CN110172862A - 基于植酸钠改性纳米氧化镁的脱酸剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于植酸钠改性纳米氧化镁的脱酸剂及其制备方法。首先将纳米氧化镁、植酸钠分别分散在去离子水、醇溶剂中，然后按比例将两种溶液混合进行改性，接着将改性好的纳米氧化镁分散在全氟庚烷、石油醚混合溶剂中，得到目标脱酸剂。该脱酸剂原材料易得，反应条件温和，制备及使用方法简单方便，用量少、效率高，脱酸效果好且均匀。

Description

基于植酸钠改性纳米氧化镁的脱酸剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及图书档案处理及化学组合物技术领域，具体涉及一种基于植酸钠改性纳米氧化镁的纸张脱酸剂及其制备方法。
背景技术
目前，在我国各种图书馆、博物馆、档案机构中保存着数以万计珍贵的、历代遗存的书籍、字画、报纸、档案等文化遗产，其中大都由手工纸或机械纸材质书写和印刷而成。随着岁月的流逝，纸质文献会逐渐出现发黄霉变、粉化碎裂等现象，主要是纸张酸化所致。纸质材料的变质宏观表现为变色，微观上便是结构的破环(机械强度下降)。
纤维素是纸张的主要成分，其在中性和弱碱性条件下相当稳定，不仅难以水解和氧化，而且其水解速度随氢离子浓度增加按照一定比例增加，即pH值越低酸性越强纤维素的水解速度越快。纤维素水解后聚合度降低，导致纸质材料的强度随之降低，最终表现出来的结果是纸张变质发脆。
纸张中酸的来源有很多，包括造纸过程中添加的亚硫酸盐、明矾等物质、工业发展导致逐渐增多的酸性气体以及外界微生物、霉菌等带来的酸性物质。这些不同途径的酸性物质都是纸质文献酸化变质的原因。
目前广泛应用的纸质文献脱酸技术主要包括：溶液法和气相法，其中气相法存在工艺较复杂、需要真空配合、处理周期长、设备较昂贵等不足；溶液法又分为水体系和有机体系两种，水体系溶液法所使用的脱酸剂会导致纸张褶皱、粘连、褪色等。因此使用有机溶液在纸质脱酸方面更有优势。该方法所使用的脱酸剂通常包括金属氧化物或氢氧化物(如氧化镁、氢氧化镁、氧化钙、氢氧化钙等)和有机溶剂(氟代烷烃)。但是由于氟代烷烃的极性非常小，导致氢氧化镁、氧化镁等物质在其中的分散性极差，所以提高脱酸物质在有机溶剂中的分散性是提高脱酸剂效率的关键因素。
发明内容
本发明的目的在于克服现有纸张脱酸剂存在的上述各种问题，提供一种制备工艺简单、使用方便、效果好的脱酸剂，其制备方法如下：
利用纳米氧化镁、水配制分散液A，利用植酸钠、醇溶剂配制分散液B；将分散液A和分散液B按照一定比例混合后加热反应，得到改性纳米氧化镁；将改性纳米氧化镁分散在由全氟庚烷和石油醚组成的混合溶剂中即可。
进一步的，分散液A的浓度为0.5-20g/L，分散液B的浓度为0.1-5g/L。
进一步的，混合时将常温下的分散液B缓慢滴加到60-75℃的分散液A中，滴加完成后在60-75℃保温反应1-3h，趁热过滤、洗涤、干燥，得到改性纳米氧化镁。
更进一步的，采用60-75℃的醇溶剂或去离子水进行洗涤，干燥温度为30-45℃，干燥时间为18-36h。
进一步的，所述醇溶剂具体为无水乙醇。
进一步的，分散液A与分散液B混合时控制纳米氧化镁与植酸钠的质量比在0.5-10:0.1-2.5范围内。
进一步的，混合溶剂中全氟庚烷与石油醚的质量比为1530-1615:32-66。
进一步的，改性纳米氧化镁与混合溶剂的质量比为0.01-0.5:100。
进一步的，改性纳米氧化镁通过均质、超声处理均匀分散在混合溶剂中。
本发明的另一目的在于提供一种按照上述方法制备得到的脱酸剂。
用植酸钠对纳米氧化镁进行改性，可以使其表面活化能降低，增强纳米氧化镁与有机溶剂的相容性，有利于提高纳米氧化镁在全氟庚烷中的分散性。植酸钠是一种重要的纯天然绿色添加剂，其最显著的特征是较强的抗氧化性和护色性，残余的植酸钠对纸张无不良影响。在对纳米氧化镁进行分散的时候将两者分别配成分散液再滴定，可以使纳米氧化镁与改性剂接触更加充分，提高纳米氧化镁的改性率。全氟庚烷的极性很低，使用与其互溶且极性相近的石油醚做增溶剂，可以增加改性纳米氧化镁在全氟庚烷中的分散性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：原材料易得，反应条件温和，制备及使用方法简单方便，避免了采用复杂、昂贵的真空设备，有利于降低脱酸成本；采用复合有机溶剂体系减少了脱酸过程对纸张的不良影响；脱酸剂用量少、效率高，脱酸效果好且均匀。
附图说明
图1为纳米氧化镁采用本发明实施例1方法改性处理前后的透射电镜照片。
图2为纸质文献采用本发明实施例1制得的脱酸剂脱酸处理前后的电镜照片。
具体实施方式
为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例进行进一步说明。
实施例1
将2.5g纳米氧化镁粉末分散在197.5g、70℃去离子水中，搅拌均匀得到浓度为12.5g/L的分散液A。将1g植酸钠加入到499g无水乙醇中，搅拌均匀得到浓度为2g/L的分散液B。将分散液B缓慢滴加到分散液A中，维持混合溶液的温度为70℃反应2小时。反应完趁热抽滤，用70℃的去离子水反复洗涤3次，接着将滤饼置于35℃环境中真空干燥24h，得到改性纳米氧化镁。
将1600g全氟庚烷与32g石油醚混合搅拌均匀，得到混合溶剂。将2g干燥后的改性纳米氧化镁加入到混合溶剂中，所得混合物转移至均质机中在8000r/min条件下均质8min，然后超声30min，即为脱酸剂。
实施例2
将2g纳米氧化镁粉末分散在248g、70℃去离子水中，搅拌均匀得到浓度为10g/L的分散液A。将0.8g植酸钠加入到199.2g无水乙醇中，搅拌均匀得到浓度为4g/L的分散液B。将分散液B缓慢滴加到分散液A中，维持混合溶液的温度为70℃反应2小时。反应完趁热抽滤，用70℃的去离子水反复洗涤3次，接着将滤饼置于35℃环境中真空干燥24h，得到改性纳米氧化镁。
将1615g全氟庚烷与35g石油醚混合搅拌均匀，得到混合溶剂。将1.5g干燥后的改性纳米氧化镁加入到混合溶剂中，所得混合物转移至均质机中在8000r/min条件下均质8min，然后超声30min，即为脱酸剂。
对比例1
将纳米氧化镁粉末置于35℃环境中真空干燥24h，然后直接将纳米氧化镁、全氟庚烷以1:800的质量比混合，所得混合物转移至均质机中在8000r/min条件下均质8min，然后超声30min，即为脱酸剂。
对比例2
对比例2与对比例1基本相同，不同之处在于：直接将氧化镁、全氟庚烷、石油醚三者以1:800:40的质量比混合。
对比例3
对比例3与对比例1基本相同，不同之处在于：直接将氧化镁、全氟庚烷、植酸钠以1:800:0.2的质量比混合。
室温下采用实施例1、2和对比例1-3制得的脱酸剂对纸质文件进行了浸泡脱酸处理(浸泡时间3min)，然后取出风干，脱酸处理后的纸张性能测试结果如下表1所示。
表1不通脱酸剂脱酸效果对比表
对实施例1改性前后的纳米氧化镁进行了透射电镜分析，结果如图1所示(左为改性前，右为改性后)。由图1可知，经过改性纳米氧化镁表面由光滑变得凹凸不平且表面有一层包裹物，这表明通过改性能有效降低纳米氧化镁的表面能，同时改性剂以包覆层的形式包覆在氧化镁表面，有利于纳米氧化镁在全氟庚烷中的分散，防止其聚集。
室温下采用实施例1制得的脱酸剂对纸质文件进行了浸泡脱酸处理(浸泡时间3min)，然后取出风干，通过扫描电镜分析纸质文件脱酸处理前的微观结构变化，结果如图2所示(左为脱酸前，右为脱酸后)。由图2可知，经过脱酸处理后的纸张纤维表面附着有大量的固体颗粒，且固体颗粒的结构与纳米氧化镁的结构基本一致，说明纳米氧化镁颗粒附着在了纸张纤维表面，起到了脱酸的效果。
按照同样的方法，利用实施例1制得的脱酸剂研究了浸泡时间对脱酸效果的影响，结果如表2所示。
表2浸泡时间对脱酸效果的影响结果表
以上实验结果表明：浸泡时间太短(1min以下)，脱酸剂在纸张表面附着量较少，对纸张酸度处理不明显；浸泡时间过长(5min以上)，pH值没有明显的增加，且宏观上能观察到纸张表面出现明显的白色堆积，这会影响纸张的基本物理性能。浸泡时间适中，既能保证纸张的脱酸效果显著又能保证纸张的物理性能基本不变，微观上脱酸剂在纸张上附着量足够，宏观上纸张表面无明显的白色堆积，因此控制浸泡时间为1-5min。该实验还说明，全氟庚烷-石油醚复合溶剂体系的短时间浸泡处理，对纸张的脆性等基本性能影响不大。
利用实施例2制得的脱酸剂进行上述实验也能取得类似的效果。

