Исследование механизма предварительной консолизации бромфосфотунгстата бария перед монтажно‑реставрационными работами с разрушенной бумажной исторической наследием

Почему важно сохранять старую бумагу

От семейных писем до многовековых книг — большая часть человеческой памяти записана на бумаге. При этом сама бумага со временем разрушается: желтеет, становится ломкой и может развалиться при малейшем прикосновении, особенно если во время реставрации она намокает. В этом исследовании изучается новый щадящий способ укрепления сильно разложившейся бумаги перед реставрацией с использованием специального неорганического соединения — фосфотунгстаната бария. Цель — помочь реставраторам сохранить хрупкие документы и произведения искусства, не нанося им дополнительного вреда.

Проблема хрупкой, чувствительной к воде бумаги

Старая бумага теряет прочность со временем, поскольку её главный компонент — целлюлоза — разрушается под воздействием влаги, тепла, света, кислот, микроорганизмов и насекомых. Для сильно повреждённой бумаги рутинные консервационные процедуры — такие как промывка, обезкисление или подклейка — часто требуют водных паст или ванн. Ирония в том, что вода может вызвать набухание и разделение уже хрупких волокон и привести к их распаду, превращая страницы в кашицу. Традиционные сухие методы ремонта избегают воды, но технически сложны и не удаляют кислотность. Поэтому реставраторам нужен способ дать разложившейся бумаге достаточно временной прочности, чтобы она выдержала влажные процедуры безопасно.

Химическая поддержка в два этапа

Метод, изученный в работе, — это обработка «предварительной консолидации», проводимая не в воде, а в спиртах, которые гораздо меньше вызывают набухание бумаги. Сначала бумагу наносят кистью раствором фосфотунгстовой кислоты в этаноле, который проникает в сеть целлюлозных волокон. После высыхания наносится второй раствор — гидроксида бария в метаноле. В тех местах внутри бумаги, где оба реагента встречаются, происходит реакция с образованием крошечных нерастворимых частиц фосфотунгстаната бария. Предыдущие практические работы показали, что такое отложение in situ может удерживать рассыпавшиеся листы бумаги от разрушения и предотвращать растекание водорастворимых чернил, но основной механизм оставался недостаточно понятным.

Вглядевшись вблизи: как взаимодействуют волокна и частицы

Чтобы исследовать происходящее на микроскопическом уровне, авторы использовали модельные системы из карбоксилированных целлюлозных нанофибрилл — очень тонких, химически модифицированных нитей целлюлозы, взвешенных в воде. Они смешивали эти нанофибриллы с фосфотунгстовой кислотой и наблюдали, что молекулы кислоты сильно прилипают к целлюлозе, образуя множественные водородные связи с гидроксильными и карбоксильными группами волокон. Спектроскопические методы и электронная микроскопия показали, что это взаимодействие притягивает отдельные нанофибриллы друг к другу, формируя более плотные, листовидные структуры: кислота действует как многоточечный связующий агент, перестраивая и агрегируя сеть целлюлозы. Когда затем добавляют гидроксид бария, он реагирует с связанной фосфотунгстовой кислотой и образует частицы фосфотунгстаната бария точно там, где кислота была прикреплена, заменяя направленные водородные связи более изотропными ионными связями.

От рыхлой сети к плотному барьеру от воды

Когда ту же химию применяют к реальной бумаге, вновь образующиеся осадки фосфотунгстаната бария располагаются между разрушенными волокнами и на них. Изображения в микроскопе показывают, что необработанная или просто водонасыщенная повреждённая бумага приобретает рыхлую, пушистую структуру с увеличенными порами, тогда как обработанная бумага сохраняет компактную, переплетённую структуру волокон даже после погружения. Измерения углов смачивания и проникновения воды показывают, что по мере увеличения отложений фосфотунгстаната бария бумага медленнее и в меньшей степени впитывает воду. Механические испытания подтверждают, что влажная разрывная прочность состаренной бумаги Сюань значительно возрастает после обработки в обеих основных направлениях листа, а кислотность бумаги частично нейтрализуется.

Последствия для защиты письменного наследия

Проще говоря, работа показывает, что образование фосфотунгстаната бария внутри разрушенной бумаги превращает хрупкий, водопроницаемый каркас волокон в более плотную, менее восприимчивую к влаге сеть. Химическое соединение действует как микроскопический каркас и заполнитель пор: оно стягивает ослабленные целлюлозные нити, заполняет крошечные капилляры, которые в противном случае поглощали бы воду, и помогает бумаге оставаться целой во время влажных этапов реставрации. Хотя полученные результаты в основном относятся к целлюлозосодержащим бумагам и пока не отвечают на вопросы о долгосрочной обратимости, они дают ясное, экспериментально обоснованное объяснение методики, которая уже помогает реставраторам спасать сильно разрушенные документы. Исследование предлагает дорожную карту для адаптации подобных стратегий к другим материалам культурного наследия на целлюлозной основе в будущем.

Цитирование: Zhu, Y., Luo, Y., Li, Y. et al. Study on the pre-consolidation mechanism of barium phosphotungstate before mounting-repairing of degraded paper historical relics. npj Herit. Sci. 14, 145 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02402-0

Ключевые слова: сохранение бумаги, культурное наследие, целлюлозные волокна, предварительная консолидация, фосфотунгстанат бария