CN109750417A - 用于纸质文物保护的原位电纺处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于纸质文物保护的原位电纺处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)配置纺丝液：将疏水性高分子材料溶于高挥发性溶剂中得纺丝液；(2)电纺保护膜：将纺丝液加入静电纺丝装置的储液机构中，调节纺丝参数，其中纺丝湿度设为50‑60％，开启静电纺丝装置，在待保护物体表面原位电纺沉积形成电纺纳米纤维保护膜。该方法操作简单，可以快速、直接、均匀的对纸质文物进行处理，在纸张表面形成的保护膜透明度高可保证文字阅读清晰度，且可有效提高纸质文物的疏水性、纸张强度，以及抗紫外线能力。

Description

用于纸质文物保护的原位电纺处理工艺

技术领域

本发明涉及文物保护技术领域，具体涉及用于纸质文物保护的原位电纺处理工艺。

背景技术

造纸是中国古代的四大发明之一，纸张的发明促进了中国乃至世界文明的进步。纸质文物承载了重要的文化历史资料和记录，因此它不仅是文化遗产的重要组成部分，更是社会历史的重要见证。然而由于各种原因，许多珍贵的纸质文物正在不断地老化、损毁、消失，除了纸质文物本身的化学，物理等性质的恶化和变化外，外部因素的影响，如灰尘，微生物污染，氧化，水浸，可见光和紫外线辐射等也是造成其损毁的主要原因。

常见的纸质文物保护措施包括表面干洗，脱酸，还原，托裱，丝网加固，表面封护等。在脱酸加固方面，中国发明专利CN201610222180.7公布了一种水和聚乙烯亚胺的处理液，能够起到脱酸加固固色抗菌的效果。中国发明专利CN107313295A公布了一种以pH标准缓冲溶液(pH＝9.01～9.33)作为脱酸剂，水溶性纤维素作为加固剂的酸化及脆化纸张纤维的保护方法。在表面封护方面，中国发明专利CN105713155A公布了一种改性纤维素(MCC)和改性TiO2为核，苯乙烯丙烯酸酯共聚物为壳的封护聚合物乳液，具有优异的防水、防油、耐水、耐酸碱、抗菌，可逆等性能。中国发明专利CN108440736A公布了一种透明聚氨酯加固液，能够提高纸张强度、耐老化性能又具有较高的透明度。中国发明专利CN105524222A公布了一种抗紫外聚合物材料的制备方法，能够提高纸质文物的抗紫外性能。然而上述保护方法提到的各种聚合物均为溶液或乳液，其溶剂为水或有机溶剂，在使用过程中需要将这些加固液、防护液等涂抹在纸质文物上，增加了纸质文物破损的风险。

发明内容

针对现有技术不足，本发明要解决的技术问题是，克服现有技术缺陷，减少纸质文物在实施保护措施过程中的破坏风险，提供用于纸质文物保护的原位电纺处理工艺，该方法操作简单，可以快速、直接、均匀的对纸质文物进行处理，在纸张表面形成的保护膜透明度高可保证文字阅读清晰度，且可有效提高纸质文物的疏水性、纸张强度，以及抗紫外线能力。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于纸质文物保护的原位电纺处理工艺，包括以下步骤：

(1)配置纺丝液：将疏水性高分子材料溶于高挥发性溶剂中得纺丝液；

(2)电纺保护膜：将纺丝液加入静电纺丝装置的储液机构中，调节纺丝参数，其中纺丝湿度设为50-60％，开启静电纺丝装置，在待保护物体表面原位电纺沉积形成电纺纳米纤维保护膜。

