兩種滅菌殺蟲方法對檔案紙張物理性能影響的研究

關鍵詞：紙張物理性能；油樟生物復合劑；低溫冷凍法；檔案紙中圖分類號：TS761 文獻標識碼：A DOI：10. 11980/j. issn. 0254-508X. 2025. 05. 014

tudy on the Effects of Two Sterilization and Pest Control Methods on the Physical Properties of Archival Paper

ZHANG Xiaoning1 GUAN Xiuqiong1，* LIU Chun1 ZHANG Yongqi1 ZENG Mingquan2 LIAO Yongjun2 CHENG Fuli3 ZHAO Ju4

（1. College of Bioengineering，Sichuan University of Science amp; Engineering，Yibin，Sichuan Province，644000；2. Institute of Archival Science and Technology of Sichuan，Chengdu，Sichuan Province，610036；3. Yibin Senhe Archives Pest Control Co.，Ltd.，Yibin， Sichuan Province，644000；4. Leshan Product Quality Supervision and Inspection Institute，Leshan，Sichuan Province，614000） （*E-mail：853289856@qq. com）

Abstract：The effects of sterilization and pest control methods of archives on the physical properties and strength indicators of paper were in‐ vestigated in this paper. Method 1（oil camphor bio-composites method）：standard archive boxes containing 1950 published old book and magazine paper，1987 published old book and magazine paper，1988 published old book and magazine paper，and 2024 electrostatic photo‐ copy paper were placed in a sealed space spraying with excessive camphor bio-compound for 7 days，respectively. Method 2（low tempera‐ ture freezing method）：Four types of paper were feezed at -20C for 10 days and at -50C for 24 hours，respectively. Both physical proper‐ ties（the tensile strength，fracture length，elongation，tear strength，burst strength，and flexural strength）of the processed paper samples by the two methods and blank group paper samples were measured. The results showed that the maximum negative change rates of the physical properties and strength indicators of the paper sample after being treated with camphor biocomposite agent and low temperature freezing were 0.89% and 0.91% ，respectively，and the maximum positive change rates were 0.73% and 0.99% ，respectively. The maximum negativechange rate and maximum positive change rate of the polymerization degree of the paper sample cellulose after treatment with camphor biocomposite agent were 1.98% and 0.98% ，respectively. The physical properties，strength indicators，and cellulose polymerization degree of the paper treated with two sterilization and insecticide methods showed no significant changes. At the same time，fourier transform in‐ frared spectroscopy analysis showed no significant changes in the chemical structure of the paper sample before and after treatment.

Key words：physical properties of paper；oil camphor bio-composites agent；low temperature freezing method；archival paper

紙質檔案在保存過程中，除了紙張本身老化外，還存在有害生物的危害，如害蟲、霉菌、細菌對檔案紙的危害，會造成紙質檔案穿孔、發霉，甚至被蛀成碎片，檔案的機械性能和理化性能下降，嚴重影響了檔案的使用壽命[1]。因此，檔案的滅菌殺蟲工作是檔案保護的重點研究課題。

目前，檔案的滅菌殺蟲方法主要以化學法和物理法為主[2-3]，此外還有植物源殺蟲法。化學法是指用化學試劑直接作用于檔案害蟲、霉菌及細菌等，破壞其機體內部組織，產生病變，使其死亡。但是化學試劑一般毒性大，需在整個建筑范圍內重復使用試劑，污染環境，危害人體健康[4]。物理法是指通過控制環境的溫度、濕度、氧氣含量等因素使害蟲、霉菌、細菌體內的生理活動無法正常進行，從而使其死亡。物理法操作簡單，效果較好，對環境無污染，在圖書館、檔案館和博物館中，通常優先考慮物理法來進行蟲害防治[5]。常見的物理法主要有低溫冷凍殺蟲法[6]、真空充氮殺蟲法、微波輻射法。其中真空充氮殺蟲法[7]對容器密閉性要求高、設備購置成本高。微波輻射法可能導致操作人員受到輻射，危害其身體健康，而且對檔案狀況要求較高，檔案中不能有金屬物質，否則易引發火災。目前采用較多的殺蟲方法是低溫冷凍殺蟲法[8]，其成本低，操作簡單，不污染環境，對人體無害，有利于廣泛應用。植物源殺蟲法是指提取植物中含有殺蟲活性的天然物質用于檔案殺蟲的一種方法，目前植物源殺蟲劑使用較多的為植物精油。植物精油是從芳香植物中分離提取的一類植物次生代謝物質[9]，是一種具有特定香氣、揮發性的油狀液體[10]，對害蟲具有觸殺、驅避、拒食及抑制生長等作用[11]。將植物精油直接作用于檔案害蟲，可以抑制害蟲的生長[12]，從而達到殺蟲的效果，此外還能達到殺菌防霉的效果。植物源殺蟲法操作簡單，無毒無害，在檔案蟲害防治中具用廣闊的發展前景。

