真空充氮包裝在文獻檔案保藏領域的應用

更新時間：2020-11-19

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真空充氮包裝，是將文獻檔案密封在塑料薄膜檔案袋中，抽出袋內空氣達到預定的真空度后，再充入氮氣，使袋內氮氣壓力與包裝外大氣壓相同，密閉封口。抽真空的作用是將文獻檔案與大氣隔絕，構成低氧、低濕、少酸的小環境，斷絕了微生物賴以生存的氧環境，同時具有防蟲、防霉變的效果。充氮則能降低檔案的老化速度、防止蟲害和霉變的發生。氮氣屬于惰性氣體，分子中存在三鍵N≡N，鍵能非常大，不易被破壞，因此氮氣分子具有很強的穩定性。因此當采用真空充氮包裝后，文獻檔案被氮氣包裹，難以發生化學反應，故而能延緩紙張老化，延長了文獻檔案的保藏壽命。
相關研究人員對真空充氮包裝的保藏效果進行了測試，結果表明：真空充氮包裝的文獻檔案與直接包裝的文獻檔案相比，前者在耐折度、白度、抗張強度、顏色變化方面具有明顯的優勢。
文獻檔案真空充氮包裝保藏效果的影響因素
雖然理論上和相關試驗證明了真空充氮包裝是一種文獻檔案保藏的有效手段，但在實踐中，各個環節的異常因素都會影響真空充氮包裝的保藏效果。目前的研究多集中于真空充氮包裝對紙張老化的影響分析，這些分析結果是基于包裝內氮氣含量保持穩定的前提下得出的。但是在保藏期間，這一前提條件是否成立受到多重因素影響，而相關研究仍顯薄弱。
1、抽真空不*
真空充氮包裝的保藏作用依賴于空氣與文獻檔案材料的隔絕，故抽真空是為了盡可能的減少包裝內殘留的空氣，以便氮氣*代替。為實現這個目的，包裝的抽真空技術和抽真空效果尤為重要，倘若抽真空操作沒有嚴格按照規定的真空度進行作，那么將會導致過多的氣體殘留在包裝內，終影響充氮效果。
2、氮氣氣源的純度較低
上面分析，充氮的作用是利用其化學穩定性減少包裝內文獻檔案因空氣化學反應引起的老化問題，因此充入的氮氣純度必須達到99%~99.9%。當前市場采購的氮氣氣源，在純度方面參差不齊。建議有條件的文獻檔案保藏機構加強氮氣氣源純度的檢驗，避免雜質氣體的影響保藏效果。
3、包裝材料的氮氣阻隔效果
即便采用了完善的抽真空技術和純度很高的氮氣氣源，也難以避免一個問題，就是包裝材料的氮氣滲透。世間宏觀物質都是由大量的、始終處于無規則熱運動的微觀粒子如分子、原子構成。當物質中粒子數密度不均時，分子的熱運動促使粒子從密度高的地方遷移至密度低的地方，如此就形成了擴散，而擴散正是氣體滲透的根本。就文獻檔案的真空充氮包裝而言，其包材的內外兩側，氮氣氣體濃度相差很大，高濃度側的氣體分子吸附、溶解入包材內部，經過擴散，繼而從低濃度側析出，這一過程即為氮氣滲透。由于分子的熱運動是不停息的，氮氣氣體分子對于包裝材料的滲透也是客觀持續存在的。隨著保藏時間的延長，包裝袋中的氣體氛圍由起先的氮氣為主逐漸變化為氮氣、氧氣、二氧化碳三種氣體為主，氧氣含量的升高、氮氣含量的降低，充氮包裝的功效逐漸降低。
雖然這一滲透過程無法避免，但其滲透速率卻可以控制。包裝材料的氣體滲透性主要取決于自身的結構特點，比如分子鏈的極性、剛性、側基、結晶度、密度、取向度等等。因此，基于不同包裝材料對氮氣滲透速率的差異原理，可以利用選擇包材種類來控制氮氣的滲透速率。氮氣透過量這一參數是直觀的選擇依據。
標準集團（香港）有限公司工程師利用壓差法氣體滲透儀，根據GB1038的相關規定，分別測試了PVDC膜，HDPE膜、LDPE膜、PET膜、BOPP/VMCPP復合膜的氮氣透過量，分別編號為#1~#5。測試條件為23℃、50%RH。試驗結果見表1。

表1 三種材料的阻隔性測試結果
從試驗結果看出，氮氣透過量從高到低依次為#3、#2、#4、#5、#1。其中#3樣品的氮氣透過量是#2樣品的2.9倍，是#4樣品的15倍，是#5樣品的28倍，是#1樣品的353倍。這說明，#1樣品對氮氣的阻隔性優，即對真空充氮包裝內氮氣的保存能力強。PVDC的分子結構是自身對稱的，結晶度高，單位分子結構中含有2個氯原子，氯原子能夠與其他鏈段中的氫原子緊密結合，且分子鏈為線性的頭尾相連的結構，上述種種結構特點使得PVDC的分子間凝集力很強，氮氣等分子很難在其中擴散、移動，故PVDC膜具有高氮氣阻隔性。
文獻檔案真空充氮包裝內氣體氛圍變化監測
作為文獻檔案的保藏機構，采用了真空充氮包裝保藏技術后，在了解保藏效果的影響因素基礎上，應對保藏期間真空充氮包裝內氣體氛圍做嚴格細密的監測研究，以了解不同包材在不同保藏時間階段包裝內氧氣、二氧化碳和氮氣的變化情況，從而合理選材。
正常的空氣成分按體積分數計算是氮約占78%，氧約占21%，剩下的為二氧化碳和其他稀有氣體。而在真空充氮包裝內部小環境中，氮氣所占比例更大。筆者做了一個簡單試驗研究，對于HDPE和LDPE兩種材料的真空充氮包裝，利用蘭光HGA-02頂空氣體分析儀測試其在不同時間間隔內包裝內氧氣和二氧化碳的占比。結果見表2。從表中數據可以看出，150d后兩種試樣中氧氣含量高的為LDPE真空充氮包裝，而且兩種試樣均檢測出少量的二氧化碳氣體。此時，兩種試樣的保藏效果均大打折扣。
表2

文獻檔案是我國科技文化成果傳承的珍貴寶藏，在保藏環境日益惡化的今天，亟需現代化的保藏手段。真空充氮包裝應用于文獻檔案保藏，具有效果好、成本低的優勢。但同時，抽真空效果、氮氣氣源的純度以及包裝材料對于氮氣的滲透性都會影響真空充氮包裝對文獻檔案的保藏作用，建議除了加強上述因素的控制之外，還應建立包裝氣體氛圍的定期監測，以實現保藏作用的長期有效。