CN105088870A - 一种纸张脱酸剂及其纸张脱酸系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于纸张脱酸技术领域，具体涉及一种纸张脱酸剂及其纸张脱酸系统和方法，所述纸张脱酸剂包括纳米氧化物颗粒、硅烷偶联剂和全氟辛烷液体，所述纳米氧化物颗粒采用硅烷偶联剂包覆后悬浮于全氟辛烷液体中，纳米氧化物颗粒也能用纳米氢氧化镁颗粒替代。所述纸张脱酸系统，包括顺次相连的脱酸液储罐、离心泵、脱酸器和循环装置，循环装置的出口分别与脱酸液储罐的入口、脱酸器的入口相连，脱酸器和循环装置之间形成循环回路，脱酸器还通过脱酸液回收装置与脱酸液储罐相连。所述纸张脱酸方法包括：将文献放入脱酸器、将纸张脱酸剂泵入脱酸器、摇晃文献、使脱酸液循环、将脱酸液泵回、冷凝回收。本发明安全有效、脱酸剂易回收、效果好、成本低。

Description

一种纸张脱酸剂及其纸张脱酸系统和方法

技术领域

本发明属于纸张脱酸技术领域，具体涉及一种纸张脱酸剂及其纸张脱酸系统和方法。

背景技术

在图书馆、档案馆中，收藏着历史遗留下来的浩如烟海的纸质图书和档案。纸张作为这些图书、档案历史文化遗产的载体，需要长期保存并保持一定的使用性能。纸张的主要成分为纤维，纸的耐久性是图书、档案界关注的一个重要问题。决定纸张耐久性的因素有造纸原料质量、纤维化学成分的理化性质、造纸过程等。中国古代多采用手工造纸，手工造纸的原料以长纤维的麻、树皮植物为主，含纤维素成分高，耐久性好。制浆造纸过程中采用碱性工艺，纤维素在碱性条件下稳定性好，不易发生纤维降解、水解等反应，有利于纸张的永久保存。

18世纪末期，开始化学造纸，化学浆造纸是用化学的方法在高温高压下处理造纸原料，以除去木质素及其他杂质，制成纸浆进行造纸的方法。化学浆造纸可以除去原料中的大部分木质素及其他杂质，但在施胶过程中带进了松酸，在制浆过程中残留的药剂、金属离子等对成纸的耐久性都有不利的影响。化学浆纸的预期寿命一般为200至500年。松香施胶过程是在酸性条件下进行，成纸后使之呈酸性，纤维素在酸性条件下易发生水解、降解等反应。留在纸上的硫酸铝易水解，产生硫酸加速纤维素水解。

木材、竹子和稻草等原料木质素含量低，本身呈酸性或在氧化、水解时产生酸性衍生物。同时，机械造纸采用亚硫酸盐法工艺和硫酸铝、动物胶等酸性施胶都为纸张的酸化埋下隐患，加上日益严重的环境污染等原因造成的外来酸性物质加剧了纸张的酸化。纸张酸化已成为影响文献保存的世界性问题，全世界三分之二的历史和珍贵图书处于酸化的威胁中。文献酸化成为全球亟待解决的问题。

目前，纸张脱酸主要分为三类：水溶液类、无水溶液类和气态脱酸类，但这几种方法各有不足：

水溶液类的脱酸剂及方法的缺点是纸张易变形、成效低，例如，中国专利201110212874.X公开了一种可溶性四硼酸盐作为纸张脱酸剂用于纸张脱酸的方法，取四硼酸盐不同浓度的水溶液与不同类型的有机溶剂混合，采用浸泡、喷洒、雾化或超临界处理等多种方式，对纸张，特别是酸化老化的纸张脱酸。其缺点是，由于这种脱酸剂在脱酸的过程中使用水，容易发生纸张变形，并且纸张在水浸湿的状态下很容易受到损害；此外，这种方法及脱酸剂只能单张处理，再装订，造成人力需要量大，费用高。

