CN105274900A - 一步纸张脱酸加固增强剂和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一步纸张脱酸加固增强剂和方法；旨在提供一种脱酸加固效高，处理时间短的脱酸加固增强剂及其加固增强方法；其技术要点：该纸张脱酸加固增强剂由阳离子醚化淀粉和四硼酸盐组成；其方法是：1)配置每升试剂含0.18-1.0g季铵型阳离子淀粉和4-6g四硼酸盐的纸张脱酸加固增强剂；2)将需要处理的纸张直接与步骤1)制备的纸张脱酸加固增强剂接触，在25-60℃处理10-120min；3)将处理后的纸张取出静置60-80h。

Description

一步纸张脱酸加固增强剂和方法

技术领域

本发明提供一种纸张处理方法，具体地说，是一种一步纸张脱酸加固增强剂及其加固增强方法。

背景技术

我国是一个历史悠久、文化灿烂的文明古国。在漫长的年代中形成了大量珍贵的历史档案和文化书籍，它们记录着中华民族的历史足迹以及中国儿女奋斗不息的生命历程。这些遗留下来的文化财富是中华民族屹立于世界的精神脊梁。而如今，这些宝贵的历史文化资料特别是近现代文献书籍的保护却面临着严峻的挑战。

据调查，目前我国大多数图书馆和档案馆有60％以上的近现代文档书籍出现严重的酸化现象。大量纸张严重变色，墨迹模糊难以辨认、机械强度大幅度降低甚至一触即破。所以对纸张进行相应的脱酸已经成为刻不容缓的事情。

纸张之所以会带酸性，大体有如下几种因素：造纸原料、酸性造纸工艺、造纸填料、大气污染物、印刷书写材料的酸和微生物带来的酸等等。首先从造纸原料来看，机械纸都以木材、稻草为原料而制作的，这些原料中都含有木质素，它本身就呈酸性或者在氧化、水解时产生酸性衍生物。其次在造纸填料中所含的明矾、动物胶等也是酸的重要来源。再次，也就是大气的污染。我们生活在一个工业化的社会，空气中会有很多有害气体，如二氧化硫、氯气和硫化氢等，它们会与水反应生成硫酸、盐酸和亚硫酸等。最后，微生物带来的酸也是不可忽视的。纸张在存放一段时间后，由于多种因素，纸张上面会生长一些霉菌，而这些霉菌的主要代谢产物，乳酸、草酸、丙二酸和富马酸等给纸张带来相应的酸性污染。而纸张的保存是有一定的酸性指标的，那些需要永久保存的文献和书籍，pH不能低于6.1。如果纸张的pH在5.0以下，这些文献和书籍需要列入紧急脱酸计划，而且马上要采取相关性的措施。

目前，纸张脱酸技术主要有气相脱酸法和液相脱酸法。气相脱酸法是使用碱性气体除酸，如氨、吗啉、二乙基锌等对纸张进行脱酸。虽然气相脱酸具有大批量的优点，但它存在工艺条件要求高，不安全隐患多，投资大等缺点。相比较而言，液相脱酸法具有工艺简单、安全可靠、投资小等优点。欧洲的英、法、德等国多采用液相脱酸法。液相除酸法是使用碱性水溶液或碱性有机溶液除酸，如氢氧化钙溶液、氢氧化钙-碳酸氢钙溶液、碳酸氢镁溶液、氢氧化钡甲醇溶液、醋酸镁甲醇溶液、甲氧基甲基碳酸镁溶液等对纸张来进行脱酸。

而在液相脱酸法中，有机溶液除酸比水溶液除酸更好，但是大量的甲醇及氟氯烃类有机溶液使用，会对环境造成污染，同时也不利于人体的健康。所以寻找一种低成本，低危害，脱酸效果好的无机脱酸试剂便成为了各类文史保护研究所的共同呼声。目前，在未找到最理想脱酸试剂的情况下，我们使用比较多的无机试剂有氢氧化钙、氢氧化钙-碳酸氢钙、碳酸氢镁等。将这些试剂进行相应实验，发现纸张在脱酸后常常会出现脱酸不均匀，脱酸速度过慢等问题。

