CN114703697A - 采用双组分水性脱酸剂的纸张脱酸方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种采用双组分水性脱酸剂的纸张脱酸方法，该采用双组分水性脱酸剂的纸张脱酸方法包括如下步骤：将水溶液脱酸剂和悬浮脱酸剂(分散介质可为水或有机溶剂)分别通过计量泵输送至混合器；由混合器对所述水溶液脱酸剂和所述悬浮脱酸剂进行快速混合形成双组分混合液；将所述双组分混合液输出至雾化器；由雾化器将所述双组分混合液雾化成脱酸剂雾滴，并均匀分散至待脱酸纸张的表面，使待脱酸纸张完全浸润。本申请解决了相关技术中单独采用水溶性脱酸剂与悬浮脱酸剂均会导致纸张脱酸效果不佳，分步采用水溶性脱酸剂与悬浮脱酸剂则会导致纸张水量累积过多，存在字迹洇染、纸张褶皱的风险的问题。

Description

采用双组分水性脱酸剂的纸张脱酸方法

技术领域

本申请涉及纸张脱酸技术领域，具体而言，涉及一种采用双组分水性脱酸剂的纸张脱酸方法。

背景技术

我国作为历史悠久的文明古国，有着数不尽的文化财产。其中纸张是人文、思想的载体，有着极高的保护价值。但由于古代纸张保护技术的不完善，外加环境的影响，大量纸质文献出现变黄、发脆的现象，其根本原因是纸张的酸化，因此，纸张脱酸就成为延长纸张寿命的必要手段。

目前对于纸张酸化的处理方式为采用脱酸剂对纸张进行脱酸，中和掉纸张现有酸，并多出一定的量作为碱残留，以中未来由于自然老化或大气污染所生成的酸。按国际标准PD ISO-TS 18344-2016 Effectiveness of paper deacidification processe，要求脱酸后，碱残留量折成碳酸镁的重量百分比大于0.5％，传统水溶液脱酸后的碱残留量往往达不到此下限。

水溶性脱酸剂具有安全，传统，原料易得，价格低廉等特点，被用于古籍、书画、档案等纸张技术保护中。但因受纸张pH不能过高(<10)以及碱性因子(如氢氧化钙)溶解度过小限制，溶液碱浓度不足，脱酸后纸张不可能留下过多碱量，即碱残留低，从而导致脱酸不彻底，易返酸。若釆用多次重复脱酸来增加碱残留量，则不仅影响产量，而且会造成被脱酸纸张水量整体或局部过多，导致纸张易褟皱、字迹易洇染现象发生，存在对纸张破坏较大隐患，为避开上述缺陷，实际脱酸时，需要字迹加固前处理，起皱压平后处理，工序繁复。综上因此难以大规模使用。

碳酸钙，碳酸镁或氢氧化镁，长期存放化学稳定性好；呈弱碱性，遇酸能进行缓慢的中和反应；它们的水溶液pH值都不很高，对纸张安全；所以都可作为理想的碱残留剂。但它们难溶于水或有机溶剂，只能借助于分散剂，以纳米颗粒形式分散于水或有机溶剂中，制成悬浮脱酸剂。悬浮脱酸剂能在低溶液粘度、较低pH值下，制成较高碱含量的脱酸剂，使其碱量在脱酸后足以保证达到标准要求的碱残留。但由于悬浮脱酸剂中的碱性因子(呈颗粒状)直径比溶液中的大得多，脱酸时难以通过纸张中的毛细孔洞渗入到纸张内部，结果是易停留在纸张表面，导致纸张中芯部位未脱酸，脱酸不彻底。与此同时，由于高效的分散剂难觅，要么纳米颗粒在溶剂中，尤其是水中易团聚沉淀，稳定性差，要么是使用大量的分散剂、稳定剂污染纸张，存在有害纸张隐患。

另外，人们会想到水溶性脱酸剂与悬浮脱酸剂依此分先后两步进行脱酸处理，这会造成水量累积过多情况，从而存在字迹洇染、纸张褶皱的风险。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种采用双组分水性脱酸剂的纸张脱酸方法，以解决相关技术中单独采用水溶性脱酸剂与悬浮脱酸剂均会导致纸张脱酸效果不佳，分步采用水溶性脱酸剂与悬浮脱酸剂则会导致纸张水量累积过多，存在字迹洇染、纸张褶皱的风险的问题，最终达到在脱酸彻底、均匀的基础上，提高脱酸后所需碱残留到合理水平