Claims (10)

1.基于植酸钠改性纳米氧化镁的脱酸剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：利用纳米氧化镁、水配制分散液A，利用植酸钠、醇溶剂配制分散液B；将分散液A和分散液B按照一定比例混合后加热反应，得到改性纳米氧化镁；将改性纳米氧化镁分散在由全氟庚烷和石油醚组成的混合溶剂中即可。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：分散液A的浓度为0.5-20g/L，分散液B的浓度为0.1-5g/L。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：混合时将常温下的分散液B缓慢滴加到60-75℃的分散液A中，滴加完成后在60-75℃保温反应1-3h，趁热过滤、洗涤、干燥，得到改性纳米氧化镁。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：采用60-75℃的醇溶剂或去离子水进行洗涤，干燥温度为30-45℃，干燥时间为18-36h。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述醇溶剂具体为无水乙醇。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：分散液A与分散液B混合时控制纳米氧化镁与植酸钠的质量比在0.5-10:0.1-2.5范围内。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：混合溶剂中全氟庚烷与石油醚的质量比为1530-1615:32-66。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：改性纳米氧化镁与混合溶剂的质量比为0.01-0.5:100。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：改性纳米氧化镁通过均质、超声处理均匀分散在混合溶剂中。
10.一种基于植酸钠改性纳米氧化镁的脱酸剂，其特征在于该脱酸剂按照权利要求1-9所述任一种方法制备而成。
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