在对纸张脱酸的同时，使用其他生物或化学材料，在保证不会对纸张的形貌、厚度、色泽、质感等造成影响的前提下对纸张进行加固，可以显著提高纸质文物的机械强度，也可以减缓文物的老化降解，并且具有防虫抑菌的效果。

目前，国内外常见的加固方法有托裱法丝网加固法、热压加膜法、真空加膜法、高分子胶液涂覆法和у射线法。

阳离子淀粉是天然淀粉经物理化学等方法处理后，改变了淀粉分子中的D-吡喃葡萄糖单元的化学结构，从而改变了天然淀粉的物理化学性质的一种变性淀粉。其外观与天然淀粉基本无异，但与天然淀粉相比却有很多优点，适用范围更广，糊液的粘度、透明度、稳定性明显提高。目前阳离子淀粉已应用于水处理、造纸、纺织、印染、油田、采矿、化妆品等行业，在废水处理方向作为水处理絮凝剂有着重要应用。阳离子淀粉最主要的应用领域是造纸行业，也是在化学添加剂中，最重要的化学品之一，它能改善纸的耐破度、拉伸力、耐折度、抗掉毛性、等诸多物理性质，同时，它还能够提高各种颜料的保留率，可提高固色性，对纤维的亲合力也是良好，这些都成为阳离子淀粉作为一种良好的纸张加固剂提供了基础，阳离子型改性淀粉包括季铵型、叔胺型、交联型、双醛和两性等，本文以季铵型阳离子淀粉为研究对象，利用它对纸张的加固作用，研究它与脱酸剂最适宜的参比量，从而达到有效的脱酸加固耦合作用。

硼酸盐包括有偏硼酸盐、原硼酸盐、和多硼酸盐等。其中最重要的硼酸盐是四硼酸盐中的四硼酸钠，俗称硼砂(Na₂B₄O₇·10H₂O)，可作为消毒剂、保鲜防腐剂、软水剂、洗眼水、肥皂添加剂、陶瓷的釉料和玻璃原料等，在工业生产中四硼酸钠也有着重要的作用。与四硼酸钠有着某些相似性质的四硼酸盐，其硼酸根中有两个SP²杂化的B0₃平面三角形和两个SP³杂化的B0₄四面体通过共用角顶O原子而联结起来。四硼酸盐的水溶液中,存在如下水解平衡:

因为存在这样的水解平衡，四硼酸盐水溶液可以作pH校正液。由于饱和四硼酸盐水溶液的pH在9.24左右，可有效避免溶液碱性过强，碱残留不达标的问题。此外，硼酸根中的SP²缺电子结构，使得四硼酸盐具有较强的吸电子能力，易与多羟基化合物加合以此增强分子间作用力的能力；此外由于硼化物特殊的缺电子结构，使得其化合物具有多种特殊的性质，经常作为工业生产中的改性剂，但没有任何涉及在纸张脱酸或增强方面的应用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种脱酸加固效率高，处理时间短的脱酸加固增强剂及其加固增强方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的前一个技术方案是这样的：

