CN104975533B - 一种用于增加纸张湿强度的保护液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于增加纸张湿强度的保护液，其由A组分和B组分组成，其中A组分由磷钨酸、磷酸、溶剂按质量比为1:1～3:50～100混合而成，所述的溶剂为丙酮、乙酸乙酯、正硅酸乙酯中的任意一种或两种的混合物，B组分由甲醇与氢氧化钡按质量比为40～60:3在120±5℃反应釜中搅拌回流3～4小时制成。本发明首先将A组分涂布于纸张上，使其中的酸性物质留在纸张上，然后涂布B组分，使B组分中的碱性物质与纸张上的酸性物质发生中和反应，在纸张纤维中形成一层微量沉淀，增加了纸张纤维之间的作用力，不仅能够增加纸张的湿强度，同时还能够降低纸张酸度，延长纸张寿命，对于古旧书画的揭裱装裱以及长久保存具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及到一种可以增加纸张湿强度、降低纸张酸度的保护液。
背景技术
装裱是伴随书画传统艺术的发展而产生的传统工艺，也是一门经久不衰的魅力艺术，距今已有1700多年的历史。正是因为有了装裱工艺，历代的书画珍品才能得到更久远的保藏，这对于保存灿烂的民族文化遗产、传播人类文明起到了特殊的作用。在悠久的历史长河中，我国书画装裱技艺得到不断的探索、演变和发展，形成了一套颇具特色的优良传统。
书画装裱工序大致分为：裁去旧裱、清洗除污、揭心去命、修补托心、过矾镇墙、复画上背、整体全色、装轴上杆、双层保护。在画心清洗前和画心全色前，国内大多数博物馆在对书画进行保护修复时都采用胶矾水作为固色材料，起到防止颜料晕染、脱落的作用。然而，胶矾水如同一把双刃剑，在加固颜料的过程中，也对书画产生了危害，在湿热老化中，明矾吸水后会水解产生硫酸，纤维素大分子中的β-1,4-糖苷键是一种缩醛键，对酸极敏感，在适当的氢离子浓度、温度和时间作用下，糖苷键发生断裂，生成单糖、低聚糖和水解纤维素，纤维素的分子量降低，纸张的机械强度就会显著降低。因此，胶矾水的使用会导致装裱所用的宣纸加速老化，宏观表现为纸张泛黄、白度下降，机械强度下降(变脆易碎)，酸度上升pH值减小即酸化等，在揭裱的过程中，裁去旧裱要用水润透，清洗除污中根据污渍的程度不同分别用清水、温水、开水进行反复冲淋，而老化后的纸张强度降低，遇水后纤维润胀，施胶剂被溶解，纤维间结合力减弱，纸张的强度基本失去，变为纸浆，导致书画揭裱装裱无法进行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够增加纸张湿强度，以解决书画揭裱装裱中纸张遇水变为纸浆的问题，同时能够使酸化纸张pH升高至接近中性，有利于装裱后的书画长久保存的保护液。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：它由A组分和B组分组成，其中A组分由磷钨酸、磷酸、溶剂按质量比为1:1～3:50～100混合而成，所述的溶剂为丙酮、乙酸乙酯、正硅酸乙酯中的任意一种或两种的混合物；B组分由甲醇与氢氧化钡按质量比为40～60:3在120±5℃搅拌回流3～4小时制成。
上述的A组分优选由磷钨酸、磷酸、溶剂按质量比为1:2:75混合而成，其中溶剂优选丙酮与乙酸乙酯的质量比为4:1的混合物。
上述的B组分优选由甲醇与氢氧化钡按质量比为50:3在120±5℃搅拌回流3～4小时制成。
本发明保护液的制备方法为：按照上述原料的质量比，将磷钨酸、磷酸、溶剂混合均匀，得到保护液的A组分；将甲醇、氢氧化钡置于圆底三口烧瓶中，在120±5℃温度下搅拌回流3小时，使氢氧化钡在甲醇中充分分散，自然冷却至常温，得到保护液的B组分。
