CN107881850B - 一种古籍脱酸加固增强装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种古籍脱酸加固增强装置。该装置包括双开前门、风扇组、除湿机、真空泵、灯、中间隔板、气体管道小孔、背板、超声雾化器、气体管道和滑轮轨道；所述装置的一面开设有双开前门；所述中间隔板将装置分割为上层和下层，所述上层与下层的底面均设置有风扇组，所述装置中与装置门相对的背板外表面上设置有除湿机、真空泵和超声雾化器；所述气体管道位于并贯穿于中间隔板上层，且该段气体管道上开有气体管道小孔，所述气体管道与超声雾化器连接。本装置结构简单，成本低，能够大批量处理古籍；功能多样，不仅适用于古籍的脱酸修复，同样适用于档案、文献、图书和现代纸、棉、麻制品等的加固增强和保存处理。

Description

一种古籍脱酸加固增强装置
技术领域
本发明属于造纸领域，具体涉及一种古籍脱酸加固增强装置。
背景技术
在中国各种各样的图书馆、博物馆、档案馆中，保存在成千上万的珍贵书籍、书画、现代报纸、档案和其他文物,它们是中华民族的优秀的传统文化精华,具有重要的历史价值、文化价值、信息价值，是中华文化遗产中的重要组成部分，具有不能被复制的历史意义。纸张，作为这些文字精华的载体，随着岁月的流逝，遭虫蛀、酸化、霉变、破损的情况越来越严重，情况岌岌可危。纸张由纤维原料抄造而成，纤维素的稳定性是维持纸张物理性能最重要的条件之一，纤维素在中性和弱碱性条件下是相对稳定的，一般不易被水解和氧化，但是在酸性条件下，由于酸的催化作用，纤维素的水解作用显著增强，纤维素水解后，由于聚合度降低，纸张的强度也随之降低，时间久了，纸张就会粉化。因此，对纸质文献进行彻底的脱酸研究已经迫在眉睫。目前尽管国内外研究机构已经开展各种对纸质文献的脱酸研究，但是至今仍未获得能实际应用的脱酸技术。
现有的脱酸工艺主要有液相脱酸和气相脱酸，其原理都是用碱性脱酸剂将纸张中的酸中和而达到脱酸目的。
液相脱酸法主要分为有机溶液脱酸和水溶液脱酸；
有机溶液脱酸法主要方法有韦托法，FMC法，氢氧化钡-甲醇溶液脱酸，有机溶液脱酸法具有脱酸效率高，操作简单，成本低等优点。目前日本、德国、意大利、美国等西方国家大多采用有机溶液法脱酸，然而大部分有机溶剂会造成古籍油墨溶化，污损古籍。而且有机溶液易燃，毒性强，对操作的安全性要求很高。
水溶液脱酸法具有对环境安全、便于操作、经济、脱酸效果好的优点，但也存在着对处理后的纸质文献出现变形、皱缩等现象，对某些字迹有影响，不易于规模化脱酸的要求。目前国际上还没有解决水溶液法对整本图书进行脱酸处理的技术，如果直接对整本古籍进行脱酸处理，纸张之间会相互粘连，造成严重的二次破损，要处理都必须先要将古籍拆开成单页进行处理，纸质文献处理完成后再重新装订，古籍放置时间久了本来就强度很低，拆开就已经非常容易造成破损了，把文献放到溶液中浸泡以后，纸张的强度就更低了，虽然能够脱酸，但是对古籍的二次损坏太严重，再者，书籍经过液体浸泡后需要烘干，烘干过程很容易造成纤维的老化，纤维断裂，使得纸张发黄，甚至破损，而且此方法处理过程繁杂，周期长，并不适用。
气相脱酸法主要分为二乙基锌法和吗啉脱酸法。
二乙基锌脱酸法：二乙基锌与纸张中的酸性氢离子相遇时，不仅能和纸中的氢离子发生反应，还能迅速中和水中的氢，生成固体的氧化锌。这种固体氧化锌留在纸的表面，可以有一定的脱酸效果，但是二乙基锌遇空气会自燃，存在很大的危险，纸质的文献最怕的就是火了，而且氧化锌的残留也会部分程度上加速纸张纤维的光氧化，使纸张发黄、老化，所以此方法也不太好。
