CN112941954A - 一种适用于纸张预防性抗酸化的保护方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种适用于纸张预防性抗酸化的保护方法，包括以下步骤：1)在纸张表面均匀涂布溶胶；2)在涂布溶胶后的纸张表面静电喷涂氧化镁粉末；3)使纸张表面涂布的溶胶凝胶化，形成凝胶网络，固定喷涂的氧化镁粉末。该方法可以在不影响纸张表面形貌和结构的前提下，实现对纸张的预防性抗酸化保护。

Description

一种适用于纸张预防性抗酸化的保护方法
技术领域
本申请涉及纸张预防性保护领域，特别是涉及一种适用于纸张预防性抗酸化的保护方法。
背景技术
纸张在保存一定时间后，pH值会发生明显降低，纸张出现酸化，纸张的酸化即纸张中的氢离子含量过高，纸张纤维素会在氢离子的催化作用下发生水解断裂，破坏纸张纤维素的结构，使纸张出现泛黄变脆等现象，强度发生大幅下降，纸张的老化程度会随纸张的酸化程度逐渐加重。因此对于已经酸化的纸张，必须及时对其进行脱酸保护，延长纸张的保存寿命；对于未酸化的纸张，也需要对其进行预防性的抗酸化保护，避免酸化对纸张造成影响。
目前，对于酸化纸张的脱酸保护主要有两类主流方法，一种是利用碱性水溶液或碱性有机脱酸液，将这些溶液通过浸泡或喷涂的方式施加到酸化纸张表面，用于中和纸张中的氢离子，实现纸张的脱酸保护。另一种方法是在有机溶剂中加入微纳米尺寸的碱土金属氧化物粒子得到悬浮脱酸剂，将悬浮脱酸剂通过浸泡或喷涂的方式添加到酸化纸张表面，使碱土金属氧化物粒子作为碱残留在纸张表面实现对纸张的脱酸保护。
纸张酸化的主要原因是外界环境中的氢离子渗入到了纸张，对于未酸化的纸张，可以在纸张表面保持一定的碱残留负载量来对纸张进行预防性抗酸化保护。上述常用的两类纸张脱酸保护方法，对于未酸化纸张的预防性抗酸化保护并不适用，对于前者，当采用碱性水溶液或有机脱酸液对纸张进行脱酸保护时，纸张容易发生褶皱变形或者产生晕染褪色等问题，容易对纸面信息造成破坏，且不会在纸张表面保持一定的碱残留量；当采用悬浮脱酸剂对纸张进行脱酸时，由于微纳米尺寸的碱土金属氧化物粒子容易发生团聚，因此在使用过程中容易形成斑块、字迹遮盖以及纸张掉粉等问题，有效碱残留量较少，影响预防酸化保护的效果。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种适用于纸张预防性抗酸化的保护方法。
本发明所提供的技术方案为：一种适用于纸张预防性抗酸化的保护方法，包括以下步骤：
1)在纸张表面均匀涂布溶胶；
2)在涂布溶胶后的纸张表面静电喷涂氧化镁粉末；
3)使纸张表面涂布的溶胶凝胶化，形成凝胶网络，固定喷涂的氧化镁粉末。
上述技术方案中，利用溶胶凝胶法的原理，先在纸张表面均匀涂布溶胶，再在溶胶表面静电喷涂氧化镁粉末，利用溶胶与氧化镁颗粒之间的静电吸附作用将氧化镁颗粒吸附在纸张表面的溶胶层中，最后使纸张表面的溶胶凝胶化，将氧化镁粉末固定在纸张表面，形成碱性封护层。该碱性封护层可以很好的固定氧化镁微纳米粉末，提高氧化镁粉末在纸面的有效碱残留负载量，提高纸张预防性抗酸化保护的效果。
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)中涂布溶胶的方式包括：将纸张浸渍在溶胶中然后取出，或利用旋涂法在纸张表面涂布溶胶层，或将溶胶雾化形成气溶胶后沉积到纸张表面。
由于浸渍或者旋涂的方法不易控制溶胶层的厚度，且容易对纸张结构和表面形貌产生影响，所以进一步可选的，所述步骤1)中涂布溶胶的方式采用将溶胶雾化形成气溶胶后沉积到纸张表面。将溶胶雾化形成气溶胶，气体介质为潮湿空气，将雾化后的溶胶缓慢沉积并涂布到纸张表面，该过程容易控制，不会对纸张结构产生影响。
可选的，所述溶胶为以乙醇为溶剂，加入催化剂、正硅酸乙酯和水，在室温下陈化的产物。
可选的，所述催化剂为氨水、氯化钙、盐酸、硝酸和硫酸中的一种或多种。在有催化剂存在的情况下，前驱体溶液的水解过程可以加快，从而加快聚合反应的进程，缩短凝胶化的时间。进一步可选的，所述催化剂为氨水。