目前的各种无水溶液类的脱酸剂也存在各种不足，比如安全性低、脱酸效果差、不易回收或不环保等。

气态脱酸类的缺点是设备费用高，存在易燃易爆的安全隐患，且碱的残留量少。例如中国专利201110108785.0公开了一种加压雾化脱酸装置及使用该装置加压雾化脱酸的方法，该装置包括气泵、雾化器、脱酸反应器、集液器、分布器。其缺点便是风险高，碱残留量少，脱酸效果低。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种安全有效、脱酸效果好的纸张脱酸剂及其纸张脱酸系统和方法。

本发明解决问题的技术方案是：一种纸张脱酸剂，包括纳米氧化物颗粒、硅烷偶联剂和全氟辛烷液体，所述纳米氧化物颗粒采用硅烷偶联剂包覆后悬浮于全氟辛烷液体中。

进一步地，所述纳米氧化物颗粒为纳米氧化镁颗粒或纳米氢氧化镁颗粒，所述硅烷偶联剂为KH-570(γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷)。

进一步地，所述纳米氧化物颗粒的平均直径为50nm，容易渗透到纸张内部，与纸张中的酸性物质反应，脱酸效果好。

进一步地，所述纳米氧化物颗粒的质量百分比为0.1％～0.8％，所述硅烷偶联剂的质量百分比为1％～10％。

优选地，所述硅烷偶联剂的质量百分比为6％。

进一步地，所述纳米氧化物颗粒也能用纳米氢氧化镁颗粒替代。

一种使用所述纸张脱酸剂的纸张脱酸系统，包括顺次相连的脱酸液储罐、离心泵、脱酸器和循环装置，所述循环装置的出口通过第一开关阀门与脱酸液储罐的入口相连，所述循环装置的出口通过第二开关阀门与脱酸器的入口相连，所述脱酸器和循环装置之间形成循环回路，所述脱酸器的出口还通过脱酸液回收装置与脱酸液储罐的入口相连。

进一步地，所述循环装置包括相互连接的循环泵和第一止逆阀。

进一步地，所述脱酸液回收装置包括抽真空泵和冷凝器，所述脱酸器的出口、抽真空泵、冷凝器和脱酸液储罐的入口依次相连。

进一步地，所述离心泵和脱酸器之间设有第二止逆阀。

进一步地，所述脱酸液储罐设有搅拌装置、液位计和排污阀。

优选地，所述排污阀为球阀。

进一步地，所述脱酸器设有摇晃装置、加热装置、压力计和温控器。

优选地，所述加热装置采用电加热或导热油加热。

一种使用所述纸张脱酸系统的纸张脱酸方法，包括如下步骤：

(1)将需要脱酸的文献放入脱酸器中；

(2)将纸张脱酸剂在脱酸液储罐内混合搅拌均匀后形成脱酸液，将脱酸液泵入脱酸器；

(3)通过脱酸器内的摇晃装置对脱酸器内的文献进行摇晃，使文献与脱酸液接触；

(4)在进行步骤(3)的同时，使脱酸液在脱酸器和循环装置之间进行循环；

(5)将脱酸液泵回脱酸液储罐；

(6)用抽真空泵将脱酸器内残留的少量液体抽出，再通过冷凝器进行冷凝回收。

进一步地，所述步骤(3)中脱酸器内的温度控制在18-50℃，压力控制为常压，对文献摇晃的时间为30分钟。

进一步地，每批纸张的脱酸时间为80～110分钟。

本发明的有益效果为：

1.安全可靠，易回收：全氟辛烷的闪点高，沸点高，使整个纸张脱酸剂安全易回收；

2.脱酸效果好：本发明采用纳米级的氧化物颗粒或氢氧化镁颗粒，容易渗透到纸张内部，脱酸效果显著，脱酸后的纸张的pH值为8.5-10；本发明属于有机溶剂脱酸，脱酸的过程中没有水，不会发生纸张变形的问题；并且能整本进行，不需要拆装订，能一批处理多本文献；对文献的字迹、油墨、颜料没有影响；本发明所述纸张脱酸剂的碱保留量达到3％以上，能有效延长脱酸书籍或文献纸张的保藏寿命。

3.成本低，安装便捷：本发明所述系统结构紧凑，设备制造成本低，安装方便；所述系统和方法能将脱酸液循环利用，降低了使用成本。

4.操作简单，运行高效：本发明所述系统和方法操作简便，能在短时间内进行大量纸张的脱酸。

附图说明

图1是本发明所述纸张脱酸系统的结构示意图。

图中：1-脱酸液储罐；2-离心泵；3-脱酸器；4-循环装置，41-循环泵，42-第一止逆阀；5-脱酸液回收装置，51-抽真空泵，52-冷凝器；6-第二止逆阀；7-第一开关阀门；8-第二开关阀门。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一：

