安徽的泾河流域，西安的沣河两岸都隐藏着一个个古老手工作坊。在四川夹江县，遍生竹林，因而纸农把嫩竹“砍其麻，去其青，渍以灰，煮以火，洗以水，舂以臼，抄以帘，刷以壁” 短短的二十四个字，概括了传统手工造纸的全过程，用这种工艺做成的纸，在四川称为“蜀笺”，备受近代大书画家张大千先生的钟爱，又被今人称为“大千纸”，四川的造纸尤以马村的规模最为庞大。宣城的泾县所产纸张称为“宣纸”。历来为贡品，并为科考用纸，因古泾县的地势有“七山一水一分田，一分道路和庄园”之说，山多，灌木资源丰富，故聪明的宣城人利用檀树皮、稻草等物造纸，皆为上品。具体做法为将山上脱落的檀树皮、稻草放在山坡上，经风吹日晒，自然漂白，然后舂碎成浆，加上山上的大量的弥猴桃树树脂放入浆水内，捞出的纸品质地洁白细密、柔软均匀、光而不滑，宋代诗人王令在《再寄权子满》诗中写到“有钱莫买金，多买江东纸，江东纸白如春云”可见宣纸在当时的价值。福建将乐、浙江的泽雅也以纸山而闻名于世。从我们的文化报道小组成员在当地所见情形来看，两者应该是相承一脉，皆以竹佐以石灰，渍之入水，再利用水碓、石臼等设备捣烂成浆，因没有加以漂白，故所产纸张呈黄色，因而只能用于冥烧，来寄托现代人的一种哀思罢了。（2）关于造纸的传承与思考虽然传统造纸术，具有很高的观赏及研究价值，但也无法掩饰她的颓废与没落，难以满足现代社会的需要，那规模小、产量低、劳动强度大、高污染的弊病也日渐突现。在山清水秀的雅泽山区，人们利用“四连碓”水能造纸，我们在浆池边看到，一股股发黄的散发着刺鼻气味的废水直接向山涧流去，据了解这种水流进田地庄稼将枯死，流进河池鱼虾也根本无法生存。四川夹江也因人们大量无节制地砍竹林造浆做纸，造成山体岩石裸露，灰尘四处飞扬，原本悠静的青山已是千疮百孔，在马村的一家宣纸作坊的巨大篁锅前，一张姓老板告诉我们，造一吨手工纸大约要耗费一百二十余吨的水，废水也是未经任何处理，直接排放于山野之间。因为我们传承的是中国造纸文化,我们奉献的是利用现代化造纸技术来造福人类的一种精神。六.调查结果纸是纸质文物主要构成材料，纸的种类可分为手工纸和机械纸。手工纸有麻纸、皮纸、藤纸、竹纸、棉纸，还有宣纸、毛边纸、连史纸等。19世纪末，机器纸逐渐代替了手工纸，常用的有新闻纸、印刷纸、打字纸、有光纸、图画纸、牛皮纸等。一.造纸原料1.韧皮纤维: 是古代造纸主要原料，由于含纤维素多，一般多在 60% ~ 83% 之间。加上纤维长达120~180毫米，纤维长度比宽度约大于950至1230倍。由于韧皮纤维很长，造出纸来很坚韧。2.茎纤维: 如竹、稻草。其纤维素含量在24％~ 60% 之间，长度比宽度约大于100至 200倍。纸张在不同时期，选用什麼材料和工艺制作，其纸张的成份、性能是不同的。3. 种毛纤维: 如棉花，棉花纤维素含量最纯、最多，一般可达 90% 以上。纤维长度比宽度大约有1250倍。由于纤维特别细长，交结力好，质地强韧、组织细致柔腻，造出来的纸较耐磨、耐久。二.纸的分类1.麻纸。麻纸就是以麻类纤维（萱麻和大麻）制的纸张。常见的有白麻纸、黄麻纸、麻沙纸、旱滩坡纸等。2.藤纸 。藤纸早在晋代已有制作，到了唐代已在浙江、江西两省大量生产，其纸是用藤树皮的纤维所造。当时有白藤纸、青藤纸、黄藤纸之分。3.宣纸 。宣纸是用檀树皮、稻草为原料制成的手工纸，出产於安徽宣州而得名。此纸质地柔韧、洁白平滑、细致匀整、色泽经久不变，被誉为「滑如春冰密如蚕」的美称。