真空充氮包裝在文獻(xiàn)檔案保藏領(lǐng)域的應(yīng)用

范珺

我國歷史悠久，文化璀璨，歷代文獻(xiàn)檔案卷帙浩瀚。作為一個國家的文化、歷史、科技、人文活動重要的承載物，文獻(xiàn)檔案得以長久有效的保藏，不僅是每一個保藏工作者的最大愿望，更是延續(xù)中華民族歷史文明的重要傳承。

文獻(xiàn)檔案保藏面臨的各種問題

文獻(xiàn)檔案傳承至今，經(jīng)過少則數(shù)十年、多則上百年的時間洗禮，老化嚴(yán)重。近代，由于常年戰(zhàn)亂以及外國侵略，珍貴的文獻(xiàn)檔案資料或遺失或損壞，遺存數(shù)量大大減少。到了現(xiàn)代，工業(yè)化步伐大大加快，空氣污染日益加重，尤其是酸性氣體的大量排放，使得文獻(xiàn)檔案紙張酸化程度越發(fā)嚴(yán)重。由于紙張微觀下呈多孔結(jié)構(gòu)，易吸附SO2、NO2、Cl2等酸性氣體，這些氣體與紙張內(nèi)的水分發(fā)生反應(yīng)，有的直接生成強(qiáng)酸，如硝酸（HNO3）、鹽酸（HCl），有的再經(jīng)過氧化生成強(qiáng)酸，如硫酸（H2SO4）。這些酸性氣體的化學(xué)反應(yīng)一方面加速了紙張纖維素的水解，另一方面降低了紙張的PH值，導(dǎo)致紙張的耐折度、拉張度等機(jī)械強(qiáng)度大幅下降。

工業(yè)化帶來的另一問題就是汽車保有量連年上升，大量汽車尾氣在太陽照射下經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)形成以臭氧、過氧乙酰硝酸酯、醛類為主要成分的煙霧，它同樣會導(dǎo)致紙張的機(jī)械強(qiáng)度降低，紙張顏色變黃，字跡褪色。此外，空氣中遍布的灰塵顆粒也會對紙張造成磨損，表面吸附的有害氣體和微生物對紙張材料同樣產(chǎn)生破壞作用。

真空充氮包裝對于文獻(xiàn)檔案保藏的效果

通過上述分析，空氣和灰塵是文獻(xiàn)檔案保藏面臨的最大威脅。基于此，以隔絕空氣和灰塵為目的的多種現(xiàn)代保藏技術(shù)開始嘗試在文獻(xiàn)檔案領(lǐng)域應(yīng)用，如空氣凈化技術(shù)、除氧技術(shù)、真空充氮包裝技術(shù)等。其中真空充氮包裝操作簡單、成本低、保藏效果好，具有大規(guī)模推廣的潛在優(yōu)勢。

真空充氮包裝，是將文獻(xiàn)檔案密封在塑料薄膜檔案袋中，抽出袋內(nèi)空氣達(dá)到預(yù)定的真空度后，再充入氮氣，使袋內(nèi)氮氣壓力與包裝外大氣壓相同，密閉封口。抽真空的作用是將文獻(xiàn)檔案與大氣隔絕，構(gòu)成低氧、低濕、少酸的小環(huán)境，斷絕了微生物賴以生存的氧環(huán)境，同時具有防蟲、防霉變的效果。充氮則能降低檔案的老化速度、防止蟲害和霉變的發(fā)生。氮氣屬于惰性氣體，分子中存在三鍵N≡N，鍵能非常大，不易被破壞，因此氮氣分子具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性。因此當(dāng)采用真空充氮包裝后，文獻(xiàn)檔案被氮氣包裹，難以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，故而能延緩紙張老化，延長了文獻(xiàn)檔案的保藏壽命。

相關(guān)研究人員對真空充氮包裝的保藏效果進(jìn)行了測試，結(jié)果表明：真空充氮包裝的文獻(xiàn)檔案與直接包裝的文獻(xiàn)檔案相比，前者在耐折度、白度、抗張強(qiáng)度、顏色變化方面具有明顯的優(yōu)勢。

文獻(xiàn)檔案真空充氮包裝保藏效果的影響因素

1、抽真空不完全

真空充氮包裝的保藏作用依賴于空氣與文獻(xiàn)檔案材料的隔絕，故抽真空是為了盡可能的減少包裝內(nèi)殘留的空氣，以便氮氣完全代替。為實現(xiàn)這個目的，包裝的抽真空技術(shù)和抽真空效果尤為重要，倘若抽真空操作沒有嚴(yán)格按照規(guī)定的真空度進(jìn)行操作，那么將會導(dǎo)致過多的氣體殘留在包裝內(nèi)，最終影響充氮效果。

