纳米纤维素在老旧纸质档案脱酸加固中的应用_董剑.pdf

化学化工资源2023 年 2 月第 50 卷第 2 期doi:10.3969/j.issn.1001-5922.2023.02.029Vol.50 No.02，Feb.2023收稿日期:2022-07-04;修回日期:2023-01-30作者简介:董剑(1982-)，男，副研究馆员，主要从事档案修复、管理等研究;E-mail:1404141869 qq com。引文格式:董剑 纳米纤维素在老旧纸质档案脱酸加固中的应用 J 粘接，2023，50(2):121-124纳米纤维素在老旧纸质档案脱酸加固中的应用董剑(内蒙古医科大学附属医院，内蒙古 呼和浩特010050)摘要:纸质文化档案对我国文化发展有重要意义，如何保护纸质档案已经成为当前研究的热点话题。以纳米纤维素为稳定剂和加固剂，分别引入不同浓度的醇，分析加固效果。实验结果表明，纳米纤维素在加入醇之后能够得到较好的悬浮液，采用悬浮液处理老旧纸质档案，能够在保证纸张档案自身结构和记录内部不出现损害的情况下很好地提高纸张档案的内部机械程度。进一步探究纳米纤维素和乙醇的最佳适配浓度，可以发现当纤维素为 0 3%，乙醇为 5%时悬浮液的处理效果最好，处理后老旧纸质档案的抗张强度相比较于处理之前提升了 1 倍，耐折力更好，可以达到 3 倍以上。关键词:纳米纤维素;老旧纸质档案;档案脱酸;脱酸加固;加固应用中图分类号:TQ079文献标志码:A文章编号:1001-5922(2023)02-0121-05Application of nanocellulose in deacidificationand reinforcement of old paper archivesDONG Jian(Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University，Hohhot 010050，Inner Mongolia China)Abstract:The paper-based cultural archives are of great significance to the cultural development of our countryHow to protect the paper-based archives has become a hot topic of current research Taking nanocellulose as the sta-bilizer and strengthening agent，different concentrations of alcohol were introduced to analyze the reinforcementeffect The experimental results show that nanocellulose can obtain a better suspension after adding alcohol Usingthe suspension to treat old paper archives can improve the degree of internal mechanics of the file without doingdamage to the interior structure and records of the paper archives Further exploring the optimal concentration ofnanocellulose and ethanol，it can be found that when cellulose is 0 3%and ethanol is 5%，the treatment effect ofthe suspension is the best The tensile strength of old paper files increased by 1 time after treatment and the foldingresistance is better，which can reach more than 3 timesKey words:nanocellulose;old paper archives;archives deacidification;deacidification reinforcement;reinforcementapplication纸质文化档案对我国文化发展有重要意义，目前许多机密档案仍然以纸质形式保存，如何保护纸质档案已经成为当前研究的热点话题。目前档案主要保存在库房内部，因此对于库房的内部设备和包装材料都有很高的要求。在保存纸质档案时，需要防止形成酸性环境，同时也要注意档案是否发生光化学反应，库房内部的温度和湿度要控制在一定范围之内。尽管我国对于纸质档案的保存进行了较为121化学化工资源深入的研究，但是每年仍然有许多珍贵的档案资料出现损坏，因此必须要研究有效的技术手段解决纸质档案损坏问题。就目前来看，酸性环境对于纸质档案损害最为巨大，在造纸过程中，会有少量酸残留在纸张内部，长期下去形成酸性环境，除此之外，存储的纸质档案所处环境湿度过大时，会自动吸收空气内部的酸性气体，从而影响纸张的 pH 值，使纸张逐渐劣化。要定期对纸质进行脱酸处理，提高纸张的使用寿命。针对纸张档案脱酸这一问题，相关领域学者进行了较为深入的研究。文献 1 研究不同情况下非水相纳米 MgO 脱酸技术对档案记号的影响程度，在此基础上进行 PH 检测实验、相容性实验、色度实验，但是这一技术主要探究了 MgO 脱酸过程造成的字迹影响，对于脱酸技术研究相对较少。文献 2针对酸化糟朽纸质档案古文献纯棉网常温加固脱酸这一问题进行了深入的研究，探究不同化学元素富集产生的危害，但是针对脱酸加固过程缺少系统的描述，无法从根本上解决纸张衰变这一问题。