宣纸属皮棉纸类，因品种规格繁多，不一一详述，常见的有：罗纹纸、棉连纸、玉版宣、单宣、十刀头、夹连纸等，为我国唐、宋以来的古代书画所采用的纸。4.棉纸 。棉纸又称皮纸，是以楮树皮为原料制作而成，质地细柔、富有轫性。从纸的纵面撕去，其断裂处呈现丝棉状，因而得名。棉纸的品种因地而异，常见的有河南棉纸、贵州棉纸、上海棉纸、迁安棉纸、蚕茧纸、藏经纸、高丽纸、册子纸、美浓纸、开化纸、太史连纸等20余种。5.竹纸 。竹纸是用石灰处理的嫩竹为原料制作而成，因颜色略呈黄色，又称「黄纸」，主要有：毛边纸、毛太纸、川连纸、元书纸、梗棒纸、连史纸等十余种。6.其它纸。 除了上面介绍的几种纸以外常见的还有牛皮纸、磁青纸、虎皮宣、蜡笺纸、发笺纸、金纸等。三.造纸法造纸法分两种，但目前因为科技的发展与机器的不断改良，手工造纸法逐渐退出了历史舞台。以机器造纸法为主。（一）手工造纸法我国是发明纸张最早国家。在十九世纪以前生产的纸，通称手工纸。手工纸又分竹纸和皮纸。历代许多珍贵的古籍、文献、书画都是采用皮纸做成的。这些纸张保存了几百年，甚至上千年仍然很好，是什麼原因呢?这与手工纸的生产过程有著密切的关系。造纸术随著时代的发展，社会的进步，不断得以发展、改正、提高。潘吉星先生经过实地调查研究、分析，在纸坊工人师傅的大力支持下，采取模拟实验，从汉纸制造最原始的八步流程：浸湿→切碎→洗涤→舂捣→打槽→抄纸→晒纸→揭纸。过渡到现今陜西凤翔造纸的十六步复杂过程：浸湿麻料→切碎→碾料→洗涤→化灰水→灰碾→灰沃→蒸煮→洗涤→细碾→洗涤→打槽→剪纸→压榨→晒纸→揭纸。但归纳起来，手工纸生产过程大致可分蒸煮、漂白、打浆、抄纸四个阶段进行讨论。1.蒸煮: 造纸原料经机械预处理（浸湿、切碎、洗涤），在制浆过程中，用石灰乳〔Ca（OH）2〕，草木灰水作蒸煮剂浸透，目的在於脱去原料中的色素，除去污质、蜡质、松解原料中残留的胶质及其它填充物，使制成的纸张不残留有害的化学物质，而含有钙(Ca2+)、镁(Mg2+)等物质，使纸呈中性或偏碱性，阻止游离酸的形成，防止纸张进一步的变质，使纸延年起了很好的作用。2.漂白: 古代造纸的漂白工艺采用「日光漂白」，其方法据清人莫兴三《造纸说》: 「曝已复渍，渍已复曝，如是者三，则黄者转为白矣。其渍也必以桐子灰，黄荆木灰，非是则不白」。纸浆先经过阳光照射，利用空气中的臭氧产生氧化作用，使值物纤维中所含的天然色素或著色物质变成其他基因，然后利用桐子灰、黄荆木灰和草木灰的水溶液，溶出被氧化的物质，起到漂白作用。经过这种漂白处理的纸浆所造的纸，久不变色，不易老化变脆。3.打浆: 胡韫玉在《纸说》中写道:「铸之於臼，千锤万杵捣愈多，而质愈融，楮骨竹筋尽为液流」。 说明打浆要充分，只有通过充分的锤捣才能造出纤维交织均匀的纸来。4.抄纸: 植物纤维经上述处理制成纸浆，为使纤维在水中离散浮游，除了充份搅拌，通常加一些如黄蜀葵、杨桃藤、野葡萄、梧桐等悬浮剂，以便使纤维分布均匀，增加强度。从上述简单过程可以看出: 手工法造纸加工缓慢，生产过程细致，残留在纸中的有害化学物质很少，纤维不易受到损害，因此纸就坚固、耐磨。目前我们见到的晋、宋代的书画和古书籍，已有1000多年的历史了，有的纸张仍然是洁白如玉，完整无恙，这些纸都是用传统手工方法生产出来的。（二）机器造纸法机器造纸大致经过以下几个过程，首先准备原料，然后再制成纸浆。