CN103266537A

CN103266537A - 一种利用高压静电纺丝覆膜进行封护加固的纸张保护方法

Info

Publication number: CN103266537A
Application number: CN2013102061594A
Authority: CN
Inventors: 张溪文; 李青莲; 奚三彩
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2013-05-29
Filing date: 2013-05-29
Publication date: 2013-08-28

Abstract

本发明公开了一种利用纺丝覆膜技术对脆弱纸张进行加固与封护保护的方法，在常温常压下，高聚物溶胶在高压静电作用下生成微纳米纤维膜附着在纸张表面，可以提高纸张的抗张强度及伸长率，并有效抵抗尘螨、粉尘、霉菌等外界污染物对纸张的二次污染。该种方法可在常温常压下进行，简单易行，纺丝速度快，处理过程对环境无污染，加固后纸张以及纸张表面的字迹、颜料均不发生明显变化。

Description

一种利用高压静电纺丝覆膜进行封护加固的纸张保护方法

技术领域

本发明涉及一种使用高压静电场纺丝覆膜技术对脆弱纸张，尤其是古籍纸张进行加固封护的方法。

背景技术

作为一种天然的有机材料，纸张在环境因素影响下很容易发生酸化、老化、碎裂，这主要是由于纸张的化学成分发生了不可逆的化学变化，从而使纸张性能大幅度下降，即：纸质中的纤维素、半纤维素和木质素在酸、光照、水分、温度、霉菌和空气中有害物质的因素下发生化学变化的过程。目前国内已经有技术对脆弱老化纸张进行大面积的脱酸和修复，然而，脱酸修复后的纸张如果没有很好的加固封护保存，很容易在螨、粉尘、霉菌等外界污染物的影响下二次酸化或老化，这同样会对纸张造成严重的损害。

目前对纸张进行加固封护的方法主要有丝网加固，热压加膜，真空加膜和树脂加固。但是，丝网加固会对文字造成一定的遮蔽，而且丝网自身易老化，反而会对纸张造成损害；热压加膜是在纸张表面加固一层制备好的塑料膜，这种方法对纸张的质感、外观都有较大的改变；真空加膜法是在真空条件下向放置纸张的容器中通入有机物，使有机物渗入纸张形成保护膜起到加固保护的作用，但是由于设备成本的限制，这种方法无法大规模推广使用；树脂加固是将一定浓度的树脂溶液涂覆在纸张表面对纸张进行加固，由于树脂的浸润性较差，不能很好的渗入纸质纤维内部，溶液在纸质文物表面和内部造成浓度梯度，反而会加速纸张的老化。因此，研究新型、高效、实用的纸质文物加固封护保护技术是当务之急。

高压静电纺丝是一种常见的连续、快速、大面积制备纤维薄膜的方法。使用该方法制备出的纤维直径在微米和纳米之间，制备出的薄膜具有较大的比表面积，合适的孔径以及孔隙率。这样的特性使其在过滤膜、组织工程、超敏感传感器等方面具有广泛的应用。但是目前还没有任何涉及到纸张材料保护方面的应用报道。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用高压静电纺丝覆膜进行封护加固的纸张保护方法。本发明使用一定浓度的高聚物溶液在适宜的高压静电场作用下，产生聚合物的微小射流，运行一定距离后在纸张表面固化附着，生成微纳米纤维薄膜。这些纸张表面的高聚物纤维覆膜可以有效地抵抗外界水汽、粉尘、细菌以及害虫对纸张的侵蚀（同时保持空气流通），并且可以在受到外界应力时通过应变作用减小纸张受到的外力，从而增强纸张的抗张强度等机械性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种利用高压静电纺丝覆膜进行封护加固的纸张保护方法，该方法包括以下步骤：

