Естественное старение

Исторические документы, архивные материалы, книги как предметы духовной культуры обеспечивают преемственность поколений, сохраняют добытые человечеством знания от всеразрушающего влияния времени — забвения. Однако как предметы материальной культуры они сами подвержены изменениям, приводящим в конце концов к их разрушению. Совокупность физических и химических процессов, происходящих в материале и приводящих к необратимым изменениям свойств, называется старением (ГОСТ 9.710-84).

В результате естественного старения бумага документов становится хрупкой и ломкой, желтеет, чернила выцветают, осыпаются краски на миниатюрах, пергамен и кожа теряют эластичность, коробятся, трескаются. На основании закона сохранения вещества после определенного срока сложные компоненты должны преобразовываться до исходных устойчивых простых веществ, способных совершить повторный цикл. Для органических веществ — природных и синтетических полимеров, составляющих материальную основу документов,— таковыми являются углекислый газ, вода, углерод и пр. Реакция «большие органические молекулы 76 0 малые органические молекулы» протекает в природе самопроизвольно. Существует два основных пути разрушения органических веществ в зависимости от присутствия кислорода. В присутствии кислорода будет происходить окислительная деструкция, скорость которой возрастает под действием света, тепла, бактериальных ферментов. Параллельно с распадом макромолекул на более мелкие фрагменты обычно протекает процесс соединения этих фрагментов, называемый «сшивкой», который приводит к изменению химического строения и структуры исходного полимера. В анаэробных условиях скорость старения значительно меньше, а результатом распада будет образование углеводородов. Анаэробные условия реализуются, например, при попадании материалов в воду. При археологических раскопках обнаруживается хорошая сохранность материалов, длительное время находившихся в воде. Однако они быстро разрушаются при контакте с атмосферой, и приходится применять специальные меры по их консервации. Бумага, как и любой материал, с течением времени стареет, т. е. претерпевает изменение химического состава растительных волокон, из которых она изготовлена, а, следовательно, и изменение ее механической прочности. Она становится жесткой, хрупкой, изменяет цвет в сторону пожелтения, а в случае глубоких изменений — до коричневого тона различной интенсивности.

Старение бумаги — весьма сложный и необратимый процесс, который зависит от ряда факторов:

— стабильности во времени используемого сырья и вспомогательных веществ;

— рН среды (водной вытяжки из бумаги);

— климатических условий хранения (температура, относительная влажность воздуха, степень освещенности);

— факторов, влияющих на микробиологическое разрушение бумага.

Этот процесс сопровождается уменьшением степени полимеризации, кристалличности. Окисление макромолекулы целлюлозы приводит к росту содержания карбонильных групп, увеличению медного числа и электроннообменной емкости. Химические и структурные изменения макромолекулы целлюлозы проявляются в изменении прочности волокон, составляющих бумагу, и в свойствах самой бумаги, таких как прочность на разрыв и на излом, относительное удлинение при разрыве и др. Особенно чувствительным к старению является показатель прочности на излом, характеризуемый числом двойных перегибов.

Главенствующими химическими процессами, происходящими в бумаге при старении, являются гидролитическая и окислительная деструкция целлюлозы — основного волокнистого компонента бумажного листа. Гидролитические процессы обусловлены наличием в волокнах сорбированной из воздуха влаги. Скорость гидролитической деструкции заметно возрастает при подкислении бумаги, что происходит в результате неполной отмывки целлюлозы после проведения технологических процессов ее получения и отбелки, и позже, в период хранения бумаги, в результате сорбции волокнами кислых продуктов, попавших в атмосферу с газовыми выбросами предприятий. Гидролиз волокнистых компонентов бумаги, кроме того, стимулируется и продуктами кислого характера, образующимися при деструкции самой целлюлозы. Окислительная деструкция бумаги происходит под действием кислорода воздуха и других окислителей, присутствующих в атмосфере, а также химикатов, оставшихся в волокнах после отбелки целлюлозы. Скорость гидролитической деструкции обычно выше, чем окислительной. При совместном действии обоих процессов наблюдается так называемый эффект синергизма, т. е. скорость деструкции при одновременном воздействии на бумагу влаги и кислорода воздуха выше, чем это следовало бы ожидать от суммарного воздействия этих двух факторов.

При старении бумаги, как уже было указано, изменяется и ее химический состав, образуются низкомолекулярные продукты кислого характера. Введение в бумагу некоторых наполняющих веществ, например, мела, может продлить срок ее службы, поскольку последний, выполняя роль буфера, снижает скорость гидролитического распада целлюлозы. При этом нейтрализуются кислые продукты, накапливающиеся с течением времени в волокнах. Применяемые в мировой практике бумажного производства волокнистые полуфабрикаты, а, следовательно, и виды бумаги, изготовленные из них, можно расположить в следующий ряд по мере увеличения их устойчивости к старению: древесная масса — сульфитная целлюлоза — сульфатная целлюлоза — льняные волокна — хлопковые волокна.

Одним из основных методов для определения долговечности бумаги является ее ускоренное искусственное старение при повышенной температуре. Чем выше устойчивость бумаги к термовоздействию, тем она более долговечна. К экспресс-методам искусственного старения бумаги, в той или иной мере воспроизводящим процессы, происходящие в ней при естественном хранении, можно отнести: метод термовлажностного старения; ускоренного светового старения при облучении УФ-лучами; помещение образцов бумаги в воздушную среду, содержащую 0,5% сернистого газа, в атмосферу с повышенным содержанием кислорода, озона и другие методы. Изменение эксплуатационных свойств материалов в процессе старения были рассмотрены Журковым⁴ с позиций химической кинетики (см. раздел 2.3). На основе разработанной им теории кинетической прочности твердых тел возможно прогнозирование долговечности полимерных материалов.

_______

⁴См. например: Журков С. А. Физические основы прочности. Наука и человечество. М., 1973.

Источник:

Труды Лаборатории консервации и реставрации документов Санкт-Петербургского филиала Архива РАН. Выпуск I. Хранение и реставрация документов: методические рекомендации. Под ред. К. И. Андреевой и Н. П. Копаневой. СПб., 2008

§ 2.2. Кислотность бумаги и способы ее нейтрализации

§ 2.3. Влияние внешних факторов

§ 2.4. Факторы, влияющие на сохранность кинофотодокументов

ГЛАВА 3. СПОСОБЫ ХРАНЕНИЯ ДОКУМЕНТОВ И КНИГ

Загуляева 3.А.

Дата добавления: 2014-12-27