细菌纤维素在纸质档案修复中的应用研究

文/山东李楼煤业有限公司 张燕娣

细菌纤维素是一种重要的天然多聚物，具有优异的稳定性和功能性，在文物保护和纸质档案修复方面具有重要意义。细菌纤维素具有抗水分膨胀、抗微生物污染以及抗酸碱损坏等特性，可有效提高纸质档案的修复率，并且可以在不影响文档原有特性的情况下进行修复。由于现有的修复技术在纸张黏合效果方面存在较大问题，因此寻找一种适合于纸质文物保护的修复技术是当前亟待解决的问题。近年来，细菌纤维素作为一种新型生物材料，因其具有高强度、高韧性、抗老化和耐腐蚀等特性，已被广泛应用于生物医药、食品、化学化工、环境保护等领域。利用细菌纤维素材料进行纸张修复是一种新型的纸质文物保护修复技术。基于此，有必要讨论细菌纤维素在纸质档案修复中的应用要点，以便为纸质档案修复提供参考和指导。

一、细菌纤维素结构及特性研究

细菌纤维素（Bacterial Cellulose，BC）是一种具有抗菌特性的纤维素，它是由许多细菌分泌的多糖类物质构成的结构紧密的复合物。它的主要结构成分是由单糖单元链组成的细胞壁结构，可以抵抗化学腐蚀，抗湿度，并具有优异的机械性能。细菌纤维素的结构是由多种不同类型的多糖单元链组成的，它们形成了一个由多种多糖类物质构成的网络结构。它具有高度结构性，可以抵抗破坏，并具有高度的弹性，可以很好地调节纸质档案的修复。细菌纤维素还具有优异的保护性能，可以有效防止纸质档案的污染和腐蚀。它具有良好的附着性，能够有效地减少档案的损坏，并保护它们的机械性能。此外，它还具有优异的可塑性，可以有效地改变档案的外观和结构。细菌纤维素作为一种新型生物材料，在一定条件下可形成三维网状结构并具有高强度和高韧性。它具有优良的生物相容性和生物可降解性，不会对环境产生污染。同时它具有良好的耐酸、耐碱、耐候性、耐污性和耐湿性等性能，可用于制备具有生物相容性和生物可降解性的纸张保护材料。因此，将细菌纤维素应用于纸质文物保护领域具有广阔的前景。

细菌纤维素是一种可以用于修复纸质档案的可靠材料，它能够提供长期的保护，防止文件因潮湿、污染等情况受到损害。细菌纤维素的另一个优势是它的耐磨性，它可以在文件的表面形成一层保护膜，从而有效防止文件表面的磨损和老化。细菌纤维素的应用还可以帮助修复档案文件中的残缺，例如缺失的文字或损坏的图片，以及防止未来的损坏。此外，它还可以防止文件中潜在的有害物质，通过提供一层有效的保护膜而对文件造成损害。细菌纤维素在纸质档案修复中的应用非常多样，从简单的护理，到修复缺失的文字和图像，以及抗紫外线和耐腐蚀等功能。然而，它也有一些不足之处，比如昂贵的成本和易受潮湿影响等。

二、纸质档案损坏原因分析

纸质档案的损坏有多种原因，其中最常见的原因是机械性的损坏，如撕裂、折叠、破损等。这些机械性的损坏可能是由于档案的物理性质和物理环境的不稳定性造成的。另一种常见的原因是化学性的损坏，这是由于档案受到有害物质的影响，如氧化剂、湿度、酸性和温度等，造成档案颜色变暗、变脆、模糊等情况[1]。

有些档案还受到生物性损坏的影响，这是由于档案暴露在细菌、真菌等微生物的环境中，造成的档案变质、腐烂、发霉等情况。其中最严重的是细菌纤维素的污染，它会对档案的结构和性能造成严重损害。不仅如此，档案还容易受到由于人为因素而引起的损坏，如破坏、拆卸、偷盗、破坏等，这些都会直接导致档案的不完整。此外，还有一些不可控制的因素，如火灾、水灾等，也会对档案造成损坏。

