紙張木質(zhì)素的降解反應(yīng)是什么？

木質(zhì)素是由苯基丙烷單元構(gòu)成的芳香族高分子聚合物，分子的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，原料不同，木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)也有較大差異。木質(zhì)素單元的側(cè)鏈上帶有多種功能基和化學(xué)鍵，有甲氧基（-OCH3）、羥基（OH）、羰基（O=C）、醛基（-CHO）、醚基（-O-）等，具有相當(dāng)強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)能力，能夠與OH-、SO3H-、SO2-、SH-、S2-、H2SO3及氯水、CIO-、CIO2、過氧化物等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。木質(zhì)素容易氧化，尤其在光照下氧化迅速，形成更多的發(fā)色基團(tuán)，所以木質(zhì)素是紙張返黃的主要原因。

1、木質(zhì)素的光氧化降解。木質(zhì)素中的酚羥通過吸收紫外光或游離基作用，或者說通過直接或間接的光誘導(dǎo)均裂產(chǎn)生酚氧游離基（PhO·）。木質(zhì)素產(chǎn)生的酚類聚合物，對暴露在游離基自氧化條件的紙張可能有有利影響，有研究表明，木質(zhì)素可以捕捉纖維素產(chǎn)生的各種游離基。紫外線照射含木質(zhì)素的紙張，導(dǎo)致酚氧游離基的形成，這些酚氧基進(jìn)一步被烷或過氧游離基氧化生成鄰苯醌和其他發(fā)色基團(tuán)。這是酚類搞氧化劑抑制自氧化反應(yīng)的機(jī)制。木質(zhì)素產(chǎn)生的酚氧游離基（PhO·）被過氧游離基（ROO·）氧化成為有色的鄰醌結(jié)構(gòu)。

木質(zhì)素分子上至少有兩個(gè)基團(tuán)能與過氧游離基發(fā)生反應(yīng)，最明顯的是酚醛基團(tuán)，占木質(zhì)素基團(tuán)的10%-15%，占木質(zhì)素基團(tuán)48%-60%的愈瘡木基甘油β-芳基醚也可以形成酚氧游離基，因此，木質(zhì)素對纖維素游離基氧化反應(yīng)有明顯的抑制作用，木質(zhì)素的抑制作用已經(jīng)得到國外學(xué)者的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持，F(xiàn)orsberg和Lepoutre利用環(huán)境掃描電子顯微鏡（ESEM）觀察，結(jié)果明顯證明了木質(zhì)素的保護(hù)作用。John a.和Carl S.測定了化學(xué)漿與機(jī)械漿的聚合度和零距抗張強(qiáng)度，結(jié)果表明木質(zhì)素返黃其實(shí)具有抗氧化功能，能防止紙張機(jī)械性能下降。

綜上所述，酚類化合物捕捉游離基產(chǎn)生醌類化合物的反應(yīng)對于纖維素光降解自由基鏈反應(yīng)終止至關(guān)重要，紙張?jiān)谥車h(huán)境下自由基反應(yīng)的數(shù)量決定了紙張強(qiáng)度的下降程度，而紙張返黃是木質(zhì)素抗氧化性能帶來的必然后果。因此在手工紙制作過程中，保留一定比例的木質(zhì)素成分，對于成紙的耐老化性能有一定的幫助。

2、木質(zhì)素的微生物降解。白腐菌是自然界中最主要的木質(zhì)素降解菌，通過分流胞外氧化酶降解木質(zhì)素，木質(zhì)素的微生物降解反應(yīng)是以自由基為基礎(chǔ)，木質(zhì)素降解聚生成許多活性高的自由基中間體，然后斷鏈產(chǎn)生不同的自由基，降解生成的小分子再經(jīng)過進(jìn)一步氧化直致降解為CO2。

3、古籍紙質(zhì)文獻(xiàn)資料的耐久性和完整性是關(guān)系到國家政治、經(jīng)濟(jì)、文化發(fā)展的大事，我們要在全面了解纖維組分對古籍紙質(zhì)文獻(xiàn)老化影響的基礎(chǔ)上，在合理選擇紙張?jiān)牧?，有針對性地?yōu)化造紙工藝條件以保留適當(dāng)比例的木質(zhì)素，優(yōu)化儲(chǔ)存環(huán)境，如溫濕度、各種有害氣體、光照紫外線強(qiáng)度等，以及古籍紙質(zhì)文獻(xiàn)脫酸處理采用的化學(xué)藥品選擇等多方面綜合考慮，以提高紙張的耐久性，從根本上延長古籍文獻(xiàn)的儲(chǔ)藏和使用壽命。

以上內(nèi)容摘自天一閣博物館：李賢惠、賀宇紅、王金玉，浙江大學(xué)文化遺產(chǎn)研究院：奚三彩、張溪文的《纖維組分對古籍紙質(zhì)文獻(xiàn)老化的影響》一文片段。