CN116752378A - 一种在纸质文献中原位形成碳酸钙的方法及脱酸处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在纸质文献中原位形成碳酸钙的方法及脱酸处理工艺。所述在纸质文献中原位形成碳酸钙的方法由氢氧化钙与二氧化碳反应得到。所述脱酸处理工艺用于酸化纸质文献脱酸处理的方法为：水溶性纤维素衍生物溶液配制、氢氧化钙分散液配制、压力雾化处理酸化纸质文献，二氧化碳处理，原位生成碳酸钙，真空干燥处理，于恒温恒湿室中平衡水分，完成处理。所述一种在纸质文献中原位形成碳酸钙的方法及脱酸处理工艺用于酸化纸质文献修复处理的方法对酸化纸质文献具有明显脱酸、抗多种老化等处理效果。
Description
技术领域
本发明属于古籍保护技术领域，具体涉及一种在纸质文献中原位形成碳酸钙的方法及脱酸处理工艺。
背景技术
我国历史悠久，留存下数量巨大的纸质文献。这些纸质文献具有历史价值、学术价值、艺术价值等。但由于纸质文献组成成分自身的化学性质的降解和外部环境的影响，纸张会不断老化。纸张老化主要表现为纸张酸化、纸页强度降低和颜色泛黄。其中，纸张酸化是造成纸页老化的最主要原因之一。酸化被认为是纸张老化的主要原因。纸张中的酸来源复杂，主要包括植物原料中纤维素、半纤维素降解产生的乙酸、甲酸等物质；造纸过程中使用的硫酸铝等酸性助剂；霉菌等微生物繁殖过程中分泌的乙酸、草酸等有机酸；大气中的二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮等酸性气体；保存环境中的木质材料挥发的甲酸、乙酸等酸性气体。内外部因素共同影响和决定了纸张的酸化，各种因素之间相互影响相互促进。酸化也会导致纸张强度的下降和返黄，造成纸质文献的破坏，因此需要及时采取措施对纸质文献进行脱酸。
现有纸张脱酸方法主要分为有水相脱酸法，有机相脱酸法，气相脱酸法三大类。其中水相脱酸法主要是采用碱性水溶液对老化的纸张进行浸渍或喷涂等方式处理。水相脱酸法的优点是脱酸剂能以离子形式渗透到纸张内部，脱酸效果好。在众多脱酸化学品中，含钙类物质是最重要的类别之一，包括碳酸钙、氢氧化钙、碳酸氢钙、氧化钙等，其中很多都被运用于老化纸张的脱酸研究和实际保护工作中。性质稳定但难溶于水的碳酸钙更是如今造纸工业最广泛使用的造纸填料之一，在提高纸张白度减少纸张成本的同时，也作为碱性物质起到延缓着纸张酸化的作用。但由于碳酸钙在水中的分散稳定性较差，往往需要分散剂辅助在水体系中或有机相中分散后进行脱酸处理，且由于难溶于水而无法进入纸张内部，容易堆积在表面造成脱酸不均匀。而Ca(OH)2的水溶液碱性较强，经浸渍处理后会使含有木素的纸张泛黄，纸张抗张强度降低，且Ca(OH)2的水分散性不佳。Mg(HCO3)2和Ca(HCO3)2水溶液属于弱碱性，对酸化的古籍纸张进行浸渍处理后，虽然都能达到较好的脱酸效果，但由于水溶液溶解度低，浸渍处理后都会存在粉末残留、纸张泛黄等问题。硼砂由于其水溶液呈碱性，也被用于古籍脱酸，虽然能同时达到较好的脱酸和抗菌效果，但处理后仍然存在纸张变色和强度降低等问题。水相脱酸方法及钙盐类脱酸剂的优点，在于脱酸存碱效果好，处理液较为安全，但存在纸张变色泛黄，纸张变形，强度降低，批量化脱酸处理难度较大等问题。
考虑到碳酸钙在脱酸存碱方面的优越性，及氢氧化钙等钙盐存在的分散性不佳和碱性过高易致黄等问题。原位合成碳酸钙可以解决碳酸钙的渗透性问题，使脱酸效果达到最佳。因此需要选择合适的脱酸剂并开发新的脱酸处理工艺，使钙盐在水相体系中稳定分散，并通过进一步处理，使碳酸钙在纸张中原位形成，达到有效脱酸目的。且利用压力雾化的处理方式，实现对酸化纸质文献的大规模有效低成本脱酸工作。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种在纸质文献中原位形成碳酸钙的方法及脱酸处理工艺。
本发明所述在纸质文献中原位形成碳酸钙的方法由氢氧化钙与二氧化碳反应得到。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种在纸质文献中原位形成碳酸钙的方法及脱酸处理工艺，包括以下步骤：
(1)配制一定浓度的水溶性纤维素衍生物溶液；
(2)在步骤(1)中水溶性纤维素衍生物溶液加入氢氧化钙，利用超声波细胞破碎仪分散；
(3)室温下将步骤(2)中水溶性纤维素衍生物-氢氧化钙分散液置于压力雾化器中，压力雾化处理纸样；
(4)将步骤(3)中处理后的纸样放入一定温度及一定浓度二氧化碳的密闭反应器中处理一段时间，即二氧化碳处理以原位生成碳酸钙；
(5)将步骤(4)中处理后的纸样进行干燥；
(6)将步骤(5)中干燥处理后的纸样于恒温恒湿室中平衡水分，完成处理。
