CN204738179U

CN204738179U - 一种脱酸系统

Info

Publication number: CN204738179U
Application number: CN201520469340.9U
Authority: CN
Inventors: 张溪文; 王庆莉; 徐绍艳
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2015-07-02
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2025-07-02

Abstract

本实用新型提供了一种脱酸系统，包括：脱酸剂雾化装置，包括依次连通的脱酸剂罐、雾化发生机构以及用于向待脱酸样品施加脱酸剂的喷头；射频放电装置，包括放电电极、接地电极以及相匹配的电路，在放电电极和接地电极之间为用于处理待脱酸样品的放电区；驱动装置，用于驱动放电电极或待脱酸样品以改变两者相对位置。该脱酸系统在常温常压下处理样品，使用安全、对外界环境无污染；结构简单、使用方便；处理时间短，脱酸彻底，不易反酸；有效避免样品变形、变色。

Description

一种脱酸系统

技术领域

本实用新型涉及一种脱酸系统，尤其涉及一种应用等离子体放电技术进行脱酸处理的系统。

背景技术

我国是一个具有悠久历史和灿烂文化的文明古国，发明的造纸术和印刷术记录了人类文明的发展。在我国各种图书馆、博物馆、档案机构中保存着数以万计的珍贵的近现代书籍、字画、报纸、档案等纸质文物,它们是中华民族优秀传统文化精华所在，具有不可复制的重要历史文化价值，是中华民族的精神文明的支柱。

然而随着岁月的流逝，纸质文献的酸化情况日益严重，大量古籍善本出现了发黄霉变、粉化碎裂等现象，保护这些文化资料面临着严峻的挑战。大量近现代纸质文物由于纸张酸化而导致纸张变色、机械强度大幅度下降甚至一触即破。

纸质文物从质地上大致可分为传统手工纸张和近现代机制纸张。通常认为，纸的主要化学成分是纤维素，由纤维素大分子中基环间的葡萄糖键组合而成。机制纸在制造工艺中留存的硫酸铝遇水解后呈酸性，当其作用于纸张纤维素时，使纤维素大分子中基环间的葡萄糖键发生断裂，造成聚合度降低，因而导致纸张酸化、发脆而变质，表现为宏观上的变色以及微观上的结构破坏(即机械强度的下降)而“自毁”。而在通常认为不易酸化的传统手工纸质文物中同样也发现了不同程度的明显酸化现象。

大量实验表明，近现代机制纸一般只有50～60年的寿命，经脱酸后其理论“寿命”可以达500年左右。但在纸张自身木质素氧化、水解以及大气等外界酸化因素等的持续影响下，已经脱酸的纸张在长期放置后仍有可能出现“返反酸”现象。

同时，由于染色工艺、抗皱处理、耐洗涤性处理等原因，纤维织物在生产的过程中也用到大量的酸。因此，纤维织物中同样存在着明显的酸化现象。

尽管人们已经开展了大量近现代纸张脱酸方面的研究，但至今仍未获得理想的脱酸技术。传统溶液脱酸法需要将待处理样品浸在脱酸剂中，导致各种自身难以克服的缺陷，如纸张变形、褪色，化学试剂的毒性，效率低，无法实现多层次处理，难以控制脱酸剂用量和防止反酸等；而传统气象脱酸法虽然脱酸快且具有杀虫、消毒的综合效果，但其高真空条件的获取导致其对设备的要求十分苛刻，不安全隐患多，投资大且难以防止反酸的缺点。因此，研究新型、高效、可工业化大规模处理纸张的脱酸理论和技术是刻不容缓的事情。

