CN108677600A - 一种纸张保护剂及其制备方法与应用工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及纸张保护技术领域，尤其涉及一种纸张保护剂及其制备方法与应用工艺。本发明公开了纸张保护剂，包括：羧甲基纤维素钙和至少两种溶剂。该保护剂能够增加纸张的机械强度，延缓纸张酸化水解，同时，该保护剂不会对纸张的色度有太大影响，有利于纸张的保存，对老化纸张具有较好的保护和修复效果。本发明还提供了一种纸张保护剂的制备方法，该制备方法操作简单，原料简单易得。本发明还提供了一种纸张保护剂的应用工艺，该应用工艺步骤简单，适用于工业生产。解决了现有的纸张保存时间长易出现严重酸化、机械强度下降，纸张严重变色的技术问题。

Description

一种纸张保护剂及其制备方法与应用工艺
技术领域
本发明涉及纸张保护技术领域，尤其涉及一种纸张保护剂及其制备方法与应用工艺。
背景技术
中国作为四大文明古国之一，有非常有些的文化传统，并且有非常悠久的纸张使用历史。四大发明之一的造纸术经历了上千年的历史积淀，如今被广泛应用。我们用纸张作画，写字，记录重要的信息，利用纸张编订教材，记录史实。所以在中国，有很多纸质档案，书籍，墨宝和文物被留存下来了。这些纸质资料是中华民族优秀历史的发声者，是中华民族艰苦奋斗的见证者，也是我国走过的历史风雨的陪伴者。随着时间的健步向前，这些纸质文物已到“垂暮之年”，面领着酸化、黄化、易碎和发霉等各种“病痛”的挑战。
调查显示，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与机械强度下降的现象。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纸张脆弱到一触即破。
目前，纸张保护技术主要有两大类，分别是脱酸和保护。纸张脱酸主要有有气相脱酸法和液相脱酸法，液相脱酸法在使用其他生物或化学材料对纸张脱酸时，能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保护，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，但脱酸试剂中的水分容易对纸张纤维造成二次伤害。常见的保护方法有托裱法丝网保护法、热压加膜法、真空加膜法、高分子胶液涂覆法和у射线法，但这些保护方法中的加固材料老化会导致纸张加速老化。
因此，提供一种能有效增强纸张的机械强度的同时不对纸张造成二次伤害的纸张保护剂是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种纸张保护剂及其制备方法与应用工艺，解决了现有的纸张保护剂容易对纸张造成二次伤害，加速纸张老化的技术问题。
其具体技术方案如下：
本发明提供了一种纸张保护剂，包括：羧甲基纤维素钙和至少两种溶剂。
需要说明的是，除了羧甲基纤维素钙以外，其它含有能与酸形成难溶于水的盐的金属离子的纤维素衍生物与至少两种溶剂均可以得到本发明的纸张保护剂。
优选地，所述羧甲基纤维素钙与所述溶剂的质量比为1:400～1:50。
更优选地，羧甲基纤维素钙与溶剂的质量比为0.5:99.5、0.75:99.25、1：99、1.25：98.75、1.5：98.5，最优选为1.25：100。
优选地，所述溶剂的数量为两种；
所述溶剂分别为无水乙醇和去离子水。
更优选地，无水乙醇为分析纯。
优选地，所述无水乙醇与所述去离子水的质量比为1:4～4：1。
更优选地，无水乙醇与去离子水的质量比为1：1、1：4、2：3、4：1，最优选为1：1。
优选地，纸张保护剂中的纸张选自现代纸或旧文献资料纸。
本发明还提供了一种上述纸张保护剂的制备方法，包括以下步骤：将羧甲基纤维素钙溶解于至少两种溶剂中，得到所述纸张保护剂。
