CN112626917A - 一种古籍增强加固纳米纤维液及制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种古籍增强加固纳米纤维液及制备方法与应用，以质量百分数计，由以下原料组成：纳米生物纤维素0.03～1.8％，脱酸剂0.01～0.18％，分散剂0.001～0.08％，抑菌剂0.001～0.05％，余量为水；其中，所述脱酸剂为金属碱性化合物或金属氧化物，所述金属碱性化合物或金属氧化物为纳米颗粒，所述抑菌剂为壳聚糖。本发明能够解决古籍酸化老化、强度降低，不易保存的问题。

Description

一种古籍增强加固纳米纤维液及制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种古籍增强加固纳米纤维液及制备方法与应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
现行的古籍加固保存方式，多为装裱加固，还有丝网加固、parylene真空镀膜等方式。其中，装裱为传统的古籍修复技艺，用纸覆托于古籍书画背面，用浆糊固定，再用绫、绢、纸等镶边，然后安装轴杆成版面。丝网加固用单根蚕丝织成，丝网上喷涂热熔胶，使用时用电熨斗熨烫，使之与纸张粘连。Parylene用独特的真空气相沉积工艺制备，由活性小分子在基材表面“生长”出完全敷形的聚合物薄膜涂层，能涂敷到纸张的表面及裂缝中。
装裱加固仅适用于单面的古籍字画，且须使用浆糊，但浆糊会吸引虫子、微生物等，导致虫咬、发霉等问题。丝网加固是为了解决两面有文字脆弱纸质文物加固问题，使用热熔胶使丝网与纸张粘连，热熔胶需电熨斗熨烫，高温会对古籍纸张造成二次损伤。Parylene是一种新型敷形涂层材料，它是一种对二甲苯的聚合物，但其成本较高，不适用于大量古籍的加固保护。
据发明人研究发现，目前国内外的关于古籍保护的方法，侧重于脱酸，而多功能的古籍处理液的处理工艺较为复杂，且多为浸渍处理，对古籍外观等造成一定影响。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种古籍增强加固纳米纤维液及制备方法与应用，能够显著提高对古籍的修复效果。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一方面，一种古籍增强加固纳米纤维液，以质量百分数计，由以下原料组成：纳米生物纤维素0.03～1.8％，脱酸剂0.01～0.18％，分散剂0.001～0.08％，抑菌剂0.001～0.05％，余量为水；其中，所述脱酸剂为金属碱性化合物或金属氧化物，所述金属碱性化合物或金属氧化物为纳米颗粒，所述抑菌剂为壳聚糖。
本发明利用纳米生物纤维素的纳米级分散液的亲水性，使古籍纸张的增强加固更容易发生，同时，金属碱性化合物或金属氧化物纳米颗粒和壳聚糖作用粒子易在纤维与纤维之间传递，使古籍脱酸与抑菌的作用最大化。通过纳米生物纤维素保持壳聚糖的聚合度，使古籍纸张具有较优的抗菌能力。
另一方面，一种上述古籍增强加固纳米纤维液的制备方法，将纳米生物纤维素溶液、脱酸剂、分散剂预混合后，添加抑菌剂，再依次进行搅拌处理、超声处理。
第三方面，一种上述古籍增强加固纳米纤维液在修复古籍纸张中的应用。
第四方面，一种古籍纸张的修复方法，采用上述古籍增强加固纳米纤维液对古籍纸张进行雾化喷涂或涂布。
本发明的有益效果为：