油樟及其主要成分在醫藥和食品領域應用廣泛[13]，對紙類材質存放過程中常見霉菌和蟲害具有消殺作用[14-16]，具有綠色、環保，使用安全的特點。本研究所用的植物源殺蟲劑為油樟生物復合劑，由油樟等多種植物的葉、藤、根經過蒸餾、萃取等方法制成，呈淺黃色，半透明液體，易揮發，具有濃烈的香樟味，將其用于檔案消殺具有優異的防霉殺蟲效果。

目前對于檔案的保護研究主要集中在紙張的滅菌殺蟲方法，關于檔案滅菌殺蟲后紙張的物理性能和化學結構的分析研究較少。為探究滅菌殺蟲方法對紙張物理性能的影響，本研究采用油樟生物復合法和低溫冷凍法處理檔案紙，通過測定處理前后紙張的主要物理性能指標及化學結構變化，用數據定量分析兩種滅菌殺蟲方法是否對紙張的耐久性有影響，以期為檔案紙滅菌殺蟲研究提供參考。

1 實 驗

1. 1 材料與儀器

1. 1. 1 材料

1950 年出版舊書刊紙，人民文學出版社；1987年出版舊書刊紙，機械工業出版社；1988年出版舊書刊紙，浙江大學出版社；2024年靜電復印紙，芬歐匯川（中國）有限公司。紙張具體樣貌見圖1。油樟生物復合劑，取自宜賓森禾檔案害蟲防治有限公司；溴化鉀（光譜純），上海阿拉丁生化科技股份有限公司；銅乙二胺（CED）溶液，中國制漿造紙研究院有限公司。

1. 1. 2 儀器

電腦測控抗張試驗機（DCP-KZ300）、電腦測控耐破度儀 （DCP-NPY1200）、電腦測控撕裂度儀（DCP-SLY1000）、電腦測控耐折度儀（DCP-MIT135A），以上儀器示值準確度為 ±1% ，四川長江造紙儀器有限責任公司；醫用低溫冷凍箱（DW-86L626），青島海爾生物醫療股份有限公司；傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR，SPECTRUNTWO），珀金埃爾默儀器（上海）有限公司；毛細管黏度計、高溫循環器（SC-15），上海比朗儀器有限公司；集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（DF-101S），鞏義市予華儀器有限責任公司。

1. 2 實驗方法

1. 2. 1 油樟生物復合法

從4種被檢測樣品中隨機采集10份紙張，每份紙張分成空白組和實驗組（油樟處理紙張樣品），將其分別置于標準檔案盒中，將實驗組的檔案盒置于密閉空間并噴灑過量油樟生物復合劑，經歷7天后解封。

1. 2. 2 低溫冷凍法

從4種被檢測樣品中隨機采集10份紙張，每份紙張分成空白組和實驗組，用自封袋密封。將實驗組紙張同時放入 -20^°C 的條件下冷凍10 天，制得 -20^°C 處理紙張； -50°C 低溫冷凍箱中冷凍 24h ，制得 -50°C處理紙張。

兩種方法處理結束后取出紙張，將其與空白組同時放置在溫度 （23±1）°C 、相對濕度 （50±2）% 的環境下進行 24h 的恒溫恒濕處理，恒溫恒濕后檢測紙張的主要物理性能指標[17]。紙張主要指標變化率計算見式（1）。

變化率 （%）= （實驗組－空白組）/空白組 ×100% （1）

1. 2. 3 紙張物理性能檢測與結構表征

紙張抗張強度、裂斷長、伸長率按GB/T 12914—2018測定；耐折度按GB/T 457—2008測定；撕裂度按GB/T 455—2002 測定；耐破度按 GB/T 454—2020 測定[18]。紙張化學結構檢測按 GB/T 21186—2007 測定，采用溴化鉀壓片法，使用FT-IR對恒溫恒濕處理過的紙張進行化學結構測定[19]，掃描范圍為 400～4000cm^-1 ，分辨率為 4cm^-1 ，掃描次數為32。紙張纖維素聚合度檢測按GB/T 1548—2016 測定，將一定量紙張置于含有適量紫銅片和玻璃珠的溶解瓶內，加入 25mL 去離子水，塞緊瓶塞劇烈震蕩使紙張分散，向瓶內加入25mL 銅乙二胺溶液并劇烈震蕩至紙張完全溶解，在單一濃度下測定紙漿的相對黏度，進而計算紙張纖維素平均聚合度，每組樣品進行10 次平行樣測定，結果取平均值。

2 結果與討論

2. 1 油樟生物復合法對紙張物理性能的影響

圖2 為油樟生物復合法對紙張物理性能的影響，由圖2可知，與空白組相比，經油樟生物復合法處理的紙張抗張強度、裂斷長、伸長率、耐折度、撕裂度和耐破度變化極小，處理前后紙張伸長率最大負變化率為 0.89% ，最大正變化率為 0.73% ，為變化最大指標，可能是因為油樟揮發進入紙張內部造成纖維之間空隙加填使伸長率下降，而紙張放入檔案盒時造成的起皺會使伸長率上升；與2024 年靜電復印紙相比，1950 年、1987 年和1988 年舊書刊紙在抗張指數、耐破指數上的變化較大，最大負變化率為 0.72% ，最大正變化率為 0.54% ，可能是因為年代久遠紙張老化不均勻，纖維自身性質、纖維間結合強度和纖維排列分布不均勻等影響；裂斷長、撕裂度和耐折度變化居中。