优选地，羧甲基纤维素钙与溶剂的质量比为1:400～1:50。
更优选地，羧甲基纤维素钙与溶剂的质量比为0.5:99.5、0.75:99.25、1：99、1.25：98.75、1.5：98.5，最优选为1.25：98.75。
优选地，溶剂分别为无水乙醇和去离子水。
更优选地，无水乙醇为分析纯。
优选地，无水乙醇与去离子水的质量比为1:4～4：1。
更优选地，无水乙醇与去离子水的质量比为1：1、1:4、2:3、4：1，最优选为1：1。
优选地，所述羧甲基纤维素钙与所述溶剂的质量比为1:50～1:400。
优选地，所述溶解的温度为50-75℃。
优选地，加热容器为真空干燥箱。
优选地，纸张保护剂中的纸张选自现代纸或旧文献资料纸。
更优选地，纸张保护剂的制备方法具体为：将羧甲基纤维素钙和至少两种溶剂混合，倒入密封容器中，加热，使得羧甲基纤维素钙充分溶解，得到到所述纸张保护剂。
本发明还提供了一种上述纸张保护剂或上述制备方法制得的纸张保护剂的应用工艺，包括以下步骤：
将所述纸张保护剂涂抹于纸张上，进行干燥。
优选地，所述涂抹时间为10mins～15mins；
所述涂抹温度为20℃-30℃。
优选地，所述干燥的湿度为40％～60％；
所述干燥时间为20℃～30℃。
优选地，涂抹使用工具为四面涂布器，涂抹方式为：在纸张上来回刷涂。
优选地，纸张选自现代纸或旧文献资料纸。
本发明提供的一种纸张保护剂包括羧甲基纤维素钙和至少两种溶剂。结合本发明实施例的实验数据可知，该保护剂能够纸张的机械强度增加45％-70％，纸张表面pH值提升到6-7及以上，延缓纸张酸化水解，使加固剂体系中水的成分大幅度减少，并且有效保护成分在纸张纤维之间的渗透。同时，该保护剂不会对纸张的色度有太大影响，有利于纸张的保存，另外，该保护剂对老化纸张保护效果保持99.5％及以上，使老化的纸张得到修复。本发明提供的纸张保护剂的制备方法操作简单，原料简单易得，无毒无害，经济实惠，绿色环保。本发明提供的纸张保护剂的应用工艺，该应用工艺步骤简单，可推广性强，适用于工业生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的未用保护剂处理的纸张内部结构一个实施例的电镜图；
图2为本发明提供的未用保护剂处理的纸张内部结构另一个实施例的电镜图；
图3为本发明提供的使用保护剂处理的纸张内部结构一个实施例的电镜图；
图4为本发明提供的使用保护剂处理的纸张内部结构另一个实施例的电镜图；
图5为本发明提供的使用保护剂处理后老化的纸张内部结构一个实施例的电镜图；
图6为本发明提供的使用保护剂处理后老化的纸张内部结构另一个实施例的电镜图；
图7为本发明实施例提供的未保护纸张使用保护剂处理前后的红外光谱图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的纸张保护剂及其制备方法与应用工艺中所用的原料及试剂均可由市场购得。
以下就本发明所提供的一种纸张保护剂及其制备方法与应用工艺做进一步说明。
本发明实施例中，白度的测定实验，为使用色差仪(Color Reader CR-10)对用保护剂处理前后纸张的白度进行测试。在每张纸上不同的位置测试不同位置的白度值，每张纸找8个位置进行测试，取其平均值。用L、a、b记录颜色的变化情况，L值表示明度系数，反映所测量位置点的亮度，其值若越大，越靠近白色，反之，靠近黑色(100—白，0—黑)。a值为红绿轴色度指数，a越大，代表品红色程度越大，a越小，代表着绿色程度越大；b值为黄蓝轴色度指数，+b越大，代表黄色程度越大，-b代表蓝色程度越大。色差的计算公式见式：
ΔE＝[(ΔL)2+(Δa)2+(Δb)2]0.5
实施例一
预处理：取同一周1982《马来西亚日报》古旧新闻纸若干张，但是大体老化状态一致，置于25℃，50％湿度下，恒温恒湿处理24h后取出待处理纸张。