由於制造纸浆时所用的方法不同，又有机械与化学法之分。1.机械法：就是用机械的方法来离解纤维制成机械木浆。这种木浆，木质素无法除去，且其纤维短而粗，又含有较多非纤维素，所以制成的纸张疏松容易破脆 ，在日光及空气中容易氧化变黄，这是耐久性差的其中一个因素。2.化学法，就是用适当的化学药剂，在蒸煮原料过程中，除去木质素及其它非纤维素，使纤维离解而成一种纸浆。根据所用的化学药品的不同，化学法可分为亚硫酸盐法、碱法和氯化法等。（1）亚硫酸盐法:是用亚硫酸氢钙[Ca(HS04)2〕和亚硫酸(HS03)2的混合液，用这种混合液蒸煮纤维，制成亚硫酸盐化学纸浆，此种纸浆中含有一定量的半纤维素和蒸煮液以及产生木质素磺酸的酸性残留在纸浆中，因此，纸张的耐久性受到了很大的影响。（2）碱法: 是用苛性钠作为蒸煮液与原料一起在高温下蒸煮的方法。由於碱性太大，对纤维损害较大，使纸强度降低，加上成本高，现已很少应用。（3）氯化法: 是将原料同氢氧化钠一起蒸煮，经氯化、碱液后处理，除去木质素， 再经过漂白，在这过程中有时用碱，有时用漂白粉，有时用氯来处理，会使纤维素遭到不同程度的损坏。从纸浆制造方法可以看出:纸浆的质量与纸张的耐久性有著直接的关系。造纸原料消耗情况原材料不仅是制约我国造纸业发展最大的瓶颈，而且是影响我国环境质量的重要因素。由于近年来我国对废纸进口的需求强劲，已经使国际市场上废纸的价格不断攀升，造纸工业因废纸进口价格快速增长而深受影响。目前我国造纸原料中，废纸所占比重高达44％，国内市场造纸原料需求量巨大，却长期依赖进口。据了解，我国每年有1400万吨废纸没有回收利用。据专家介绍，回收1吨废纸能生产吨好纸，还可以节约一半以上的造纸能源，减少35％的水污染。目前，中国的木浆消耗量比较低，也有1130万吨，不是中国造纸企业不喜欢木浆。而是我们没有这么多木浆，没有这么多木材，没有这么大的木浆厂。 目前我国纸业当务之急是研究如何加快发展木材制浆造纸问题和建立有效的回收渠道。我国的废纸回收量远远不能满足需求主要是废纸回收的渠道未开通，尤其是产生专业类废纸的行业机关大户的通道“关闭”。 仅以新闻纸为例，北京现在有上百种报纸发行，每日发行吨数起码有几十吨，这其中有70％－80％的废纸可以回收再利用，而实际回收的数量远远没有达到这一标准，大量的废纸被白白浪费掉了。而这样的情况，足以导致我国的环境因素极为严峻。让我们再来看一组数据。制浆造纸工业污水排放量约占全国污水排放总量的10％-12％，居各项污染的第三位；排放污水中化学耗氧量约占全国排放总量的40％-45％，居各项排放量的第一位，造纸工业已成为我国污染环境的主要行业之一。造纸工业是一个产量大，用水多，污染严重的轻工业；水污染在各种工业中，名列废气，固体废气物及噪声等污染，也很严重。造成这么严重的污染的原因主要有：1、纸浆结构中草浆、苇浆等非木浆占比偏高。因为木浆有着成熟的污染回收技术，碱回收可达98，因此给环境造成的污染较小。但是对草浆造纸，目前全球都还没有找到有效经济的防治污染的办法，对环境污染较大。发达国家造纸业纸浆结构为木浆，废纸浆34，非木浆（草浆、苇浆等）。但在我国，草浆、苇浆等非木浆占比高达22。2、造纸业集中度低，小纸厂偏多，污染严重。这些高耗能、高耗水的以草浆制纸为主的小纸厂是造纸业重要的污染源。3、造纸工业的废水若未经无效处理而排入江河中，废水中的有机物质发酵，氧化等。使鱼类，贝类等。