（1）配置质量体积浓度为0.05-0.2g/mL的高聚物溶液，并置于纺丝覆膜装置的微量进样器中；所述高聚物溶液由每毫升氮氮二甲基甲酰胺（DMF）中加入0.05-0.2g聚偏氟乙烯（PVDF）得到，或者由每毫升乙醇中加入0.05-0.2g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）得到，或者由每毫升蒸馏水中加入0.05-0.2g聚乙烯醇（PVA）或聚环氧乙烷（PEO）得到，或者由每毫升乙酸乙酯中加入0.05-0.2g聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）得到，或者由每毫升由二氯甲烷（DC）和三氟乙酸（TFA）按体积比7:3混合的溶液中加入0.02-0.1g壳聚糖（CS）得到；或者由上述溶液中的任意两种或以上按任意比例混合得到。

（2）将需要加固的纸张放在微量进样器1的纺丝口下端的接收台上，调节高聚物溶液的进样速度为0.5-2.0ml/h。高压电源正极连接在微量进样器下端，负极连接在接收台上。开启电源，调节电压为15-25kV，在纸张上开始纺织高聚物丝网膜。

（3）高聚物丝网膜的厚度达到50-500

，取出纸张，放置在通风处，待剩余溶剂挥发掉即可。

本发明的有益效果是：

1.本发明所采用的方法简便易行，设备简单，常温常压下即可操作。

2.本发明所使用的加固材料简便易得，对环境无污染，对纸张外观无影响。

3.本发明加固纸张在十分钟内即可完成，工作效率高。

4.本发明所制备的高聚物微纳米丝网膜厚度及孔隙率、孔隙大小可控，加固后可以有效隔绝外界污染物如水，灰尘，霉菌，昆虫对纸张造成的损害，并且纤维的网状结构可以使空气分子自由出入，维持纸张良好的保存状态。

5.经本发明加固后的纸张外观无明显变化，抗张强度和伸长率都有较大地提高。

附图说明

图1是高压静电纺丝装置。

图中，微量进样器1、高压电源2、接收台3、正极4、负极5。

图2是高聚物溶液电场纺丝微观形貌照片。

具体实施方式

本发明利用高压静电纺丝覆膜进行封护加固的纸张保护方法，包括以下步骤：

1、配置质量体积浓度为0.05-0.2g/mL的高聚物溶液，并置于纺丝覆膜装置的微量进样器1中。

所述高聚物溶液由每毫升氮氮二甲基甲酰胺（DMF）中加入0.05-0.2g聚偏氟乙烯（PVDF）得到，或者由每毫升乙醇中加入0.05-0.2g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）得到，或者由每毫升蒸馏水中加入0.05-0.2g聚乙烯醇（PVA）或聚环氧乙烷（PEO）得到，或者由每毫升乙酸乙酯中加入0.05-0.2g聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）得到，或者由每毫升由二氯甲烷（DC）和三氟乙酸（TFA）按体积比7:3混合的溶液中加入0.02-0.1g壳聚糖（CS）得到；或者由上述溶液中的任意两种或以上按任意比例混合得到。

2、将需要加固的纸张放在微量进样器1的纺丝口下端的接收台3上，调节高聚物溶液的进样速度为0.5-2.0ml/h。高压电源2正极4连接在微量进样器1下端，负极5连接在接收台3上。开启电源，调节电压为15-25kV，在纸张上开始纺织高聚物丝网膜。

3、高聚物丝网膜的厚度达到50-500

，取出纸张，放置在通风处，待剩余溶剂挥发掉即可。

本发明提供了利用高压静电场纺丝对纸张进行保护的方法，简便易行，有效地避免了以往加膜法所需要使用的真空、高温等可能对纸张有损的条件。所使用的试剂对纸张、环境均无污染，加固速度快，稳定性好。