大气压非平衡等离子体中所含有的粒子能量高、活性强,可以有效地将水汽中的碱性脱酸剂带入纤维内部使得纸张从内部到表面完全彻底的脱酸,从而防止不彻底脱酸导致留在纤维内部的酸性物质仍可以加速纤维的降解,该方法既可以摆脱传统物理方法受到真空条件的限制,也可以克服溶剂型化学试剂处理方法带来的负面作用。而且,等离子体的温度可以低至常温,不会对纸张造成损害,既可以摆脱传统物理方法受到真空条件的限制,也可以克服溶别型化学试剂处理方法带来的负面作用。因此可以使用等离子体将具有高能量的活性氢氧根离子引入纸张表面及内部,与纸张中的酸性物质发生中和反应,实现对纸质文献的非接触式等离子脱酸,同时也可以一定程度上增加纤维之间的结合力提高纸张的宏观强度。

发明内容

本实用新型提供一种脱酸系统。该脱酸系统在常温常压下处理样品，使用安全、对外界环境无污染；结构简单、使用方便；处理时间短，脱酸彻底，不易反酸；有效避免样品变形、变色。

本实用新型的技术方案如下：

一种脱酸系统，包括：

脱酸剂雾化装置，包括依次连通的脱酸剂罐、雾化发生机构以及用于向待脱酸样品施加脱酸剂的喷头；

射频放电装置，包括放电电极、接地电极以及相匹配的电路，在放电电极和接地电极之间为用于处理待脱酸样品的放电区；

驱动装置，用于驱动放电电极或待脱酸样品以改变两者相对位置。

本实用新型中，所述待脱酸样品为纸张或纤维织物。一般厚度不大，否则等离子体难以穿透。

所述脱酸剂为Mg(HCO₃)₂水溶液、Ca(OH)₂水溶液等。就脱酸剂本身而言，可以采用现有技术。

所述驱动装置用于调节放电电极与待脱酸样品的相对位置，主要是放电电极与待脱酸样品的距离，这也影响到脱酸的效果。

所述脱酸系统在工作时，首先雾化发生机构将脱酸剂雾化，例如可采用超声雾化等方式，并由喷头喷洒于待脱酸样品表面；然后将待脱酸样品置于放电区内，射频放电产生等离子体进行脱酸。

射频放电产生的能量高、活性强的等离子体，可以有效地将待脱酸样品表面附着的脱酸剂带入待脱酸样品纤维内部，使得待脱酸样品从内部到表面高效率地、完全彻底地脱酸，从而实现非接触式脱酸。通过非接触式脱酸，有效地避免了由于样品与水或其他试剂大面积接触而引起的变形、变色等情况的发生。通过对脱酸剂喷洒量的控制，可以将脱酸后样品的PH控制在适宜的范围，使其碱性适中，有效避免了反酸现象的发生，延长了样品寿命。所述脱酸系统在常温常压的条件下工作，结构简单、使用方便，可工业化大规模处理。所述脱酸剂为常规的无毒脱酸剂，不会污染环境。经过上述脱酸系统处理后的待脱酸样品与初始无明显色差，机械强度略有提高。

优选地，所述驱动装置为能够三维运动的第一机械手，所述放电电极安装在第一机械手上。

所述的能够三维运动的第一机械手，使操作人员可以根据待脱酸样品的不同尺寸和位置调节放电电极的位置，且放电电极可以横向来回移动，以对待脱酸样品进行线性扫描模式的处理，使待脱酸样品完全处于放电区内，提高脱酸效率。同时机械手精密度高，可以准确定位。

进一步优选地，还设有能够三维运动的第二机械手，所述喷头安装在第二机械手上。

所述的能够三维运动的第二机械手，使操作人员可以根据待脱酸样品的不同尺寸和位置调节喷头的位置，且喷头可以横向来回移动，以对待脱酸样品进行线性扫描模式的处理，以使脱酸剂充分附着于待脱酸样品上，以提高脱酸效率。同时机械手精密度高，可以准确定位。