作为优选，步骤(2)控制纺丝时间将电纺纳米纤维保护膜厚度控制在200-800nm。

作为优选，步骤(1)中所述的疏水性高分子材料为热塑性聚氨酯弹性体橡胶或尼龙的一种或多种。

作为优选，步骤(1)中所述的纺丝液中疏水性高分子材料的含量为10wt％-35wt％。

作为优选，步骤(1)中所述的高挥发性溶剂为N，N-二甲基甲酰胺或甲酸的一种或多种。

作为优选，步骤(2)中所述的纺丝参数为：纺丝液的推进速度10-20微升/分钟，纺丝电压15-20kV，纺丝距离20-30cm。

作为优选，步骤(2)中所述的静电纺丝装置包括气流辅助机构，所述的气流辅助机构的喷气口设于纺丝喷头处，用于提供沿电纺纤维喷射方向的辅助气流。

作为优选，所述的辅助气流喷射速度为8-15升/分钟。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：提供了用于纸质文物保护的原位电纺处理工艺，该方法操作简单，可以快速、直接、均匀的对纸质文物进行处理，在纸张表面形成的保护膜透明度高可保证文字阅读清晰度，且可有效提高纸质文物的疏水性、纸张强度，以及抗紫外线能力。该工艺方法可减少纸质文物在实施保护措施过程中的破坏风险。

附图说明

图1：本发明实施例所用的静电纺丝装置的结构示意图；

图2：本发明实施例1原位电纺处理后纸质文物的SEM图；

图3：本发明实施例1原位电纺处理后纸质文物的水接触角测试图；

图4：本发明实施例1原位电纺处理后宣纸书法的效果图；

图5：本发明实施例1的纸质文物拉伸测试图；

图中：1-注射泵，2-高压电源，3-气泵，4-注射器，5-手柄，6-喷头，7-同轴针头，8-输液管，9-正极导线，10-负极导线，11-气管，12-金属衬底，13-纸质文物。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

实施例：

一种用于纸质文物保护的原位电纺处理工艺，包括以下步骤：

(1)配置纺丝液：将疏水性高分子材料溶于高挥发性溶剂中得纺丝液；

(2)电纺保护膜：将纺丝液加入静电纺丝装置的储液机构中，调节纺丝参数，其中纺丝湿度设为50-60％，开启静电纺丝装置，在待保护物体表面原位电纺沉积形成电纺纳米纤维保护膜。

常规的静电纺丝膜的透明度较低直接喷涂于纸质文物表面会影响文字清晰度，本发明的处理工艺通过对纺丝参数的调控尤其是纺丝湿度的调控获得了透明度高的疏水材料电纺纳米纤维膜作为文物保护膜，该方法操作简单，可以快速、直接、均匀的对纸质文物进行处理，在纸张表面形成的保护膜透明度高可保证文字阅读清晰度，且可有效提高纸质文物的疏水性、纸张强度，该工艺方法采用高挥发性溶剂作为纺丝液溶剂，在电纺过程中，溶剂基本挥发完全，避免了常规纸质文物保护方法中，处理液所含溶剂对纸质文件的破坏风险，用于纸质文物保护更加安全有效。

具体的，步骤(2)控制纺丝时间将电纺纳米纤维保护膜厚度控制在200-800nm。静电纺丝法可以通过纺丝时间的控制法控制电纺纤维膜的厚度，本发明的处理工艺，将电纺纳米纤维保护膜厚度控制在200-800nm可更好的保证保护膜的透明度，确保文字清晰度。

具体的，步骤(1)中所述的疏水性高分子材料为热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)或尼龙(PA)的一种或多种。所述的纺丝液中疏水性高分子材料的含量为10wt％-35wt％。所述的高挥发性溶剂为N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或甲酸的一种或多种。热塑性聚氨酯弹性体橡胶和尼龙具有抗紫外线性能，以上述材料作为原料制成的保护膜能够起到防紫外线功能，更好的保护纸质文物。

具体的，步骤(2)中所述的纺丝参数为：纺丝液的推进速度10-20微升/分钟，纺丝电压15-20kV，纺丝距离20-30cm。所述的静电纺丝装置包括气流辅助机构，所述的气流辅助机构的喷气口设于纺丝喷头处，用于提供沿电纺纤维喷射方向的辅助气流。所述的辅助气流喷射速度为8-15升/分钟。采用气流辅助机构能够一方面辅助电纺纤维精确沉积，另一方面可以促进溶剂挥发，进一步减少溶剂对纸质文物的破坏。

以下实施例采用的静电纺丝装置的结构如图1所示，包括高压电源2，用于喷电纺纤维的喷头6(喷头6为金属针头)，设于喷头下方的绝缘材料制成的手柄5，供给纺丝液的储液机构，用于喷射辅助气流的气流辅助机构，作为收集极的金属衬底12，高压电源2的正极通过正极导线9电连接喷头6，负极通过负极导线10电连接金属衬底12，纸质文物13置于金属衬底12上，可手持手柄5将喷头6置于纸质文物13正上方，所述的储液机构包括装有注射器4的注射泵1，注射器4的出液口通过输液管8与喷头6相连，气流辅助机构包括气泵3，气泵3通过气管11连接套设于喷头6外部的同轴针头7。