为了实现上述目的，本申请提供了一种采用双组分水性脱酸剂的纸张脱酸方法，该采用双组分水性脱酸剂的纸张脱酸方法包括如下步骤：

将水溶液脱酸剂和悬浮脱酸剂分别通过计量泵输送至混合器；

由混合器对所述水溶液脱酸剂和所述悬浮脱酸剂进行快速混合形成双组分混合液；

将所述双组分混合液输出至雾化器；

由雾化器将所述双组分混合液雾化成脱酸剂雾滴，并均匀分散至待脱酸纸张的表面，使待脱酸纸张完全浸润。

进一步的，雾化器的液体进料口直接与所述混合器的出口连接，使所述水溶液脱酸剂和所述悬浮脱酸剂在混合后能够快速输入至所述雾化器，以减少水溶液脱酸剂和悬浮脱酸剂在混合后的可能发生沉淀时间，以保证混合脱酸剂有足够小的固体颗粒直径，不堵输液管和喷嘴从雾化器中喷出，同时保证碱性颗粒在纸张中分布均匀。

进一步的，水溶液脱酸剂为含碱性因子的水溶液，所述碱性因子为可溶于水的碱金属碳酸、碳酸氢盐，碱土金属碳酸氢盐、氢氧化物，四硼酸盐，天然碱的一种或几种。

进一步的，悬浮脱酸剂为碳酸氢钙、碳酸氢镁的含固量小于4％的过饱和水溶液，所述过饱和水溶液含固量为2－8％。

进一步的，悬浮脱酸剂中的纳米碱性颗粒为纳米氧化镁、氢氧化镁、氢氧化钙、碳酸钙、碳酸镁中的一种或几种，所述纳米碱性颗粒悬浮剂固含量0.5－65％。

进一步的，悬浮脱酸剂所用分散介质为水或有机溶剂，优先的，选为水。

进一步的，计量泵的流量范围为0.01-5ml/s。

进一步的，水溶液脱酸剂和所述悬浮脱酸剂通过所述计量泵控制输入所述混合器内的重量，以达到精准脱酸。

输入所述混合器内的所述水溶液脱酸剂和所述悬浮脱酸剂的重量比为100:1－25。

进一步的，混合器为静态混合器、磁力搅拌器、超声波振荡器、机械搅拌器的一种或几种，所述雾化器为气压精细雾化器。

在本申请实施例中，通过设置将水溶液脱酸剂和悬浮脱酸剂分别通过计量泵输送至混合器；由混合器对所述水溶液脱酸剂和所述悬浮脱酸剂进行快速混合形成双组分混合液；将所述双组分混合液输出至雾化器；由雾化器将所述双组分混合液雾化成脱酸剂雾滴，并均匀分散至待脱酸纸张的表面，使待脱酸纸张完全浸润，达到了精准控制水溶液脱酸剂和悬浮脱酸剂输入量并在混合器内快速混合后直接输出至雾化器进行雾化，由雾化器将混合液瞬间雾化成脱酸剂雾滴后对待脱酸纸张进行脱酸，在脱酸过程中双组分混合液中的水溶性碱性因子迅速、彻底扩散至纸张纤维深处，进行彻底脱酸，而难溶的颗粒残留在纸张，成为了碱残留，并且控制了最终脱酸剂雾滴的含水量的目的，从而实现了使纸张pH达到要求、对纸张进行由表及里的彻底脱酸的同时，保有足够碱残留以抵御未来由于自然老化或大气污染所生成的酸，不易返酸，并且在脱酸过程中水用量得到控制，能有效避免纸张褶皱、字迹晕染的技术效果，进而解决了相关技术中单独采用水溶性脱酸剂与悬浮脱酸剂均会导致纸张脱酸效果不佳，分步采用水溶性脱酸剂与悬浮脱酸剂则会导致纸张水量累积过多，存在字迹洇染、纸张褶皱的风险的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，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的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。

在本申请中，术语“上”、“下”、“内”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“设置”、“设有”、“连接”、“固定”等应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

