一种微粒嵌着式的纸张脱酸保护方法与流程

1.本申请涉及文物脱酸保护领域，特别是涉及一种微粒嵌着式的纸张脱酸保护方法。


背景技术：

2.由于纸张的主要组成为纤维素，纤维素分子链在酸性物质的催化作用下会发生水解，纸张长期处于酸化状态会加速纸张的老化进程，导致纸张强度下降，易碎，易裂，发黄变脆，无法正常使用。因此对酸化纸张及时进行脱酸保护是延长其寿命的有效方法。
3.目前用于纸张脱酸的方法主要可以分为两种，一种是利用碱土金属的水溶液，如氢氧化钙，氢氧化镁，氢氧化钡水溶液等，将这些溶液通过浸泡或喷涂的方式施加到纸张表面，借助这些碱性溶液在水中电离产生的氢氧根离子中和纸张中游离的氢离子，实现纸张的脱酸。另一种是将碱土金属氧化物颗粒与有机溶剂混合成悬浮液，将酸化纸张浸泡在悬浮液中或者将悬浮液喷涂至酸化纸张表面，浸泡或喷涂完成后，碱土金属氧化物颗粒会残留在纸张纤维表面，作为碱残留持续中和纤维内部游离出的氢离子和来自外界的酸性物质。
4.上述两种方法虽然可以实现酸化纸张的脱酸，但仍有一定的局限性。前者利用碱土金属的水溶液对酸化纸张进行脱酸时，由于碱土金属水溶液的化学性质较活泼，因此在脱酸后容易引起纸张变黄，出现纸张表面脱酸不均匀等问题，对脱酸工艺水平的要求较高；后者由于有机溶剂无法溶胀纤维素分子链，且纳米碱土金属氧化物粒子容易团聚成大的颗粒，所以脱酸后大部分碱残留的微粒停留于纸张表面，使纸张表面泛白，覆盖纸张表面的字迹，且微粒易结成斑块，发生脱落。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对上述问题，提供一种微粒嵌着式的纸张脱酸保护方法。
6.本发明所提供的技术方案为：一种微粒嵌着式的纸张脱酸保护方法，包括以下步骤：
7.1)将微粒和表面活性剂加入到水中，配置成水性悬浮脱酸剂；所述微粒为纳米碱土金属氧化物颗粒；
8.2)将水性悬浮脱酸剂通过雾化的方式施加到待脱酸纸张的表面；
9.3)干燥雾化后的待脱酸纸张。
10.上述技术方案中，通过水溶液润湿增加纸张纤维素中的含水量，调整纸张含水量使纤维素纤维发生溶胀，增加纤维之间的孔隙率，使纤维素纤维中出现微纳米量级的孔隙，悬浮脱酸液中的微粒随水扩散进入纤维溶胀产生的间隙中，减少了接触团聚，待纸张干燥恢复正常含水量后，溶胀现象消失，纤维收缩，微粒嵌入、并固化于纤维素纤维中。由于微粒嵌着在纸张纤维内部，所以脱酸完成之后，纸张表面不会出现泛白，且微粒不会结成斑块，不易发生脱落，脱酸效果明显。
11.以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
12.可选的，所述纳米碱土金属氧化物颗粒为氧化镁或者氧化钙。
13.由于微粒的尺寸在微纳米级别，所以在水中容易发生团聚，不易嵌入到纸张纤维中，使脱酸效果降低，加入表面活性剂可以作为分散剂将微粒分散开，减少团聚，使脱酸效果更加明显。可选的，所述表面活性剂选自聚乙二醇，聚乙烯醇，十二烷基苯磺酸，十二烷基苯磺酸钠，聚乙烯吡咯烷酮，十六烷基三甲基溴化铵，十六烷基三甲基氯化铵，六偏磷酸钠，聚丙烯酸钠，聚丙烯酰胺中的一种或多种。
14.可选的，所述水性悬浮脱酸剂中表面活性剂与微粒的质量比为0.5～2。由于表面活性剂的含量直接影响到溶液中微粒的分散程度，当表面活性剂含量较低时，微粒分散程度较差，尺寸较大；当表面活性剂含量过高时，表面活性剂会和微粒一同发生团聚，形成大尺寸的颗粒。因此，进一步可选的，质量比为1～1.5。