采用本发明保护液增加纸张湿强度的方法为：用镊子夹住脱脂棉蘸取保护液中的A组分，均匀涂布于纸张上，然后用电吹风吹干；用镊子夹住脱脂棉蘸取保护液中的B组分，并将脱脂棉在烧杯壁上轻轻挤压，挤去多余溶液，均匀涂布于涂有A组分处，用电吹风吹干，再重复涂布B组分1～2遍。
本发明首先将A组分涂布于纸张上，使其中的酸性物质留在纸张上，然后涂布B组分，使B组分中的碱性物质与纸张上的酸性物质发生中和反应，在纸张纤维中形成一层微量沉淀，增加了纸张纤维之间的作用力，通过扫描电镜、强度、撕裂度、pH的测定，结果表明本发明保护液不但能够增加纸张的湿强度，同时还能够降低纸张酸度，延长纸张寿命，对于古旧书画的揭裱装裱以及长久保存具有重要意义。
附图说明
图1是湿热老化后未保护和已保护生宣的照片。
图2是湿热老化后未保护和已保护熟宣的照片。
图3是湿热老化后未保护生宣的扫描电镜图。
图4是湿热老化后已保护生宣的扫描电镜图。
图5是湿热老化后未保护熟宣的扫描电镜图。
图6是湿热老化后已保护熟宣的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
实施例1
将4g磷钨酸、8g磷酸、240g丙酮、60g乙酸乙酯混合均匀，得到保护液的A组分；将500g甲醇、30g氢氧化钡置于圆底三口烧瓶中，在120±5℃温度下回流3小时，使氢氧化钡在甲醇中充分分散，自然冷却至常温，得到保护液的B组分。
实施例2
将8g磷钨酸、8g磷酸、320g丙酮、80g乙酸乙酯混合均匀，得到保护液的A组分；将400g甲醇、30g氢氧化钡置于圆底三口烧瓶中，在120±5℃温度下回流3小时，使氢氧化钡在甲醇中充分分散，自然冷却至常温，得到保护液的B组分。
实施例3
将4g磷钨酸、12g磷酸、320g丙酮、80g乙酸乙酯混合均匀，得到保护液的A组分；将400g甲醇、30g氢氧化钡置于圆底三口烧瓶中，在120±5℃温度下回流3小时，使氢氧化钡在甲醇中充分分散，自然冷却至常温，得到保护液的B组分。
实施例4
将4g磷钨酸、8g磷酸、300g正硅酸乙酯混合均匀，得到保护液的A组分；将500g甲醇、30g氢氧化钡置于圆底三口烧瓶中，在120±5℃温度下回流3小时，使氢氧化钡在甲醇中充分分散，自然冷却至常温，得到保护液的B组分。
为了证明本发明的有益效果，发明人进行了大量的实验室研究试验，具体试验情况如下：
将34.5g明矾溶于396.6g蒸馏水中配制成矾水，将45.5g明胶经超声均匀地分散于523.4g蒸馏水中配制成胶水，将配制好的胶水和矾水混合在一起，形成均匀的胶矾水；选取质地均匀的生宣与熟宣，将胶矾水均匀地刷在生宣与熟宣上，然后将生宣与熟宣置于湿热老化箱中，在温度为80℃、相对湿度为65％的条件下老化7天，使纸张酸化，即得样品纸张。然后采用实施例1中的保护液，先用镊子夹住脱脂棉蘸取保护液中的A组分，均匀涂布于样品纸张上，用电吹风吹干，然后用镊子夹住脱脂棉蘸取保护液中的B组分，并将脱脂棉在烧杯壁上轻轻挤压，挤去多余溶液，均匀涂布于涂有A组分处，用电吹风吹干，再重复涂布B组分2遍。采用扫描电镜对未保护宣纸和已保护宣纸的表面形貌进行表征，并测定未保护宣纸和已保护宣纸的pH值、白度、湿强度(湿抗张强度、湿撕裂度、湿耐破度)，测试方法和测试结果如下：
1、表面形貌
由图1和图2的宏观结果可见，湿热老化后未保护宣纸的颜色变深，白度下降，并出现了严重的卷曲现象，质地发脆，一碰即碎，而已保护宣纸白度增加，并且平整，具有一定的强度。从图3～6的微观表征结果可见，已保护宣纸的纤维间隙中沉积了一层微量沉淀，将纤维连接起来，从而增加了宣纸的强度。
2、pH值的测定
纸张的pH测定采用冷水抽出液法(ASTMD788/美国材料实验学会标准)，具体方法为：称取1.0g剪碎的样品纸张于100mL烧杯中，加20mL蒸馏水，用玻璃棒搅拌，直至样品纸张完全润湿，再加入50mL蒸馏水，充分搅拌后用保鲜膜密封烧杯，1小时后再搅拌均匀，用玻璃电极pH计测量pH(不过滤)，全部操作保持在20～30℃下进行。测试结果见表1。
