CN107152865A - 一种真空冷冻干燥水溶液脱酸图书的夹紧方法及夹具装置 - Google Patents

一种真空冷冻干燥水溶液脱酸图书的夹紧方法及夹具装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种真空冷冻干燥水溶液脱酸图书的夹紧方法及夹具装置,由上下夹板、夹紧螺栓、加压弹簧、螺母、垫片等组成。含水图书被放置在两金属板之间,在金属板孔中穿入螺栓,在螺栓与螺母之间加入加压弹簧;均匀旋紧螺母,使两金属板逐渐夹紧含水图书,挤出多余的水溶液,并使图书纸张进一步平整;待夹紧力增大到预定范围后,停止旋动螺母,随后一同送入后续冷冻和干燥工序,金属板传递升华热量。本发明可以使图书获得合适的初始夹紧力以去除多余的水分;在冷冻过程中,自动释放一定的空间以容纳图书体积的膨胀;并在图书表层纸张完成升华干燥后对纸张施加合适的压力,阻止纸张的过干燥变形,满足图书水溶液法脱酸工作中冷冻干燥工艺的要求。

Description

一种真空冷冻干燥水溶液脱酸图书的夹紧方法及夹具装置
技术领域
本发明涉及水溶液脱酸处理酸化图书文献的真空冷冻干燥工艺领域,尤其涉及一种馆藏老旧图书水溶液脱酸保护处理中,真空冷冻干燥浸水图书的夹紧方法及夹具装置。
背景技术
现存馆藏近现代纸质文献随着岁月的流逝,内在因素(纸质文献材料本身的劣化)和外在因素(保管环境、使用不当等)都会造成纸质文物的变质和损坏。许多研究结果都证明了酸对文献纸张的破坏起主导作用,并且酸在文献中会越积越多,酸度越高,文献的寿命就越短。近年来,国内外纷纷开展纸质文物的脱酸处理工作,在单页纸张脱酸应用研究方面,国内取得了一定的成果。但是,这种需要耗费大量人力和时间的单页纸张脱酸处理方法,无法满足数量巨大的近现代馆藏图书文献的脱酸要求。
水溶液脱酸方法是把整本书籍文献放在碱性脱酸溶液中浸润,可以一次性除去纸中的酸,并有效减缓以后的酸化反应。水溶液脱酸法具有对环境安全,便于操作,经济和脱酸效果好的优点,但是脱酸后必须采取适当的工艺方法使图书脱水干燥,并确保处理过程不发生影响文献安全和图书纸张皱缩变形的事件发生。
在图书水溶液脱酸中,引入真空冷冻干燥工艺,该方法安全可靠,干燥后书籍形状恢复良好,适合图书的批量化脱酸处理。真空冷冻干燥(Vacuum Freeze Drying)的基本原理是先将湿物料冻结到所含溶液的共晶点(溶液可完全结晶对应的温度)温度以下,使溶液由液态变成固态,然后在一定的真空条件下直接升华为气态的水蒸气,从而达到干燥物料的目的。
真空冷冻干燥是在低温低压环境下进行的,图书在升华干燥前需先经过预冻,使溶液和图书整体形成一个固体结构,纸张是这个固体结构的大骨架,溶液结晶后形成自身的小骨架,固态溶液升华时,溶剂由汽态不断转移出来,骨架保持着原有的形状,避免出现收缩、变形等现象。
图书中的水分经预冻之后以冰晶的形态存在,原来溶于水中的保护剂等溶解物质被均匀地分配在纸张之中,升华时,溶于水中的溶解物质就地被析出,避免了一般干燥法中因纸张内部水分向表面迁移,所携带的保护剂在表面处析出造成表面硬化现象。
由于纸质文献处于冻结状态,温度很低,对供热的热源温度要求不高,在真空状态下采用较低温热源即可满足升华要求,纸质文献不会出现局部碳化。有国外学者Velardi建立了非稳态导热模型,通过模拟传热传质过程,模拟结果显示此方法能除去物料中95%~99.5%的水分,这一结论可以满足纸质文献干燥要求。
由于冰在转化的过程中没有经过液态水的过程,能有效消除由于液态水表面张力所带来的收缩、变形等现象,可最大程度保持文献的原貌。
综上可知,图书在冷冻工序前经过了脱酸水溶液的充分浸润,并需要进一步的整形和冷冻等多工序的处理,已严重软化的含水纸张需要一个合适的夹板保持图书的基本形状,并需要通过适当的加压挤出多余的水分。
实验表明,过大的夹板压力会使得图书干燥后纸张粘连,过小的夹板压力则使得图书中含水过高,除了冷冻干燥效率降低以外,还不容易保持图书经水溶液浸泡后的形状规整。
