胡維星

（棲霞市中醫(yī)醫(yī)院，山東 棲霞 265300）

引言

近年來(lái)，隨著生物技術(shù)的發(fā)展，一些生物材料逐漸被應(yīng)用于紙質(zhì)檔案的修復(fù)中。其中，細(xì)菌纖維素作為一種天然、可降解的生物材料，具有優(yōu)良的物理性能和穩(wěn)定性，受到了廣泛關(guān)注。細(xì)菌纖維素是由某些細(xì)菌在一定條件下分泌的一種天然高分子材料，具有較高的結(jié)晶度和分子排列規(guī)整性，使其具有優(yōu)良的力學(xué)性能和穩(wěn)定性。此外，細(xì)菌纖維素的生產(chǎn)過(guò)程中不使用任何化學(xué)原料，是一種環(huán)保、可持續(xù)的生物材料。這些特點(diǎn)使得細(xì)菌纖維素在文物保護(hù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 細(xì)菌纖維素的介紹與研究背景

細(xì)菌纖維素（BacterialCellulose，BC）是由特定的微生物（主要為細(xì)菌）產(chǎn)生的細(xì)胞外纖維素。作為一種新型的生物材料，它具有許多獨(dú)特的性質(zhì)和優(yōu)勢(shì)，包括良好的生物親和性、相容性、降解性、適應(yīng)性、高持水性、結(jié)晶度、良好的納米纖維網(wǎng)絡(luò)、高張力和強(qiáng)度，以及良好的機(jī)械韌性等。

近年來(lái)，隨著對(duì)細(xì)菌纖維素的研究不斷深入，其生產(chǎn)方法和應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展。目前，木醋桿菌是研究最多的能夠產(chǎn)生細(xì)菌纖維素的菌種，其培養(yǎng)過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，使用含有葡萄糖、蛋白胨、酵母粉、Na2HPO4 等營(yíng)養(yǎng)成分和pH 值調(diào)節(jié)材料的培養(yǎng)基即可［1］。然而，盡管細(xì)菌纖維素具有許多優(yōu)良性質(zhì)和應(yīng)用前景，其研究和應(yīng)用仍面臨一些挑戰(zhàn)，如生產(chǎn)效率、純度、可控性等方面的問(wèn)題。未來(lái)，需要進(jìn)一步深入研究細(xì)菌纖維素的形成機(jī)制、性質(zhì)調(diào)控等方面的內(nèi)容，以推動(dòng)其在更多領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。

2 紙質(zhì)檔案修復(fù)技術(shù)概述

我國(guó)的檔案修復(fù)工作源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，從先秦開(kāi)始就有了很長(zhǎng)的發(fā)展和傳承。檔案文件的傳統(tǒng)修復(fù)方法是利用淀粉中含有的大量羥基和水分，使其黏合、對(duì)接和增強(qiáng)；除此之外，他還需要用到一些動(dòng)物的膠水，比如魚(yú)頭、魚(yú)骨、魚(yú)皮，這些東西都可以用來(lái)做膠水，再用來(lái)黏合和修補(bǔ)紙張，但動(dòng)物膠的制造比較復(fù)雜，在這個(gè)時(shí)代也很難實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)今社會(huì)，科技發(fā)展推動(dòng)了物質(zhì)化學(xué)研究的進(jìn)步，進(jìn)而促使檔案復(fù)原技術(shù)多樣化。紙質(zhì)檔案修復(fù)技術(shù)主要包括去污、去酸、加固、修裱、字跡恢復(fù)等。具體方法包括機(jī)械法、化學(xué)溶劑法等。去酸技術(shù)的目的是使檔案紙張接近中性，延長(zhǎng)壽命，加固技術(shù)使用紙張、粘合劑加固破損檔案。修裱技術(shù)則是對(duì)破損檔案進(jìn)行修復(fù)，字跡恢復(fù)技術(shù)使模糊或褪色字跡變清晰。此外，紙質(zhì)檔案修復(fù)還需要注意一些原則，修復(fù)需遵循保持原貌、不損壞有價(jià)值歷史痕跡的原則，使用的材料和方法應(yīng)符合永久保存要求，并具有可逆性，以最大限度地延長(zhǎng)檔案壽命。

3 研究方法與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備儀器

（1）實(shí)驗(yàn)材料：細(xì)菌纖維素、普通復(fù)印紙（70 g/m）、宣紙、書(shū)寫(xiě)稿紙、學(xué)生實(shí)用繪圖儀、NaOH、丙三醇、水。