由于在目前的脱酸过程中，水溶液脱酸剂脱酸后纸张不可能留下过多碱量，即碱残留低，从而导致脱酸不彻底，易返酸。悬浮脱酸剂中的碱性因子(呈颗粒状)直径比溶液中的大得多，脱酸时难以通过纸张中的毛细孔洞渗入到纸张内部，结果是易停留在纸张表面，导致纸张中芯部位未脱酸，脱酸不彻底。与此同时，由于高效的分散剂难觅，要么纳米颗粒在溶剂中，尤其是水中易团聚沉淀，稳定性差，要么是使用大量的分散剂、稳定剂污染纸张，存在有害纸张隐患。

而将水溶性脱酸剂与悬浮脱酸剂依此分先后两步进行脱酸处理，这会造成水量累积过多情况，存在字迹洇染、纸张褶皱的风险。

为解决上述问题，如图1所示，本申请实施例提供了一种采用双组分水性脱酸剂的纸张脱酸方法，该采用双组分水性脱酸剂的纸张脱酸方法包括如下步骤：

S10.将水溶液脱酸剂和悬浮脱酸剂分别通过计量泵输送至混合器；

S20.由混合器对所述水溶液脱酸剂和所述悬浮脱酸剂进行快速混合形成双组分混合液；

S30.将所述双组分混合液输出至雾化器；

S40.由雾化器将所述双组分混合液雾化成脱酸剂雾滴，并均匀分散至待脱酸纸张的表面，使待脱酸纸张完全浸润。

在本实施例中，该纸张脱酸方法采用的脱酸设备包括两个计量泵、一个混合器和一个雾化器。两个计量泵通过进液管与混合器的进口连接，雾化器与混合器的出口连接。两个计量泵的作用在分别将水溶液脱酸剂和悬浮脱酸剂定量输送至混合器中。水溶液脱酸剂和悬浮脱酸剂的输入量由最终纸张脱酸所需的混合脱酸剂的含固量和含水量来确定。当最终需求的含固量要求较高时，可控制计量泵增加悬浮脱酸剂的输出量或减少水溶液脱酸剂的输出量。同理，当最终需求的含固量要求较小时，可控制计量泵减小悬浮脱酸剂的输出量或增加水溶液脱酸剂的输出量。

由于水溶液脱酸剂和悬浮脱酸剂在混合后形成的双组分混合液不稳定，易产生沉淀，影响雾化效果和脱酸效果。因此在对两种脱酸剂的混合和雾化的过程中要求速度要快时间要短，以减少水溶液脱酸剂和悬浮脱酸剂在混合后的可能发生沉淀时间，以保证混合脱酸剂有足够小的固体颗粒直径，不堵输液管和喷嘴从雾化器中喷出，同时保证碱性颗粒在纸张中分布均匀。因此本实施例中混合器被配置成可对水溶液脱酸剂和悬浮脱酸剂快速混合形成双组分混合液，并将双组分混合液快速输入至雾化器中，由雾化器对双组分混合液急速雾化形成脱酸剂雾滴。在此过程中严格控制水溶液脱酸剂和悬浮脱酸剂的混合时间和雾化时间，提高了混合液的稳定性，降低了混合液额外产生沉淀的可能性，能够有效提高混合液的雾化效果和脱酸效果。

本实施例中的双组分混合液在进入雾化器借助于等离子活化纸张及气压精细雾化器，将脱酸剂以极细小的雾滴状态，均匀分散、温和润湿待脱酸的纸张表面，水溶性碱性因子迅速、彻底扩散至纸张纤维深处，实现彻底脱酸，难溶的颗粒残留在纸张中，成为了碱残留。

并且由于本实施例将水溶液脱酸剂和悬浮脱酸剂混合后再进行雾化脱酸，因此对混合液的含水量控制能够通过对水溶液脱酸剂和悬浮脱酸剂的输入量调整来实现，因此最终雾化形成的脱酸剂含水量能够得到有效控制，能有效避免用水量过多导致纸张褶皱、字迹晕染。本实施例计量泵的流量范围为0.01-5ml/s。混合器为静态混合器，磁力搅拌器、超声波振荡器等，所述雾化器为气压精细雾化器，强力气动引起的振动波可分散可能已团聚的颗粒，且喷头孔径易调，以防堵塞。

本实施例实现了使纸张pH达到要求、对纸张进行由表及里的彻底脱酸的同时，保有足够碱残留以抵御外来酸及纸张重新酸化产生的酸，不易返酸，并且在脱酸过程中水用量得到控制，能有效避免纸张褶皱、字迹晕染的技术效果，进而解决了相关技术中单独采用水溶性脱酸剂与悬浮脱酸剂均会导致纸张脱酸效果不佳，分步采用水溶性脱酸剂与悬浮脱酸剂则会导致纸张水量累积过多，存在字迹洇染、纸张褶皱的风险的问题。