准确量取49.75g无水乙醇和49.75g去离子水置入烧杯，再加入0.5g羧甲基纤维素钙，置于密封容器内，升温至75℃溶解，充分搅拌混合均匀，制得保护剂。将保护剂置于密封容器内直接用四面涂布器涂抹待处理纸张，在25℃来回刷涂10～15mins；将处理后的纸张在25℃，50％的湿度下自然晾干。测量保护剂处理前与处理后纸张各项性能与指标。
如表1所示，羧甲基纤维素钙质量分数0.5％的加固剂对纸张机械强度，撕裂度几乎没有提升，有提升也是极其微小的提升，对纸张表面pH值有所提高，且处理前后，纸张不会有较大的色差。
表1处理前与处理后纸张各项性能与指标
实施例二
预处理方式同实施例一。
准确量取49.625g无水乙醇和49.625g去离子水置入烧杯，再加入0.75g羧甲基纤维素钙，充分搅拌混合，置于密封容器内，置于密封容器内，升温至75℃溶解，充分搅拌混合均匀，制得保护剂。将保护剂置于密封容器内直接用四面涂布器涂抹需要处理的纸张，在25℃来回刷涂10～15mins；将处理后的纸张放在25℃，50％的湿度下自然晾干。测量保护剂处理前与处理后纸张各项性能与指标。
如表2所示，羧甲基纤维素钙质量分数0.75％的加固剂对纸张机械强度有一定程度上提升，比实施例一中的提升幅度大，对纸张表面pH值有所提高，且处理前后，纸张不会有较大的色差。
表2处理前与处理后纸张各项性能与指标
实施例三
预处理方式同实施例一。
准确量取49.5g无水乙醇和49.5g去离子水置入烧杯，加入1.00g羧甲基纤维素钙，置于密封容器内，升温至75℃溶解，充分搅拌混合均匀，制得保护剂。将保护剂置于密封容器内直接用四面涂布器涂抹需要处理的纸张，在25℃来回刷涂10～15mins；将处理后的纸张放在25℃，50％的湿度下自然晾干，测量保护剂处理前与处理后纸张各项性能与指标。
如表3所示，羧甲基纤维素钙质量分数1.0％的加固剂对纸张机械强度，撕裂度有明显的提升，比实施例二中的提升幅度大，对纸张表面pH值有所提高，且处理前后，纸张不会有较大的色差。
表3处理前与处理后纸张各项性能与指标
实施例四
预处理方式同实施例一。
准确量取49.375g无水乙醇和49.375g去离子水置入烧杯，加入1.25g羧甲基纤维素钙，充分搅拌混合，置于密封容器内，升温至75℃溶解，充分搅拌混合均匀，制得保护剂。将保护剂置于密封容器内直接用四面涂布器涂抹需要处理的纸张，在25℃来回刷涂10～15mins；将处理后的纸张放在25℃，50％的湿度下自然晾干。测量保护剂处理前与处理后纸张各项性能与指标。
如表4所示，羧甲基纤维素钙质量分数1.25％的加固剂对纸张机械强度，撕裂度有明显的提升，比实施例三中的提升幅度大，对纸张表面pH值有所提高，且处理前后，纸张不会有较大的色差。
表4处理前与处理后纸张各项性能与指标
实施例五
预处理方式同实施例一。
准确量取49.250g无水乙醇和49.250g去离子水置入烧杯，加入1.5g羧甲基纤维素钙，充分搅拌混合，制得保护剂。将保护剂置于密封容器内，升温至75℃溶解，充分搅拌混合均匀，置于密封容器内直接用四面涂布器涂抹需要处理的纸张，在25℃来回刷涂10～15mins；将处理后的纸张放在25℃，50％的湿度下自然晾干。测量保护剂处理前与处理后纸张各项性能与指标。
如表5所示，羧甲基纤维素钙质量分数1.5％的加固剂对纸张机械强度，撕裂度有明显的提升，提升幅度大不如实施例四，这是由于纤维素质量分数提高后，加固剂粘度变大，加固剂的有效成分难以进入纤维素结构内部。对纸张表面pH值有所提高，且处理前后纸张不会有较大的色差。
表5处理前与处理后纸张各项性能与指标
实施例六
预处理方式同实施例一。
准确量取19.76g无水乙醇和79.04g去离子水置入烧杯，加入1.25g羧甲基纤维素钙，充分搅拌混合，置于密封容器内，升温至75℃溶解，充分搅拌混合均匀，制得保护剂。将保护剂置于密封容器内直接用四面涂布器涂抹需要处理的纸张，在25℃来回刷涂10～15mins；将处理后的纸张放入真空干燥箱75℃处理3h，取出将至室温，在25℃，50％的湿度下自然晾干。测量保护剂处理前与处理后纸张各项性能与指标。