进一步地,在含水图书的冷冻过程中,图书的体积会发生膨胀,而在干燥过程中,图书表面纸张会首先升华干燥,并使得纸张的含水率大大低于常温常压下的水平,过于干燥的纸张若不受到适当的限制也会翘曲变形。
本专利提供了一种真空冷冻干燥水溶液脱酸图书的夹紧方法及夹具装置,能够较好地解决上述图书水溶液脱酸后冷冻干燥工艺中出现的技术问题。
发明内容
技术问题:针对图书经水溶液法脱酸后,冷冻干燥工艺过程中对图书夹板的特殊要求,本发明提供了一种冷冻干燥水溶液脱酸图书的夹紧方法及夹具装置,可以使浸渍了水溶液的图书得以整形并获得合适的初始夹紧力以去除多余的水分;在含水图书冷冻过程中,自动释放一定的空间以容纳水溶液结晶过程中体积的膨胀,并在图书表层纸张首先完成升华干燥后对纸张施加合适的压力,有效阻止纸张的过干燥变形,满足图书水溶液法脱酸工作中冷冻干燥工艺的要求。
技术方案:本发明技术方案是:两块长宽尺寸均大于被处理图书的金属板,金属板大于图书尺寸的部分,四周均匀对称布置若干上下对应的可安装螺栓的孔;含有脱酸水溶液的图书被放置在两金属板之间,在上下金属板孔中穿入螺栓,在每个螺栓与螺母之间加入一段适当长度和弹力的加压弹簧(弹簧的选取可通过试验确定);均匀旋紧螺母,使两金属板夹紧图书形成夹板,逐渐挤出多余的水溶液,并使图书纸张进一步平整;待夹紧力增大到预定范围后,停止旋动螺母;待图书中的水分充分外溢后,金属夹板随同图书一起送入冷冻和真空干燥箱进行冷冻和干燥处理;图书在真空冷冻干燥箱内的工序完成后,夹板随同图书一起从干燥箱取出,在室内环境下存放一定的时间,随后缓慢去除夹板压力,完成图书的脱酸干燥。
进一步地,一种冷冻干燥水溶液脱酸图书的夹紧方法及夹具装置的技术方案中,所述两金属夹板要表面平整,要求有良好传热性和一定厚度,并有一定的抗腐蚀性。较合适的材料是铝板(厚度一般不小于8mm)或铜板(厚度一般不小于5mm),使其有较好导热性的同时还有足够的刚度抵抗夹紧时夹板的变形。
进一步地,一种冷冻干燥水溶液脱酸图书的夹紧方法及夹具装置的技术方案中,所述两金属夹板可以做成无孔光板和有孔筛板两种形式。使用无孔光板时,只在后续的升华干燥过程中通过金属板自身的材质向被干燥的图书内部传递冰晶升华所需的热量,由于夹板表面光整,图书干燥后的表面也较光整平滑;有孔筛板表面可适当布置一些小孔,有助于图书中升华物质的外溢,但为避免干燥后图书表明留有痕迹,小孔尺寸要尽量小,并需在金属夹板和图书之间适当加入一定厚度的垫层材料(如无纺布),以尽量减少小孔在图书表面留下痕迹。
进一步地,一种冷冻干燥水溶液脱酸图书的夹紧方法及夹具装置的技术方案中,所述两金属板形状与被夹紧图书相似,但在两金属板长宽两边方向各留出安装夹紧螺栓的距离。两金属板上的螺栓孔要上下对应排布,并在被夹紧图书的四周均匀分布。螺栓尽量靠近图书四边,以减小螺栓施行夹紧力时金属夹板的变形。
进一步地,一种冷冻干燥水溶液脱酸图书的夹紧方法及夹具装置的技术方案中,所述螺栓要满足强度、使用方便性以及防腐蚀的要求,其长度要满足加压弹簧安装时对螺栓长度的要求。
进一步地,一种冷冻干燥水溶液脱酸图书的夹紧方法及夹具装置的技术方案中,所述的加压弹簧外套在螺栓和螺母之间,其长度和刚度根据处理图书的纸张不同,经实验确定。
进一步地,一种冷冻干燥水溶液脱酸图书的夹紧方法及夹具装置的技术方案中,所述的螺栓、螺母和金属板之间的其它配套垫片按机械安装规范配置,螺母可以采用带双耳的碟形螺母以便于手工操作。
有益效果:馆藏历史图书文献规模化脱酸保护技术中,图书经水溶液浸润脱酸后,需要在整形和冷冻干燥工艺过程中对图书进行夹板夹持。本专利技术可以使夹板的夹持力在含水图书冷冻和干燥的整个工艺过程中保持基本一致,达到图书脱酸后干燥处理的技术要求。
附图说明
图1冷冻干燥水溶液脱酸图书的夹紧方法及夹具装置工作示意图;
图中:1-下夹板,2-上夹板,3-夹紧螺栓,4-加压弹簧,5-碟形螺母,6-垫片。
具体实施方式
本发明实施例中提供了一种冷冻干燥水溶液脱酸图书的夹紧方法及夹具装置,由下夹板1,上夹板2、夹紧螺栓3、加压弹簧4、碟形螺母5、垫片6等组成。
