基于超声雾化法纸质文物的脱酸修复研究

发布时间：2020-05-29 13:34

【摘要】：纸质文物是中华民族在数千年历史发展过程中创造的重要文明成果,但随着岁月的流逝,纸质文物受虫蛀、酸化、霉变、老化等损坏情况越来越严重,经过近百年的存储,一些文献的酸化程度已经达到了非常严重的地步,部分已经完全损毁,造成永久性丢失。国内外学者对纸张的老化机理进行了深入的研究,认为纸张老化的主要原因是纸张的酸性降解。但国内外现有的脱酸、加固试剂与方法,均存在一些缺陷,并且由于修复缓慢、设备要求较高、影响纸张形貌等问题而无法推广应用。在深入分析研究纸质文物损害机理和现有保护方法的基础上,结合纸质文物的保存现状及文物修复要求,本论文采用一种气液相交互法——超声雾化法。通过超声波雾化脱酸剂为微米级的小液滴,使纸张缓慢而充分的吸收脱酸剂,保证了纸张不润湿、不形变,吸收效果均匀,且容易控制雾化效果,设备要求不高,容易实现批量化处理。经过前期大量实验,对常用脱酸剂的筛选,并结合超声雾化法的原理、性能,本论文采用碱土金属盐中的碳酸钠,进行超声雾化法脱酸。同时,为了使纸张的寿命更长久,选用目前研究较多、使用效果更好的胶乳复合物,提高纸张的机械强度,更好的实现纸张脱酸效果。采用超声雾化碳酸钠对单纸张进行脱酸处理,探究了脱酸剂浓度、超声雾化速率及超声功率对纸张脱酸效果的影响,以及脱酸、老化前后纸张内部结构的变化。研究结果表明,当脱酸剂浓度0.4mol/L,超声雾化速率0.82mL/min,脱酸剂碳酸钠用量为20mmol时,脱酸后纸张的pH为8.44,老化后为8.02,均在最佳pH范围在7~8.5以内,为中性至弱碱性,并且色差值在0.5以内,颜色变化轻微,人眼基本察觉不到;脱酸后纸张裂断长为1.24km,人工老化后保留率为89.43%,撕裂指数为2.71mN·m2·g-1,人工老化后保留率为79.34%,纸张裂断长、撕裂指数变化较小,人工老化后纸张的性能也较稳定;碱储量为0.25mol/kg;宏观形貌上基本没有出现任何凹凸不平、褶皱、卷曲等形变,维持原状的效果较好。采用超声雾化碳酸钠及胶乳复合物对单纸张进行脱酸加固处理,探究了不同脱酸剂、胶乳复合物用量对纸张的脱酸加固效果、抗老化性能,结果表明当脱酸剂与胶乳复合物的用量比为5:3时,纸张的脱酸增强效果最佳,纸张pH为8.66,裂断长为1.46km,撕裂指数为3.37mN·m~2·g~(-1),分别提高了53.73%、20.66%、23.81%,人工老化后脱酸加固的纸张性能更加稳定,抗老化效果明显。宏观上使用胶乳复合物后对纸张的颜色影响不大,油墨、字迹并未出现扩散、晕染的现象,微观上根据SEM图可明显观察到胶乳复合物主要以类球形的结构黏附在纤维表面,包裹、成膜。初步探究了基于超声雾化法下脱酸剂在多层纸中的传递规律,以及脱酸效果,研究结果显示,对于每张纸及整本纸样而言,其变化规律均是由上层到下层纸张水分含量、pH逐渐减小,并随时间的延长纸张吸收速率逐渐减小;脱酸成功后,纸样从上层至下层,纸张的白度、色差变化较小,纸张的色差值均在1.5以内,纸张颜色变化轻微;纸样纸张由上至下的裂断长、撕裂指数缓慢升高,但变化量较小。
【图文】：

动力学曲线,纤维素降解,速率,纤维素

华南理工大学硕士学位论文大分子中的 1,4-β糖苷键是一种缩醛键，，对酸特别照的环境下，会发生糖昔键断裂，聚合度下降，机下，纤维素完全水解生成葡萄糖，纸张粉化。ínová[38]、Calvini[39]等多位研究者研究了酸对纤维素通过模拟计算得出初始酸含量高时纤维素降解动低时纤维素降解动力学曲线呈 S 型的结论。如图

纤维素酸,降解过程,碳阳离子

图 1-2 纤维素降解速率随 pH 的变化[11]Fig. 1-2 Cellulose degradation rate as a function of pH其中纤维素的酸降解断键历经 3 个连续的反应步骤[10]：（1）纤维素的过氧桥(-O-)迅速质子化；（2）1,4-β苷键上的正电荷慢慢地转移到 C 上，形成碳阳离子并断开糖苷键；（3）水分子迅速攻击碳阳离子，得到的游离的糖残基并重新形成水合氢离子[40
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：K876;TS767

【参考文献】