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纸张木质素的降解反应是什么?

时间:2022-05-09 09:35:09 来源:奚三彩、张溪文《纤维组分对古籍纸质文献老化的影响》

木质素是由苯基丙烷单元构成的芳香族高分子聚合物,分子的结构复杂,原料不同,木质素的结构也有较大差异。木质素单元的侧链上带有多种功能基和化学键,有甲氧基(-OCH3)、羟基(OH)、羰基(O=C)、醛基(-CHO)、醚基(-O-)等,具有相当强的化学反应能力,能够与OH-、SO3H-、SO2-、SH-、S2-、H2SO3及氯水、CIO-、CIO2、过氧化物等发生化学反应。木质素容易氧化,尤其在光照下氧化迅速,形成更多的发色基团,所以木质素是纸张返黄的主要原因

木质素局部化学结构示意图

1、木质素的光氧化降解。木质素中的酚羟通过吸收紫外光或游离基作用,或者说通过直接或间接的光诱导均裂产生酚氧游离基(PhO·)。木质素产生的酚类聚合物,对暴露在游离基自氧化条件的纸张可能有有利影响,有研究表明,木质素可以捕捉纤维素产生的各种游离基。紫外线照射含木质素的纸张,导致酚氧游离基的形成,这些酚氧基进一步被烷或过氧游离基氧化生成邻苯醌和其他发色基团。这是酚类搞氧化剂抑制自氧化反应的机制。木质素产生的酚氧游离基(PhO·)被过氧游离基(ROO·)氧化成为有色的邻醌结构。

木质素分子上至少有两个基团能与过氧游离基发生反应,最明显的是酚醛基团,占木质素基团的10%-15%,占木质素基团48%-60%的愈疮木基甘油β-芳基醚也可以形成酚氧游离基,因此,木质素对纤维素游离基氧化反应有明显的抑制作用,木质素的抑制作用已经得到国外学者的实验数据支持,Forsberg和Lepoutre利用环境扫描河内分分彩平台显微镜(ESEM)观察,结果明显证明了木质素的保护作用。John a.和Carl S.测定了化学浆与机械浆的聚合度和零距抗张强度,结果表明木质素返黄其实具有抗氧化功能,能防止纸张机械性能下降。

综上所述,酚类化合物捕捉游离基产生醌类化合物的反应对于纤维素光降解自由基链反应终止至关重要,纸张在周围环境下自由基反应的数量决定了纸张强度的下降程度,而纸张返黄是木质素抗氧化性能带来的必然后果。因此在手工纸制作过程中,保留一定比例的木质素成分,对于成纸的耐老化性能有一定的帮助。

残存返黄的古籍-素材源自网络

2、木质素的微生物降解。白腐菌是自然界中最主要的木质素降解菌,通过分流胞外氧化酶降解木质素,木质素的微生物降解反应是以自由基为基础,木质素降解聚生成许多活性高的自由基中间体,然后断链产生不同的自由基,降解生成的小分子再经过进一步氧化直致降解为CO2。

3、古籍纸质文献资料的耐久性和完整性是关系到国家政治、经济、文化发展的大事,我们要在全面了解纤维组分对古籍纸质文献老化影响的基础上,在合理选择纸张原材料,有针对性地优化造纸工艺条件以保留适当比例的木质素,优化储存环境,如温湿度、各种有害气体、光照紫外线强度等,以及古籍纸质文献脱酸处理采用的化学河内分分彩平台选择等多方面综合考虑,以提高纸张的耐久性,从根本上延长古籍文献的储藏和使用寿命。

以上内容摘自天一阁博物馆:李贤惠、贺宇红、王金玉,浙江大学文化遗产研究院:奚三彩、张溪文的《纤维组分对古籍纸质文献老化的影响》一文片段。

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