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清晰地描述,显然,描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例,都属于本发明的保护范围。
结合图1,一种冷冻干燥水溶液脱酸图书的夹紧方法及夹具装置的特征在于两块铝质或铜质金属光板组成下夹板1和上夹板2,上下夹板形状与被夹持图书相似,尺寸要大于被夹持图书,即在上下夹板长度的前后和宽度的左右方向留有足够的距离,夹板的四周可均布若干个适当的螺栓孔,使全部夹紧螺栓安装时不与被夹持图书发生干涉。
进一步地,经脱酸水溶液充分浸渍脱酸后的图书放置在所述下夹板1中间位置,夹紧螺栓3尖部向上穿入下夹板1的螺栓孔内,夹紧螺栓选用不锈钢材质,螺纹尺寸M8;
进一步地,所述的上夹板2对齐下夹板位置,使其上的螺栓孔对应穿入夹紧螺栓,形成上下夹板夹持图书的形式;
进一步地,在各夹紧螺栓高出上夹板的部分套上加压弹簧4,并在加上垫片6后旋上碟形螺母5;
进一步地,依次交替旋紧所述的碟形螺母5,使所述的加压弹簧4被均匀压缩,上下夹板对含水图书产生挤压作用,使纸张之间的多余水溶液被挤出,并对纸张进行加压平整;
进一步地,所述的夹紧弹簧4压缩到一定程度,对纸张的压力达到预定压力,停止旋动螺母5并放置一段时间后,图书连同夹紧的夹板一同放入冷冻箱快速冷冻;
进一步地,所述夹紧图书的夹板在冷冻过程中,图书纸张中尚存的水分结晶后体积会膨胀,上下夹板之间的距离会略有增大,加压弹簧被进一步压缩,但基本保持夹板夹紧力不变,可以避免上下夹板的变形;
进一步地,所述的冷冻过程结束后,图书连同夹板一同移动到冷冻干燥设备的真空干燥箱。
进一步地,真空冷冻干燥工作开始后,由于热量传递的缘故,离金属夹板最近的图书纸张首先获得升华所需的热量,纸张中的冰晶被升华干燥,干燥的纸张会释放出一定的空间,压缩的弹簧则推动夹板自动消除此空间,并对图书纸张保持基本一致的压紧力,以阻止过度干燥纸张的变形,直到整本图书升华干燥完毕。
进一步地,所述的图书连同夹板在整本图书升华干燥完毕后一同移出干燥箱。
进一步地,所述的图书连同夹板一同移出升华干燥箱后,不要立即解除夹板,需要在常温常湿的环境下放置一定的时间,原因是此时图书纸张的含水率一般远低于环境湿度,立即去除夹板会使部分纸张翘曲,待图书纸张含水率与环境湿度相近时去除夹紧螺栓和夹板,图书冷冻干燥过程结束。
以上对本发明所提供的一种冷冻干燥水溶液脱酸图书的夹紧方法及夹具装置进行了详细介绍,对于本领域的一般技术人员,依据本发明实施例的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种真空冷冻干燥水溶液脱酸图书的夹紧方法及夹具装置,包括上下夹板、夹紧螺栓、加压弹簧、螺母、垫片等;含水图书被放置在两金属板之间,在金属板孔中穿入螺栓,在螺栓与螺母之间加入加压弹簧;均匀旋紧螺母,使两金属板逐渐夹紧含水图书,挤出多余的水溶液,并使图书纸张进一步平整;待夹紧力增大到预定范围后,停止旋动螺母,随后一同送入后续冷冻和干燥工序,金属板在后续工序中传递热量。
2.根据权利要求1所述的一种真空冷冻干燥水溶液脱酸图书的夹紧方法及夹具装置,其特征在于所述的两金属板可以做成无孔光板和有孔筛板两种形式,要求其有良好传热性和一定厚度抵抗变形,并有一定的抗腐蚀性;筛板表面小孔尺寸要尽量小,并需在金属夹板和图书之间适当加入一定厚度的垫层材料(如无纺布),以减少小孔在图书表面留下痕迹。
3.根据权利要求1所述的一种真空冷冻干燥水溶液脱酸图书的夹紧方法及夹具装置,其特征在于所述的加压弹簧外套在夹紧螺栓和螺母之间,其长度和刚度根据处理图书的纸张不同而有所变化,以保证含水图书在整个冷冻干燥工序过程中获得合适的夹紧力。
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