吗啉脱酸法：正常情况下，吗啉是液体，而在真空条件下它能与水混合可变成气体，能与纸张中的氢离子发生反应达到脱酸目的。这种方法容易改变纸张颜色，使新闻纸、期刊等发黄，处理过程不能起到加固作用，而且加上设备、仪器投资很大，大规模推广受到限制。从国外脱酸技术的应用情况来看，七、八十年代，气相脱酸以其大批量处理的优点倍受人们的推崇，但工艺条件要求高，存在安全隐患，投资大、处理效果不均匀的缺点限制了它的广泛应用。
目前国内外已存在很多种类似的气相和液相的脱酸工艺，但是都存在各自的缺陷，例如成本高，操作难度大，脱酸剂毒性大，不能大规模化，存在安全隐患，污染环境等，近年也有一些学者研究将液相脱酸剂雾化的方法；
电弧放电纸张脱酸装置及方法-浙江大学-张悉文(CN102644218A)，此装置需要惰性气体作为保护气体，使用电弧放电喷枪，将碱性脱酸剂溶液喷涂在待测纸张表面。优点在于相比传统液相脱酸，本装置是在空气中处理纸张，不用浸泡到溶液中不会产生粘连，相比传统气相脱酸，本装置对于单张纸张脱酸时间更短，效率更高。缺点是①要惰性气体保护，存在一定风险②需要5-10kv的高压电源，能耗高，且危险系数大。③喷涂适合处理单张纸张，适合于报纸之类的，对于整本古籍处理起来很麻烦。
一种纸质文献脱酸装置及脱酸方法-南京博物馆-龚良(CN105544299A)此装置也是用直接喷涂的方法处理古籍，是将碱性脱酸剂溶液雾化喷涂在待测的古籍上，优点在于设计了一种自动翻页装置，机器自动翻一页喷涂一页，减少了人手动操作的繁杂。缺点在于翻页系统对图书的尺寸厚度有要求，需要对古籍进行分拣，而且喷涂后纸张未干可能会导致粘连。
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-广东工业大学-方岩雄(CN102242529A)把古籍放置在密闭装置中，将碱性脱酸溶液加压雾化通入装置中进行脱酸操作。优点是处理简便，能对大批量的古籍直接进行处理。缺点①是加压雾化的液滴较大，书籍湿度太大容易粘连②无法保证雾化液滴在装置中均匀分布，易造成脱酸不均匀。
至今为止还没有发现一个能实际应用的古书脱酸方法。目前尽管国内外研究机构已经开展各种对纸质文献的脱酸研究，但是至今仍未获得能实际应用的脱酸技术，与之相匹配的脱酸设备更是凤毛麟角。
现有设备的一些构想都存在成本高，操作难度大，脱酸剂毒性大，不能大规模化，存在安全隐患，污染环境等缺点。综上所述，能够实际应用的，有效的脱酸设备，至今为止还没被设计出来。
发明内容
本发明克服上述缺陷，提供一种古籍脱酸加固增强装置。本发明装置旨在不破坏纸张原有的温度与湿度，不需要对纸张进行烘干操作，纤维不会老化断裂，纸张也不会发黄破损。
一种古籍脱酸加固增强装置，包括双开前门、风扇组、除湿机、真空泵、灯、中间隔板、气体管道小孔、背板、超声雾化器、气体管道和滑轮轨道；所述装置为正六面体型；所述双开前门开设于正六面体一侧面；所述中间隔板将装置分割为上层和下层，所述上层与下层的底面均设置有风扇组，所述除湿机、真空泵和超声雾化器设置于双开前门相对的背板的外表面上；所述中间隔板下部四周固定有灯；所述气体管道位于并贯穿于中间隔板上层，且该段气体管道上开有气体管道小孔，所述气体管道与超声雾化器连接；所述滑轮轨道设置于底面上。
进一步地，还包括可视窗口，所述双开前门两边和装置左右两侧有可视窗口。
进一步地，还包括湿度计、压强计和pH计；所述湿度计、压强计和pH计均设置于装置内部。