如表6所示，在无水乙醇：去离子水＝1:4(质量比)的溶剂下，羧甲基纤维素钙质量分数1.25％的加固剂对纸张机械强度，撕裂度依旧有提高。对纸张表面pH值有所提高，且处理前后纸张色差值比实施例一、二、三、四中的色差值大。
表6处理前与处理后纸张各项性能与指标
实施例七
预处理方式同实施例一。
准确量取39.52g无水乙醇和59.28g去离子水置入烧杯，加入1.25g羧甲基纤维素钙，充分搅拌混合，置于密封容器内，升温至75℃溶解，充分搅拌混合均匀，制得保护剂。将保护剂置于密封容器内直接用四面涂布器涂抹需要处理的纸张，在25℃来回刷涂10～15mins；将处理后的纸张放入真空干燥箱75℃处理3h，取出将至室温，在25℃，50％的湿度下自然晾干。测量保护剂处理前与处理后纸张各项性能与指标。
如表7所示，在无水乙醇：去离子水＝2:3(质量比)的溶剂下，羧甲基纤维素钙质量分数1.25％的加固剂对纸张机械强度，撕裂度依旧有提高。对纸张表面pH值有所提高，且处理前后纸张色差值比实施例一、二、三、四中的色差值大。
表7处理前与处理后纸张各项性能与指标
实施例八
预处理方式同实施例一。
准确量取59.28g无水乙醇和39.52g去离子水置入烧杯，加入1.25g羧甲基纤维素钙，充分搅拌混合，置于密封容器内，升温至75摄氏度溶解，充分搅拌混合均匀，制得保护剂。将保护剂置于密封容器内直接用四面涂布器涂抹需要处理的纸张，在25℃来回刷涂10～15mins；将处理后的纸张放入真空干燥箱75℃处理3h，取出将至室温，在25℃，50％的湿度下自然晾干。测量保护剂处理前与处理后纸张各项性能与指标。
如表8所示，在无水乙醇：去离子水＝3:2(质量比)的溶剂下，羧甲基纤维素钙质量分数1.25％的加固剂对纸张机械强度，撕裂度依旧有提高，但抗张强度不如实施例四中的提升效果好，可能是由于乙醇挥发快，不能携带加固剂有效成分的分子进入到纸张内部，对纸张表面pH值有所提高，且处理前后纸张色差值比实施例一、二、三、四中的色差值大。
表8处理前与处理后纸张各项性能与指标
实施例九
预处理方式同实施例一。
准确量取79.04g无水乙醇和19.76g去离子水置入烧杯，加入1.25g羧甲基纤维素钙，充分搅拌混合，制得保护剂。将保护剂置于密封容器内，升温至75℃溶解，充分搅拌混合均匀，置于密封容器内直接用四面涂布器涂抹需要处理的纸张，在25℃来回刷涂10～15mins；将处理后的纸张放入真空干燥箱75℃处理3h，取出将至室温，在25℃，50％的湿度下自然晾干。测量保护剂处理前与处理后纸张各项性能与指标。
如表9所示，在无水乙醇：去离子水＝4：1(质量比)的溶剂下，羧甲基纤维素钙质量分数1.25％的加固剂对纸张机械强度，撕裂度依旧有提高，可能是由于乙醇挥发快，不能携带加固剂有效成分的分子进入到纸张内部。对纸张表面pH值有所提高，且处理前后纸张色差值比实施例一、二、三、四中的色差值大。
表9处理前与处理后纸张各项性能与指标
实施例十
预处理方式同实施例一。
准确量取79.04g无水乙醇和19.76g去离子水置入烧杯，加入1.25g羧甲基纤维素钙，充分搅拌混合，制得保护剂。将保护剂置于密封容器内，升温至75℃溶解，充分搅拌混合均匀，置于密封容器内直接用四面涂布器涂抹需要处理的纸张，在25℃来回刷涂10～15mins；将处理后的纸张放入真空干燥箱75℃处理3h，取出将至室温，在25℃，50％的湿度下自然晾干。将部分保护处理后的纸张放入105℃恒温箱中加速老化72h。测量保护剂处理后未老化与处理后老化纸张各项性能与指标。
表10处理后未老化与处理后老化纸张各项性能与指标
实施例十一
预处理方式同实施例一。