三、细菌纤维素修复纸质档案的可行性

当前，细菌纤维素的制备技术已较为成熟，可采用现代化工业化技术实现规模化。黑碳材料由于其特殊的理化特性，如高结晶度、超细纳米网状结构、高拉伸强度、高弹性模量等，在纸质档案的增强防护方面极具潜力。利用组合式碾磨机、标准稀释器和高压微喷射器的高压均匀化，使纤维素中的纤维得到完整的单根纤维。细菌纤维素具有较高的透明性，既能对纸页进行修补，又不会对纸页造成过多的影响。但由于纸面上的施胶存在着一种疏水性，使纸面上的黑碳与亲水性黑碳之间的结合强度降低。用氨基化方法对黑碳纤维表面进行改性，可以有效地降低黑碳纤维的亲水性，增强黑碳纤维与纸浆的结合强度。此外，细菌纤维素具有纳米网络的孔隙结构，能够实现对碱性纳米颗粒的稳定装载；而氧化镁作为一种较为稳定的除酸剂，能够为纸张提供适宜的碱度储备，利于纸张的长期稳定保藏。如果使用浸渍方法进行处理，则可以使分散液穿过纸张的空隙，渗透到纸张的内部，对破损的纤维进行修补，提高了纤维之间的附着力，使之能够对纸张进行长时间、高效率地修补，最终达到对纸质档案的良好保护和保存[2]。

利用FTIR、XRD、SEM等手段，对修复前后纸张的化学结构、结晶性、修复液组分等进行分析，并对修复液中的各种组分进行分析，从而阐明修复液中各种组分与纸张衰老过程中的作用机制。通过研究不同陈化期对纸张的机械强度、pH、白度、色度等指标的变化，以及修复液中活性组分的分布情况，以及纸张表面化学特性、结晶度等指标的变化情况，全面评估修复液对纸张的增韧与稳定性。

四、细菌纤维素在纸质档案修复中的应用要点

（一）应用思路分析。细菌纤维素在纸质档案修复中的应用研究已被广泛认可。它的优点是，它可以帮助修复破损的档案，有助于档案的保存。它的缺点是，它的应用有一定的风险，如果不当使用，可能会造成档案损坏。为了更好地了解细菌纤维素修复效果，有必要进行深入的研究。为了更好地了解细菌纤维素修复效果，本研究将对细菌纤维素修复前后的纸质档案进行对比研究。首先，我们将采用实验方法，对不同温度下细菌纤维素修复纸质档案的效果进行测试，以便更好地了解它的应用效果。其次，采用定量方法，对细菌纤维素修复前后的纸质档案进行比较，以便更好地了解它的修复效果[3]。

（二）制备细菌纤维素分散液。制备细菌纤维素分散液是纸质档案修复中应用细菌纤维素的关键，为提升应用效果，可用去离子水来充分冲洗细菌纤维素湿膜，将表面的杂物、杂质等全部清理干净。在0.1 M的氢氧化钠溶液中持续加热煮沸60分钟，洗去内部残留的培养基和菌体，并用蒸馏水进行多次冲洗后，选择用浓度为0.3%的乙酸溶液进行中和，通过加入蒸馏水的方法将细菌纤维素分散液的pH调整到7左右。此后，再将细菌纤维素湿膜，切成规格为1 cm×1 cm×0.8 mm的小块，放入实验室捣碎机中破碎振捣3次，再用去离子水过滤洗涤细菌纤维素碎块，将细菌纤维素加入1升超纯水中，用标准疏解机进行以每小时40000转的速度进行分散。分散完成后在45巴的压力下，均质5次，然后在90巴的压力下，均质5次，去除水，得水，配制质量浓度为0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%的细菌纤维素分散液。

（三）纸质档案的选择和预处理。选择待修复的纸质档案，将其拆解为单页纸张，按照ISO187:1990标准将纸质档案拆解后的纸张放入恒温恒湿的环境中，温度在22℃～24℃，湿度在48%～52%，平衡水分24小时，纸质档案的理化性质如下：定量56.26±0.23 g/cm2，pH为6.47±0.02，水分为6.75±0.02%，张拉指数为18.75±0.05 N·m/g，撕裂指数为3.55±0.07 mN·㎡/g，耐折次数为5±0.8次。在室温下，将制备好的纸质档案平放于洁净的玻璃盘上，然后在纸质档案单页上喷洒适量的细菌性纤维素，并用玻璃棒轻轻地揉搓，将其中的气泡排出，让细菌性纤维充分地包裹试纸质档案，并去除其中的细菌性液体。在此基础上，将喷洒有细菌纤维素的纸质档案快速浸泡在再生液中，在一定的温度和时间下，获得了细菌纤维素增强的纸质档案[4]。将强化后的纸质档案试样通过虹吸式清洁设备去除再生中残余的氧化锂或者是二甲基乙酰胺，然后以一定浓度的甘油水溶液对其进行塑化，并将其置于干净的玻璃平板上，置于室温阴凉干燥处进行自然干燥。