可选的，所述正硅酸乙酯、乙醇、水和催化剂的摩尔比为1:1～2:0.5～10:0.05～0.2。正硅酸乙酯的加水量直接影响到聚合反应的类型，加水量较少时，聚合反应为脱醇缩合，加水量高时，聚合反应以脱水缩合为主。提高加水量，一方面会促进水解进程，另一方面会对正硅酸乙酯造成稀释，导致凝胶所需时间延长。进一步可选的，正硅酸乙酯和水的摩尔比为1:1.5～2.5。
可选的，所述氧化镁粉末的颗粒尺寸为0.1～1μm。采用静电喷涂法对氧化镁粉末进行喷涂，可以使氧化镁粉末在喷涂过程中带电荷，在静电吸附作用下与溶胶层发生结合，并且可以保证溶胶表面的氧化镁粉末层的厚度保持在一定范围，提高氧化镁粉末的碱残留负载量，使预防性脱酸保护效果得以有效保障。
可选的，所述溶胶凝胶化过程的温度为50～80℃。温度较高时，可以加快纸张表面的溶胶转化为凝胶的速度。但纸张表面温度过高会对纸张的结构造成影响，因此纸张表面凝胶化的温度要控制在一定的范围内。
可选的，所述步骤1)中涂布溶胶的量为40～80g/每平方米纸张。
可选的，所述步骤2)中静电喷涂氧化镁粉末的总质量为纸张质量的0.2～2％。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明利用溶胶-凝胶原理，先在纸张表面均匀涂布溶胶，再在溶胶表面喷涂氧化镁粉末，最后使溶胶凝胶化，形成碱性封护层。该碱性封护层可以很好的固定氧化镁，防止其脱落，增加纸张表面的碱残留量，提高预防性抗酸化保护的效果。
(2)本发明利用静电喷涂的方式在纸张表面的溶胶层喷涂氧化镁粉末，由于静电吸附作用，表面喷涂的氧化镁粉末可以与溶胶层发生牢固结合，提高氧化镁粉末碱残留的有效负载量。
(3)本发明用凝胶网络结构固定的氧化镁粒子作为抗酸化保护物质对纸张进行预防性脱酸保护，利用氧化镁在二氧化碳和水作用下生成的碱性碳酸氢镁，来持续中和来自纸张内部以及纸张外界环境的游离氢离子。由于碳酸氢镁的反应活性较低，所以脱酸过程相对温和，有利于纸张本体以及纸面信息的预防性综合保护。
附图说明
图1为实施例1中预防性抗酸化处理过的纸张表面的微观形貌和能谱分析得到的镁元素的面分布图。
图2为对比例1中预防性抗酸化处理过的纸张表面的微观形貌和能谱分析得到的镁元素的面分布图。
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
选择乙醇为溶剂，加入氨水作为催化剂，再在溶剂中加入正硅酸乙酯和水，催化剂与正硅酸乙酯的摩尔比为0.05:1,使其搅拌均匀混合，并在室温下陈化，乙醇、正硅酸乙酯和水的摩尔比为1:1:2，陈化完成后，将形成的溶胶在潮湿空气中雾化得到气溶胶，使气溶胶均匀沉积并涂布在待脱酸纸张表面。涂布量为每平方米纸张表面涂布60g溶胶。
溶胶涂布完成后，在涂布过溶胶的纸张表面静电喷涂氧化镁粒子(颗粒尺寸为100～300nm)，喷涂量为纸张质量的1％，待喷涂结束后，将纸张置于80℃环境中，使纸张表面涂布的溶胶快速凝胶化，形成硅氧网络，固定喷涂的氧化镁粉末。
性能测试：
(1)实施例1中预防性抗酸化处理过的纸张表面形貌与原始纸张相比无明显变化，且没有出现粉末团聚和白斑等问题。
(2)实施例1中处理过的纸张表面的微观形貌及镁元素的面扫描图片如图1所示，可见，虽然有小部分氧化镁粒子发生团聚，但是大部分氧化镁粒子都均匀致密的分布在纸张表面。这是因为在静电喷涂氧化镁粒子的过程中，由于静电喷涂的原理和硅氧网络的固定作用，使得微纳米尺寸的氧化镁粒子能够保持稳定，极大的减少了团聚，且在使用过程中不容易发生脱落，保证纸张表面具有一定的碱残留。
(3)取实施例1中相同的在未经任何处理的原始纸张与实施例1中经过预防性抗酸化保护的纸张在恒温湿热箱中进行湿热老化试验，依照国家标准GB/T22894-2008，将纸张在80℃和65％相对湿度的条件下处理72h，模拟其自然条件下老化25年后的状况，老化试验之后测定不同处理条件下纸张的pH值，测试结果如表1所示。