准确量取59.28g无水乙醇和39.52g去离子水置入烧杯，加入1.25g羧甲基纤维素钙，充分搅拌混合，置于密封容器内，升温至75℃溶解，充分搅拌混合均匀，制得保护剂。将保护剂置于密封容器内直接用四面涂布器涂抹需要处理的纸张，在25℃来回刷涂10～15mins；将处理后的纸张放入真空干燥箱75℃处理3h，取出将至室温，在25℃，50％的湿度下自然晾干。将部分保护处理后的纸张放入105℃恒温箱中加速老化72h。测量保护剂处理后未老化与处理后老化纸张各项性能与指标。
表11处理后未老化与处理后老化纸张各项性能与指标
实施例十二
预处理方式同实施例一。
准确量取49.75g无水乙醇和49.75g去离子水置入烧杯，再加入0.5g羧甲基纤维素钙，制得保护剂。将保护剂置于密封容器内，升温至75℃溶解，充分搅拌混合均匀，置于密封容器内直接用四面涂布器涂抹需要处理的纸张，在25℃来回刷涂10～15mins；将处理后的纸张放入真空干燥箱75℃处理3h，取出将至室温，在25℃，50％的湿度下自然晾干。将部分保护处理后的纸张放入105℃恒温箱中加速老化72h。
表12处理后未老化与处理后老化纸张各项性能与指标
从实施例十表10、实施例十一表11和实施例十二表12可知，老化纸张使用保护剂加固后，加固效果比较牢靠，相当于25年自然老化效果的人工加速热老化处理后，纸张机械强度几乎没有发生变化，加固效果依然存在。
实施例十三
采用扫描电镜对上述实施例中未处理、处理后未老化和处理后老化的纸张内部结构进行检测。
从图1至图6可以看出，处理后的纸张较未保护的纸张纤维之间变干净，纸张断面整齐，没有细碎的纤维丝，可见处理后纸张的抗张强度增大；处理后的纸张纤维在人工热老化环境下变形程度减小，纸张断面依旧整齐，纸张的抗老化能力增强。
实施例十四
对上述实施例中未处理、处理后未老化和处理后老化的纸张内部结构进行红外光谱测定。
如图7所示，纸张使用保护剂前后，纸张的物质组成没有特殊变化，此种保护剂不会带入有毒物质，且加固后的纸张在一定时间的人工老化后，纸张成分稳定，此种保护剂具有一定的稳定性，不易变质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种纸张保护剂，其特征在于，包括：羧甲基纤维素钙和至少两种溶剂。
2.根据权利要求1所述的纸张保护剂，其特征在于，所述羧甲基纤维素钙与所述溶剂的质量比为1:50～1:400。
3.根据权利要求1所述的纸张保护剂，其特征在于，所述溶剂的数量为两种；
所述溶剂分别为无水乙醇和去离子水。
4.根据权利要求3所述的纸张保护剂，其特征在于，所述无水乙醇与所述去离子水的质量比为1:4～4：1。
5.权利要求1～4任意一项所述的纸张保护剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将羧甲基纤维素钙溶解于至少两种溶剂中，得到所述纸张保护剂。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述羧甲基纤维素钙与所述溶剂的质量比为1:50～1:400。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述溶解的温度为50-75℃。
8.权利要求1～4任意一项所述的纸张保护剂或权利要求5～7任意一项所述的制备方法制得的纸张保护剂的应用工艺，其特征在于，包括以下步骤：
将所述纸张保护剂涂抹于纸张上，进行干燥。
9.根据权利要求8所述的应用工艺，其特征在于，所述涂抹时间为10mins～15mins；
所述涂抹温度为20℃-30℃。
10.根据权利要求8所述的应用工艺，其特征在于，所述干燥的湿度为40％～60％；
所述干燥时间为20℃～30℃。
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