（2）設(shè)備儀器：電子天平、定距裁紙器、量筒、燒杯、過(guò)濾網(wǎng)、酒精燈、玻璃棒、稱(chēng)量血、液體溫度計(jì)等，還有纖維標(biāo)準(zhǔn)解離器、恒溫恒濕試驗(yàn)箱、ZB-A 色度儀、ZPM-1000 型紙張耐破度測(cè)定儀、紙張撕裂度測(cè)定儀、微電腦測(cè)控拉力試驗(yàn)機(jī)、MIT 耐折度測(cè)定儀等。

3.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程與操作步驟

首先，需要確保細(xì)菌纖維素處于中性環(huán)境中。這是因?yàn)榧?xì)菌纖維素在弱酸環(huán)境下能更好地保持其品質(zhì)，同時(shí)也有助于延長(zhǎng)其保質(zhì)期。但當(dāng)我們準(zhǔn)備使用它時(shí)，必須用大量的清水沖洗至中性。第二步，使用纖維疏解器對(duì)細(xì)菌纖維素進(jìn)行細(xì)致的解離，使得纖維能夠均勻地懸浮在水中，形成細(xì)菌纖維素漿液。這個(gè)步驟相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要特殊的實(shí)驗(yàn)環(huán)境或高超的操作技能。第三步，完成漿液制備后，再通過(guò)表面涂刷的方式，將細(xì)菌纖維素均勻地應(yīng)用到紙張上。使用排刷確保紙張完全被涂刷，然后用玻璃棒推勻。第四步，將涂刷后的紙張平放在工作臺(tái)上，并在上面鋪一層塑料紙以防止紙張與臺(tái)面粘連。在常溫下自然晾干，讓紙張上的多余水分完全揮發(fā)。第五步，通過(guò)一系列測(cè)試來(lái)評(píng)估修復(fù)效果。這些測(cè)試包括光學(xué)性能（如白度變化）和機(jī)械性能（如撕裂度、耐破度、抗張力和耐折度）的測(cè)定。這些性能的變化直接反映了細(xì)菌纖維素在紙張修復(fù)中的應(yīng)用效果。為了更深入地了解細(xì)菌纖維素的修復(fù)效果，本文將研究五個(gè)關(guān)鍵因素：細(xì)菌纖維素漿液的濃度、纖維解離器的轉(zhuǎn)數(shù)、涂布的纖維素量、漿液的pH 值以及涂布溫度。這些因素將直接影響檔案紙張的修復(fù)效果，因此我們的實(shí)驗(yàn)將圍繞它們展開(kāi)。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明與誤差分析

4.1.1 數(shù)據(jù)說(shuō)明

（1）紙張力試驗(yàn)說(shuō)明：張力測(cè)量卡盤(pán)之間的距離設(shè)定為150 毫米，紙樣品的長(zhǎng)度大于175 毫米，寬度為12 毫米。由于部分紙張定量信息不明確，所以本文研究是采用抗張力數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行分析。

（2）紙的耐折度試驗(yàn)說(shuō)明：耐折度試驗(yàn)的拉力為4.9N，折彎的角度為左右135 度±2 英寸。樣品的尺寸長(zhǎng)度大于150 毫米，寬度為15 毫米。

（3）色差測(cè)量試驗(yàn)說(shuō)明：色差測(cè)量是按照國(guó)際照明委員會(huì)制定的CE 標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)體系來(lái)確定的，即紅、綠和藍(lán)三原色是由紅、綠和藍(lán)三原色混合而成，所以用紅、綠、藍(lán)三色漫反射因子Rx、Ry、Rz 對(duì)紙張樣本的亮度、彩度和色調(diào)角度等進(jìn)行標(biāo)記，并與設(shè)定紙張對(duì)比樣本進(jìn)行色差計(jì)算。

（4）受限于紙張本身的纖維性、填充劑的均勻性及實(shí)驗(yàn)操作的誤差，本次測(cè)試的白度隨機(jī)選取了10 組數(shù)據(jù)，取其平均值，每一張紙的取樣量不得多于2 份；每次測(cè)量8 ～ 9 個(gè)紙張樣品，取其抗張力和耐折度的平均值；測(cè)量取得10 組數(shù)據(jù)，去除其中的最大、最小值，然后取其平均值。

4.1.2 誤差分析

（1）儀器誤差：本試驗(yàn)中使用的所有機(jī)械設(shè)備在使用之前都進(jìn)行了校零設(shè)置，但在實(shí)際使用中，因機(jī)械及儀表自身的測(cè)量范圍、測(cè)量精度等原因，難免會(huì)出現(xiàn)一些不可忽視的誤差。

