CN113073495B - 一种基于纤维表面等离子羟基化的纸质文物脱酸保护方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种基于纤维表面等离子羟基化的纸质文物脱酸保护方法，包括以下步骤：1)使用平行于纸质文物表面的对电极放电产生的等离子体对纸质文物表面进行处理；2)将脱酸剂雾化后施加到处理过的纸质文物表面进行脱酸处理。该方法可以在不影响纸质文物表面形貌和结构的前提下，对纸质文物表面进行均匀羟基化，从而使脱酸剂中的电解质离子能够快速扩散渗透进入纸质文物内部，实现对纸质文物的脱酸保护。

Description

一种基于纤维表面等离子羟基化的纸质文物脱酸保护方法

技术领域

本申请涉及文物脱酸保护领域，特别是涉及一种基于纤维表面等离子羟基化的纸质文物脱酸保护方法。

背景技术

纸张是信息和文化的良好载体。纸质文献在其保存过程中，由于保存环境中的空气污染物，霉菌的酸性分泌物，以及生产过程的酸性物质残留等因素，会导致纸张出现酸化，即纸张的pH降低，整体呈现酸性。纸张纤维素在酸的催化作用下极易发生水解，纤维素的聚合度降低，导致纸张强度下降，加速纸张的老化，严重时甚至导致纸张碎裂，无法使用。因此对酸化的纸张及时进行必要的脱酸保护是延长其保存时间的有效方法。

目前常用纸张脱酸剂对纸张进行脱酸保护，脱酸剂分为碱性水溶液脱酸法和碱性有机溶剂脱酸法。碱性水溶液脱酸剂主要为碱土金属氢氧化物的水溶液和碱土金属碳酸氢盐的水溶液，如氢氧化钙，氢氧化镁，氢氧化钡水溶液，碳酸氢钙溶液和碳酸氢镁溶液等。脱酸时将这些碱性水溶液通过浸泡或喷涂的方式施加到纸张表面，借助这些碱性溶液在水溶液中电离产生的氢氧根离子中和纸张中游离的氢离子，实现纸张的脱酸。

碱性水溶液脱酸剂虽然可以在一定程度上实现酸化纸张的脱酸，但仍有一定的局限性。对于许多保存时间较长的纸质文献，其表面存在惰性层，如果直接利用水性脱酸液对其进行脱酸保护，由于惰性层的存在，会导致脱酸效果不均匀，且部分脱酸液无法进入纸张内部，使得纸张出现脱酸不彻底的现象，这些问题极易使纸张在脱酸后短时间内再次出现酸化。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种基于纤维表面等离子羟基化的纸质文物脱酸保护方法，活化纸质文物的表面。

本发明所提供的技术方案为：一种基于纤维表面等离子羟基化的纸质文物脱酸保护方法，包括以下步骤：

1)使用平行于纸质文物表面的对电极放电产生的等离子体对纸质文物表面进行处理；

2)将脱酸剂雾化后施加到处理过的纸质文物表面进行脱酸处理。

上述技术方案中，采用平行于纸质文物表面的对电极进行放电，没有直接将纸质文物放置在对电极之间。由于等离子电源连接的对电极放电时能量较高，如果放电电流直接穿透或轰击纸张表面，则会对纸质文物表面形貌和纤维结构产生影响。

通过对电极放电产生的电流平行掠过纸质文物表面，电流引起纸质文物表面附近空气中的氧气分子和水蒸气发生离解电离，产生的等离子体团簇内发生反应生成包括羟基自由基、水合电子在内的活性粒子，之后沉降、吸附在对电极下方的纸质文物表面，羟基自由基附着在纸质文物纤维表面，使纸质文物表面羟基化，从而具有一定的亲水性。

此时，再将脱酸剂雾化后施加到纸质文物表面，由于纸质文物表面具有亲水活性，脱酸剂中的电解质离子能够快速充分扩散渗透到纸质文物内部，中和纸质文物内部的酸性因子，实现对纸质文物的脱酸保护。

以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

可选的，所述步骤1)中处理纸质文物表面的时间为2-5min。平行于纸质文物表面的对电极放电的过程，即空气离解电离和在纸质文物纤维表面沉积羟基自由基的过程，控制时间可以更好地将纸质文物表面均匀羟基化。

可选的，所述步骤1)中等离子体由对电极介质阻挡放电产生。同其他放电方式相比，介质阻挡放电对放电环境要求不高，在大气压下即可完成，适用于大规模生产。可选的，介质阻挡放电的电压为70～90V，电流为0.2～0.5A。

可选的，所述对电极之间的距离为5-20mm。对电极之间的距离直接影响到放电电场中的电场强度，保持一定的电场强度可以产生使对电极之间产生稳定的等离子体放电电流。

可选的，所述对电极距离纸质文物表面的距离为5-40mm。由于空气离解电离产生的等离子体需要吸附、沉积到纸质文物表面，因此对电极距离纸质文物表面的距离不能太远。此外为了保护纸质文物不受到放电电流的直接轰击，距离也不能太近。进一步可选的，所述对电极距离纸质文物表面的距离为10-30mm。

