一种适用于整册书籍的原位电渗脱酸方法与流程

1.本技术涉及书籍脱酸保护领域，特别是涉及一种适用于整册书籍的原位电渗脱酸方法。


背景技术：

2.书籍在使用和储存过程中的常见问题之一是书籍纸张的酸化，特别是书籍文物，由于书籍文物用纸多为手工纸，在保存过程中极易出现酸化，纸张的酸化会加快纸张的老化，酸化严重的纸张会出现纸面信息损失，强度下降，无法正常使用的问题。
3.目前，通常采用碱性水溶液，碱性有机溶液浸泡、喷涂脱酸法实现对酸化纸张的脱酸，但是对于大部分酸化的纸质文献，都已经装订成册，不可再进行频繁的拆分，所以只能统一对整册书籍进行脱酸。但是上述浸泡和喷涂的脱酸方法对于不可拆分式的整本书籍的脱酸效果较差，脱酸液不能均匀得渗透到书籍中的每一页纸张中，容易造成整册书籍中部分纸张脱酸不彻底，不均匀的现象。
4.现有的针对整本书籍的脱酸方法主要有bookkeeper法和booksaver法。bookkeeper脱酸法通过将纸张在氧化镁纳米颗粒的有机溶液中浸泡搅拌，将氧化镁颗粒通过静电力吸附在纸内孔洞上，实现纸张的脱酸保护。此方法适用于纸张紧度高的机制道林纸，对于润湿性好，强度较低的传统手工纸，容易在bookkeeper法脱酸过程中对纸张的表面形貌和结构造成破坏。booksaver脱酸法首先采用真空抽干水分，再通过浸泡有机镁盐的方法对纸张进行脱酸保护；此外还有在真空抽干水分后，通入氨气等碱性气体对纸张进行脱酸保护。由于古籍中的纸张均为手工纸，在制备过程中没有经过大的压力，在自然状态下的吸水脱水过程中纤维不容易被破坏。但如果采用非自然方法去除纸张中的水分，会使纤维的拉力增大，影响纸张的纤维结构，而且脱酸后会在纸面形成斑块、变色和化合物结晶颗粒残留，破坏纸面形貌。因此，上述方法并不适用于我国现有的不可拆分式整册纸质文献的脱酸保护。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对如何在不破坏纸张结构和形貌的情况下完成对整册书籍的均匀化脱酸的问题，提供一种适用于整册书籍的原位电渗脱酸方法。
6.本发明所提供的技术方案为：一种适用于整册书籍的原位电渗脱酸方法，包括以下步骤：
7.1)将脱酸剂雾化后均匀施加到酸化书籍上使其完全润湿；
8.2)将润湿后的酸化书籍夹持在通入电压的两平板电极之间进行电渗脱酸；两平板电极之间施加的电压为交流电压，电压波形为交流方波，低电平为负电压。
9.上述技术方案中，将脱酸剂通过雾化的方式均匀施加到书籍中的每一页纸张上，充分润湿书籍。在平板电极之间施加交流电压后会使书籍环境中的水溶液极化，极化后的水溶液在电场作用下，发生定向移动，即电渗现象。此时脱酸剂和书籍中的酸性因子也会随
水溶液发生运动，电场的加入使脱酸剂和酸性因子在书籍中的渗透和扩散能力加强，使得纸张内部的酸性因子也能够被脱酸剂中和，脱酸效果均匀，脱酸速度加快。
10.电渗脱酸过程中采用波形为方波的交流电压，可以保持电极板之间的电压值稳定，使水溶液的极化稳定存在，保证电渗脱酸过程的稳定性；其次是为了周期性变换正负电压，实现极化水溶液及脱酸剂在纸张局部范围的往复运动，使得脱酸剂能够中和纸张内部的酸性因子，实现对书籍纸张的均匀和充分脱酸；同时，在电渗脱酸过程中防止书籍中的水分子单向移动至平板电极附近电解生成氢气和氧气，造成安全隐患。
11.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。
12.可选的，所述步骤1)中同时还使用气流吹拂酸化书籍，使酸化书籍中的每一页纸张分开。在雾化施加脱酸剂的过程中，同时使用气流吹拂酸化书籍，使得酸化书籍的每一页纸张均可以均匀润湿脱酸剂。
13.可选的，所述脱酸剂为氢氧化钙水溶液、氢氧化镁水溶液、碳酸氢钙水溶液或者碳酸氢镁水溶液中的一种或多种。由于水性脱酸剂更容易在电渗过程中被极化，从而在电场作用下在书籍中扩散渗透。可选的，所述脱酸剂的质量浓度为1～10wt％。
14.可选的，所述脱酸剂雾化的方式包括超声雾化、机械雾化或介质雾化。雾化脱酸可以初步实现将脱酸剂均匀分布在书籍中，且脱酸过程较快。
15.可选的，所述交流方波波形的频率为1hz～50hz。将交流方波维持在一定频率范围内，可以提高电渗脱酸过程的效率和均匀性。进一步可选的，所述交流方波波形的频率为10hz～50hz。
16.可选的，所述两平板电极之间的电压最大值为40～120v。电压值的大小会影响书籍电渗脱酸过程中电场强度，维持一定的电场强度可以保证书籍纸张不会受到热效应的影响，增加脱酸剂水溶液的带电量，加快脱酸剂的渗透和扩散。