一步纸张脱酸加固增强剂，由阳离子醚化淀粉和四硼酸盐组成。

优选的，上述的纸张脱酸加固增强剂，所述的纸张脱酸加固增强剂还含有水。

优选的，上述的纸张脱酸加固增强剂，所述的每升纸张脱酸加固增强剂试剂含0.18-1.0g季铵型阳离子淀粉和4-6g四硼酸盐，余量为水。

优选的，上述的纸张脱酸加固增强剂，所述的季铵型阳离子淀粉与四硼酸盐质量比为：0.18-1﹕4.0-6.0。

更优选的，上述的纸张脱酸加固增强剂，所述的四硼酸盐为可溶性四硼酸盐。

更优选的，上述的纸张脱酸加固增强剂，所述的可溶性四硼酸盐为四硼酸锂或四硼酸钠或四硼酸钾或四硼酸钙的其中之一或者任意组合。

本发明提供的后一个技术方案是这样的：

一步纸张脱酸加固增强方法，依次包括下述步骤：

1)配置每升水含0.18-1.0g季铵型阳离子淀粉和4-6g四硼酸盐的纸张脱酸加固增强剂；

2)将需要处理的纸张直接与步骤1)制备的纸张脱酸加固增强剂接触，在25-60℃处理10-120min；

3)将处理后的纸张取出静置60-80h。

优选的，上述的一步纸张脱酸加固增强方法，步骤1)所述的配置纸张脱酸加固增强剂的方法是，称取0.18-1.0g季铵型阳离子淀粉和4-6g四硼酸盐置入烧杯，加入50-100mL水，加热至90℃，在加水定容至1000mL。

优选的，上述的一步纸张脱酸加固增强方法，步骤2)是将需要处理的纸张浸泡于步骤1)制备的纸张脱酸加固增强剂，在25-60℃浸泡10-60min。

优选的，上述的一步纸张脱酸加固增强方法，所述的纸张为现代纸和古纸。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案的有益效果：

1、本发明提供的技术方案采用季铵型阳离子淀粉和四硼酸盐在水溶液中作为纸张加固剂，拓展了季铵型阳离子淀粉和四硼酸盐的使用范围。

2、本发明提供的技术方案采用四硼酸盐与季铵型阳离子淀粉同时混合得到脱酸加固增强剂，再对纸张进行脱酸加固，比分别用四硼酸盐和季铵型阳离子淀粉进行脱酸加固效率更高，处理时间更短，得到的效果更好。

3、本发明提供的技术方案通过利用四硼酸盐与季铵型阳离子淀粉的脱酸加固作用改善了纸张的耐破度、pH值，拉伸力、耐折度、抗掉毛性；提高各种染料的保留率和固色性；增强了纸张的机械性能，有利于延长纸张的保存期；减少纸张的酸度，减缓酸对纸张的腐蚀，延长纸张的寿命。

具体实施方式

下面结合具体实施，对本发明的权利要求做进一步的详细说明，任何人在本发明权利要求范围内所做的有限次的修改，仍在本发明的权利要求保护范围之内。

实施例1

裁取1986年报纸(《美星日报》)约30g备用，称取0.3g阳离子醚化淀粉与2.1g四硼酸钠混合，加80mL去离子水加热至90℃，加水定容至500mL，保持30℃备用。将脱酸加固增强剂倒入脱酸加固槽中去，再将以上裁取的报纸加入到脱酸加固槽中去，浸泡脱酸30min。纸张干燥后在恒温恒湿条件下静置，72h后测量纸张机械强度和酸度。

结果如下表所示：

实施例2

裁取1986年报纸(《美星日报》)约30g备用，称取0.09g阳离子醚化淀粉,3.0g四硼酸钾混合，加少量去离子水加热至90℃，加水定容至500mL，保持25℃备用。将脱酸加固增强剂倒入脱酸加固槽中去，再将以上裁取的报纸加入到脱酸加固槽中去，浸泡脱酸30min。纸张干燥后在恒温恒湿条件下静置，72h后测量纸张机械强度和酸度。

结果如下表所示：

实施例3

裁取1986年报纸(《美星日报》)约30g备用，称取0.1g阳离子醚化淀粉和2.3g四硼酸锂混合，加少量去离子水加热至90℃，加水定容至500mL，保持60℃备用。将脱酸加固增强剂倒入脱酸加固槽中去，再将以上裁取的报纸加入到脱酸加固槽中去，浸泡脱酸30min。纸张干燥后在恒温恒湿条件下静置，72h后测量纸张机械强度和酸度。

结果如下表所示：

实施例4

裁取1986年报纸(《美星日报》)约30g备用，称取0.3g阳离子醚化淀粉和2.1g四硼酸钙混合，加少量去离子水加热至90℃，加水定容至500mL，保持50℃备用。将脱酸加固增强剂倒入脱酸加固槽中去，再将以上裁取的报纸加入到脱酸加固槽中去，浸泡脱酸30min。纸张干燥后在恒温恒湿条件下静置，72h后测量纸张机械强度和酸度。