可选的，所述脱酸剂为氢氧化钙溶液、氢氧化镁溶液、碳酸氢钙溶液或者碳酸氢镁溶液中的一种或多种。可选的，所述脱酸剂的质量分数为5～8wt％。

可选的，所述脱酸剂的雾化方式包括机械雾化、介质雾化或者超声雾化。

可选的，所述纸质文物进行雾化脱酸的时间为2～3min。

可选的，所述步骤1)在处理时纸质文物平行于对电极进行往复移动。纸质文物与对电极之间相对往复移动，可以使得纸质文物表面能够被均匀活化。

可选的，所述纸质文物以0.5～4mm/s平行于对电极进行往复移动。进一步可选为0.8～1.2mm/s。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明提供的方法在不破坏纸质文物表面形貌、结构和其表面墨迹、染料的前提下完成对纸质文物的脱酸保护。

(2)本发明采用平行于纸质文物表面的对电极放电，对放电环境要求不高，放电电流没有直接穿透或轰击纸质文物表面，不会对纸质文物表面形貌和纤维结构产生影响。

(3)本发明提供的雾化脱酸方法工艺流程简单，脱酸剂在纸质文物表面分布均匀，脱酸效果显著。

附图说明

图1为实施例1中活化处理过的纸质文献表面照片；

图2为对比例1中活化处理过的纸质文献表面照片；

图3为对比例2中活化处理过的纸质文献表面照片。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了更好地描述和说明本申请的实施例，可参考一幅或多幅附图，但用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对本申请的发明创造、目前所描述的实施例或优选方式中任何一者的范围的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

实施例1

选择酸化的纸质文献放置在对电极下方15mm处，对电极连接等离子电源，放电对电极之间的距离为10mm，放电方式为介质阻挡放电，打开电源，调整电压为80V，电流为0.3A，待对电极之间放电稳定时，开始计时，将纸质文献以1mm/s的速度平行于电极进行往复移动，使纸质文献表面能够被均匀活化，时间为3min，处理完成之后，关闭电源，取出纸质文献待用。

性能测试：

实施例1中活化处理过的纸质文献如图1所示，表面形貌与原纸基本相同，取与实施例1中相同的未经过放电电流掠过处理的纸质文献与实施例1中处理过的纸质文献进行与水溶液的接触角测试。

测试结果如表1所示，未经处理过的纸质文献由于表面惰性层的存在，浸润性很差，与水溶液的接触角较大，在放电电流掠过处理之后，纸质文献的浸润性显著提高，能够快速被水溶液润湿。

表1：纸质文献在放电电流掠过处理前后与水溶液的接触角

测量次数	未处理(°)	处理后(°)
			1	70	0
2	80	0
			3	65	0

实施例2

选择与实施例1中相同的酸化纸质文献，放置在对电极下方40mm处，其余与实施例1的操作步骤相同。实施例2中的纸张的浸润性在等离子体气流处理过之后得到显著提高,未处理时的水溶液接触角为75°，处理之后与水溶液的接触角为10°。

对比例1

选择与实施例1中相同的酸化纸质文献，放置在对电极下方2mm处，对电极连接等离子电源，放电对电极之间的距离为10mm，放电方式为介质阻挡放电，打开电源，调整电压为80V，电流为0.3A，待对电极之间放电稳定时，开始计时，由于距离对电极较近，纸质文献不便移动，处理5s后，关闭电源，取出纸质文献进行观察。

性能测试：

对比例1中活化处理过的纸质文献如图2所示，从图中可以看出，纸质文献在较短时间的处理后，纸张表面明显出现褪色，这是因为纸质文献距离对电极太近，部分高能放电电流直接作用到了纸质文献表面，破坏了纸质文献的表面形貌。

对比例2

将酸化纸质文献放置在两个放电对电极之间，对电极之间的距离为6mm，对电极连接等离子电源，放电方式为介质阻挡放电，打开电源，调整电压为80V，电流为0.3A，待对电极之间放电稳定时，开始计时，将纸质文献以1mm/s的速度平行于电极进行往复移动，使纸质文献表面能够被均匀活化，时间为3min，处理完成之后，关闭电源，取出纸质文献进行观察。

性能测试：

对比例2中活化处理过的纸质文献如图3所示，从图中可以看出，纸张在等离子放电电流处理后，纸质文献表面部分区域被击穿，纸质文献结构和形貌明显被破坏，这是因为将酸化纸质文献放置在两个放电对电极之间，高能放电电流直接轰击纸质文献表面，导致纸质文献表面被破坏。

对比例3

将酸化的纸质文献放置在对电极下方50mm处，对电极连接等离子电源，放电对电极之间的距离为10mm，放电方式为介质阻挡放电，打开电源，调整电压为80V，电流为0.3A，待对电极之间放电稳定时，开始计时，将纸质文献以1mm/s的速度平行于电极进行往复移动，使纸质文献表面能够被均匀活化，时间为3min，处理完成之后，关闭电源，取出纸质文献待用。