15.可选的，所述雾化的方式包括机械雾化、介质雾化或者超声雾化。
16.可选的，所述水性悬浮脱酸剂通过雾化的方式施加时控制待脱酸纸张的加湿率为10～20％。控制纸张的加湿率(在原先纸张中含水量的基础上增加的含水量)达到10～20％。加湿率低时，纸张不能得到充分的溶胀，不能充分固定微粒，加湿率太高时，纸张容易发生褶皱和凹凸不平的变形。
17.水性悬浮脱酸剂通过雾化的方式施加，目的是控制纸张中的水含量，使纤维发生一定程度的溶胀。一般情况下，纤维素纸张的本身含水量为6～8％，适当降低或提高纸张的含水量会使纸张纤维发生可恢复的变形，不会对纸张结构造成破坏。但是当纸张含水量过低时纸张纤维素会发生脆化，强度下降，含水量过高时，纸张纤维素会发生晶型改变，纸张会发生不可恢复的变形，对纸张结构造成破坏。
18.可选的，所述水性悬浮脱酸剂的雾化时间为2～5min。
19.可选的，所述干燥为空气中自然干燥。
20.本发明的有益效果如下：
21.(1)本发明提供的方法可以在不影响纸张表面结构和染料、墨迹的前提下完成对酸化纸张的脱酸，并且可以保持一定的碱残留对纸张进行持续的保护。
22.(2)本发明采用水溶液使纸张纤维素发生一定程度的可恢复的溶胀变形，使纳米碱土金属氧化物粒子嵌着、固化在溶胀产生的纤维间隙中，减少了纳米粒子的脱落、接触团聚，避免了脱酸之后纸张表面出现泛白和产生团聚斑块等问题。
23.(3)本发明利用碱土金属氧化物嵌着对纸张进行脱酸保护，碱土金属氧化物在二氧化碳和水的作用下，生成碱性的碳酸氢盐，中和纸张中的氢离子，实现对酸化纸张的脱酸，由于碳酸氢盐的反应活性较低，所以脱酸过程相对温和，不会造成纸张的泛黄。
附图说明
24.图1为实施例1中脱酸处理过的纸张表面的宏观形貌图。
25.图2为实施例1中脱酸处理过的纸张表面的微观形貌及镁元素的面扫描图片。
26.图3为实施例1中脱酸处理过的纸张横截面的微观形貌及镁元素的面扫描图片。
27.图4为对比例1中脱酸处理过的纸张横截面的微观形貌及镁元素的面扫描图片。
28.图5为对比例2中脱酸处理过的纸张表面的宏观形貌图。
29.图6为对比例3中脱酸处理过的纸张表面的宏观形貌图。
具体实施方式
30.下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
31.为了更好地描述和说明本申请的实施例，可参考一幅或多幅附图，但用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对本申请的发明创造、目前所描述的实施例或优选方式中任何一者的范围的限制。
32.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
33.实施例1
34.向水中加入1％质量分数的聚乙二醇作为表面活性剂，再加入1％质量分数的纳米氧化镁粒子得到水性悬浮脱酸剂。之后将水性悬浮脱酸剂放入到超声雾化器中雾化，将雾化后的脱酸剂通入到脱酸室中，雾化时间为3min，雾化脱酸过程中，控制纸张的加湿率为10～20％。待脱酸室中的待脱酸纸张表面被雾化后的脱酸剂浸润后，取出纸张，使其在空气中自然干燥，即完成脱酸过程。
35.性能测试：
36.如图1所示，实施例1中脱酸处理过的纸张表面没有出现泛黄，纸张表面也没有出现泛白，没有产生团聚斑块等问题。形貌与原始纸张基本保持一致。