一种纸张脱酸剂，包括纳米氧化物颗粒、硅烷偶联剂和全氟辛烷液体，所述纳米氧化物颗粒采用硅烷偶联剂包覆后悬浮于全氟辛烷液体中。

所述纳米氧化物颗粒为纳米氧化镁颗粒，所述硅烷偶联剂为KH-570(γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷)。

所述纳米氧化物颗粒的平均直径为50nm。

所述纳米氧化物颗粒的质量百分比为0.5％。

所述硅烷偶联剂的质量百分比为6％。

如图1所示，一种使用所述纸张脱酸剂的纸张脱酸系统，包括顺次相连的脱酸液储罐1、离心泵2、脱酸器3和循环装置4，所述循环装置4的出口通过第一开关阀门7与脱酸液储罐1的入口相连，所述循环装置4的出口通过第二开关阀门8与脱酸器3的入口相连，所述脱酸器3和循环装置4之间形成循环回路，所述脱酸器3的出口还通过脱酸液回收装置5与脱酸液储罐1的入口相连。

所述循环装置4包括相互连接的循环泵41和第一止逆阀42。

所述脱酸液回收装置5包括抽真空泵51和冷凝器52，所述脱酸器3的出口、抽真空泵51、冷凝器52和脱酸液储罐1的入口依次相连。

所述离心泵2和脱酸器3之间设有第二止逆阀6。

所述脱酸液储罐1设有搅拌装置、液位计和排污阀。

所述排污阀为球阀。

所述脱酸器3设有摇晃装置、加热装置、压力计和温控器。

所述加热装置采用电加热。

一种使用所述纸张脱酸系统的纸张脱酸方法，包括如下步骤：

(1)将需要脱酸的文献放入脱酸器3中；

(2)将纸张脱酸剂在脱酸液储罐1内混合搅拌均匀后形成脱酸液，将脱酸液泵入脱酸器3；

(3)通过脱酸器3内的摇晃装置对脱酸器3内的文献进行摇晃，使文献与脱酸液接触；

(4)在进行步骤(3)的同时，使脱酸液在脱酸器3和循环装置4之间进行循环；

(5)将脱酸液泵回脱酸液储罐1；

(6)用抽真空泵51将脱酸器3内残留的少量液体抽出，再通过冷凝器52进行冷凝回收。

所述步骤(3)中脱酸器3内的温度控制在30℃，压力控制为常压，对文献摇晃的时间为30分钟。

每批纸张的脱酸时间为100分钟，脱酸后的纸张的pH值为9。

实施例二：

一种纸张脱酸剂，包括纳米氢氧化镁颗粒、硅烷偶联剂和全氟辛烷液体，所述纳米氢氧化镁颗粒采用硅烷偶联剂包覆后悬浮于全氟辛烷液体中。

所述硅烷偶联剂为KH-570(γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷)。

所述纳米氢氧化镁颗粒的平均直径为50nm。

所述纳米氢氧化镁颗粒的质量百分比为0.8％。

所述硅烷偶联剂的质量百分比为5％。

如图1所示，一种使用所述纸张脱酸剂的纸张脱酸系统，包括顺次相连的脱酸液储罐1、离心泵2、脱酸器3和循环装置4，所述循环装置4的出口通过第一开关阀门7与脱酸液储罐1的入口相连，所述循环装置4的出口通过第二开关阀门8与脱酸器3的入口相连，所述脱酸器3和循环装置4之间形成循环回路，所述脱酸器3的出口还通过脱酸液回收装置5与脱酸液储罐1的入口相连。