表1湿热老化后未保护宣纸和已保护宣纸pH值的测试结果
| 生宣 | 熟宣 | |
| 未保护 | 3.02 | 3.24 |
| 已保护 | 6.27 | 6.53 |
注：表中实验数据均为10次有效测试平均值。
从表1的pH值测试结果可以看出，湿热老化后未保护宣纸的酸化较为严重，而保护以后的宣纸，无论是生宣还是熟宣，pH值均达到6.0以上，接近于中性，有利于纸质文献文物的长久保存。
3、白度的测定
白度以白色含有量的百分率表示。测定物质的白度通常以氧化镁为标准白度100％，并定它的标准反射率为100％，以蓝光照射氧化镁标准板表面的反射率百分率来表示试样的蓝光白度；用红、绿、蓝三种滤色片或三种光源测出三个数值，平均值为三色光白度。反射率越高，白度越高，反之亦然。具体方法为：将样品纸张裁成65mm×65mm的方块，使用WS-SD跃起牌白度计测量其白度，结果见表2。
表2湿热老化后未保护宣纸和已保护宣纸白度测试结果
| 生宣 | 熟宣 | |
| 未保护 | 23.9 | 35.9 |
| 已保护 | 28.4 | 60.2 |
注：表中实验数据均为10次有效测试平均值。
从表2的白度测试结果可以看出，无论是生宣还是熟宣，保护后的纸张白度均有所提高，尤其是熟宣，白度提高了一倍多，对于恢复原貌有很好的效果。
4、湿强度的测定
湿强度是指纸张即使完全被水浸湿或被水所饱和时，仍能保留其部分强度。植物纤维为亲水性，纸张完全被水浸湿或被水所饱和时，其强度损失90％～96％，余下的强度称之为湿强度。湿强度的测定是在水的存在下测试纸张的机械强度，如湿抗张强度、湿撕裂度、湿耐破度。
A、湿抗张强度的测定
抗张强度是指在标准试验方法规定的条件下，单位宽度的纸张断裂前所承受最大拉力。抗张强度是纸张力学特征中的重要参数之一，抗张强度又是最常用的纸张强度指标，在测定时外力通过纤维网络在纤维间传递，作用于纤维与纤维之间的剪切力导致纤维间结合的破坏，当剪切力增大到超过纤维间结合的抗剪强度时，纤维间结合就会发生断裂。湿抗张强度则是将纸张按标准条件浸渍于水中，然后测其抗张强度，具体测试方法如下：
将样品纸张裁成150mm×15mm的纸条，纵横向均不少于10条，以保证纵向和横向各有10个有效的数据(如距夹头10mm以内断裂者，应除去不记)。将纸条在温度14～20℃、相对湿度50％～65％环境中平衡三天。纸条不允许有任何纸病，纸条的两个边应是平直的，切口应整齐无任何损伤。然后将纸条完全浸泡于100mL蒸馏水中，用秒表计时5分钟，将纸条取出，用滤纸将纸条表面的蒸馏水吸干，用QT1136型万能材料试验机(由东莞市高泰检测仪器有限公司提供)测试其湿抗张强度。结果见表3。
表3湿热老化后未保护宣纸和已保护宣纸湿抗张强度测试结果(单位：N)
注：表中实验数据均为10次有效测试平均值。
B、湿撕裂度的测定
撕裂度是指撕裂纸张时所做的功。在表示纸张的机械强度的指标中，撕裂度具有重要的意义。本发明采用内撕裂法表示，是指在规定的条件下，已被切的纸张沿切口撕开时所需要的力，单位是mN。由于纸张撕裂时要把纤维从样品中拉出，或者要把纤维撕断，所以撕裂度的大小取决于纤维的平均长度，其次是纤维间的结合力、纤维的排列方向、纤维本身的强度及纤维的交织情况等，撕裂度随着纤维的长度增加而增加。通过测定纸张柔韧前后撕裂度的变化，可以评价纸张的耐撕裂性强弱，具体测定方法如下：
将样品纸张按纵横向裁剪成长75±2mm、宽63±0.5mm的足够数量的纸条，以保证纵向和横向各有10个有效的数据(如距夹头10mm以内断裂者，应除去不记)。每个方向做10次有效的试验，若纸条撕裂线的末端与刀口延长线左右偏斜超过10mm，应弃去不记。将纸条完全浸泡于150mL蒸馏水中，用秒表计时5分钟，然后将纸条取出，用滤纸将纸条表面的蒸馏水吸干，采用DC-NPY13K型电脑测控撕裂度仪(由长江造纸仪器有限公司提供)按国标GB/T455～2002进行纸条的湿撕裂度测定，结果见表4。