1.本发明制备工艺简便，处理方法简单，既可人工直接涂覆至古籍纸张表面，也可使用机械设备对古籍纸张进行处理，无需复杂的操作。
2.本发明提供的古籍增强加固纳米纤维液以与纸张成分同源的纤维素为主，抑菌剂也均为生物纤维素，能够以最小介入原则对文物材料进行修复。
3.本发明利用纳米级分散液的亲水性，纸张的增强加固更易发生，且纳米级颗粒易在纤维与纤维之间传递；纳米生物纤维素的高结晶度、高结合强度可使处理后的古籍纸张强度得到极大的提高。
4.本发明制备所得的古籍增强加固纳米纤维液呈现澄清透明状，涂覆到古籍表面后会形成透明可视的薄膜，对古籍的字迹、图案不会造成影响，达到修旧如旧的效果。
5.本发明古籍增强加固纳米纤维液中含有脱酸剂、抑菌剂，在对古籍纸张增强加固的同时，还起到脱酸、抑菌的作用，能够对古籍进行多功能处理。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
鉴于现有古籍处理液对古籍纸张的修复效果有限，本发明提出了一种古籍增强加固纳米纤维液及制备方法与应用。
本发明的一种典型实施方式，提供了一种古籍增强加固纳米纤维液，以质量百分数计，由以下原料组成：纳米生物纤维素0.03～1.8％，金属碱性化合物或金属氧化物0.01～0.18％，分散剂0.001～0.08％，抑菌剂0.001～0.05％，余量为水；所述金属碱性化合物或金属氧化物为纳米颗粒，所述抑菌剂为壳聚糖。
本发明所述的纳米生物纤维素即通过生物预处理方法的天然纤维素，尺度为纳米级别。
本发明采用纳米生物纤维素，具有高纯度、高结合强度、高结晶度的特点，同时利用纳米级分散液的亲水性，纸张的增强加固更易发生，且纳米级颗粒易在纤维与纤维之间传递，极大增强古籍纸张干燥的强度。
采用属碱性化合物或金属氧化物具有一定碱性，其纳米级颗粒可与古籍纸张更好的结合，对古籍纸张进行脱酸并古籍表面形成一层碱保留，延长古籍保存年限。
壳聚糖：甲壳素N-脱乙酰基的产物，是天然多糖中唯一的碱性多糖，采用壳聚糖作为抑菌剂对大肠杆菌、荧光假单胞菌、金黄色葡萄球菌、枯草杆菌等有良好的抑制作用，可赋予古籍纸张一定的抑菌性。
本发明利用纳米生物纤维素的纳米级分散液的亲水性，使古籍纸张的增强加固更容易发生，同时，金属碱性化合物或金属氧化物纳米颗粒和壳聚糖作用粒子易在纤维与纤维之间传递，使古籍脱酸与抑菌的作用最大化。通过纳米生物纤维素保持壳聚糖的聚合度，使古籍纸张具有较优的抗菌能力。
该实施方式的一些实施例中，所述古籍增强加固纳米纤维液的固含量为0.1～2.5％。
该实施方式的一些实施例中，所述古籍增强加固纳米纤维液的黏度为1～40mPa·s。
该实施方式的一些实施例中，纳米生物纤维素的粒径为10～200nm。
该实施方式的一些实施例中，脱酸剂为纳米氧化镁颗粒。粒径为10～100nm。
该实施方式的一些实施例中，分散剂为羧甲基纤维素。羧甲基纤维素的水溶液具有增稠、成膜、黏接、水分保持、胶体保护、乳化及悬浮等作用，使溶液中各组分均匀分散，同时可提高本品的成膜性，便于对古籍纸张的处理。本发明利用羧甲基纤维素水溶液能够使纳米生物纤维素更容易在古籍纸张表面形成保护膜；同时纳米生物纤维素的高结晶度、高结合强度，使古籍增强加固的效果大大提高，极大程度的提高了纸张的抗张强度、撕裂度和耐折度。同时，利用羧甲基纤维素水溶液的乳化、悬浮的特性，使金属碱性化合物或金属氧化物为纳米颗粒(尤其是纳米氧化镁)、壳聚糖均匀分散在体系中，确保脱酸和抑菌作用分子均匀分布于古籍纸张表面及内部。