17.可选的，所述电渗脱酸的时间为5～30min。
18.可选的，所述电渗脱酸过程所处环境的相对湿度为90％～95％。相对环境湿度影响到书籍脱酸中脱酸剂在书籍中的扩散能力和速度，在相对湿度较高时，能够抑制脱酸剂向环境空气中的扩散，加快脱酸剂在书籍纸张中的扩散速度，并为脱酸剂和书籍中的酸性因子的扩散中和提供介质。
19.可选的，所述两平板电极之间用于夹持酸化书籍的压力值为2000～5000n。在平板之间施加一定的压力是为了使书籍纸张紧密贴合，使脱酸剂能够在书籍中均匀渗透扩散。
20.可选的，所述酸化书籍在电渗脱酸后，先去除两平板电极之间的电压，然后将环境相对湿度调整为20～40％，温度调整为30～40℃，静置干燥6～8h后，再卸除两平板电极之间的夹持力，取出书籍。在电渗作用下，脱酸剂可以在宏观上实现对纸张的均匀脱酸，但是在电渗脱酸的电场作用下，溶液的极化带有一定的方向性，因此在局部区域还存在脱酸不均匀的问题。静置操作的目的就是使书籍在电渗脱酸后，借助化学势的作用，使脱酸剂再次均匀扩散，使最终得到的书籍实现均匀脱酸。
21.本发明的有益效果如下：
22.(1)本发明在电渗脱酸过程中使用交流方波电压，可以减少电渗脱酸过程中氢离
子的聚集和抑制水电解，提高电渗脱酸的效率和安全性。
23.(2)本发明采用的电渗脱酸过程，对设备和环境的需求不高，可以提高脱酸剂在书籍内部的渗透能力和扩散速度，可以对书籍纸张内部的酸性因子进行中和，实现对整册书籍的快速均匀脱酸，同时防止书籍脱酸后返酸现象的发生。
24.(3)本发明在电渗脱酸后将书籍静置于一定温湿度和外界压力下进行静置干燥，可以防止脱酸后书籍的褶皱变形，同时使脱酸剂在化学势作用下进一步在书籍中均匀扩散，实现对书籍的均匀脱酸。
附图说明
25.图1为在平板电极上施加的交流方波的电压波形示意图。
具体实施方式
26.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
27.为了更好地描述和说明本技术的实施例，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技术的发明创造、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。
28.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技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术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，不是旨在于限制本技术。
29.实施例1
30.选择已经装订不可拆分的酸化书籍，先采用5wt％的氢氧化钙水溶液进行超声雾化脱酸，同时还使用气流吹拂酸化书籍，使酸化书籍中的每一页纸张分开，待书籍在雾化脱酸过程完全润湿后，将书籍夹持在两平板电极之间，夹持压力调整为3000n，调整环境的相对湿度为90％，之后向两平板电极施加频率为20hz，电压最大值为60v的方波波形电压，开始进行电渗脱酸。电渗脱酸10min后，去除施加在平板电极上的电压，调整环境温度为35℃，相对湿度为25％，静置干燥处理6h后，卸除夹持平板的压力，取出书籍，完成脱酸过程。
31.性能测试：
32.取实施例1中电渗脱酸处理前原书籍与脱酸处理后的书籍进行ph值的测试并表征书籍整体脱酸的均匀性和书籍中单张纸张的脱酸均匀性。
33.本专利所述实施例中对书籍中单张纸张脱酸效果的检测方法为将纸张平均分为9个区域，分别测试这些纸张不同位置的ph值，取其平均值作为该页纸张的ph值，最后计算这些区域ph值的方差。对书籍整体脱酸效果的表征方法为取书籍不同位置(起始页，1/6处，2/6处，3/6处，4/6处，5/6处，结束页)的纸张，测试这些书籍不同位置纸张的ph值，并计算所有纸张ph值的方差。
34.原始书籍的ph值均匀性表征结果如表1所示，从表中可以看出，原始书籍的纸张明显呈现酸化，且由于书籍纸张的不均匀酸化，单张纸张的ph值的方差较大，书籍不同页纸张
的ph值的方差也较大，因此单张纸张的酸化和书籍的整体酸化都存在不均匀性。
35.电渗脱酸后书籍的ph值均匀性表征结果如表2所示，从表中可以看出，电渗脱酸后的书籍的纸张都呈现弱碱性，脱酸效果明显，书籍中单张纸张的ph值分布的方差减小，表明纸张脱酸后表面ph值分布均匀，即纸张得到均匀脱酸；此外，书籍不同位置的纸张的ph值的方差也明显减小，不同纸张之间的ph值差别减小，表明电渗脱酸过程使整体书籍实现了均匀脱酸。将脱酸后的书籍静置一个月后，再进行ph测试，统计结果如表3所示，没有发现书籍中的纸张存在返酸问题。