表4湿热老化后未保护宣纸和已保护宣纸湿撕裂度测试结果(单位：mN)
注：表中实验数据均为10次有效测试平均值。
C、湿耐破度的测定
耐破度是指纸张在单位面积上所能承受的均匀增加的最大压力，单位为kPa，具体说它是通过一定面积的弹性胶膜向纸逐步施加压力，在这个过程中胶膜将纸张顶起，当纸张被顶破的瞬间，测量纸张所能承受的最大压力，即为纸张的耐破度。耐破度是纸的一项主要物理指标，它是表示纸张在不破裂时所能承受外压的程度，代表纸张的总强度与均匀性，主要受纤维间的结合力、纤维的平均长度、纤维本身的强度、匀度与纤维的交织、排列情况、伸长率等影响。通过测定老化前后纸张耐破度的变化，可以评价纸张的耐久性强弱。耐破度性能指标数值比较大的则说明老化过程对纸张纤维破坏程度较小，数值比较小的则说明老化过程对纸张纤维破坏程度较大。具体测试方法如下：
不分纵横将样品纸张裁剪成大小为70mm×70mm的纸条，将纸条完全浸泡于150mL蒸馏水中，用秒表计时5分钟，将纸条取出，用滤纸将纸条表面的蒸馏水吸干，采用电脑测控耐破度仪(由四川长江造纸仪器有限责任公司提供)按国标GB/T450～2002进行纸条的湿耐破度测试。做10次有效实验，若破裂形式在测量面积周边处破裂表明夹持力过高或在夹持时夹盘转动导致纸条损伤，则应舍弃此组实验数据。结果见表5。
表5湿热老化后未保护宣纸和已保护宣纸湿耐破度测试结果(单位:kPa)
| 生宣 | 熟宣 | |
| 未保护 | 114 | 无法测出 |
| 已保护 | 129 | 309 |
注：表中实验数据均为10次有效测试平均值，且为24层宣纸测试结果。
由表3～5的测试结果可见，已保护宣纸的湿抗张强度、湿撕裂度、湿耐破度均有所提高。生宣的湿抗张强度增加了约0.3倍，熟宣的湿抗张强度有了大幅提高，增加了约1.5倍；生宣的湿撕裂度增加了约1.5倍，而熟宣的湿撕裂度增加了接近2倍，效果非常明显。生宣和熟宣的湿耐破度也有一定程度的提高。这说明本发明保护液不但不会破坏纸张的性能，而且使保护后的纸张的湿强度有了很明显的提高。
综上所述，采用本发明保护液处理纸张后，不仅降低了纸张的酸性，提高了纸张的白度，有利于古旧字画的长久保存，更重要的是明显增加了纸张的湿强度，可以大大延长纸张的寿命，对于古旧字画装裱揭裱具有非常重要的意义。
Claims (4)
1.一种用于增加纸张湿强度的保护液，其特征在于：它由A组分和B组分组成，其中A组分由磷钨酸、磷酸、溶剂按质量比为1:1～3:50～100混合而成，所述的溶剂为丙酮、乙酸乙酯、正硅酸乙酯中的任意一种或两种的混合物；B组分由甲醇与氢氧化钡按质量比为40～60:3在120±5℃搅拌回流3～4小时制成；使用时先用镊子夹住脱脂棉蘸取保护液中的A组分，均匀涂布于纸张上，然后用电吹风吹干，再用镊子夹住脱脂棉蘸取保护液中的B组分，并将脱脂棉在烧杯壁上轻轻挤压，挤去多余溶液，均匀涂布于涂有A组分处，用电吹风吹干，再重复涂布B组分1～2遍。
2.根据权利要求1所述的用于增加纸张湿强度的保护液，其特征在于：所述的A组分由磷钨酸、磷酸、溶剂按质量比为1:2:75混合而成。
3.根据权利要求2所述的用于增加纸张湿强度的保护液，其特征在于：所述的溶剂为丙酮与乙酸乙酯的质量比为4:1的混合物。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的用于增加纸张湿强度的保护液，其特征在于：所述的B组分由甲醇与氢氧化钡按质量比为50:3在120±5℃搅拌回流3～4小时制成。
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