37.取实施例1中相同的在未经任何处理的酸化纸张与实施例1中经过脱酸处理过的纸张进行ph值的测试，测试结果如表1所示。从表中可以看出，未进行脱酸时，纸张呈现明显的酸性，在经过悬浮脱酸剂雾化脱酸处理之后，纸张表面的ph值明显提高，综合脱酸效果明显。
38.表1：酸化纸张脱酸前后的ph值
39.测量次数原始脱酸后15.47.825.68.235.27.9平均5.48.0
40.实施例1中脱酸处理过的纸张表面的微观形貌及镁元素的面扫描图片如图2所示，可见氧化镁在脱酸纸张表面均匀分布，表明脱酸后的纸张表面具有足够的氧化镁碱残留量。
41.实施例1中脱酸处理过的纸张的横截面的微观形貌及镁元素的面扫描图片如图3所示，可见，由于水溶液的溶胀作用，使得氧化镁粒子可以均匀的分布在纸张的表面和纸张
内部，使其负载之后更加牢固稳定。
42.对比例1
43.采用悬浮脱酸液对纸张进行脱酸保护，选择全氟辛烷作为溶剂，加入同实施例1中相同的氧化镁粒子组成悬浮脱酸剂，将纸张直接浸泡在悬浮脱酸剂中，之后取出干燥。
44.性能测试：
45.对比例1中脱酸处理过的纸张的横截面的微观形貌及镁元素的面扫描图片如图4所示，可见，氧化镁粒子基本都分布在纸张表面，且分布很不均匀。这是因为悬浮脱酸液的溶剂无法对纸张产生溶胀作用，无法使氧化镁粒子进入到纸张纤维的内部，因此氧化镁粒子主要分布在纸张表面，且易发生团聚，在使用过程中还容易发生脱落。
46.对比例2
47.将实施例1中雾化脱酸过程中，纸张的加湿率调整为25～40％，其余与实施例1的操作步骤相同。
48.性能测试：
49.对比例2中脱酸处理过的纸张的表面宏观形貌如图5所示，可以看出，在脱酸干燥后，纸张表面发生了明显的褶皱变形。这是因为纸张的加湿率较高时，使纤维素产生不均匀结晶化，导致纸张在脱酸干燥后发生褶皱变形。
50.对比例3
51.采用水性脱酸液对纸张进行脱酸保护，选择1wt％的氢氧化钙作为脱酸液，直接将纸张浸泡在水性脱酸液中3min，之后取出干燥。
52.性能测试：
53.对比例3中脱酸处理过的纸张的表面宏观形貌如图6所示，可以看出，在脱酸干燥后，纸张表面发生了明显的褶皱变形。这是因为直接将纸张浸泡在水性脱酸液中，会使得纸张中的含水量过高，使纤维素产生不均匀结晶化，导致纸张在脱酸干燥后发生褶皱变形。
54.实施例2
55.将实施例1中的碱土金属氧化物调整为0.8％质量分数的纳米氧化钙粒子，其余与实施例1的操作步骤相同。最终的脱酸效果与实施例1基本相同。
56.实施例3
57.将实施例1中的表面活性剂调整为1％质量分数的聚乙烯醇，其余与实施例1的操作步骤相同。最终的脱酸效果与实施例1基本相同。
58.实施例4
59.将实施例1中的表面活性剂调整为1.5％质量分数的十二烷基苯磺酸钠，其余与实施例1的操作步骤相同。最终的脱酸效果与实施例1基本相同。
60.实施例5
61.将实施例1中的表面活性剂调整为1.5％质量分数的聚乙烯吡咯烷酮，其余与实施例1的操作步骤相同。最终的脱酸效果与实施例1基本相同。
62.实施例6
63.将实施例1中的悬浮脱酸剂雾化方式调整为介质雾化，介质为压缩空气，其余与实施例1的操作步骤相同。最终的脱酸效果与实施例1基本相同。
64.实施例7
65.将实施例1中的悬浮脱酸剂雾化方式调整为机械雾化，其余与实施例1的操作步骤相同。最终的脱酸效果与实施例1基本相同。