正文 第六篇 高分子材料的老化(一)(1 / 3)

高分子材料的劣變被習慣地稱為老化。所謂老化,是指在使用和保藏過程中,由於受到大氣環境中的熱、氧、水、化學介質、光及微生物的綜合作用,而使材料的化學組成和分子構成發生了變化,其物理性質和機械性能變壞。這些變化包括強度降低、變色、發脆、發硬、發粘等。老化分為物理老化、化學老化和光化學老化。化學老化和光化學老化是各類藏品最容易發生的老化形式。因此,是我們本篇討論的內容。

高分子材料分為天然高分子材料和合成高分子材料。前者來自動物、植物體,如纖維素製品(紙張、織物等)皮毛製品、竹木製品及動植物標本等;後者包括塑料、塗料、粘合劑、合成橡膠及合成纖維等。無論是天然高分子材料還是合成材料,它們都有著相同或相似的老化規律。高分子材料種類繁多,我們的討論不可能麵麵俱到,因此隻能選擇最有代表性的種類加以論述。

第一節高分子材料的化學老化及熱降解

高分子材料的化學老化包括化學降解和氧化降解。天然纖維素製品的老化,在高分子材料的老化過程中占有重要地位,且具有代表性。纖維素是紙質藏品、織物藏品、竹木質藏品的主要組成成分,其中紙質藏品在圖書館、檔案館、博物館中占有極大的比重。

紙張主要是由纖維素、半纖維素、木質素構成。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙等聚烯烴熱塑性樹脂及合成橡膠等高分子材料,也都成了造紙工業不可缺少的材料,它們在塗布、浸潰,層合等加工過程中作為塗料和粘合劑而起到重要作用。因此,我們對高分子材料老化問題的討論,將圍繞著紙張和織物展開,涉及纖維素、木質素等,天然材料及聚烯烴等合成材料的老化問題。

纖維素的酸性水解降解

酸性水解降解是纖維素的主要化學老化反應形式。高分子材料的化學老化過程是典型的多相反應。

每個纖維素大分子根據其聚合度的不同,含有的羥基數目也各不相同,(即聚合度)越大,所含羥基的數量也越多。纖維素的結構單元葡萄糖基含有三個羥基,羥基是親水基,它決定了纖維素的吸濕潤特性。紙張也同樣具有纖維素的這種吸濕性。紙張是眾多纖維素縱橫交錯而成的多層毛細管體係,可通過毛細凝結作用保持更多的水分。纖維製品這類多孔材料具有很強的表麵吸附能力,除了吸附水汽外,還可吸附大氣中的酸性氣體,降低體係中的講值,形成弱酸性水介質環境。纖維素可在弱酸性水介質環境中發生酸性水解降解,而引起材料的化學老化。

古埃及國王墳墓裏出土的麻纖維製品,在有水分的條件下保藏了數千年,並未發生水解降解,這主要是由於介質中缺少酸性物質。

《法華經》之所以能保藏千年之久,是由於古代造紙術未給紙張殘留酸性物質,其保藏環境也不具備提供酸性氣體的條件,因此它表現出相當好的耐酸性水解的性能。

然而現代造紙術卻要在紙漿中使用亞硫酸,酸性硫酸鹽等物質,在施膠過程中需要加人明礬和鬆香。明礬是含有結晶水的硫酸鋁鉀複合鹽,分子中的硫酸鋁成分為強酸弱堿鹽。

鬆香的主要成分是鬆脂酸酐和鬆香酸,這些酸性物質同樣會對紙張的酸性水解產生影響。

造成酸性水解。在水解過程中,氫離子並沒有消耗掉,它完成某一部分纖維素的水解之後,便會轉移到尚未遭受破壞的其他纖維素長鏈部位、繼續進行酸性水解降解。的遷移,一直持續到一本書完全降解成粉末為止,然後再向與之相鄰的其他書上遷移。