（四）细菌纤维与植物纤维配合的应用。在10000转的情况下，将得到的具有良好分散性的细菌纤维按一定的比例和打浆度进行调整。对于40℃SR的植物纤维配合修复，测试修复后纸质档案的强度，加入了细菌纤维后，纸质档案的各种物理强度得到了一定的改善。随着细菌纤维含量的增大，纸质档案的耐折度、裂断长、耐破指数和撕裂指数也随之增大，在细菌纤维含量约为3%时，其各项性能均达最大，其抗拉强度提高68%，耐折度提高4.9，耐破指数提高了1.5，撕裂指数提高了29.6%。但是，如果继续增加，各种物理强度都会降低。但总体而言，在纸质档案修复中合理应用细菌纤维，可大幅度提升纸质档案的物理性能，提升纸质档案的耐久度。

（五）在纸质档案增白、表面处理、压光中的应用。细菌纤维素是由细菌所合成，具有与纤维素相同的结构和生物性能，可用于纸质档案的增白、表面处理、压光和涂布等修复和处理。研究表明，细菌纤维素具有良好的生物降解性能，能够被微生物所利用，其对酸、碱和有机溶剂有较强的耐受性[5]。在酸性溶液中，细菌纤维素的溶胀度增大，并在一定程度上增加了其水溶液的稳定性；在碱性溶液中，其溶胀度减小，但具有较好的稳定性。在碱性条件下，细菌纤维素表现出良好的黏弹性；在中性条件下，其溶胀度最小；在酸性条件下，其溶胀度最大。因此，细菌纤维素具有较强的耐酸、耐有机溶剂和机械性能等生物性能，可用于纸质档案的增白、表面处理和压光等修复中。

五、细菌纤维素应用于纸质档案修复总结与展望

细菌纤维素在纸质档案修复领域中的应用，是最近几年纸质档案修复领域发展的一个新的热点，这种技术的使用被认为是一种更加可持续的纸质档案修复方法。细菌纤维素用于档案纸张修复，可以更有效地保护和修复纸质档案，从而有效地确保纸质档案的传承和发展。在细菌纤维素应用于档案纸张修复方面，许多研究发现，使用细菌纤维素可以改善纸张的物理性能，使纸张更加耐用，使档案纸张更加耐腐蚀，从而更好地保护档案纸张的稳定性[6]。同时，使用细菌纤维素还可以防止纸张的变色、变质等情况，从而有效地保护文物的完整性。在总结细菌纤维素应用于档案纸张修复方面，应该特别强调它在文物保护方面的重要性。细菌纤维素的使用，不仅可以改善文物的物理性能，而且还可以防止文物的变色、变质等情况，使文物得以完整地保存。此外，细菌纤维素的使用还可以更有效

六、结语

综上所述，结合理论实践，分析了细菌纤维素在纸质档案修复中的应用，分析结果表明，细菌纤维素的制备方法简单，可直接利用现有的纤维素生产设备进行制备，反应条件温和，可在较低的温度和较低的pH条件下进行。纤维素制备后还可以在较短时间内从溶液中分离出来。而且细菌纤维素具有良好的成膜性能，其机械强度和热稳定性均高于普通纤维素。同时细菌纤维素具有较好的亲水性能，在纸质档案修复过程中可通过加入细菌纤维素改善纸质档案的成纸性能和提高档案的保存质量。细菌纤维素还具有很好的生物降解性能，在处理含酸、含碱等酸性物质的纸张时，细菌纤维素不会对纸张造成降解作用，而且其对碱性物质也有一定的吸附能力。细菌纤维素作为一种新型的修复材料，具有优异的特性，可以有效提高纸质档案的修复率。