结果如下表所示：

实施例5

裁取1986年报纸(《美星日报》)约30g备用，称取0.3g阳离子醚化淀粉，0.7g四硼酸钠，0.7g四硼酸钾，0.8g四硼酸钙和0.8g四硼酸锂混合，加少量去离子水加热至90℃，加水定容至500mL，保持60℃备用。将脱酸加固增强剂倒入脱酸加固槽中去，再将以上裁取的报纸加入到脱酸加固槽中去，浸泡脱酸30min。纸张干燥后在恒温恒湿条件下静置，72h后测量纸张机械强度和酸度。

结果如下表所示：

对比实验1

裁取1986年报纸(《美星日报》)约30g备用，称取0.3g阳离子醚化淀粉，加50mL去离子水加热至90℃，加水定容至500mL，保持60℃备用。将脱酸加固增强剂倒入脱酸加固槽中去，再将以上裁取的报纸加入到脱酸加固槽中去，浸泡脱酸30min。纸张干燥后在恒温恒湿条件下静置，72h后测量纸张机械强度和酸度。

结果如下表所示：

对比实验2

裁取1986年报纸(《美星日报》)约30g备用，称取2.1g四硼酸钠，加30mL去离子水加热至90℃，加水定容至500mL，保持60℃备用。将脱酸加固增强剂倒入脱酸加固槽中去，再将以上裁取的报纸加入到脱酸加固槽中去，浸泡脱酸30min。纸张干燥后在恒温恒湿条件下静置，72h后测量纸张机械强度和酸度。

结果如下表所示：

从上表可以看出，本发明提供的技术方案通过利用四硼酸盐与季铵型阳离子淀粉的脱酸加固作用改善了纸张的耐破度、拉伸力、耐折度、pH值，有利于延长纸张的保存期；减少纸张的酸度，减缓酸对纸张的腐蚀，延长纸张的寿命。

Claims (10)

1.一步纸张脱酸加固增强剂，其特征在于，包括阳离子醚化淀粉和四硼酸盐。

2.根据权利要求1所述的纸张脱酸加固增强剂，其特征在于，所述的纸张脱酸加固增强剂还含有水。

3.根据权利要求1所述的纸张脱酸加固增强剂，其特征在于，所述的季铵型阳离子淀粉与四硼酸盐质量比为：0.18-1﹕4.0-6.0。

4.根据权利要求2所述的纸张脱酸加固增强剂，其特征在于，每升纸张脱酸加固增强剂试剂含0.18-1.0g季铵型阳离子淀粉和4-6g四硼酸盐，余量为水。

5.根据权利要求1所述的纸张脱酸加固增强剂，其特征在于，所述的四硼酸盐为可溶性四硼酸盐。

6.根据权利要求5所述的纸张脱酸加固增强剂，其特征在于，所述的可溶性四硼酸盐为四硼酸锂或四硼酸钠或四硼酸钾或四硼酸钙的其中之一或者任意组合。

7.一步纸张脱酸加固增强方法，其特征在于，依次包括下述步骤：

1)配置每升试剂含0.18-1.0g季铵型阳离子淀粉和4-6g四硼酸盐的纸张脱酸加固增强剂；

2)将需要处理的纸张直接与步骤1)制备的纸张脱酸加固增强剂接触，在25-60℃处理10-120min；

3)将处理后的纸张取出静置60-80h。

8.根据权利要求7所述的一步纸张脱酸加固增强方法，其特征在于，步骤1)所述的配置纸张脱酸加固增强剂的方法是，称取0.18-1.0g季铵型阳离子淀粉和4-6g四硼酸盐置入烧杯，加入50-100mL水，加热至90℃，再加水定容至1000mL。

9.根据权利要求7所述的一步纸张脱酸加固增强方法，其特征在于，步骤2)是将需要处理的纸张浸泡于步骤1)制备的纸张脱酸加固增强剂，在25-60℃浸泡10-60min。

10.根据权利要求7所述的一步纸张脱酸加固增强方法，其特征在于，所述的纸张为现代纸和古纸。