所述循环装置4包括相互连接的循环泵41和第一止逆阀42。

所述脱酸液回收装置5包括抽真空泵51和冷凝器52，所述脱酸器3的出口、抽真空泵51、冷凝器52和脱酸液储罐1的入口依次相连。

所述离心泵2和脱酸器3之间设有第二止逆阀6。

所述脱酸液储罐1设有搅拌装置、液位计和排污阀。

所述排污阀为球阀。

所述脱酸器3设有摇晃装置、加热装置、压力计和温控器。

所述加热装置采用导热油加热。

一种使用所述纸张脱酸系统的纸张脱酸方法，包括如下步骤：

(1)将需要脱酸的文献放入脱酸器3中；

(2)将纸张脱酸剂在脱酸液储罐1内混合搅拌均匀后形成脱酸液，将脱酸液泵入脱酸器3；

(3)通过脱酸器3内的摇晃装置对脱酸器3内的文献进行摇晃，使文献与脱酸液接触；

(4)在进行步骤(3)的同时，使脱酸液在脱酸器3和循环装置4之间进行循环；

(5)将脱酸液泵回脱酸液储罐1；

(6)用抽真空泵51将脱酸器3内残留的少量液体抽出，再通过冷凝器52进行冷凝回收。

所述步骤(3)中脱酸器3内的温度控制在40℃，压力控制为常压，对文献摇晃的时间为30分钟。

所述步骤(4)中，第一开关阀门7关闭，第二开关阀门8打开；所述步骤(5)中，第一开关阀门7打开，第二开关阀门8关闭。

每批纸张的脱酸时间为110分钟，脱酸后的纸张的pH值为9.5。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种纸张脱酸剂，其特征在于，包括纳米氧化物颗粒、硅烷偶联剂和全氟辛烷液体，所述纳米氧化物颗粒采用硅烷偶联剂包覆后悬浮于全氟辛烷液体中。

2.根据权利要求1所述的纸张脱酸剂，其特征在于，所述纳米氧化物颗粒为纳米氧化镁颗粒，所述硅烷偶联剂为KH-570。

3.根据权利要求1所述的纸张脱酸剂，其特征在于，所述纳米氧化物颗粒的平均直径为50nm，所述纳米氧化物颗粒的质量百分比为0.1％～0.8％，所述硅烷偶联剂的质量百分比为1％～10％。

4.根据权利要求1所述的纸张脱酸剂，其特征在于，所述纳米氧化物颗粒也能用纳米氢氧化镁颗粒替代。

5.一种使用权利要求1-4任一项所述的纸张脱酸剂的纸张脱酸系统，其特征在于，包括顺次相连的脱酸液储罐、离心泵、脱酸器和循环装置，所述循环装置的出口通过第一开关阀门与脱酸液储罐的入口相连，所述循环装置的出口通过第二开关阀门与脱酸器的入口相连，所述脱酸器和循环装置之间形成循环回路，所述脱酸器的出口还通过脱酸液回收装置与脱酸液储罐的入口相连。

6.根据权利要求5所述的纸张脱酸系统，其特征在于，所述循环装置包括相互连接的循环泵和第一止逆阀；所述脱酸液回收装置包括抽真空泵和冷凝器，所述脱酸器的出口、抽真空泵、冷凝器和脱酸液储罐的入口依次相连。

7.根据权利要求5所述的纸张脱酸系统，其特征在于，所述离心泵和脱酸器之间设有第二止逆阀；所述脱酸液储罐设有搅拌装置、液位计和排污阀；所述脱酸器设有摇晃装置、加热装置、压力计和温控器。

8.一种使用权利要求5-7任一项所述的纸张脱酸系统的纸张脱酸方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将需要脱酸的文献放入脱酸器中；

(2)将纸张脱酸剂在脱酸液储罐内混合搅拌均匀后形成脱酸液，将脱酸液泵入脱酸器；

(3)通过脱酸器内的摇晃装置对脱酸器内的文献进行摇晃，使文献与脱酸液接触；

(4)在进行步骤(3)的同时，使脱酸液在脱酸器和循环装置之间进行循环；

(5)将脱酸液泵回脱酸液储罐；

(6)用抽真空泵将脱酸器内残留的少量液体抽出，再通过冷凝器进行冷凝回收。

9.根据权利要求8所述的纸张脱酸方法，其特征在于，所述步骤(3)中脱酸器内的温度控制在18-50℃，压力控制为常压，对文献摇晃的时间为30分钟。

10.根据权利要求8所述的纸张脱酸方法，其特征在于，每批纸张的脱酸时间为80～110分钟。