紙の劣化（かみのれっか、英: paper degradation）とは、紙が時間の経過や環境要因の影響により、物理的・化学的性質が変化し、強度や外観が低下する現象であるStrlič, M.; Kolar, J. (2005). Ageing and Stabilisation of Paper. Ljubljana: National and University Library.。紙の劣化は主としてセルロースの分解過程によって進行し、その速度や程度は保存環境および製造時の材料に依存するとされるArea, M. C.; Cheradame, H. (2011). "Paper aging and degradation: Recent findings and research methods". BioResources 6(4).。
概要
紙はセルロース繊維から構成されており、時間の経過とともに化学的変化や外的要因の影響を受けて性質が変化する。その結果、黄変、脆化、強度低下などが生じるShahani, C. J.; Harrison, G. (2002). "Spontaneous formation of acids in the natural aging of paper". Studies in Conservation.。特に酸性紙はこれらの劣化が進行しやすいとされるLibrary of Congress. "Preservation of Paper and Books".。
主な劣化要因
紙の劣化は、化学的変化を中心に、物理的および生物的要因が相互に関与することで進行するStrlič, M.; Kolar, J. (2005).。主成分であるセルロースは高分子であり、環境条件の影響により分子鎖が徐々に切断されることで強度低下や脆化が生じるArea, M. C.; Cheradame, H. (2011).。
化学的要因 加水分解は主要な劣化反応の一つとされ、セルロースのグリコシド結合が水分の存在下で切断されることで進行する。この反応は酸性条件で特に促進されるStrlič & Kolar (2005)。製紙由来の酸性物質や大気汚染物質によって紙が酸性化すると、分解が連鎖的に進行し強度低下が生じるShahani, C. J.; Harrison, G. (2002)。また生成した有機酸が反応を加速する自己触媒的（生成した酸がさらに分解を促進する）な過程も知られているArea & Cheradame (2011)。
物理的要因 温度および湿度は化学反応速度に影響を与える。一般に温度上昇により劣化は加速するArea & Cheradame (2011)。高湿度環境では加水分解が促進されるほか、吸湿・乾燥の繰り返しによって繊維間結合が弱まり損傷が生じるStrlič & Kolar (2005)。紫外線は化学反応の促進に加え、インクや染料の退色にも関与するLibrary of Congress。
生物的要因 高湿度環境ではカビなどの微生物が繁殖し、セルラーゼによって紙構造が破壊されるFlorian, M.-L. E. (2002).。また紙魚などの昆虫による摂食も物理的損傷・欠損の原因となるFlorian (2002)。
劣化の形態
紙の劣化は主に外観の変化および機械的性質の低下として現れる。代表的なものとして黄変、脆化、強度低下が挙げられるArea & Cheradame (2011). "Paper aging and degradation: Recent findings and research methods". BioResources 6(4).。
黄変は主にリグニンの酸化などの化学変化や酸性環境の影響により生じ、光や熱の作用によって進行が加速することが知られているHon, D. N.-S. (1991). "Photochemistry of lignocellulosic materials". Wood and Cellulose Chemistry.。
脆化はセルロース鎖の切断による平均重合度の低下に起因し、繊維の柔軟性が失われることで紙が折れやすくなる現象であるStrlič, M.; Kolar, J. (2005). Ageing and Stabilisation of Paper.。
強度低下は化学的劣化と繊維間結合の低下の結果として生じ、引張強度や耐折強度の低下として定量的に評価されるArea, M. C.; Cheradame, H. (2011).。
材料による違い
紙の耐久性は原料および製造方法の影響を受ける。木材パルプを原料とする洋紙はリグニンや酸性残留物を含むことがあり、一般に経年劣化が進みやすい。一方、伝統的な和紙はリグニン含有量が少なく、比較的中性に近いpH特性を示すことから、適切な保存条件下では耐久性が高い傾向があるとされる大川昭典『和紙を科学する』。。
劣化の評価・測定
紙の劣化の程度は、物理的および化学的指標を用いて評価される。物理的指標としては引張強度、耐折強度、引裂強度などが用いられ、これらはセルロース分子鎖の長さや繊維間結合状態を反映するArea, M. C.; Cheradame, H. (2011). "Paper aging and degradation: Recent findings and research methods". BioResources 6(4).。化学的指標としては重合度やカルボニル基含有量などが測定され、劣化の進行度を定量的に把握する手段として利用されるStrlič, M.; Kolar, J. (2005). Ageing and Stabilisation of Paper.。