进一步地，双开前门上固定有PLC控制系统，所述PLC控制系统，将风扇组、除湿机、真空泵、超声雾化器、灯和书架集成控制，通过监控湿度计、压强计、pH计，实时控制灯开关，风扇启停、风速大小，除湿启停、除湿风量，真空泵启停、抽真空风速，超声雾化器启停、雾化量大小、书架转动启停、书架转动停留时间。
进一步地，所述装置由外层材料和内层材料组成，外层材料为碳钢，里层材料为不锈钢；装置整体密封性好，体系保持室温，体系内可以达到或接近真空；装置总宽度为1m-2.5m，高度为1m-2.5m，长度为3m-12m，装置整体类似于集装箱，通过叉车和运输工具可以把整套装置四处运输。所述装置也可以是在一个密闭的房间内，四周和顶部有墙，封闭好原有门窗，并对墙壁进行防潮防腐处理。
进一步地，还包括积水槽和排水阀；所述下层底面上设置有积水槽；所述积水槽位于装置两侧和靠背板地面，所述积水槽高度低于地面1-10cm，宽度为1-10cm；所述积水槽和排水阀连接，当积水达到一定程度可通过开启排水阀将积水排出到装置外。所述滑轮轨道有两道，两道滑轮轨道间的宽度与书架宽度一致，便于书架移动进出。
进一步地，所述的装置，在前门，两边侧面共有四处钢化玻璃可视窗口，窗户尺寸为0.1m*0.1m-2m*2m，中间隔板底侧四角装有防水防爆灯，方便操作人员查看装置内情况。
进一步地，所述除湿机最大除湿量为0.5kg/h-150kg/h，除湿机除湿量取决于装置内密闭体积，装置内密闭体积为10m3时，除湿机最大除湿量为0.5kg/h-30kg/h，装置内密闭体积每增大5m3，除湿机最大除湿量也随之增大0.5kg/h-30kg/h。
进一步地，所述真空泵的极限真空度为0至-0.08mpa，最大抽气速度为5m3/h-500m3/h，真空泵的最大抽气速度与装置体积成正比，装置体积为10m3时，真空泵的最大抽气速度为5m3/h-100m3/h；装置体积每增加5m3时，真空泵的最大抽气速度增加1m3/h-100m3/h。
进一步地，所述超声雾化器14，超声频率为15khz-120khz，雾化后颗粒直径为1nm-5μm，加湿量为0.5L/h-150L/h，加湿量取决于装置的体积，装置内密闭体积为10m3时，超声雾化器最大加湿量为0.5kg/h-30kg/h，装置内密闭体积每增大5m3，超声雾化器最大加湿量也随之增大0.5kg/h-30kg/h。
进一步地，所述超声雾化器通过气体管道与中间隔板分隔的上层连通，所述气体管道上还有气体管道小孔，气雾通过气体管道小孔均匀的进入到隔板上层，由隔板上的鼓风机带动到装置中。
进一步地，所述鼓风机材质绝缘、防水、耐腐蚀，长时间放置于气雾环境中不会损坏，鼓风机为变频鼓风机，可调节风速。位于装置前门顶部鼓风机是由下方进气，朝着进门方向鼓气，位于装置后板底部鼓风机是由上方进气，朝着出门方向鼓气。两组鼓风机可以保证装置内密闭空间气雾循环，使装置中布满气雾，没有遗漏死角。
进一步地，所述中间隔板上设置有出风口，由于离风机近的部分流速较快，出风口面积离风扇组由近及远的方向依次增大，从而保证流出隔板的气雾速度一致，确保了气雾的均匀分散。
进一步地，所述书架为不锈钢材质，底部有滚轮，可以在装置外装好书然后推到装置内进行除酸。书架上装有不锈钢链条，书篮固定在链条上，链条由电机带动，电机开启后将书篮上下移动，从而使得书籍对气雾的吸收更加均匀；书篮为上微宽下微窄设计，古籍侧面可翻开边朝上放置，风扇从上至下的风使古籍略微打开，使脱酸剂渗透更均匀。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
采用超声雾化，雾化液滴粒径要远低于之前的加压雾化(喷涂雾化也是加压雾化的一种)；装置中加装有风扇组，保证装置内气雾分布均匀，同时书架是可移动式书架，进一步确保脱酸的均匀性；先抽湿，后加脱酸剂，不改变古籍原始湿度的同时，促进了古籍对脱酸剂的吸收，加速脱酸反应。