优选地，步骤(1)中的水溶性纤维素衍生物为甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素和羟丙基甲基纤维素中的至少一种。
优选地，步骤(1)中水溶性纤维素衍生物溶液的浓度为0.01～10g/L。
优选地，步骤(2)中所得的分散液中氢氧化钙的浓度为0.1～20g/L。
优选地，步骤(2)中所述的超声波细胞破碎仪功率为10～1500w。
优选地，步骤(2)中所述的超声波细胞破碎仪工作时间为0.1～10min。
优选地，步骤(3)中所述的水溶性纤维素衍生物-氢氧化钙分散液处理量为1～15mL/张纸。
优选地，步骤(4)中所述的密闭反应器的温度为20～65℃。
优选地，步骤(4)中所述的密闭反应器中二氧化碳的浓度为10～10000ppm。
优选地，步骤(4)中所述的密闭反应器的处理时间为0.01～240h。
优选地，步骤(5)中所述的干燥为真空干燥，所述的真空干燥的真空度为0～-0.1Mpa，温度为15～40℃，干燥时间为0.5～12h。
优选地，步骤(6)中所述的平衡水分的条件为纸张含水率50％。
本发明所述一种在纸质文献中原位形成碳酸钙的方法及脱酸处理工艺，用于老化纸张处理，处理前纸样pH值在4.30～4.53之间，酸化严重。处理后，纸样pH值为8.20～8.72，碱存储量为278～299mmol/kg(每千克纸张所含碳酸钙的量)之间，能达到较好的脱酸存碱效果；色差△E在0.73～1.0之间波动，处理后，纸样表面干净平整，字迹油墨无明显变化，此外，具有较好的抗老化的作用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
(1)该方法脱酸存碱效果好，且对纸张机械性能有一定提升，抗老化性能好，色差较小，纸张不变形且干燥简便。
(2)该方法操作简单，安全系数高，溶剂体系较廉价。
(3)该处理方法可以批量处理老化的纸张。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用未注明生产厂商者的原料、试剂等，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
本实施例的一种在纸质文献中原位形成碳酸钙的方法及脱酸处理工艺，具体实施步骤如下：
(1)配制2g/L甲基纤维素水溶液。
(2)在步骤(1)中2g/L甲基纤维素水溶液中加入氢氧化钙，使复配液的氢氧化钙浓度为10g/L，利用超声波细胞破碎仪分散，功率400w，工作时间5min。
(3)利用步骤(2)配制的分散液压力雾化处理酸化纸样，处理量3mL/张纸。
(4)将步骤(3)中处理的纸样放入40℃，二氧化碳浓度2000ppm的密闭反应容器处理中72h。
(5)将步骤(4)中处理的纸样放入真空干燥箱，抽真空至-0.1Mpa，在15℃温度下干燥12h。
(6)将干燥的处理纸样于恒温恒湿室中平衡水分至纸张含水率50％，完成处理。
对实施例1中处理的纸样进行性能测试。纸样的pH值是根据GB/T1545.2-2003标准测定的，纸样碱存储量的测定根据GB/T 24998-2010标准测定的，纸样色差的测定是使用L&W白度仪参照GB/T 7974-2002的标准测定的。纸张初始的pH为4.37，脱酸处理后纸张的pH提升为8.72，碱存储量280mmol/kg，色差为0.99，外观无明显变化。将处理后的纸张放置于湿热老化箱中老化(T＝80℃，RH＝65％)3天，老化后的处理纸张的pH为8.5，碱存储量为240mmol/kg。
实施例2
本实施例的公布了一种在纸质文献中原位形成碳酸钙的方法及脱酸处理工艺，具体实施步骤如下：
(1)配制0.5g/L羟丙基甲基纤维素水溶液。
(2)在步骤(1)中0.5g/L羟丙基甲基纤维素水溶液中加入氢氧化钙，使复配液的氢氧化钙浓度为5g/L，利用超声波细胞破碎仪分散，功率500w，工作时间3min。
(3)利用步骤(2)配制的分散液压力雾化处理酸化纸样，处理量5mL/张纸。
(4)将步骤(3)中处理的纸样放入25℃，二氧化碳浓度6000ppm的密闭反应容器处理中60h。
(5)将步骤(4)中处理的纸样放入真空干燥箱，抽真空至-0.1Mpa，在35℃温度下干燥6h。
(6)将干燥的处理纸样于恒温恒湿室中平衡水分至纸张含水率50％，完成处理。
然后进行纸样性能测试。纸样的pH值是根据GB/T 1545.2-2003标准测定的，纸样碱存储量的测定根据GB/T 24998-2010标准测定的，纸样色差的测定是使用L&W白度仪参照GB/T 7974-2002的标准测定的。纸张初始的pH值为4.40，在纸张脱酸处理后的pH值为8.69，碱存储量290mmol/kg，色差1.0，外观无明显变化。将处理后的纸张放置于湿热老化箱中老化(T＝80℃，RH＝65％)3天，纸张pH值为8.47，碱存储量236mmol/kg。