36.表1：原始酸化书籍纸张的ph值及方差
[0037][0038]
表2：脱酸后书籍纸张的ph值及方差
[0039][0040]
表3：脱酸一个月后书籍纸张的ph值及方差
[0041][0042][0043]
对比例1
[0044]
选择已经装订不可拆分的酸化书籍，直接采用5wt％的氢氧化钙水溶液进行浸泡。浸泡脱酸十分钟后，将其夹持在未施加电压的平板电极上，夹持压力调整为3000n，调整环境温度为35℃，相对湿度为25％，静置干燥处理6h后，卸除夹持平板的压力，取出书籍。
[0045]
性能测试：
[0046]
取对比例1中脱酸处理后的书籍进行ph值的测试并表征书籍整体脱酸的均匀性和书籍中单张纸张的脱酸均匀性。表征方法与实施例1相同。
[0047]
浸泡脱酸后书籍的ph值均匀性表征结果如表4所示，从表中可以看出，浸泡脱酸后，书籍中单张纸张不同区域的ph值的方差很大，部分区域还存在明显酸化，表明纸张脱酸不充分且脱酸效果不均匀，此外，书籍中不同位置的纸张的ph值的方差与实施例1相比也明显增大，部分纸张ph值过高，部分纸张还呈现酸性，表明书籍在浸泡脱酸后存在脱酸不均匀，不彻底的问题。将脱酸后的书籍静置一个月后，再进行ph测试，统计结果如表5所示，结果表明书籍纸张发生明显的返酸，这是因为浸泡脱酸过程中脱酸剂无法在纸张中充分渗透扩散，仅中和纸张表层和游离的酸性因子，书籍纸张内部的酸性因子无法得到有效中和，随时间增加，这些纸张内部的酸性因子会促进书籍纸张再次酸化。
[0048]
表4：脱酸后书籍纸张的ph值及方差
[0049]
[0050][0051]
表5：脱酸一个月后书籍纸张的ph值及方差
[0052][0053]
对比例2
[0054]
选择已经装订不可拆分的酸化书籍，先采用5wt％的氢氧化钙水溶液进行超声雾化脱酸，同时还使用气流吹拂酸化书籍，使酸化书籍中的每一页纸张分开，待书籍在雾化脱酸过程完全润湿后，将书籍夹持在两平板电极之间，夹持压力调整为3000n，调整环境的相对湿度为90％，之后向两平板电极施加频率为20hz，电压最大值为60v的方波波形电压，开始进行电渗脱酸。电渗脱酸10min后，去除施加在平板电极上的电压，卸除夹持平板的压力，不进行静置，直接进行干燥，完成脱酸过程。
[0055]
性能测试：
[0056]
取对比例2中脱酸处理后的书籍进行ph值的测试并表征书籍整体脱酸的均匀性和书籍中单张纸张的脱酸均匀性。表征方法与实施例1相同。
[0057]
对比例2中脱酸后书籍的ph值均匀性表征结果如表6所示，从表中可以看出，脱酸后的书籍纸张呈现弱碱性，脱酸效果明显，但是与实施例1相比，书籍中单张纸张不同区域的ph值和不同位置的纸张ph值的方差都比较大，表面书籍的脱酸均匀性一般，存在纸张的部分区域ph值过高的问题，这是因为书籍在电渗脱酸后没有经过在一定温湿度和压力下的静置，导致书籍部分区域在电场作用下出现脱酸剂的聚集，使该部分碱残留量过高。将脱酸后的书籍静置一个月后，再进行ph测试，统计结果如表7所示，没有发现返酸现象，这是因为，电渗脱酸过程中，纸张内部的酸性因子在极化水溶液的作用下，发生移动，接触到脱酸剂被中和，电渗脱酸过程使脱酸剂能够充分中和书籍中的酸性因子。
[0058]
表6：脱酸后书籍纸张的ph值及方差
[0059][0060]
表7：脱酸一个月后书籍纸张的ph值及方差
[0061][0062]
实施例2
[0063]
选择与实施例1中相同的装订不可拆分的酸化书籍，将脱酸剂调整为4wt％的氢氧化镁水溶液，其余与实施例1的操作步骤相同。
[0064]
性能测试：
[0065]
取实施例2中电渗脱酸处理后的书籍进行ph值的测试并表征书籍整体脱酸的均匀性和书籍中单张纸张的脱酸均匀性。结果如表8所示，表明纸张得到均匀脱酸。
[0066]
表8：脱酸后书籍纸张的ph值及方差
[0067][0068]
实施例3
[0069]
选择与实施例1中相同的装订不可拆分的酸化书籍，将电渗脱酸过程中的电压最大值调整为100v，其余与实施例1的操作步骤相同。
[0070]
性能测试：
[0071]
取实施例3中电渗脱酸处理后的书籍进行ph值的测试并表征书籍整体脱酸的均匀性和书籍中单张纸张的脱酸均匀性。结果如表9所示，表明纸张得到均匀脱酸。
[0072]
表9：脱酸后书籍纸张的ph值及方差
[0073]