2、氮氣氣源的純度較低

上面分析，充氮的作用是利用其化學(xué)穩(wěn)定性減少包裝內(nèi)文獻(xiàn)檔案因空氣化學(xué)反應(yīng)引起的老化問題，因此充入的氮氣純度必須達(dá)到99%～99.9%。當(dāng)前市場采購的氮氣氣源，在純度方面參差不齊。建議有條件的文獻(xiàn)檔案保藏機(jī)構(gòu)加強(qiáng)氮氣氣源純度的檢驗，避免雜質(zhì)氣體影響保藏效果。

3、包裝材料的氮氣阻隔效果

即便采用了最完善的抽真空技術(shù)和純度很高的氮氣氣源，也難以避免一個問題，就是包裝材料的氮氣滲透。世間宏觀物質(zhì)都是由大量的、始終處于無規(guī)則熱運動的微觀粒子如分子、原子構(gòu)成。當(dāng)物質(zhì)中粒子數(shù)密度不均時，分子的熱運動促使粒子從密度高的地方遷移至密度低的地方，如此就形成了擴(kuò)散，而擴(kuò)散正是氣體滲透的根本。就文獻(xiàn)檔案的真空充氮包裝而言，其包材的內(nèi)外兩側(cè)，氮氣氣體濃度相差很大，高濃度側(cè)的氣體分子吸附、溶解入包材內(nèi)部，經(jīng)過擴(kuò)散，繼而從低濃度側(cè)析出，這一過程即為氮氣滲透。由于分子的熱運動是永不停息的，氮氣氣體分子對于包裝材料的滲透也是客觀持續(xù)存在的。隨著保藏時間的延長，包裝袋中的氣體氛圍由起先的氮氣為主逐漸變化為氮氣、氧氣、二氧化碳三種氣體為主，氧氣含量的升高、氮氣含量的降低，充氮包裝的功效逐漸降低。

雖然這一滲透過程無法避免，但其滲透速率卻可以控制。包裝材料的氣體滲透性主要取決于自身的結(jié)構(gòu)特點，比如分子鏈的極性、剛性、側(cè)基、結(jié)晶度、密度、取向度等等。因此，基于不同包裝材料對氮氣滲透速率的差異原理，可以利用選擇包材種類來控制氮氣的滲透速率。氮氣透過量這一參數(shù)是最直觀的選擇依據(jù)。

筆者利用壓差法氣體滲透儀，根據(jù)GB1038的相關(guān)規(guī)定，分別測試了PVDC膜，HDPE膜、LDPE膜、PET膜、BOPP/VMCPP復(fù)合膜的氮氣透過量，分別編號為#1～#5。測試條件為23℃、50%RH。試驗結(jié)果見表1。

從試驗結(jié)果看出，氮氣透過量從高到低依次為#3、#2、#4、#5、#1。其中#3樣品的氮氣透過量是#2樣品的2.9倍，是#4樣品的15倍，是#5樣品的28倍，是#1樣品的353倍。這說明，#1樣品對氮氣的阻隔性最優(yōu)，即對真空充氮包裝內(nèi)氮氣的保存能力最強(qiáng)。PVDC的分子結(jié)構(gòu)是自身對稱的，結(jié)晶度高，單位分子結(jié)構(gòu)中含有2個氯原子，氯原子能夠與其他鏈段中的氫原子緊密結(jié)合，且分子鏈為線性的頭尾相連的結(jié)構(gòu)，上述種種結(jié)構(gòu)特點使得PVDC的分子間凝集力很強(qiáng)，氮氣等分子很難在其中擴(kuò)散、移動，故PVDC膜具有高氮氣阻隔性。

文獻(xiàn)檔案真空充氮包裝內(nèi)氣體氛圍變化監(jiān)測

作為文獻(xiàn)檔案的保藏機(jī)構(gòu)，采用了真空充氮包裝保藏技術(shù)后，在了解保藏效果的影響因素基礎(chǔ)上，應(yīng)對保藏期間真空充氮包裝內(nèi)氣體氛圍做嚴(yán)格細(xì)密的監(jiān)測研究，以了解不同包材在不同保藏時間階段包裝內(nèi)氧氣、二氧化碳和氮氣的變化情況，從而合理選材。

正常的空氣成分按體積分?jǐn)?shù)計算是氮約占78%，氧約占21%，剩下的為二氧化碳和其他稀有氣體。而在真空充氮包裝內(nèi)部小環(huán)境中，氮氣所占比例更大。筆者做了一個簡單試驗研究，對于HDPE和LDPE兩種材料的真空充氮包裝，利用蘭光HGA-02頂空氣體分析儀測試其在不同時間間隔內(nèi)包裝內(nèi)氧氣和二氧化碳的占比。結(jié)果見表2。從表中數(shù)據(jù)可以看出，150d后兩種試樣中氧氣含量最高的為LDPE真空充氮包裝，而且兩種試樣均檢測出少量的二氧化碳?xì)怏w。此時，兩種試樣的保藏效果均大打折扣。

（作者單位：濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司）endprint