从表中可以看出，未经任何处理的原纸的pH在7左右，表明原纸呈现中性，在老化处理之后，未经预防性保护的纸张呈现明显的酸性，这是因为纸张的老化加速了纸张的酸化进程。而经过溶胶凝胶预防性抗酸化保护处理的纸张，在老化处理后，纸张表面的pH值没有下降，反而得到提高，呈现弱碱性。这是因为纸张表面凝胶网络结构固定的氧化镁在二氧化碳和饱和水蒸气作用下会生成碳酸氢镁，碳酸氢镁水解产生氢氧根粒子中和纸张和外环境中的氢离子，并在纸张表面保持一定的碱残留量。由于碳酸氢镁反应活性较低，所以整个反应过程温和，不会对纸张表面形貌产生影响。
表1：纸张老化处理前后的pH值
Figure BDA0002914609550000061
对比例1
采用悬浮脱酸液对纸张进行预防性保护，选择全氟辛烷作为溶剂，加入同实施例1中相同的氧化镁粒子组成悬浮脱酸剂，将纸张直接浸泡在悬浮脱酸剂中，之后取出干燥。
性能测试：
对比例1中预防性保护处理过的纸张表面的微观形貌及镁元素的面扫描图片如图2所示，可见，氧化镁粒子基本都团聚为较大的颗粒分布在纸张表面。与实施例1相比，氧化镁粒子的分布并不均匀，这是因为在浸泡悬浮脱酸液的过程中，微纳米尺寸级别的氧化镁粒子极易发生团聚，且没有凝胶网络作为固定氧化镁粒子的介质，因此在分布不均匀的同时还容易发生脱落。
实施例2
将实施例1中的乙醇、正硅酸乙酯和水的摩尔比调整为1:1:1.5，其余与实施例1的操作步骤相同。最终的抗酸化效果与实施例1基本相同。
实施例3
将实施例1中的乙醇、正硅酸乙酯和水的摩尔比调整为1:1:2.5，其余与实施例1的操作步骤相同。最终的抗酸化效果与实施例1基本相同。
实施例4
将实施例1中的催化剂与正硅酸乙酯的摩尔比为0.2:1，其余与实施例1的操作步骤相同。最终的抗酸化效果与实施例1基本相同。
实施例5
将实施例1中溶胶的涂布量调整为每平方米纸张表面涂布40g溶胶，其余与实施例1的操作步骤相同。最终的抗酸化效果与实施例1基本相同。
实施例6
将实施例1中溶胶的涂布量调整为每平方米纸张表面涂布80g溶胶，其余与实施例1的操作步骤相同。最终的抗酸化效果与实施例1基本相同。

Claims (9)

1.一种适用于纸张预防性抗酸化的保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在纸张表面均匀涂布溶胶；
2)在涂布溶胶后的纸张表面静电喷涂氧化镁粉末；
3)使纸张表面涂布的溶胶凝胶化，形成凝胶网络，固定喷涂的氧化镁粉末。
2.根据权利要求1所述的适用于纸张预防性抗酸化的保护方法，其特征在于，所述步骤1)中涂布溶胶的方式包括：将纸张浸渍在溶胶中然后取出，或利用旋涂法在纸张表面涂布溶胶层，或将溶胶雾化形成气溶胶后沉积到纸张表面。
3.根据权利要求1所述的适用于纸张预防性抗酸化的保护方法，其特征在于，所述溶胶为以乙醇为溶剂，加入催化剂、正硅酸乙酯和水，在室温下陈化的产物。
4.根据权利要求3所述的适用于纸张预防性抗酸化的保护方法，其特征在于，所述催化剂为氨水、氯化钙、盐酸、硝酸和硫酸中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的适用于纸张预防性抗酸化的保护方法，其特征在于，所述正硅酸乙酯、乙醇、水和催化剂的摩尔比为1:1～2:0.5～10:0.05～0.2。
6.根据权利要求1所述的适用于纸张预防性抗酸化的保护方法，其特征在于，所述氧化镁粉末的颗粒尺寸为0.1～1μm。
7.根据权利要求1所述的适用于纸张预防性抗酸化的保护方法，其特征在于，所述溶胶凝胶化过程的温度为50～80℃。
8.根据权利要求1所述的适用于纸张预防性抗酸化的保护方法，其特征在于，所述步骤1)中涂布溶胶的量为40～80g/每平方米纸张。
9.根据权利要求1所述的适用于纸张预防性抗酸化的保护方法，其特征在于，所述步骤2)中静电喷涂氧化镁粉末的总质量为纸张质量的0.2～2％。
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