实施例1

一种用于纸质文物保护的原位电纺处理工艺，包括以下步骤：

(1)配置纺丝液：将热塑性聚氨酯弹性体橡胶TPU(德国巴斯夫，1190A)溶于DMF溶剂中得纺丝液，所述的纺丝液中TPU的含量为30wt％：

(2)电纺保护膜：将纺丝液加入静电纺丝装置的注射器4中，将纸质文物13放置在金属衬底12上，调节纺丝参数，设置注射泵1的纺丝液推进速度15微升/分钟，高压电源2的纺丝电压20kV，设置气泵3的空气流速12升/分钟；握住手柄5，控制纺丝距离为20cm；纺丝湿度55％，打开电源，往纸质文物13表面上原位电纺沉积形成一层均匀透明的电纺纳米纤维保护膜，保护膜的厚度为500nm，所得保护膜形貌如图2的SEM照片所示；该保护膜能够使得原本水接触角为0的宣纸提高到145°，如图3所示；且保护膜透明度好，能够清晰透出纸质文物13的文字，不影响纸质文物13的欣赏(图4所示)；同时，该处理工艺处理前后的纸质文物应力拉伸测试结果如图5所示，测试结果证明通过原位电纺所得的保护膜可与纸质文物13牢固贴和，可以有效提高纸张强度。

实施例2

一种用于纸质文物保护的原位电纺处理工艺，包括以下步骤：

(1)配置纺丝液：将尼龙PA(瑞士EMS TR-90)溶于甲酸溶剂中得纺丝液，所述的纺丝液中PA的含量为15wt％；

(2)电纺保护膜：将纺丝液加入静电纺丝装置的注射器4中，将纸质文物13放置在金属衬底12上，调节纺丝参数，设置注射泵1的纺丝液推进速度12微升/分钟，高压电源2的纺丝电压22kV，设置气泵3的空气流速15升/分钟；握住手柄5，控制纺丝距离为25cm；纺丝湿度60％，打开电源，往纸质文物13表面上原位电纺沉积形成一层均匀透明的电纺纳米纤维保护膜，保护膜的厚度为800nm。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于纸质文物保护的原位电纺处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)配置纺丝液：将疏水性高分子材料溶于高挥发性溶剂中得纺丝液；

(2)电纺保护膜：将纺丝液加入静电纺丝装置的储液机构中，调节纺丝参数，其中纺丝湿度设为50-60％，开启静电纺丝装置，在待保护物体表面原位电纺沉积形成电纺纳米纤维保护膜。

2.根据权利要求1所述的用于纸质文物保护的原位电纺处理工艺，其特征在于，步骤(2)控制纺丝时间将电纺纳米纤维保护膜厚度控制在200-800nm。

3.根据权利要求1所述的用于纸质文物保护的原位电纺处理工艺，其特征在于，步骤(1)中所述的疏水性高分子材料为热塑性聚氨酯弹性体橡胶或尼龙的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的用于纸质文物保护的原位电纺处理工艺，其特征在于，步骤(1)中所述的纺丝液中疏水性高分子材料的含量为10wt％-35wt％。

5.根据权利要求3所述的用于纸质文物保护的原位电纺处理工艺，其特征在于，步骤(1)中所述的高挥发性溶剂为N，N-二甲基甲酰胺或甲酸的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的用于纸质文物保护的原位电纺处理工艺，其特征在于，步骤(2)中所述的纺丝参数为：纺丝液的推进速度10-20微升/分钟，纺丝电压15-20kV，纺丝距离20-30cm。

7.根据权利要求1所述的用于纸质文物保护的原位电纺处理工艺，其特征在于，步骤(2)中所述的静电纺丝装置包括气流辅助机构，所述的气流辅助机构的喷气口设于纺丝喷头处，用于提供沿电纺纤维喷射方向的辅助气流。

8.根据权利要求7所述的用于纸质文物保护的原位电纺处理工艺，其特征在于，所述的辅助气流喷射速度为8-15升/分钟。