基于可视化热重分析技术的宣纸热分解特性研究及动力学分析

为了解宣纸的劣化机理,本文利用可视化热重分析技术对宣纸在氮气与空气中的热分解过程进行了实验和分析,结果表明其过程主要阶段为发挥性成分的析出过程,宣纸样品经历快速失重、面积收缩且颜色加深,其中空气气氛可促进热分解反应并在反应后期氧化前期生成的炭化物;然后以高斯分布函数对微商热重(DTG)曲线进行拟合得到三组分,并且三组分的反应区间符合生物质的热分解特性且受气氛影响;此外,本文还基于Lab色彩空间对实时观察热分解图像进行了分析,其结果相比热失重数据在反应起始和中止阶段灵敏度更高,并可对热失重数据进行补充;同时,本文以Friedman法、FWO法计算宣纸在氮气与空气中的表观活化能E,得到氮气与空气气氛中的结果分别为195.4kJ/mol、162.98kJ/mol;最后通过Malek法对宣纸样品的热分解数据进行最概然机理函数的选择,并得到氮气中的热分解活化能E为245.60kJ/mol,指前因子的自然对数lnA为37.39s^(-1);空气中活化能E在150.18~305.41kJ/mol,lnA在49.13~20.18s^(-1)。

可视化热重分析技术对宣纸热分解形态的研究

为研究宣纸形态在受热过程中的实时变化特征,使用高清摄像系统原位记录宣纸样品在氮气和空气中热分解的图像序列,并结合红外光谱测试宣纸在不同温度时对应的结构状态以分析相关热解过程。结果表明,宣纸在氮气热分解中颜色逐渐变黑,直径尺寸随着温度增加而减小,这与宣纸纤维逐渐降解炭化有关;在空气热分解中,宣纸颜色出现先黑后白的现象,是由炭化物在空气中氧化分解引起。亮度变化率(ΔL)和收缩率(Δd)可量化宣纸形态在热分解过程中的变化程度,其亮度约在150℃后逐渐降低,在氮气热分解中最终下降62.2%,尺寸收缩25.0%;在空气热分解中,宣纸的亮度下降63.2%后开始回升最终高于初始亮度,其尺寸收缩了50%。宣纸的颜色变化与内部纤维的热分解程度密切相关,将ΔL与热解转化率(α)进行回归分析,两者存在指数量化关系。基于所得指数模型,可根据宣纸的ΔL计算α值,进一步无损评估宣纸老化后其内部纤维组分的降解情况,为珍贵纸张的老化研究提供参考。

原料和制浆工艺对泾县楮皮纸性能的影响研究

安徽泾县楮皮纸制作过程中使用不同的造纸原料和制浆工艺,是纸张性能具有差异性的本质原因。文本以泾县4种制浆工艺不同的混料楮皮纸为研究对象,对比分析纸张的显微形态、紧度、吸湿性、热稳定性、耐久性等,探讨造纸原料和制浆工艺对楮皮纸性能的影响。研究结果表明:现代工艺在楮皮原料中加入适当比例的针叶木浆,可促进纤维的结合,从而提高纸张的紧度,并增强纸张的吸湿能力,但会降低纸张的热稳定性。使用强碱蒸煮和次氯酸盐漂白可提升纸张初始白度。由楮皮纸老化后各项指标可知,传统工艺的楮皮纸在老化进程中表现出较好的强度和酸碱度稳定性。现代工艺中仅经过强碱一次蒸煮的楮皮纸耐久性优于同时采用强碱蒸煮和次氯酸盐漂白的楮皮纸。强碱蒸煮和次氯酸盐漂白会对纸张内部化学结构造成一定程度损伤,且在老化进程中愈加明显;次氯酸盐漂白会加快纸张返黄及酸化。

传统拖染施胶工艺下骨胶用量对宣纸物理性能的影响

熟宣加工过程中,施胶剂会对宣纸性能产生显著影响。基于传统拖染施胶工艺,以质量分数为0.5%~2.5%的骨胶水作为施胶剂对生宣进行表面施胶,探讨骨胶用量对宣纸外观、施胶程度、结构和力学性能的影响。实验结果显示:熟宣的D65亮度与骨胶质量分数呈线性负相关,表明骨胶自身呈淡黄色且胶液质量分数的梯度递增是影响熟宣光学性能及外观的主导因素。宣纸施胶前后总色差(ΔE)随骨胶质量分数升高而增加,胶液质量分数≥1.5%时即产生轻微可视色差。骨胶水施胶可有效抑制生宣的吸水性以满足熟宣的实用需求,骨胶质量分数>1.5%后熟宣的疏水特性显著增强。熟宣的厚度和定量随骨胶质量分数升高明显增加,紧度值有所降低,反映了施胶的有效性,其中骨胶的附着是改变宣纸厚度和定量的直接原因,此外纸张在施胶过程中被胶液浸润-自由干燥过程以及骨胶分子吸水膨胀-干燥收缩等多种应力共同参与了宣纸立体结构和尺寸的改变。当骨胶质量分数≤2.0%时,骨胶对宣纸纤维孔隙具有明显填充作用,熟宣随骨胶质量分数增加表现出更高的强度、弹性和柔韧性,这一作用来源于宣纸内部纤维-骨胶体系带来的更多有效结合及更高的键合强度,继续提高骨胶质量分数,宣纸内部孔隙结构的有效填充已达到饱和,施胶对宣纸机械性能的提升作用开始减弱。因此,在熟宣实际加工过程中,骨胶质量分数不宜超过2.0%,即可实现对熟宣纸页物理性能的有效提升和改变。