（2）人為誤差：讀數(shù)錯(cuò)誤是常見(jiàn)問(wèn)題，計(jì)算機(jī)測(cè)控讀數(shù)裝置可避免人為誤差。環(huán)境誤差以溫度和濕度為主，建立恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室難度大。實(shí)驗(yàn)中，將每個(gè)試驗(yàn)與原紙Y 組進(jìn)行比較。最后，采用恒溫恒濕（室溫為23℃±1℃，相對(duì)濕度50%±2%）測(cè)試盒在特定環(huán)境下進(jìn)行5 小時(shí)后取出使用，以控制溫度和濕度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。但操作期間溫度和濕度控制仍有難度，這影響了結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。

（3）量化誤差：細(xì)菌纖維素的定量是試驗(yàn)難題，因其強(qiáng)吸濕性和保水性，不能精確地對(duì)細(xì)菌纖維素質(zhì)量進(jìn)行分析。干燥處理后，細(xì)菌纖維素難以恢復(fù)濕膜狀態(tài)，不利制備漿料。因此，本實(shí)驗(yàn)采用估算法計(jì)算含量［2］。比較四種細(xì)菌纖維素在干燥條件下的重量，選擇未打開(kāi)袋子的濕重條件下約為133 克，完全干燥時(shí)約為4.2 克，并以此確定質(zhì)量干濕重量轉(zhuǎn)化標(biāo)準(zhǔn)。

表1：細(xì)菌纖維素質(zhì)量對(duì)比數(shù)據(jù)

4.2 修復(fù)效果對(duì)比分析

4.2.1 細(xì)菌纖維素制漿濃度對(duì)紙張修復(fù)效果的影響

濃度越高，紙張耐折度、耐破指數(shù)、抗張指數(shù)和裂指數(shù)可能會(huì)得到提高。例如，當(dāng)細(xì)菌纖維素的用量為3%時(shí)，紙張耐折度提高44.7%，耐破指數(shù)提高17.9%，抗張指數(shù)提高22.4%，裂指數(shù)提高16.1%。除了上述性能有所提高外，實(shí)驗(yàn)證明，細(xì)菌纖維素可以作為一種檔案修復(fù)材料。修復(fù)后紙張除了白度略有下降外，紙張其他機(jī)械性能均得到不同程度地提高另外，紙張的柔軟度會(huì)隨著細(xì)菌纖維素濃度的增加而降低。對(duì)于雙面有字或字跡遇水?dāng)U散的檔案，不適宜使用高濃度的細(xì)菌纖維素進(jìn)行修復(fù)，因?yàn)楦邼舛鹊募?xì)菌纖維素可能會(huì)影響字跡的擴(kuò)散。

4.2.2 細(xì)菌纖維素打漿轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)紙張修復(fù)效果影響分析

細(xì)菌纖維素打漿轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)紙張修復(fù)效果具有顯著影響。打漿轉(zhuǎn)數(shù)主要影響細(xì)菌纖維素的纖維長(zhǎng)度和分散程度，進(jìn)而影響到紙張修復(fù)后的物理性能和機(jī)械性能。在打漿轉(zhuǎn)速100 000 ～ 900 000 rpm 范圍內(nèi)，紙張修復(fù)后的撕裂度變化呈先上升后下降、波動(dòng)較大的趨勢(shì)，受到纖維素細(xì)小纖維尺寸的影響，撕裂度先上升后下降，隨后又下降，直至打漿轉(zhuǎn)速超過(guò)600 000 rpm 后才逐漸上升；當(dāng)打漿轉(zhuǎn)速超過(guò)90 000 rpm 時(shí)，撕裂度就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)最大值，之后就會(huì)進(jìn)入一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，再也不會(huì)隨打漿次數(shù)的增加而顯著提高?？偟膩?lái)說(shuō)，修補(bǔ)后的紙頁(yè)撕裂程度有了較大的提高。因此，在選擇細(xì)菌纖維素打漿轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，需要根據(jù)紙張的具體情況和修復(fù)要求來(lái)確定。通過(guò)調(diào)整打漿轉(zhuǎn)數(shù)，可以獲得適宜的纖維長(zhǎng)度和分散程度，從而實(shí)現(xiàn)更好的紙張修復(fù)效果。