圖3 為油樟生物復合法處理不同紙張的FT-IR 譜圖與纖維素聚合度。由圖3可知，處理前后各紙張的FT-IR 譜圖曲線趨勢大致相同，吸收峰既沒有消失也沒有新的產生；纖維素聚合度上下浮動較小，最大負變化率為 1.98% ，最大正變化率為 0.98% 。數據均在儀器誤差范圍內。表明處理前后紙張纖維素大分子結構并沒有發生大的改變。這是因為紙張在密閉空間內，沒有直接與光照、氧氣、酸堿、細菌、霉菌等外界因素接觸，紙張纖維結構沒有發生氧化水解等化學反應，纖維素大分子沒有發生分解，纖維間的結合力、自身的強度、分布排列未出現相對位置變化，保證了紙張物理性能不受影響。因此，油樟生物復合法對紙張的各項物理強度指標無顯著影響。

圖3 （a）～（d）油樟生物復合法處理的不同紙張的FT-IR譜圖及（e）纖維素聚合度

Fig. 3 （a）～（d） FT-IR spectra of different paper samples from oil camphor bio-composite methed， and （e） polymerization degree of paper cellulose

2. 2 低溫冷凍法對紙張物理性能的影響

低溫冷凍法通過改變環境的溫度，使害蟲處于致死低溫區，抑制害蟲體內的新陳代謝活動進而使其死亡。圖4 為低溫冷凍法對紙張物理性能的影響。由圖4 可知，與空白組對照，經 -20^°C 和 -50^°C 低溫冷凍處理過的紙張各項物理強度指標在正負向均有變化，本研究所用紙張經過低溫冷凍處理前后其抗張指數上下浮動最大，最大負變化率為 0.91% ，最大正變化率為 0.99% ；伸長率上下浮動次之，最大負變化率為 0.85% ，最大正變化率為 0.81% ，其他物理強度指標變化率均在負 0.54%～0.84% 之間變化，其中耐折度變化最小，處理前后數值不變。

與 -20^°C 的低溫條件對比， -50^°C 的低溫更能體現極端低溫環境對紙張性能的影響。圖5為低溫冷凍法處理不同紙張的FI-IR 譜圖及纖維素聚合度。由圖5 可知，經 -50^°C 處理后，各紙張的FT-IR 譜圖與空白組趨勢基本一致；纖維素聚合度略低于空白組，最大負變化率為 1.41% 。數據變化均在儀器誤差范圍內，對紙張物理性能幾乎無影響。強度指標小幅度下降的原因：紙張在低溫環境下放置較長時間，冷凍結束后若直接將紙張從低溫環境移動到室溫環境，紙張會吸收空氣中的水分子，纖維素羥基為親水基團，吸水后使纖維素分子間的氫鍵部分打開，分子間結合力下降，紙張物理性能強度下降；強度指標小幅度上升的原因：低溫冷凍過程中紙張隔絕了光照、氧氣、酸堿等外界因素，防止了纖維間的氧化水解，與空白組相比，紙張物理性能強度小幅度上升。通過對比分析得出：4 種紙張經過低溫冷凍處理后，纖維之間的纏繞狀態未被破壞，纖維素大分子未發生降解，纖維間的結合力、自身強度與分布排列未出現顯著變化，因此，紙張主要物理強度指標無明顯改變。馮惠芬[20]用低溫冷凍法處理檔案圖書，結果表明，紙張在 -30～ -5^°C 內冷凍3～30 天，紙張的物理性能無明顯變化，與本研究結果一致。

圖5 （a）～（d）低溫冷凍法處理的不同紙張的FT-IR譜圖及（e）纖維素聚合度

Fig. 5 （a）～（d） FT-IR spectra of different paper samples from low temperature freezing method， and （e） polymerization degree of cellulose

3 結 論

將 1950 年、1987 年、1988 年出版的舊書刊紙和2024 年靜電復印紙分別采用油樟生物復合法和低溫冷凍法兩種滅菌殺蟲方式進行處理。結果表明，紙張物理性能強度指標經油樟生物復合法與低溫冷凍法處理后變化范圍分別為 -0.89%～0.73% 、 -0.91%～0.99% ；紙張纖維素聚合度經油樟生物復合法處理后最大負變化率為 1.98% ，最大正變化率為 0.98% ，經低溫冷凍法處理后略低于空白組，最大負變化率為 1.41% ，數據均在儀器誤差范圍內。同時經紅外光譜分析，處理前后紙張化學結構無明顯變化。與空白紙張相比，兩種滅菌殺蟲方法處理過的紙張，其縱橫向的相關物理強度指標、聚合度、化學結構無顯著變化。說明油樟生物復合法和低溫冷凍法對紙張的主要物理強度沒有影響，從紙張變化角度來看，是檔案保護中較為理想的兩種殺蟲方法。

參 考 文 獻

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（責任編輯：董鳳霞）