实施例3
本实施例的公布了一种在纸质文献中原位形成碳酸钙的方法及脱酸处理工艺，具体实施步骤如下：
(1)配制0.7g/L羟乙基纤维素水溶液。
(2)在步骤(1)中0.7g/L羟乙基纤维素水溶液中加入氢氧化钙，使复配液的氢氧化钙浓度为4g/L，利用超声波细胞破碎仪分散，功率200w，工作时间6min。
(3)利用步骤(2)配制的分散液压力雾化处理酸化纸样，处理量10mL/张纸。
(4)将步骤(3)中处理的纸样放入40℃，二氧化碳浓度3000ppm的密闭反应容器中48h。
(5)将步骤(4)中处理的纸样放入真空干燥箱，抽真空至-0.1Mpa，在25℃温度下干燥24h。
(6)将干燥的处理纸样于恒温恒湿室中平衡水分至纸张含水率50％，完成处理。
然后进行纸样性能测试。纸样的pH值是根据GB/T 1545.2-2003标准测定的，纸样碱存储量的测定根据GB/T 24998-2010标准测定的，纸样色差的测定是使用L&W白度仪参照GB/T 7974-2002的标准测定的。纸张初始的pH值为4.32，在纸张脱酸处理后的pH值为8.27，碱存储量295mmol/kg，色差为0.73，外观无明显变化。将处理后的纸张放置于湿热老化箱中老化(T＝80℃，RH＝65％)3天，纸张pH值为8.16，碱存储量275mmol/kg。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种在纸质文献中原位形成碳酸钙的方法及脱酸处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配制一定浓度的水溶性纤维素衍生物溶液；
(2)在步骤(1)中水溶性纤维素衍生物溶液加入氢氧化钙，利用超声波细胞破碎仪分散；
(3)室温下将步骤(2)中水溶性纤维素衍生物-氢氧化钙分散液置于压力雾化器中，压力雾化处理纸样；
(4)将步骤(3)中处理后的纸样放入一定温度及一定浓度二氧化碳的密闭反应器中处理一段时间；
(5)将步骤(4)中处理后的纸样进行干燥；
(6)将步骤(5)中干燥处理后的纸样于恒温恒湿室中平衡水分，完成处理。
2.根据权利要求1所述的一种在纸质文献中原位形成碳酸钙的方法及脱酸处理工艺，其特征在于，步骤(1)中的水溶性纤维素衍生物为甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素和羟丙基甲基纤维素中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种在纸质文献中原位形成碳酸钙的方法及脱酸处理工艺，其特征在于，步骤(1)中水溶性纤维素衍生物溶液的浓度为0.01～10g/L。
4.根据权利要求1所述的一种在纸质文献中原位形成碳酸钙的方法及脱酸处理工艺，其特征在于，步骤(2)中所得的分散液中氢氧化钙的浓度为0.1～20g/L。
5.根据权利要求1所述的一种在纸质文献中原位形成碳酸钙的方法及脱酸处理工艺，其特征在于，步骤(2)中所述的超声波细胞破碎仪工作功率为10～1500w，工作时间0.1～10min。
6.根据权利要求1所述的一种在纸质文献中原位形成碳酸钙的方法及脱酸处理工艺，其特征在于，步骤(3)中所述的水溶性纤维素衍生物-氢氧化钙分散液处理量为1～15mL/张纸。
7.根据权利要求1所述的一种在纸质文献中原位形成碳酸钙的方法及脱酸处理工艺，其特征在于，步骤(4)中所述的密闭反应器的温度为20～65℃，二氧化碳的浓度为10～10000ppm，处理时间为0.01～240h。
8.根据权利要求1所述的一种在纸质文献中原位形成碳酸钙的方法及脱酸处理工艺，其特征在于，步骤(5)中所述的干燥为真空干燥，所述的真空干燥的真空度为0～-0.1Mpa，温度为15～40℃，干燥时间为0.5～12h。
9.根据权利要求1所述的一种在纸质文献中原位形成碳酸钙的方法及脱酸处理工艺，其特征在于，步骤(6)中所述的平衡水分的条件为纸张含水率50％。
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| EP0273902A2 (de) * | 1986-12-30 | 1988-07-06 | Republik ÖSTERREICH, vertreten durch das BUNDESMINISTERIUM FÜR WISSENSCHAFT UND FORSCHUNG, | Verfahren und Vorrichtung zur konservatorischen Behandlung von Papier |
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