为进一步降低双组分混合液从混合器输入至雾化器的时间，本实施例中雾化器的液体进料口直接与所述混合器的出口连接，使所述水溶液脱酸剂和所述悬浮脱酸剂在混合后能够快速输入至所述雾化器，以减少水溶液脱酸剂和悬浮脱酸剂的混合时间。

水溶液脱酸剂为含碱性因子的水溶液，所述碱性因子为可溶于水的碱金属碳酸、碳酸氢盐，碱土金属碳酸氢盐、氢氧化物，四硼酸盐，天然碱的一种或几种。

具体的，悬浮脱酸剂为碳酸氢钙、碳酸氢镁的过饱和水溶液

对于碳酸氢镁(或碳酸氢钙)的过饱和溶液制备方式为：氢氧化镁(或碳酸钙)粉体加入冷水中，通二氧化碳48小时以上，在二氧化碳环境下静止沉淀取上层清液，贮存时体积充装率控制在75─85％，剩余空间充满二氧化碳并冷藏(<10℃)保存，冷链运输和冷链雾化。

具体的，悬浮脱酸剂为纳米碱性颗粒水性悬浮剂。纳米碱性颗粒水性悬浮剂中的纳米碱性颗粒为纳米氧化镁、氢氧化镁、氢氧化钙、碳酸钙、碳酸镁中的一种或几种，所述纳米碱性颗粒水性悬浮剂含固量0.5－65％，具体含量可视纸张的脱酸要求而定，不同厚度以及pH值的纸张对于脱酸剂的含固量要求不同。

水溶液脱酸剂和所述悬浮脱酸剂通过所述计量泵控制输入所述混合器内的重量；输入所述混合器内的所述水溶液脱酸剂和所述悬浮脱酸剂的重量比为100:1－25。

性能测试：

实施例1

选择《简易识字课本》第一编，手工纸，定量45g/m²，纸张的原始pH＝5.03,采用水溶液脱酸剂为碳酸氢钠水溶液，悬浮脱酸剂为纳米碳酸钙水悬浮液，按照上述实施例中的纸张脱酸方法对纸张进行雾润脱酸完成后平均pH为8.7，纸张无褶皱，字迹无洇染。

对比例1：

本对比例所用参数、纸张与实施例1相同，区别仅在于只采用水溶性脱酸剂进行脱酸，脱酸后结果如下表1所示，表明使用本申请中的纸张脱酸方法可明显提高了碱残留，并达到国际标准ISO 18344-2016《effectiveness of paper deacidification processes》中要求：碳酸镁>0.5％。

表1

实施例2

选择《科学与人生观下》，机制纸，定量77g/m²，原始pH＝4.08，采用水溶液脱酸剂为四硼酸锂与天然碱的混合水溶液，悬浮脱酸剂为纳米氢氧化镁水悬浮液，按照上述实施例1中的纸张脱酸方法对纸张进行雾润脱酸完成后平均pH为8.9，纸张无褶皱，字迹无洇染。

对比例2：

本对比例所用参数、纸张与实施例2相同，区别仅在于采用了浸泡法脱酸，脱酸后结果下表2所示，表明采用本申请的纸张脱酸方法可以有效避免纸张褶皱、字迹洇化。

表2

实施例4

选择《春秋左氏传校本》,手工纸，定量50g/m²，原始pH＝5.6，采用水溶液脱酸剂为碳酸钠水溶液，悬浮脱酸剂为纳米碳酸镁水悬浮液，按照上述实施例1中的纸张脱酸方法对纸张进行雾润脱酸完成后平均pH为8.4，纸张无褶皱，字迹无洇染。

对比例3

本对比例所用参数、纸张与实施例4相同，区别在于仅采用水悬浮脱酸剂进行脱酸，脱酸后结果如下表3所示，仅采用水悬浮脱酸剂虽能满足碱残留需求，但脱酸后纸张表面pH值与碳酸镁水溶液的pH值接近(即pH偏高)，表明碳酸镁脱酸剂仅停留在表面，且颜色偏白，影响纸面阅读。本申请中采用水溶液脱酸剂和悬浮脱酸剂混合，使两种脱酸剂相辅相成，对提高pH与碱残留有显著效果且不影响纸张外观。

