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纸张脱酸技术1:水及水溶液脱酸的优点与缺点

时间:2021-06-15 09:43:00 来源:何娟、韩凯英、吴郑杞、潘路

为了使文保同行少走弯路,我们对国内外所做的书籍纸张脱酸工作做一回顾性总结,其包括脱班历史进展,脱酸方法分类,各种方法的优缺点和尽可能详细的实验步骤,实验数据等。

一般来说,书籍纸张脱酸方法可分为水及水溶液类,无水溶液类和气态脱酸类。下面我们就以这样的类别线索把各种方法介绍给大家。

由于内容篇幅较长,所以在这里我们先做“水及水溶液脱酸”这一内容分享。

首先谈谈水的作用,也许人们会有些惊奇,纸张仅仅经过水处理,特别是硬水的处理,其使用寿命也会延长。原来这是因为纸张经过水的冲洗会有许多有益的效果。其一就是纸张中原有许多有害物质,杂质和一些像铜、铁这样能促进光氧化降解的化合物,通过水的处理可以去除许多,使得纸张趋于稳定;其二就是水中以冲稀和带走纸张中的到,而酸则是纸张腐蚀的最主要因素。为什么硬水处理效果更好呢?因为硬水中含有少量的金属钙、镁离子,研究实难表明,只要水中含有9PPM的钙或镁离子就对纸张有一定的稳定作用;如果水中含有14~20PPM的钙或镁离子,其就有一定的脱酸效果了。

这也就是古人在过程中无意使用硬水制浆,实际上起到了保护纸张的作用,后来人们由此联想又试验了蒸馏水、去离子水和算来水对纸张的处理作用,正如所预料的那样,太纯净的水对纸张没有什么好处。自来水的主要缺点就是含有氯,其对纤维有氧化作用。进一步的研究表明,当水中含有36~112PPM的钙或镁离子时,其不仅对纸张有脱酸作用,而且在纸张上还有碱的残留以抵御空气中酸气的侵蚀,这也就是水冲处理纸张的结束而进入碱性水溶液脱酸方法。

在古代,人们已开始注意到经过某种工艺处理的纸张更耐久,例如无意识地使用硬水,在制纸过程中加入熟石灰填料,或使用石灰石或白云石工具捣或浸泡处理纸浆等都对纸张的延年益寿起了作用。埃及人在古代使用了NATRON,这是自然界中一种不纯的碳酸氢钠。到了1930年,许多国家研究机构都开始寻找脱酸剂解决纸张老化问题,其包括Bar-row公司、纸张化学研究所、奥达力欧研究基金会,美国国家档案馆等。1936年由奥达力欧研究基金会的谢尔和茨研究发表了一篇题为“纸张及纸制品的化学稳定过程”的文章,并于当年获得美国专利。谢尔和茨的方法是用Ca、Mg、Sr的碳酸氢盐和氢氧化物水溶液测定泡或喷涂纸张,浸泡时间为5秒至2分钟不等。然后把浸湿的纸张干燥,使碱在纸张上沉淀残留保护纸张。谢尔和茨建议在溶液中通入CO2,这样可以使氢氧化物转化为碳酸盐类,使反应更接近于中性处理,而要想得高浓度的碳酸氢盐溶液则要在加压的条件下通入CO2;经过这个程序处理,纸张的pH值要高于6.5.并且至少有重量比为2%的沉淀。后来众所周知的保护专家贝罗使用了Ca(HCO3)2液处理方法。到了1940年,他发明了两步法处理纸张,其过程如下:首先将纸张旋转在两层光滑柔韧的钢丝网之间,这样便于操作控制,然后在浓度为0.15%的饱和Ca(OH)2溶液中浸泡20分钟。这一步骤中和了纸张中的酸,并有少量的Ca(OH)2残留;再把经上述处理的纸张加入浓度为0.20%的Ca(HCO3)2溶液中约20分钟。在这一步骤中,过量的Ca(OH)2转变成了CaCO3沉淀。实际上,残留的CaCO3量是非常少的,但它已足以抵御酸的进一步的侵蚀了。在上世纪40年代和50年代贝罗的双液两步法得到了广泛的应用。到了1957年,吉尔在美国使用了单液改进法,处理时间约为30分钟。这是第一次使用了镁化合物作为脱酸剂,镁化合物由于它和钙或其它碱土金属元素的化合物相比具有更优良的溶解性和稳定性而开始受到人们的重视。它便于使用,并易于留下残留碱。通常在选择无水脱酸剂时选择镁试剂。1965年,罗特尔报道了以镁化合物作为氧化木浆的稳定剂。1973年吉尔伯对其稳定作用做了更为详细的研究后指出,镁试剂对于像铁这样的金属氧化催化剂起钝化作用。与此同时,为了克服以水为溶剂脱酸液的某些缺点,对于其他像无水脱酸剂和气态脱酸液的研究都有了新的进展,并逐渐成为纸张脱酸剂发展的主流。

以水处理和以水为溶剂进行纸张脱酸处理当然有许多它的优点。第一水溶液可以带走许多有害物质;第二经过水液处理的纸张在一定的压力下干燥,水会使纸张中纤维之间的氢键加强;第三水溶液处理所引入的无机缓蚀剂耐老化性能好,不易挥发,残留量大。但是从另外方面来说,这种处理方法又有许多缺点必须加以克服:

其一,处理的时间周期太长,以水液来浸湿和干燥都特别需要时间,且在湿态下,纸张特别容易受到损害,干燥时会有膨胀,变皱等现象。

其二,也是主要的,就是每次处理量都太小。因为以水液处理只能单张处理,再装订,人力需要量大,费用高,成效低。

其三,对一些纸张上的字迹有影响,需要前处理等。后来发展的无水和气态脱酸剂主要是针对解决这些不足,而又尽可能保留其优点而做改进。

以上内容便是关于水及水溶液脱酸的全部内容,下一期再做关于无水脱酸剂的内容分享。

内容来源:何娟、韩凯英、吴郑杞、潘路《书籍纸张脱酸方法研究综述》


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