优选地，所述雾化发生机构为超声雾化机。

超声雾化器利用电子高频震荡，通过陶瓷雾化片的高频谐振，将液态水分子结构打散而产生水雾，不需加热或添加任何化学试剂。与加热雾化方式比较，能源节省了90％。

优选地，所述接地电极为平板状，接地电极顶面设有绝缘层，绝缘层上方空间为放电区。

操作人员可以直接将待脱酸样品放置于平板状的接地电极上进行等离子化，简单易行。

绝缘层为塑料、高分子材料、玻璃、陶瓷等绝缘材料。就绝缘层本身而言，可以采用现有技术。

一般地，所述绝缘层较薄，将其设在接地电极顶面，可以为其提供有效支撑。

优选地，还设有雾化箱，所述喷头处在雾化箱内，雾化箱底部开放且朝向待脱酸样品。

所述雾化箱，可以有效控制脱酸剂喷洒的范围，以免影响其他设备或工序。

优选地，还设有第一支架以及沿第一支架运动的第一升降台，所述放电电极安装在第一升降台上，所述驱动装置为用于带动第一升降台的第一升降电机。

所述升降台可以调节放电电极与待脱酸样品的距离，以适应不同尺寸和位置的待脱酸样品，提高脱酸效率。

进一步优选地，还设有第一横移导轨，所述第一支架沿水平方向滑动安装在该第一横移导轨上，所述驱动装置还包括用于带动第一支架的第一横移电机。

上述结构可以实现放电电极的二维运动，以进一步适应不同尺寸和位置的待脱酸样品，且放电电极可以横向来回移动，以对待脱酸样品进行线性扫描模式的处理，提高脱酸效率。

进一步优选地，还设有第二支架及沿第二支架运动的第二升降台，所述喷头安装在该第二升降台上，所述脱酸系统还设有用于驱动第二升降台的第二升降电机。

上述结构可以调节喷头与待处理样品的距离，以适应不同尺寸和位置的待脱酸样品，提高脱酸效率。

进一步优选地，还设有第二横移导轨，所述第二支架沿水平方向滑动安装在该第二横移导轨上，所述脱酸系统还设有用于带动第二支架的第二横移电机。

上述结构可以实现喷头的二维运动，以进一步适应不同尺寸和位置的待脱酸样品，且喷头可以横向来回移动，以对待脱酸样品进行线性扫描模式的处理，提高脱酸效率。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型脱酸系统结构简单，使用方便，可工业化大规模处理。

2、使用本实用新型进行脱酸处理，简便易行，在常温常压下处理待脱酸样品，对外界温度、压力等条件没有较高的要求，无需使用有毒脱酸剂，对环境无污染。

3、使用本实用新型进行脱酸处理，所需要时间短，脱酸彻底且不易反酸。

4、使用本实用新型进行脱酸处理，有效地避免了由于待脱酸样品与水或其他试剂大面积接触而引起的变形、变色等情况的发生。

5、使用本实用新型进行脱酸处理，可以有效地控制脱酸剂的用量，将脱酸后样品的PH控制在适宜的范围，使其碱性适中，有效避免了反酸现象的发生，延长了样品寿命。

6、经过本实用新型处理后的样品与初始状态无明显色差，机械强度略有提高。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

本实施例的脱酸系统，包括脱酸剂雾化装置、射频放电装置和驱动装置。

其中，脱酸剂雾化装置，包括依次连通的脱酸剂罐1、雾化发生机构2以及用于向待脱酸样品施加脱酸剂的喷头3；

射频放电装置，包括放电电极5、平板状的接地电极6以及相匹配的电路，在放电电极5和接地电极6之间为用于处理待脱酸样品的放电区；

驱动装置，包括用于驱动第一升降台12的第一升降电机17、用于驱动第二升降台9的第二升降电机15、用于带动第一支架13的第一横移电机18和用于带动第二支架10的第二横移电机16。

雾化发生机构2为超声雾化机。

还设有雾化箱4，喷头3处在雾化箱4内，雾化箱4底部开放且朝向待脱酸样品。

还设有在接地电极6顶面的绝缘层8。绝缘层8为PE材质。

第一升降电机17固定安装在第一支架13上，并通过滚珠丝杠结构驱动第一升降台12进行升降。放电电极5固定安装在第一升降台12上，从而调节放电电极5与待脱酸样品的相对位置。第一支架13通过滑轮安装在第一横移导轨14上，第一横移电机18通过滚珠丝杠结构驱动第一支架13进行横移，从而使放电电极5能够相对于待脱酸样品进行来回横移。