由天然纤维提取出来的纳米纤维素具有良好的生物特性，虽然密度仅为16 g/cm3，但是抗张强度可以达到10 GPa。纤维素在聚类方面发挥了双重作用，通过水凝胶连接改善浓度，提高纸张的自愈性。因此，深入探究了纳米纤维素在老旧纸质档案脱酸加固中的应用效果。通过实验进行检测，并深入分析讨论了纳米纤维素在老旧纸质档案脱酸加固中的应用。1实验材料与方法1 1实验材料质量浓度为 5%的正丙醇、异丙醇、乙醇、纳米纤维素、纸质档案样本。1 2实验仪器BLT YL03 型电脑抗张试验仪、TC NZ135A型耐折度测定装置、SLY 02 数显纸张撕裂度试验机、DF10 WSB 10 型智能白度测定仪，北京海富达科技有限公司;JCM 7000 型扫描电子显微镜，惠州市华高仪器设备有限公司;D8 型号 X 射线粉末衍射仪，宁波德迅检测设备有限公司。1 3实验过程将过滤后的水溶液作为主要的实验样本试剂，在试剂中添加比例结构不同的纳米纤维素以及不同浓度的溶液，将溶液混合并搅拌，加热 15 min，配置不同浓度的悬浮液3-5。选择浸渍法对纸张进行相应的加固操作，10 min 后将纸张样本取出，在恒温恒湿的环境下等待纸张干燥6-7。选择无水乙醇与溶剂进行搅拌处理，加入偶联剂，调整悬浮液中的纤维素质量浓度与溶液质量浓度，加强对溶液比例的管理8-9，参考标准干燥程序对纸张进行干热老化处理，固定添加的偶联剂质量，将纸张浸入溶液中，一定时间后将纸张取出，并于烘箱内烘干，等待后续实验操作。1 4测定与表征(1)纸张抗张强度测定按照 GB/T154212008进行操作，将纸张样本裁剪成 12 mm 宽，250 mm 长的纸条，每组实验对象均选取 10 个纸张样本执行强度测定操作指令，拉伸纸张样本直至其破裂，并记录破裂时的纸张抗张强度，汇总测量的数值，取平均数据保存至实验结果系统中10-13;(2)在进行纸张耐折次数测定之前，调整纸张形状，按照国际标准进行操作，裁剪样本纸张为12 mm宽，150 mm 长的纸条，每组实验对象均选取10 个纸张样本执行耐折次数测定操作指令，记录纸张样本在 5 14 N 力作用的条件下直至断裂所需的折叠次数，汇总测量的数值，取平均数据保存至实验结果系统中;(3)撕裂度测定按照 GB/T 7222002 进行操作;(4)白度数值测定按照国际标准进行操作;(5)光泽度数值测定按照国际标准进行操作;(6)pH 值测定采用数值检测方式进行预处理;(7)将实验所需的纸张档案样本放进110 的烘箱内，等待10 min 后将样本取出，获取老旧纸张样本。实验采取 2 种不同的典型纸张作为样本对象，其中一类纸张主要由纤维素组成，将质量浓度为1 5%的明矾溶液涂抹于纸张样本表面，在温度70、相对湿度75%的环境下对纸张样本进行老化处理，24 h后将样本取出，等待后续处理14-15。其余一类纸张主要由纤维素、木素以及无机填料组成，选用软毛刷工具将相同浓度的乙醇溶液均匀涂抹在样本纸张表面16-18。选取精密 pH 值计算仪器测量样本纸张表面的 pH 值，利用数码相机以及色差仪器测量经过处理老旧后的纸张颜色变化情况，选择电子显微镜对纸张表面的结构进行观察;检测样本纸张的表面喷金范围，并及时记录范围参数，将实验操作的系统电压设置为 25 kV。选用材料试验仪器测量样本纸张的力学性能，按照国际标准进一步测量纸张样本的氢键含量19-20。2结果与讨论2 1纳米纤维素悬浮液对老旧纸张档案的改善效果根据上述实验结果可知，在经过不同质量浓度221化学化工资源醇溶剂与不同质量浓度的纳米纤维素悬浮液加固后的纸张抗张强度结果如图 1 所示。图 1加固后纸张抗张强度Fig 1Tensile strength of reinforced paper从图1 可以看出，当溶剂中只含水这种单一成分时，在03%以下质量浓度的悬浮液中的纸张加固效果不明显。当悬浮液纤维素质量浓度在此基础上提升1%后，纸张的抗张强度明显增强;当悬浮液纤维素质量浓度为 0 5%时，抗张强度大幅增强，由0785 kN/m增至1285 kN/m，提高了约64%。同时分析经过加固处理后的纸张耐折次数，其结果如图 2 所示。图 2加固后纸张耐折次数结果Fig 2The paper folding times after reinforcement从图 2 可以看出，当悬浮液纤维素质量浓度为4%时，纸张的耐折次数明显增加;当悬浮液纤维素质量浓度为 0 5%时，耐折次数增加程度显著，由6 次增至24 次，提高了 3 倍。但该结果受悬浮液中纤维素质量浓度的影响，操作较为复杂，纸张档案的承载负担相对较大，在分析的过程中需加强对悬浮液中纤维素质量浓度的管理与调整，进而获取有效的结果数据。2 2醇溶剂对老旧纸张档案性能的影响一般情况下，纸张的抗张强度与纸张所经历的干燥程序关系密切，在纸张制造的过程中，经过多次机器压榨的湿纸内部水分含量过大，纸张中的纤维成分能够自由移动，纤维之间的空隙较为稀疏。纸张在经过后续干燥处理的同时，其内部所含水的表层张力将会拉近纸内纤维之间的距离，由此生成氢键，此时的纸张具备相应的抗张强度。但醇与水的表层张力以及蒸发性能各不相同，经过醇溶液浸泡后再干燥的纸张的强度，与直接干燥的纸张强度存在一定的差异。从该角度出发，经过醇溶液处理后再执行干燥操作的纸张抗张强度以及耐折次数相较于原纸具有显著提高的现象，但不同的干燥程序对纸张的强度影响结果不同，且具有较大的复杂性，不同质量浓度的醇溶液对纸张强度的影响也存在较大的差异。根据实验结果，质量浓度为 5%的正丙醇溶液对纸张的抗张强度增强效果最佳，抗张强度由原0 724 kN/m增至 1 378 kN/m，增加了 90%;质量浓度为 15%的异丙醇溶液对纸张的耐折次数增强效果最佳，耐折次数由原先的 5 次增至 21 次，增加了近3 倍。该结果明显高于质量浓度为 0 4%的纳米纤维素悬浮液加固结果，与质量浓度为 0 5%时的加固结果较为接近。2 3纳米纤维素含醇悬浮液对老旧纸张档案