4种富阳竹纸的耐老化性能

为研究富阳竹纸的耐老化性能,选取杭州富阳逸古斋元书纸有限公司生产的超级元书、二级元书、冬纸壹号及古籍修复纸这4种富阳手工竹纸进行干热加速老化试验。基于样品的D65亮度、抗张指数、断裂伸长率、表面pH及热稳定性等理化性能指标在老化过程中的变化情况,分析富阳竹纸的耐老化性能。试验结果表明:所有竹纸样品的D65亮度在老化过程中发生了不同程度的下降,其中经过纯碱二次煮料或化学漂白的竹纸,老化前后D65亮度的变化相对较小,即竹纸的D65亮度稳定性与纸浆的处理程度呈正相关。但经过多次煮料和化学漂白的竹纸,其热稳定性在老化后发生小幅度的下降,说明工艺处理程度过大会影响竹纸的热稳定性。强度方面,初始抗张指数较高的竹纸,经老化后仍保留较好的强度性能。在老化过程中,所有竹纸样品的pH均逐渐降低,其中化学漂白竹纸的下降幅度最大,即化学漂白会加速竹纸的酸化。4种富阳竹纸的耐老化性能存在差异:冬纸壹号各方面的性能在老化过程中相对比较稳定,超级元书的各项性能经老化后发生了一定程度的下降,二级元书的强度稳定性和热稳定性能较好,古籍修复纸的D65亮度稳定性最好。

竹纸老化的热解特性及其老化程度的量化评价

为探讨表征纸张老化特性的新指标,对竹纸进行不同条件的干热老化处理,利用热重法(TG)研究竹纸老化后的热解特性,并测定纸张的抗张强度,计算抗张指数保留率(Ri)。实验结果表明,随老化温度升高,竹纸的TG曲线及DTG曲线中的特征温度依次降低,其热稳定性变差。热解特征温度T_(0.5)随老化程度加剧而不断下降,其差值ΔT_(0.5)可作为评价竹纸老化程度的参数。对不同老化条件下竹纸的ΔT_(0.5)与Ri进行回归分析,结果显示竹纸的ΔT_(0.5)与Ri之间存在指数关系,可建立评价竹纸老化程度的量化模型。以实验所测其他种类竹纸样品的ΔT_(0.5)和Ri通过平均绝对百分比误差和后验差检验来综合验证指数模型的精度,所得结果均符合两种指标对模型高精度拟合等级的划分标准,表明该模型对不同种类竹纸的老化程度评价具有较好的有效性,尤其对珍贵纸张的老化研究具有微损分析的独特优势。

《富阳竹纸》《瓯海屏纸》书评

手工纸调查研究的书不少,据笔者所掌握的情况,将一个地方的手工纸写成一本书,为数尚不多,《富阳竹纸》[1]《瓯海屏纸》[2]（以下简称两书）是其中有代表性的两本.两书有不少共性：都是研究浙江的竹纸,且其制作技艺都被列入国家级非物质文化遗产项目名录.

《吴兴团扇名天下——湖州羽毛扇传统工艺》书评

扇子在中国具有悠久的历史,在传统的日常生活中起到了重要的作用.扇子中的工艺扇,不仅具有实用功能,还有审美情趣,一直为历代文人墨客津津乐道.湖州羽毛扇作为中国名扇之一,向以选料严格、制作精美、质软风柔而著称.湖州也因此成为我国传统羽毛扇主产区之一.2007年,湖州羽毛扇制作技艺被列入第二批浙江省非物质文化遗产名录.

《富春江渔文化记忆》书评

近年来随着我国对非物质文化遗产(以下简称“非遗”)保护工作的不断加强,许多原本濒临消亡的优秀传统文化得以保留并为世人所了解.《富春江渔文化记忆》[1]正是一本研究浙江省钱塘江中游——富春江流域濒临消失的渔文化的佳作.