本发明的另一种实施方式，提供了一种上述古籍增强加固纳米纤维液的制备方法，将纳米生物纤维素溶液、脱酸剂、分散剂预混合后，添加抑菌剂，再依次进行搅拌处理、超声处理。
该实施方式的一些实施例中，搅拌处理的时间为8～40min。转速为100-800转/min。
该实施方式的一些实施例中，超声处理的频率为10～200KHz，超声时间为5～20min。
该实施方式的一些实施例中，将生物纤维素与水混合进行搅拌分散疏解获得纳米生物纤维素溶液。使用搅拌器利用流体力学对生物纤维素分散疏解。搅拌分散疏解的转速为3000～8000转/min，时间为5～15min。
该实施方式的一些实施例中，将金属碱性化合物或金属氧化物进行研磨获得金属碱性化合物或金属氧化物纳米颗粒。研磨为氧化锆球磨。球磨筒体转速为20～200转/min，球磨时间为2～-24h。
该实施方式的一些实施例中，分散剂制成分散剂溶液后，再与纳米生物纤维素溶液、脱酸剂进行预混合。
在一种或多种实施例中，分散剂溶液的制备过程为：将水加热后加入分散剂，继续搅拌获得。加热至温度为55～65℃。搅拌速度为500～800转/min，搅拌时间为60～80min。所述分散剂溶液的浓度为0.4～1.5％。
本发明的第三种实施方式，提供了一种上述古籍增强加固纳米纤维液在修复古籍纸张中的应用。
本发明的第四种实施方式，提供了一种古籍纸张的修复方法，采用上述古籍增强加固纳米纤维液对古籍纸张进行雾化喷涂或涂布。
所述修复方法可以采用人工处理，也可以采用机械加工处理。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
一种古籍增强加固纳米纤维液的制备方法，包括以下步骤：
(1)纳米生物纤维素的制备
将生物纤维素放入蒸馏水中，使用搅拌器利用流体力学进行分散疏解，得到纤维素微细纤维的悬浮液，即为纳米生物纤维素溶液(采用电子显微镜观察，纳米生物纤维素的粒径为10～200nm)。
所得纳米生物纤维素溶液浓度为1％，疏解转速为8000转/min，时间为12min。
(2)碱性纳米颗粒的研磨
将氧化镁颗粒，通过研磨工艺制成粒径为10-100nm的碱性纳米颗粒。
研磨工艺为氧化锆球磨工艺，球磨筒体转速为150转/min，球磨时间为20h。
(3)羧甲基纤维素溶液的制备
使用集热式恒温加热磁力搅拌器将蒸馏水加热至60℃，边搅拌边缓慢加入羧甲基纤维素粉末后继续加热搅拌制得。
搅拌速度为600转/min，搅拌时间为70min，所得羧甲基纤维素浓度为0.5％。
(4)成分的复配
将步骤(1)(2)(3)所得的溶液及颗粒按照一定比例混合到一起，添加适量壳聚糖粉末，室温下使用搅拌器搅拌，然后使用超声分散，即得古籍增强加固纳米纤维液。
搅拌速度为400转/min，搅拌时间为20min；超声的频率为28KHz，超声时间为6min。
古籍增强加固纳米纤维液中各成分质量百分比含量为：纳米生物纤维素0.3％，纳米氧化镁颗粒0.02％，羧甲基纤维素0.04％，壳聚糖0.02％。
采用该实施例通过纤维转移加固的方法对宣纸进行处理，处理方法为：通过表面刷凃的方式均匀的涂覆在纸张表面，然后用玻璃棒推压均匀，通过测量所得数据如表1所示。宣纸在进行纤维转移加固前进行老化处理。
表1实施例1古籍增强加固纳米纤维液对宣纸处理前后实验数据
Figure BDA0002844967990000071
其中，平均抗张力的检测方法为GB/T453-89《纸和纸板抗张强度的测定法》，撕裂度的检测方法为GB/T455.1-89《纸撕裂度的测定法》，耐折度的检测方法为GB/T2679.5-95《纸与纸板耐折度的测定法》。