该方法保护的纸张可以为报纸、宣纸；其他常见的纸张如杂志，竹纸，皮纸，麻纸，档案纸等均可以使用本方法进行加固保护。

下面根据附图和实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。

实施例1

取70年代报纸进行纺丝封护，100ml DMF中加入12g PVDF均匀混合后作为纺丝液，流速为0.7 ml/h，电压15kV，纺丝膜厚度为300

。对纺丝加固后的报纸的围观形貌进行观察如图2所示。可以看出，高聚物纤维分布均匀，网状纤维膜表面孔洞半径大约为1

左右。

实施例2

取安徽红星宣纸进行纺丝封护，100ml乙醇中加入20g PVP均匀混合后作为纺丝液，流速为0.5 ml/h，电压为20kV，纺丝膜厚度为50。测量处理前纸张的抗张强度为0.824 kN/m，处理后纸张抗张强度为0.953kN/m。

实施例3

取70年代报纸进行纺丝封护，100ml DMF中加入15g PVDF混合均匀作为纺丝液，流速为1.0 ml/h，电压为25kV，纺丝膜厚度为100

。测量处理前纸张的水接触角为42°，处理后接触角增长为148°。

实施例4

取现代皮纸进行纺丝封护，100ml蒸馏水中加入10g PVA 混合均匀，70ml DC，30ml TFA与 10g CS混合均匀，上述两种溶液按体积比8:2配置的混合液作为纺丝液，流速为0.7 ml/h，电压20kV，纺丝膜厚度为200

。测量处理前纸张的伸长率为2.48%，处理后纸张的伸长率为5.56%。

实施例5

100ml乙酸乙酯中加入10g PMMA均匀混合后作为纺丝液，流速为1.2 ml/h，电压为17kV，纺丝膜厚度为500。将纤维膜放在人造粉尘的环境中对空气进行过滤，使用空气测试仪对空气中污染物含量进行测定。纤维膜过滤前空气中PM 2.5值为660，过滤后PM 2.5值为72.

实施例6

取苦竹纸进行纺丝封护，100ml蒸馏水中加入18g PEO作为纺丝液，流速为2.0 ml/h，电压为13kV，纺丝膜厚度250

，测量处理前纸张的抗张强度为0.670 kN/m，处理后抗张强度为0.790 kN/m。

实施例7

取90年代报纸进行纺丝封护，100ml DMF中加入5g PVDF混合均匀作为纺丝液，流速0.9 ml/h，电压25kV，纺丝膜厚度为400，测量处理前纸张的抗张强度为0.728kN/m，伸长率3.91%，处理后纸张抗张强度0.854 kN/m，伸长率5.95%。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种利用高压静电纺丝覆膜进行封护加固的纸张保护方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）配置质量体积浓度为0.05-0.2g/mL的高聚物溶液，并置于纺丝覆膜装置的微量进样器中；所述高聚物溶液由每毫升氮氮二甲基甲酰胺中加入0.05-0.2g聚偏氟乙烯得到，或者由每毫升乙醇中加入0.05-0.2g聚乙烯吡咯烷酮得到，或者由每毫升蒸馏水中加入0.05-0.2g聚乙烯醇或聚环氧乙烷得到，或者由每毫升乙酸乙酯中加入0.05-0.2g聚甲基丙烯酸甲酯得到，或者由每毫升由二氯甲烷和三氟乙酸按体积比7:3混合的溶液中加入0.02-0.1g壳聚糖得到；或者由上述溶液中的任意两种或以上按任意比例混合得到；

（2）将需要加固的纸张放在微量进样器1的纺丝口下端的接收台上，调节高聚物溶液的进样速度为0.5-2.0ml/h；高压电源正极连接在微量进样器下端，负极连接在接收台上；开启电源，调节电压为15-25kV，在纸张上开始纺织高聚物丝网膜；

（3）高聚物丝网膜的厚度达到50-500 ，取出纸张，放置在通风处，待剩余溶剂挥发掉即可。

2.根据权利要求1所述利用高压静电纺丝覆膜进行封护加固的纸张保护方法，其特征在于，所述纸张包括机制纸和手工纸，所述机制纸包括道林纸、新闻纸、硫酸纸等；所述手工纸包括宣纸、竹纸、皮纸、麻纸、稻草纸等。