表3

实施例5

选择《中国文学史参考资料》，机制纸，定量39g/m²，原始pH＝3.98，采用水溶液脱酸剂为四硼酸锂与天然碱的混合水溶液，悬浮脱酸剂为碳酸氢镁过饱和水溶液，按照上述实施例1中的纸张脱酸方法对纸张雾润脱酸完成后pH为8.2，纸张无褶皱，字迹无洇染。

实施例6

选择《中国文学史讲授提纲》，机制纸，定量52g/m²，原始pH＝4.89，采用水溶液脱酸剂为碳酸氢镁溶液，悬浮脱酸剂为纳米碳酸镁水悬浮液，按照上述实施例1中的纸张脱酸方法对纸张雾润脱酸完成后pH为7.9，纸张无褶皱，字迹无洇染。

实施例7

选择粮票“伍市斤”，机制纸，定量76g/m²，原始pH＝5.02，采用水溶液脱酸剂为氢氧化钙溶液，悬浮脱酸剂为市售bookkeeper纸张脱酸剂(以全氟烷烃作分散介质)，按照上述实施例1中的纸张脱酸方法对纸张雾润脱酸后pH为8.2，纸张无褶皱，字迹无洇染。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采用双组分水性脱酸剂的纸张脱酸方法，其特征在于，包括如下步骤：

将水溶液脱酸剂和悬浮脱酸剂分别通过计量泵输送至混合器；

由混合器对所述水溶液脱酸剂和所述悬浮脱酸剂进行快速混合形成双组分混合液；

将所述双组分混合液输出至雾化器；

由雾化器将所述双组分混合液雾化成脱酸剂雾滴，并均匀分散至待脱酸纸张的表面，使待脱酸纸张完全浸润。

2.根据权利要求1所述的采用双组分水性脱酸剂的纸张脱酸方法，其特征在于，所述雾化器的液体进料口直接与所述混合器的出口连接，使所述水溶液脱酸剂和所述悬浮脱酸剂在混合后能够快速输入至所述雾化器，以最大限度减少水溶液脱酸剂和悬浮脱酸剂混合后团聚沉淀的时间。

3.根据权利要求2所述的采用双组分水性脱酸剂的纸张脱酸方法，其特征在于，所述水溶液脱酸剂为含碱性因子的水溶液，所述碱性因子为可溶于水的碱金属碳酸、碳酸氢盐，碱土金属碳酸氢盐、氢氧化物，四硼酸盐，天然碱的一种或几种。

4.根据权利要求3所述的采用双组分水性脱酸剂的纸张脱酸方法，其特征在于，所述悬浮脱酸剂为碳酸氢钙、碳酸氢镁的饱和水溶液或含固量小于4％的过饱和水溶液。

5.根据权利要求3所述的采用双组分水性脱酸剂的纸张脱酸方法，其特征在于，所述悬浮脱酸剂为纳米碱性颗粒悬浮剂。

6.根据权利要求5所述的采用双组分水性脱酸剂的纸张脱酸方法，其特征在于，所述悬浮脱酸剂中的纳米碱性颗粒为纳米氧化镁、氢氧化镁、氢氧化钙、碳酸钙、碳酸镁中的一种或几种，所述纳米碱性颗粒悬浮液含固量0.5－65％。

7.根据权利要求3所述的采用双组分水性脱酸剂的纸张脱酸方法，其特征在于，所述悬浮脱酸剂的分散介质为水或有机溶剂。

8.根据权利要求1所述的采用双组分水性脱酸剂的纸张脱酸方法，其特征在于，所述计量泵的流量范围为0.01-5ml/s。

9.根据权利要求8所述的采用双组分水性脱酸剂的纸张脱酸方法，其特征在于，所述水溶液脱酸剂和所述悬浮脱酸剂通过所述计量泵控制输入所述混合器内的重量；

输入所述混合器内的所述水溶液脱酸剂和所述悬浮脱酸剂的重量比为100:1－25。

10.根据权利要求1所述的采用双组分水性脱酸剂的纸张脱酸方法，其特征在于，所述混合器为静态混合器、磁力搅拌器、超声波振荡器、机械搅拌器的一种或几种，所述雾化器为气压精细雾化器。

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