实施例2
一种古籍增强加固纳米纤维液的制备方法，包括以下步骤：
(1)纳米生物纤维素的制备
将生物纤维素放入蒸馏水中，使用搅拌器利用流体力学进行分散疏解，得到纤维素微细纤维的悬浮液，即为纳米生物纤维素溶液。
所得纳米生物纤维素溶液浓度为0.8％，疏解转速为8000转/min，时间为12min。
(2)碱性纳米颗粒的研磨
将氧化镁颗粒，通过研磨工艺制成粒径为10-100nm的碱性纳米颗粒。
研磨工艺为氧化锆球磨工艺，球磨筒体转速为160转/min，球磨时间为20h。
(3)羧甲基纤维素溶液的制备
使用集热式恒温加热磁力搅拌器将蒸馏水加热至60℃，边搅拌边缓慢加入羧甲基纤维素粉末后继续加热搅拌制得。
搅拌速度为600转/min，搅拌时间为65min，所得羧甲基纤维素浓度为0.65％。
(4)成分的复配
将步骤(1)(2)(3)所得的溶液及颗粒按照一定比例混合到一起，添加适量壳聚糖粉末，室温下使用搅拌器搅拌，然后使用超声分散，即得古籍增强加固纳米纤维液。
搅拌速度为500转/min，搅拌时间为20min；超声的频率为30KHz，超声时间为6min。
古籍增强加固纳米纤维液中各成分质量百分比含量为：纳米生物纤维素0.25％，纳米氧化镁颗粒0.02％，羧甲基纤维素0.045％，壳聚糖0.02％。
实施例3
一种古籍增强加固纳米纤维液的制备方法，包括以下步骤：
(1)纳米生物纤维素的制备
将生物纤维素放入蒸馏水中，使用搅拌器利用流体力学进行分散疏解，得到纤维素微细纤维的悬浮液，即为纳米生物纤维素溶液。
所得纳米生物纤维素溶液浓度为1％，疏解转速为7500转/min，时间为14min。
(2)碱性纳米颗粒的研磨
将氧化镁颗粒，通过研磨工艺制成粒径为10-100nm的碱性纳米颗粒。
研磨工艺为氧化锆球磨工艺，球磨筒体转速为160转/min，球磨时间为22h。
(3)羧甲基纤维素溶液的制备
使用集热式恒温加热磁力搅拌器将蒸馏水加热至60℃，边搅拌边缓慢加入羧甲基纤维素粉末后继续加热搅拌制得。
搅拌速度为700转/min，搅拌时间为60min，所得羧甲基纤维素浓度为0.7％。
(4)成分的复配
将步骤(1)(2)(3)所得的溶液及颗粒按照一定比例混合到一起，添加适量壳聚糖粉末，室温下使用搅拌器搅拌，然后使用超声分散，即得古籍增强加固纳米纤维液。
搅拌速度为500转/min，搅拌时间为20min；超声的频率为30KHz，超声时间为6min。
古籍增强加固纳米纤维液中各成分质量百分比含量为：纳米生物纤维素0.3％，纳米氧化镁颗粒0.02％，羧甲基纤维素0.05％，壳聚糖0.02％。
实施例4
一种古籍增强加固纳米纤维液的制备方法，包括以下步骤：
(1)纳米生物纤维素的制备
将生物纤维素放入蒸馏水中，使用搅拌器利用流体力学进行分散疏解，得到纤维素微细纤维的悬浮液，即为纳米生物纤维素溶液。
所得纳米生物纤维素溶液浓度为1％，疏解转速为8000转/min，时间为15min。
(2)碱性纳米颗粒的研磨
将氧化镁颗粒，通过研磨工艺制成粒径为10-100nm的碱性纳米颗粒。
研磨工艺为氧化锆球磨工艺，球磨筒体转速为170转/min，球磨时间为22h。
(3)羧甲基纤维素溶液的制备
使用集热式恒温加热磁力搅拌器将蒸馏水加热至60℃，边搅拌边缓慢加入羧甲基纤维素粉末后继续加热搅拌制得。
搅拌速度为700转/min，搅拌时间为70min，所得羧甲基纤维素浓度为0.7％。