第二升降电机15固定安装在第二支架10上，并通过滚珠丝杠结构驱动第二升降台9进行升降。喷头3固定安装在第二升降台9上，并可随第二升降台9的升降而升降，从而调节喷头3与待脱酸样品的相对位置。第二支架10通过滑轮安装第二横移导轨11上，第二横移电机16通过滚珠丝杠结构驱动第二支架10进行来回横移，从而使喷头3能够相对于待脱酸样品进行横移。

控制电脑19用于控制第二升降电机15和第一升降电机17各自升降的高度，以及第二横移电机16和第一横移电机18各自横移的距离。

喷头3的喷洒口为狭缝状，并在第二横移电机16的驱动下，相对于待脱酸样品来回横移，对待脱酸样品表面进行扫描，以使待脱酸样品表面充分吸收脱酸剂。

放电电极5在第一横移电机18的驱动下，相对于待脱酸样品来回横移，对待脱酸样品表面进行扫描，以使等离子充分将脱酸剂带入纤维内部使得待脱酸样品从内部到表面完全彻底的脱酸。

本实用新型的工作过程如下：

1、根据待脱酸样品的尺寸，通过控制电脑19调节喷头3和放电电极5的高度、横移距离和速度；

2、将待脱酸样品平摊在雾化箱4内；

3、脱酸剂罐1中注有pH＝8.2的Mg(HCO₃)₂水溶液，并使用超声雾化机2进行雾化处理，喷头3进行全范围的移动扫描，将雾化后的脱酸剂以150mL/h的流量喷涂于待脱酸样品上，喷涂时间为30s；

4、将待脱酸样品平摊在放电区内；

5、开启射频电源7，调节电流为0.15A，电压为75V，形成稳定的蓝紫色线型丝状等离子体，并对待脱酸样品进行全范围的移动扫描，扫描时间为1min，即完成脱酸处理过程。

使用本实施例的脱酸系统，可以使待脱酸样品在数秒内迅速由酸性转为中性或碱性，其色泽无明显变化，机械强度略有提高。

以上仅列出了一种常见的脱酸系统的结构，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，都属于本实用新型保护的范围。

Claims

1.一种脱酸系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的脱酸系统，其特征在于，所述驱动装置为能够三维运动的第一机械手，所述放电电极安装在第一机械手上。

3.根据权利要求2所述的脱酸系统，其特征在于，还设有能够三维运动的第二机械手，所述喷头安装在第二机械手上。

4.根据权利要求1所述的脱酸系统，其特征在于，所述雾化发生机构为超声雾化机。

5.根据权利要求1所述的脱酸系统，其特征在于，所述接地电极为平板状，接地电极顶面设有绝缘层，绝缘层上方空间为放电区。

6.根据权利要求1所述的脱酸系统，其特征在于，还设有雾化箱，所述喷头处在雾化箱内，雾化箱底部开放且朝向待脱酸样品。

7.根据权利要求1所述的脱酸系统，其特征在于，还设有第一支架以及沿第一支架运动的第一升降台，所述放电电极安装在第一升降台上，所述驱动装置为用于带动第一升降台的第一升降电机。

8.根据权利要求7所述的脱酸系统，其特征在于，还设有第一横移导轨，所述第一支架沿水平方向滑动安装在该第一横移导轨上，所述驱动装置还包括用于带动第一支架的第一横移电机。

9.根据权利要求8所述的脱酸系统，其特征在于，还设有第二支架及沿第二支架运动的第二升降台，所述喷头安装在该第二升降台上，所述脱酸系统还设有用于驱动第二升降台的第二升降电机。

10.根据权利要求9所述的脱酸系统，其特征在于，还设有第二横移导轨，所述第二支架沿水平方向滑动安装在该第二横移导轨上，所述脱酸系统还设有用于带动第二支架的第二横移电机。