また、pH測定は紙の酸性度を評価する基本的な方法であり、酸性紙は一般に中性紙と比較して劣化が速い傾向にあることが知られているLibrary of Congress. "Preservation of Paper and Books".。これらの評価手法は、文化財保存や図書館資料の管理における基盤となっている。
人工的加速劣化試験
紙の長期的な劣化挙動を短期間で評価するために、加速劣化試験が広く用いられている。これは高温・高湿条件や強光照射条件下に試料を置くことで、自然環境下での長期劣化を再現することを目的とするStrlič & Kolar (2005)。
このような試験は保存材料の耐久性評価や新規材料の開発において重要であるが、実際の長期劣化挙動と一致しない場合があり、結果の解釈には注意が必要とされるArea & Cheradame (2011)。
歴史的背景
19世紀以降、産業革命に伴う機械抄紙の普及と木材パルプの大量利用により、紙の製造は大きく変化した。この工業化の過程で、従来のぼろ布を原料とした比較的中性に近い紙に代わり、リグニンを含む木材パルプ紙やロジンサイズなどの酸性サイズ剤が広く用いられるようになったHunter, D. (1978). Papermaking: The History and Technique of an Ancient Craft. Dover Publications.。
これにより製造コストは低下し大量生産が可能となった一方で、紙の酸性化が進行し、長期保存時における顕著な劣化が問題となったYano, J. (2005). "Preservation of paper and the acid paper problem". Restaurator.。
20世紀後半には、図書館・文書館において酸性紙資料の劣化が深刻な問題として認識されるようになり、これがいわゆる「酸性紙問題（acid paper problem）」として知られるようになったLibrary of Congress. "Preservation of Paper and Books".。
これを契機として、保存科学の分野では紙の劣化メカニズムの解明や脱酸処理技術の開発が進められ、現在の体系的な保存管理手法の基盤が形成されたStrlič, M.; Kolar, J. (2005). Ageing and Stabilisation of Paper. Ljubljana: National and University Library.。
保存科学との関係
紙の劣化は保存科学における主要な研究対象の一つであり、文化財や記録資料の長期保存に関わる基礎的課題の一つである。保存科学では、紙の劣化メカニズムの解明に加え、環境制御、化学的安定化処理、保存材料の開発などが体系的に研究対象となっているStrlič, M.; Kolar, J. (2005). Ageing and Stabilisation of Paper.。
特に20世紀後半以降、酸性紙問題の顕在化を契機に、紙資料の劣化挙動を化学的・物理的に解析する研究が進展し、加速劣化試験や非破壊分析手法などが確立されたLibrary of Congress. "Preservation of Paper and Books".。
このように紙の劣化研究は保存科学の発展と密接に関連しており、劣化機構の解明と保存技術の発展が相互に影響を及ぼしながら発展している。
保存と対策
紙の劣化抑制には低温・低湿で安定した環境の維持が重要であるLibrary of Congress. "Preservation of Paper and Books".。特に温度および湿度の変動は化学反応速度や物理的変形に影響を与えるため、一定の環境条件下での保存が推奨される。
また、脱酸処理は酸性紙中の酸性成分を中和し、酸触媒反応による劣化の進行を抑制する代表的な化学的保存処置であるStrlič, M.; Kolar, J. (2005). Ageing and Stabilisation of Paper.。この処理は資料の長期保存性向上において広く用いられている。
さらに、アルカリ緩衝紙の使用は紙中にアルカリ性物質を含ませることで、外部からの酸性物質に対する緩衝作用を持たせる方法であり、図書館資料や公文書の保存において一般的に採用されているBaker, C. (1995). "Paper Conservation: Preventive Measures". Journal of Paper Conservation.。
これらの保存技術に加え、光照射の制御、空気中の汚染物質の除去、適切な収納材の選定などの総合的な環境管理が、紙資料の長期保存において不可欠であるFlorian, M.-L. E. (2002). Fungal Facts: Solving Fungal Problems in Heritage Collections.。
出典
関連項目 紙 セルロース 酸性紙 保存科学 紙の保存 加速劣化試験
外部リンク https://www.loc.gov/preservation/ Library of Congress - Preservation