(4)成分的复配
将步骤(1)(2)(3)所得的溶液及颗粒按照一定比例混合到一起，添加适量壳聚糖粉末，室温下使用搅拌器搅拌，然后使用超声分散，即得古籍增强加固纳米纤维液。
搅拌速度为500转/min，搅拌时间为25min；超声的频率为30KHz，超声时间为6min。
古籍增强加固纳米纤维液中各成分质量百分比含量为：纳米生物纤维素0.3％，纳米氧化镁颗粒0.02％，羧甲基纤维素0.05％，壳聚糖0.02％。
采用实施例2～4的古籍增强加固纳米纤维液通过纤维转移加固的方法对宣纸处理，并检测，处理方式及检测方法与实施例1相同，检测数据如表2所示。
表2实施例2～4的古籍增强加固纳米纤维液对宣纸处理的实验数据
Figure BDA0002844967990000101
Figure BDA0002844967990000111
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种古籍增强加固纳米纤维液，其特征是，以质量百分数计，由以下原料组成：纳米生物纤维素0.03～1.8％，金属碱性化合物或金属氧化物0.01～0.18％，分散剂0.001～0.08％，抑菌剂0.001～0.05％，余量为水；所述金属碱性化合物或金属氧化物为纳米颗粒，所述抑菌剂为壳聚糖。
2.如权利要求1所述的古籍增强加固纳米纤维液，其特征是，所述古籍增强加固纳米纤维液的固含量为0.1～10％；
或，所述古籍增强加固纳米纤维液的黏度为1～40mPa·s。
3.如权利要求1所述的古籍增强加固纳米纤维液，其特征是，纳米生物纤维素的粒径为10～200nm；
或，脱酸剂为纳米氧化镁颗粒；优选的，粒径为10～100nm。
4.如权利要求1所述的古籍增强加固纳米纤维液，其特征是，分散剂为羧甲基纤维素。
5.一种权利要求1所述的古籍增强加固纳米纤维液的制备方法，其特征是，将纳米生物纤维素溶液、脱酸剂、分散剂预混合后，添加抑菌剂，再依次进行搅拌处理、超声处理。
6.如权利要求5所述的古籍增强加固纳米纤维液的制备方法，其特征是，搅拌处理的时间为8～40min；优选的，转速为100-800转/min；
或，超声处理的频率为10～200KHz，超声时间为5～20min。
7.如权利要求5所述的古籍增强加固纳米纤维液的制备方法，其特征是，将生物纤维素与水混合进行搅拌分散疏解获得纳米生物纤维素溶液；优选的，搅拌分散疏解的转速为3000～8000转/min，时间为5～15min；
或，将金属碱性化合物或金属氧化物进行研磨获得金属碱性化合物或金属氧化物纳米颗粒；优选的，研磨为氧化锆球磨；进一步优选的，球磨转速为20～200转/min，球磨时间为2～-24h。
8.如权利要求5所述的古籍增强加固纳米纤维液的制备方法，其特征是，分散剂制成分散剂溶液后，再与纳米生物纤维素溶液、脱酸剂进行预混合；
优选的，分散剂溶液的制备过程为：将水加热后加入分散剂，继续搅拌获得；优选的，加热至温度为55～65℃；优选的，搅拌速度为500～800转/min，搅拌时间为60～80min；优选的，分散剂溶液的浓度为0.4～1.5％。
9.一种权利要求1～4任一所述的古籍增强加固纳米纤维液在修复古籍纸张中的应用。
10.一种古籍纸张的修复方法，其特征是，采用权利要求1～4任一所述的古籍增强加固纳米纤维液对古籍纸张进行雾化喷涂或涂布。
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