附图说明
图1为发明古籍脱酸加固增强装置的结构示意图；
图2为中间隔板的结构示意图；
图3为书架的结构示意图；
图4为本发明装置内体系内风向变化的气体流向图。
图中各个部件如下：双开前门1、可视窗口2、积水槽3、风扇组4、湿度计5、除湿机6、真空泵7、压强计8、pH计9、灯10、中间隔板11、气体管道小孔12、背板13、超声雾化器14、气体管道15、PLC控制系统16、排水阀17、滑轮轨道18、书架19、出风口20。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步地具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
如图1～图4所示，一种古籍脱酸加固增强装置，包括双开前门1、风扇组4、除湿机6、真空泵7、灯10、中间隔板11、气体管道小孔12、背板13、超声雾化器14、气体管道15和滑轮轨道18；所述装置的一面开设有双开前门1；所述中间隔板11将装置分割为上层和下层，所述上层与下层的底面均设置有风扇组4，所述装置中与装置门相对的背板13外表面上设置有除湿机6、真空泵7和超声雾化器14；所述中间隔板下部四周固定有灯10；所述气体管道15位于并贯穿于中间隔板11上层，且该段气体管道15上开有气体管道小孔12，所述气体管道15与超声雾化器14连接；所述装置底面上设置有滑轮轨道18。还包括可视窗口2，所述双开前门1两边和装置左右两侧有可视窗口2。还包括湿度计5、压强计8和pH计9；所述湿度计5、压强计8和pH计9均设置于装置内部。双开前门1上固定有PLC控制系统16，所述PLC控制系统，将风扇组4、除湿机6、真空泵7、超声雾化器14、灯10和书架19集成控制，通过监控湿度计5、压强计8、pH计9，实时控制灯开关，风扇启停、风速大小，除湿启停、除湿风量，真空泵启停、抽真空风速，超声雾化器启停、雾化量大小、书架转动启停、书架转动停留时间。所述装置由外层材料和内层材料组成，外层材料为碳钢，里层材料为不锈钢；装置总宽度为1m-2.5m，高度为1m-2.5m，长度为3m-12m。还包括积水槽3和排水阀17；所述下层底面上设置有积水槽3；所述积水槽3位于装置两侧和靠背板地面，所述积水槽3高度低于地面1-10cm，宽度为1-10cm；所述积水槽3和排水阀17连接；所述滑轮轨道13有两道，两道滑轮轨道13间的宽度与书架19宽度一致。所述中间隔板11上设置有出风口20，由于离风机近的部分流速较快，出风口面积离风扇组由近及远的方向依次增大。所述书架19为不锈钢材质，底部有滚轮；书架上装有不锈钢链条，书篮固定在链条上，链条由电机带动，电机开启后将书篮上下移动，从而使得书籍对气雾的吸收更加均匀；书篮为上微宽下微窄设计，古籍侧面可翻开边朝上放置，风扇组4从上至下的风使古籍略微打开，使脱酸剂渗透更均匀。
脱酸修复增强运行机理：
打开双开前门1和灯10，从滑轮轨道上拖出书架19，把需要处理的古籍放置到书架上，然后把书架19推回装置中，关闭双开前门1。通过PLC控制系统16，开启风扇组4维持装置内空气流动，打开除湿机6，通过湿度计5观察体系内湿度，达到目标湿度后关闭除湿机。然后打开真空泵7，通过压强计8观察体系内压强，达到目标压强后关闭真空泵。