4.2.3 細(xì)菌纖維素涂布量對(duì)紙張修復(fù)效果影響分析

細(xì)菌纖維素的涂布量對(duì)紙張修復(fù)效果具有重要影響。涂布量決定了紙張表面細(xì)菌纖維素的覆蓋程度和分布情況，進(jìn)而影響紙張的機(jī)械性能和表面質(zhì)量。細(xì)菌纖維素涂布量與紙的撕裂度成正比，隨著涂布量的增大，紙的撕裂度增長(zhǎng)幅度趨于平穩(wěn)。在150 g/ m2至250 g/ m2的 范圍是比較理想 的。由于細(xì)菌纖維素的涂布量對(duì)紙的抗張力的影響曲線有很大的起伏，所以用4%的正負(fù)偏差輔助法和橫向阻力變化曲線作為對(duì)照，當(dāng)細(xì)菌纖維素的涂布量超過(guò)50 g/m 時(shí)，其抗拉力不會(huì)呈線性上升，也不會(huì)有明顯的提高，而會(huì)在一定的區(qū)間范圍內(nèi)波動(dòng)。由此可以看出，當(dāng)涂布量區(qū)間時(shí)，抗拉力并不是持續(xù)上升的。當(dāng)細(xì)菌纖維素涂布量為50 g/m ～ 300 g/m 時(shí)，其抗張力的總體水平是相當(dāng)可觀的。

4.2.4 細(xì)菌纖維素制漿pH 值對(duì)紙張修復(fù)效果影響分析

細(xì)菌纖維素的制漿pH 值對(duì)紙張修復(fù)效果具有一定影響。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)pH 值在4 ～ 6 之間時(shí)，紙張的機(jī)械性能最佳。在此pH 范圍內(nèi)，細(xì)菌纖維素結(jié)構(gòu)松散，能更好地填補(bǔ)紙張表面的纖維間隙，增強(qiáng)紙張的致密性和纖維間的結(jié)合力；當(dāng)pH 值約為8 時(shí)，細(xì)菌纖維素未能充分解離為均勻、潔白的漿液，存在明顯的顆粒和黏凝滯狀物。實(shí)驗(yàn)采取制取細(xì)菌纖維素漿液后再調(diào)節(jié)pH 值的方法。加入微量氫氧化鈉溶液后，漿液未見(jiàn)變色、分層、沉積。但pH 值改變后，細(xì)菌纖維素的保質(zhì)期縮短，2 ～ 3天后開(kāi)始變黃。因此，不宜長(zhǎng)期室溫?cái)R置。選擇適宜的pH 值時(shí)，還需綜合考慮其他因素如細(xì)菌纖維素的濃度、打漿轉(zhuǎn)數(shù)和涂布量等對(duì)紙張修復(fù)效果的影響。

4.2.5 細(xì)菌纖維素溫度對(duì)紙張修復(fù)效果的影響分析

細(xì)菌纖維素的溫度對(duì)紙張修復(fù)效果具有重要影響。在適宜的溫度范圍內(nèi)，較高的溫度可以促進(jìn)細(xì)菌纖維素的活性，加快其分解和作用速度，從而有助于提高紙張的機(jī)械性能。實(shí)驗(yàn)證明，細(xì)菌纖維素漿液溫度對(duì)撕裂度影響不明顯。溫度在40℃時(shí)撕裂度略有下降，其他溫度下保持相同水準(zhǔn)。因此，溫度對(duì)修復(fù)紙張撕裂度無(wú)顯著影響。耐破度在溫度影響下呈曲線變化［3］。60℃時(shí)紙張修復(fù)耐破度較好，但整體溫度變化對(duì)耐破度影響不大。紙張縱向抗張力隨溫度上升呈上升趨勢(shì)，而橫向抗張力則呈非線性變化，40℃左右時(shí)處于較好水平。耐折度隨溫度提高而上升，40 ～ 60℃之間達(dá)到最佳水平，60℃后隨溫度繼續(xù)增加而下降。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，細(xì)菌纖維素是可以通過(guò)溶解的方式進(jìn)行修復(fù)的，但具體的修復(fù)方法和使用效果還需要以后的研究和驗(yàn)證。已有研究證明，將細(xì)菌纖維素以物理分解的方法制成漿料，用于紙張的修復(fù)是可行的。經(jīng)過(guò)處理的細(xì)菌纖維素可以提高紙的綜合性能，也可以用來(lái)修復(fù)破損的紙張。除分解模式外，還可將細(xì)菌纖維素加工成溶液或干薄膜，用于檔案修復(fù)，并提高修復(fù)效果和延長(zhǎng)紙質(zhì)檔案的壽命。同時(shí)，還需要關(guān)注環(huán)保和安全性等方面的問(wèn)題，以確保其在修復(fù)過(guò)程中的可持續(xù)性和可行性。