水生生物缺氧致死；一些细小的纤维悬浮在水中，也很容易造成鱼类死亡；废水中的树木屑，木屑，草屑，腐草，腐浆等沉入水底，淤塞河床，发酵中，不断产生有毒臭气；废水中还有一些不容易发酵，分解的物质，悬浮在水中，吸收阳光，减少阳光透入河水，妨碍水生植物的光合作用；另外带有一些致癌，致畸，致突变的有毒物质。总之，造纸废水使河水浊黑，恶臭，水草不生鱼虾灭迹，蚊蝇丛生，蛀虫遍地，危害沿岸居民的身体健康，造成痢疾，肠炎，痔疮等急病盛行，同时，还不利于农田灌溉和居民用水。4、造纸工业排放的一些固体废物如腐烂浆料，浆渣，树皮，碎木片，草根，煤灰渣等，发酵变质，放出臭气，下雨时，还流出有毒臭水，污染地面水和地下水源。生产过程中锅炉燃煤产生的废气和烟尘及机械的噪声也影响工作人员和附近居民健康。六、调查建议：1、造纸工业的污染大部分来自制浆过程。制浆废水中还含有很多有用物质如烧碱和纤维。一些物质若直接排到河中，会发生物理的，化学的，生物的变化而污染环境。这些物质弃则为害用则为宝。因此，小纸厂向中大型纸厂发展，也是防范措施之一。例如，制浆过程中的蒸煮工序，撮出纸浆后，排出来的黑色残液，黑色残液的治理是回收热能和碱治理的装置叫碱回收装置。即将黑色残液蒸发掉水分，然后送入碱回收炉内燃烧，产生热能，可用来产生蒸汽、发电和热水，回到生产过程中利用。燃烧后剩下的物质加入水和石灰，就得以碱，这些碱又回到制浆过程的蒸煮工序，还可作为副产品销售。2、造纸过程的废水，可先回收纤维，剩下的水经过滤后再回到前面的工序进行循环利用，反复利用几次后再排。这样，即可节约资源，又减少纸厂的废水经回收有用物质和综合利用后，若土地有条件，可采用土地处理法来净化废水漫流在坡度较平缓的草地或林地上利用土壤净化。另外可利用天然洼地，水塘培植水生植物以净化废水，水生植物以水花生及水葫芦效果最好。出水用于农田灌溉，固体废气物大部分可综合利用。通过此次调查，我们发现，造纸业虽为我国的一个重要企业，但是国家对于此页的环境的重视度不够。不光从产业结构和科技，就连原料都有着一定的差距。我们认为国家应对此问题给予足够的重视。改善环境，不能再走那条先污染再治理的老路。但从我们普通人来说，更应从中得到更多。在平时的日常生活中，应该节约用纸，尽我们的可能为地球的环境力所能及的做些事。从身边做起，从一点一滴做起，为保护我们的地球母亲献出我们的一份力。

影响纸张耐久性的因素很多，其中酸是促进纸张脆化变质的重要因素。美国化学家巴罗于20世纪40年代初对纸张的酸性效应进行了大量的科学实验，实验结果表明：图书纸张85%-90%的恶化都是因纸张含酸量明显上升造成的。酸对纸张的潜在危害主要是促进纸张中纤维素的酸性水解，使纸张变脆泛黄，机械强度下降，最终造成纸张老化失去韧性而无法使用。

探索纸张的去酸技术早在上世纪30年代就已经开始了。经过半个多世纪的不懈努力，国内外图书、档案保护工作者研究出很多纸张去酸技术。酸是缩短纸质文献使用寿命的关键因素

为了延长纸的寿命，晋时已发明染纸新技术，即从黄檗中熬取汁液，浸染纸张，有的先写后染，有的先染后写。浸染的纸叫“染黄纸”，呈天然黄色，所以又叫“黄麻纸”。黄麻纸有灭虫防蛀的功能。

这一时期，造纸业也初步形成规模。如果说汉代在书写记事材料方面还是缣帛和简牍并用，纸只是作为新型材料刚刚崛起，还不足以完全取代帛简的话，那么，这种情况到了晋代，就已发生根本性的变化。