选择所需的脱酸剂、加固剂或增强剂溶液，(如NaOH溶液，Ca(OH)2溶液，Cu(OH)2溶液，Fe(OH)3溶液，KOH溶液，Na2CO3溶液，NaHCO3溶液，NH3·H2O溶液，乙二胺溶液，磷酸盐溶液，硼酸盐溶液，纳米纤维素，聚乙烯醇溶液，丁苯胶乳溶液，加入1-50L)到装置外背板上的超声雾化器14中，开启超声雾化器，通过湿度计5对体系内湿度的监控，使用PLC控制系统调节超声雾化器14的雾化量，使体系内湿度维持一个稳定的范围，从而对体系中的古籍进行脱酸加固增强操作。待体系内古籍处理完成，通过PLC控制系统16关闭超声雾化器，打开抽湿机抽出体系内剩余残留试剂气雾，一段时间后关闭整个系统，即可打开双开前门1拿出书架19中的古籍了。

Claims (4)

1.一种古籍脱酸加固增强装置，其特征在于：包括双开前门(1)、风扇组(4)、除湿机(6)、真空泵(7)、灯(10)、中间隔板(11)、气体管道小孔(12)、背板(13)、超声雾化器(14)、气体管道(15)、滑轮轨道(18)和书架(19)；所述装置为正六面体型；所述双开前门(1)开设于正六面体一侧面；所述中间隔板(11)将装置分割为上层和下层，所述上层与下层的底面均设置有风扇组(4)，所述除湿机(6)、真空泵(7)和超声雾化器(14)设置于双开前门(1)相对的背板(13)的外表面上；所述中间隔板下部四周固定有灯(10)；所述气体管道(15)位于并贯穿于中间隔板(11)上层，且该段气体管道(15)上开有气体管道小孔(12)，所述气体管道(15)与超声雾化器(14)连接；所述滑轮轨道(18)设置于底面上；
还包括湿度计(5)、压强计(8)和pH计(9)；所述湿度计(5)、压强计(8)和pH计(9)均设置于装置内部；
双开前门(1)上固定有PLC控制系统(16)，所述PLC控制系统，将风扇组(4)、除湿机(6)、真空泵(7)、超声雾化器(14)、灯(10)和书架(19)集成控制，通过监控湿度计(5)、压强计(8)、pH计(9)，实时控制灯开关，风扇启停、风速大小，除湿启停、除湿风量，真空泵启停、抽真空风速，超声雾化器启停、雾化量大小、书架转动启停、书架转动停留时间；
所述装置在一个密闭的房间内，四周和顶部有墙，封闭好原有门窗，并对墙壁进行防潮防腐处理；
所述中间隔板(11)上设置有出风口(20)，由于离风机近的部分流速较快，出风口面积离风扇组由近及远的方向依次增大；
所述书架(19)为不锈钢材质，底部有滚轮；书架上装有不锈钢链条，书篮固定在链条上，链条由电机带动，电机开启后通过链条带动书篮循环转动，从而使得书籍对气雾的吸收更加均匀；书篮为上微宽下微窄设计，古籍侧面翻开边朝上放置，风扇组(4)从上至下的风使古籍打开，使脱酸剂渗透更均匀；所述书架尺寸小于装置前门的尺寸以便于书架移动进出，装置内放多组书架，数量由装置总体积决定。
2.根据权利要求1所述古籍脱酸加固增强装置，其特征在于：还包括可视窗口(2)，所述双开前门(1)两边和装置左右两侧有可视窗口(2)。
3.根据权利要求1所述的一种古籍脱酸加固增强装置，其特征在于所述装置由外层材料和内层材料组成，外层材料为碳钢，里层材料为不锈钢；装置总宽度为1m-2.5m，高度为1m-2.5m，长度为3m-12m。
4.根据权利要求1所述的一种古籍脱酸加固增强装置，其特征在于，还包括积水槽(3)和排水阀(17)；所述下层底面上设置有积水槽(3)；所述积水槽(3)位于装置两侧和靠背板地面，所述积水槽(3)高度低于地面1-10cm，宽度为1-10cm；所述积水槽(3)和排水阀(17)连接；所述滑轮轨道(18)有两道，两道滑轮轨道(18)间的宽度与书架(19)宽度一致。
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