性能测试：

取与对比例3中相同的未经过放电电流掠过处理的纸质文献与对比例3中处理过的纸质文献进行与水溶液的接触角测试。

测试结果如表2所示，未经处理过的纸质文献由于表面惰性层的存在，浸润性很差，与水溶液的接触角较大。经过放电电流掠过处理的纸张的浸润性有所改善，但改善效果不明显，这是由于酸化纸质文献距离放电对电极较远，因此能够负载到纸张上的活化因子数减少，纸质文献的活化效果降低。

表2：纸张文献在放电电流掠过处理前后与水溶液的接触角

测量次数	未处理(°)	处理后(°)
			1	76	54
2	72	38
			3	80	45

实施例3

将酸化的纸质文献放置在对电极下方15mm处，对电极连接等离子电源，放电对电极之间的距离为10mm，放电方式为介质阻挡放电，打开电源，调整电压为80V，电流为0.3A，待对电极之间放电稳定时，开始计时，将纸质文献以1mm/s的速度平行于电极进行往复移动，使纸质文献表面能够被均匀活化，时间为3min，处理完成之后，关闭电源。

将放电电流掠过处理后的纸质文献取出，用水性脱酸剂(5wt％氢氧化钙溶液)进行超声雾化脱酸，雾化脱酸3min后，取出脱酸纸张，待其在空气中自然干燥后，即完成脱酸过程。

性能测试：

表3为将酸化纸质文献按照实施例3的步骤进行脱酸处理之后的测量得到的pH值，即在经过放电电流掠过处理之后，再对纸质文献进行脱酸后的pH值测量，从表中可以看出，在采用水性脱酸液(5wt％氢氧化钙溶液)对电流掠过处理后的纸质文献进行脱酸后，纸张表面的pH值明显提高，脱酸效果明显，且脱酸后纸质文献呈现弱碱性，可以起到持续保护作用。

表3：酸化纸质文献进行脱酸前后的pH值

测量次数	原始	脱酸后
			1	5.6	7.5
2	5.9	7.8
			3	6.2	7.4
平均	5.9	7.6

实施例4

将实施例3中放电对电极之间的距离调整为5mm，其余与实施例3的操作步骤相同。脱酸效果与实施例3基本相同。

实施例5

将实施例3中放电对电极之间的距离调整为20mm，其余与实施例3的操作步骤相同。脱酸效果与实施例3基本相同。

实施例6

将实施例3中酸化纸质文献距离对电极的距离调整为10mm，其余与实施例3的操作步骤相同。脱酸效果与实施例3基本相同。

实施例7

将实施例3中酸化纸质文献距离对电极的距离调整为30mm，其余与实施例3的操作步骤相同。脱酸效果与实施例3基本相同。

实施例8

将实施例3中的水性脱酸液调整为8wt％碳酸氢钙溶液，其余与实施例3的操作步骤相同。脱酸效果与实施例3基本相同。

实施例9

将实施例3中的水性脱酸液调整为6wt％碳酸氢镁溶液，其余与实施例3的操作步骤相同。脱酸效果与实施例3基本相同。

实施例10

将实施例3中脱酸液的雾化方法调整为机械雾化，其余与实施例3的操作步骤相同。脱酸效果与实施例3基本相同。

实施例11

将实施例3中脱酸液的雾化方法调整为介质雾化，其余与实施例3的操作步骤相同。脱酸效果与实施例3基本相同。

Claims (7)

1.一种基于纤维表面等离子羟基化的纸质文物脱酸保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)使用平行于纸质文物表面的对电极放电产生的等离子体对纸质文物表面进行处理；所述步骤1)中等离子体由对电极介质阻挡放电产生；所述对电极之间的距离为5-20mm；所述对电极距离纸质文物表面的距离为5-40mm；

2)将脱酸剂雾化后施加到处理过的纸质文物表面进行脱酸处理。

2.根据权利要求1所述的基于纤维表面等离子羟基化的纸质文物脱酸保护方法，其特征在于，所述步骤1)中处理纸质文物表面的时间为2-5min。

3.根据权利要求1所述的基于纤维表面等离子羟基化的纸质文物脱酸保护方法，其特征在于，所述脱酸剂为氢氧化钙溶液、氢氧化镁溶液、碳酸氢钙溶液或者碳酸氢镁溶液中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的基于纤维表面等离子羟基化的纸质文物脱酸保护方法，其特征在于，所述脱酸剂的雾化方式包括机械雾化、介质雾化或者超声雾化。

5.根据权利要求1所述的基于纤维表面等离子羟基化的纸质文物脱酸保护方法，其特征在于，所述纸质文物进行雾化脱酸的时间为2～3min。

6.根据权利要求1所述的基于纤维表面等离子羟基化的纸质文物脱酸保护方法，其特征在于，所述步骤1)在处理时纸质文物平行于对电极进行往复移动。

7.根据权利要求6所述的基于纤维表面等离子羟基化的纸质文物脱酸保护方法，其特征在于，所述纸质文物以0.5～4mm/s平行于对电极进行往复移动。

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