原料及制作工艺对富阳竹纸性能的影响

富阳竹纸的制作工序繁多,不同的原料和工艺均会使得纸张的品质及性能有所差异。为探讨原料和工艺对富阳竹纸性能的影响,选用不同竹种、制作工艺的4种富阳竹纸为研究对象,对所选竹纸的纤维形态、紧度、D65亮度、抗张指数及断裂伸长率、热稳定性等进行测试分析。试验结果表明:制作工艺对成纸的纤维形态产生一定的影响,进而影响纸张的紧度、强度等性能。原料未去青的富阳竹纸,其紧度、D65亮度等性能较低。制浆时增加煮料次数,有利于竹料的打浆和提升竹纸的抗张指数,但打浆时间过长易使纸浆纤维发生打断等损伤,影响竹纸的强度。化学漂白及多次碱煮处理可以提高富阳竹纸的紧度、D65亮度和柔韧性等性能,但会降低纸张的热解温度,从而对竹纸的热稳定性产生不利的影响。4种富阳竹纸中,苦竹纸在热失重的初始分解温度(T 0.05)、半寿温度(T 0.5)以及最大质量损失率温度(T max)均高于毛竹纸,即苦竹纸的热稳定性优于毛竹纸。因此,实际生产中,应根据用纸的性能需求,采用合适的原料和制作工艺。

帘漾金精浪——台湾手工造纸专家王国财先生访谈录

王国财先生致力于手工纸及相关研究工作,先后完成约150种造纸原料的纤维形态与化学成分分析,原料制浆漂白研究,中性施胶剂及造纸系统发展、细小纤维留存研究,手工纸耐久性研究,泥金书写及墨色研究,高分子材料包括合成树脂、装裱用糨糊及斑石纹纸胶液应用研究及纸张涂布研究等多项科研成果.他基于对纸张的大量研究,从纸张耐久性、品相、适用性出发,成功研制出磁青纸、粉蜡笺、羊脑笺、仿宋罗纹等200余种纸,应用于书画创作、书画装裱及修复等诸多领域.退休后,王国财先生专注于用手工纸抄书,同时在技术层面上指导澄心堂造纸,以此实现对造纸技艺和纸张研究成果的传承与发展.

秦俑古代修补粘接材料的分析研究

在秦始皇陵兵马俑的发掘过程中,考古工作者在俑体上发现了一种青灰色的泥质粉末,其在秦俑上起着粘接和修补的作用,被称为焊泥。此类材料在彩绘陶器的考古发现中并非个例,山东青州、危山,陕西咸阳杨家湾等地出土的汉代陶俑也发现了类似的修补粘接材料。为探究焊泥的成分和工艺,本文通过X射线荧光(XRF)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、气相色谱质谱(GC-MS)等方法对焊泥进行了科学分析,得到了焊泥成分及其相关工艺的初步成果。该研究填补了秦俑古代陶器修补粘接材料研究的空白,可为今后古代陶器修补材料的研究提供科学参考。

老化竹纸的微观结构变化对性质的影响分析

我国大量的竹纸文物面临严重的老化糟朽问题,为进一步探讨竹纸的老化行为,对采集的传统手工竹纸进行人工加速老化处理,结合傅里叶变换红外、X射线衍射、扫描电子显微镜、抗张强度测试、热重分析以及动态水分吸附等多种方法,研究老化竹纸的微观结构变化对纸张性质的影响.结果表明,竹纸老化后内部–OH、C–O–C等基团的红外吸收峰强度下降,纤维分子链降解断裂产生了C=O等新基团.老化过程中竹纸的纤维结构受损使纤维素结晶度指数CrI呈现先升后降的趋势,与纤维素结晶区和无定形区对老化作用的敏感差异有关.竹纸老化后出现纤维断裂、粉化等微观形貌变化是纤维结构遭受破坏的直观表现.由于老化竹纸的纤维分子链降解断裂使纤维的自身强度降低,纸张的力学性能下降.纤维素结晶区受损使纸张的热稳定性变差,表现为老化竹纸的热解特征温度T0.05、T0.5及Tmax整体降低.毛细结构受损、羟基等亲水基团的含量降低是老化竹纸吸湿性下降的主要原因.纸张的性质劣化与其微观结构的改变密切相关,在科学制订纸质文物的保护方案以及评估保护效果时,需注重检测纸张的内部结构,有助于在古籍文物的修复实践中达到最佳保护效果.

湘西苗族地区清至民国时期民间纸契的原料及用纸特征分析

湘西麻阳苗族地区清康熙至民国时期的系列民间纸契是研究湘西少数民族地区社会历史的珍贵史料,其中部分纸契受损严重,亟待保护。为制订科学的保护方案,对系列纸契的用纸原料进行鉴定,并测试纸张的物理性质。结果表明,纸契的原料种类呈现多样化,构皮纸、竹纸、三桠皮与竹的混料纸兼而有之,不同历史时期的用纸变化一定程度上会受到造纸业主流发展趋势的影响。红色染色纸契仅以竹纸为原纸,可能与其紧度高、吸水性强、染色效果好有关。民间纸契的原料种类和相关物理性质的差异性较大,对此类档案的修复需重视纸张本体的科学检测,有助于选取合适的修复用纸以达到最佳的保护效果。