本发明专利技术公开了一种利用可溶性四硼酸盐在超临界CO2状态下进行脱酸的方法，将纸张，特别是老化、酸化的纸张置于超临界CO2处理装置中，夹带可溶性四硼酸盐的醇水溶液，进行处理；不仅将纸张pH控制在最佳范围内，而且降低了脱酸剂的用量；相比其他方法，超临界CO2夹带可溶性四硼酸盐对纸张强度提高明显，各项机械强度大幅度增加。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用可溶性四硼酸盐在超临界CO2状态下进行纸张脱酸的方法。
技术介绍
以纸张为载体的人类文明从几千年前延续至今，积淀祖先们的深厚文化、智慧、情感，传递到我们手中，成为宝贵的文化和物质遗产。古籍作为研究古代历史、人物、自然和文化的资源之一，其地位重要性绝不容忽视。由于受到自然环境、社会环境、人为破坏等影响，古籍文献存世量越来越少，部分甚至成为孤本。据统计，目前由我国各图书馆收藏的古籍文献已达3000万册，其中5%的古籍文献已达到严重破损的程度。酸化、老化和破损是一个连续不断的过程，所以，如果这些古籍目前不能得到有效的处理，破坏就会继续蔓延，甚至不可恢复。因此，如何修复破损的古籍、保护完好的古籍是图书馆迫在眉睫的一项艰巨任务。 古籍破损的类型有虫蛀、霉变、絮化、鼠啮、火烬、纸张老化、酸化，其中酸化是纸质文献损坏的主要原因之一，主要特征是纸张的PH值明显降低。古籍纸张酸化的主要原因是空气污染，大气中的二氧化硫、氮氧化合物的浓度，以及纸张中木质素的含量均会导致纸张的酸化。根据实验，纸张PH值在5.0以下的书籍，保存时限最长只有200年。对于酸化程度较高的古籍来说，脱酸已成为刻不容缓的工作。针对酸化是古纸降解的主要因素，在修复古籍时，加入碱性化合物使纸张的pH值提高到中性或中性以上，即“脱酸”，从而阻断纤维素的酸性水解以达到保护纸张避免破损的目的。“脱酸”技术已成为世界各国研究修复古籍的重点，但我国至今尚未研制出属于本国的专利性脱酸技术，也没有找到对纸张成分几乎无影响，制备简单，脱酸效率高且能很好改善纸张强度等性能的脱酸剂。庞大的古籍数量亟待研究出一种高效、环保低碳、耗费小的脱酸技术。国外大批量纸张脱酸技术主要有巴特尔法(Battelle)，氧化镁脱酸法(bookke印er)，二乙基锌法(DEZ)，Fmc法，韦驮法(Wei T’O)非水溶性去酸等。然而这些方法存在一定的局限性，如脱酸剂制备复杂，对环境或人体有不利影响；去酸不均匀，局部PH过高或过低；纸张出现色斑，严重影响纸张的外观，发生墨迹扩散，纸张变色；纸张发生形变，边缘起皱，强度降低等。超临界流体萃取因20世纪70年代能源危机而受到人们的重视，逐渐发展起来。超临界流体与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡行为和传递性能，且它对溶质的溶解能力随压力和温度改变而在相当宽的范围内发生变动。超临界流体对天然油脂萃取脱酸已有大量实例。这是由于超临界流体密度与液体接近，粘度高于气体但明显低于液体，扩散系数与气体接近，为液体的10 100倍，因此，对被萃取物料有较好的渗透性和较强的溶解能力，传递性能良好。在超临界状态下，通过改变温度和压力，可以改变流体的性质。超临界常见的超临界流体有二氧化碳、氨、乙烷、丙烷、水、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁烷、苯等。其中超临界0)2萃取有如下特点超强溶解效应、萃取效率高，易于调节温度和压力，加入适宜的脱酸剂可萃取极性不同的物质，萃取温度低(有效防止热敏性成分的氧化和逸散)，萃取分离后无溶剂残留。中国专利200910039000. I公开了一种纸张脱酸方法，超临界流体CO2对纸张中的酸性物质进行萃取，处理后纸张的pH为6. I ;超临界流体CO2夹带碳酸钙、碳酸氢钙、碳酸镁、碳酸氢镁、醋酸钙、醋酸镁、醋酸钡中的一种或几种，对纸张进行脱酸处理，其处理后的纸张PH达到6. 2 7. 3。该专利中尚未公开超临界条件下脱酸处理对纸张强度性能的影响。硼酸盐包括有偏硼酸盐、原硼酸盐、和多硼酸盐等。其中最重要的硼酸盐是四硼酸盐中的四硼酸钠，俗称硼砂(Na2B4O7 · IOH2O),可作为消毒齐IJ、保鲜防腐齐IJ、软水齐U、洗眼水、肥皂添加剂、陶瓷的釉料和玻璃原料等，在工业生产中硼砂也有着重要的作用。与四硼酸钠有着某些相似性质的四硼酸盐，其硼酸根中有两个SP2杂化的BO3平面三角形和两个SP3杂化的BO4四面体通过共用角顶O原子而联结起来。四硼酸盐的水溶液中，存在如下水解平衡 ■H-Γ"I — B4O5(QH)4 + SH2O2 U3BOi + 2 Β(ΟΗ^ 因为存在这样的水解平衡，四硼酸盐溶液可以作pH校正液。由于饱和四硼酸盐水溶液的pH在9. 26左右，可有效避免溶液碱性过强，碱残留不达标的问题。此外，硼酸根中的SP2缺电子结构，使得四硼酸盐具有较强的吸电子能力，易于多羟基化合物加合以此增强分子间作用力的能力；此外由于硼化物特殊的缺电子结构，使得其化合物具有多种特殊的性质，经常作为工业生产中的改性剂，但没有任何涉及在纸张脱酸或增强方面的应用。
技术实现思路
本专利技术利用超临界CO2流体粘度小，扩散系数大，传热传质效果良好的特点。夹带可溶性四硼酸盐溶液对酸化的古籍纸张进行处理，可以将硼酸盐渗透到古籍纸张的空隙中，特别是在整本古籍的处理中，纸张脱酸后的pH均一性得到明显改善。本专利技术利用了超临界CCV流体具有和液体一样的密度、渗透系数和溶解度，夹带可溶性硼酸盐溶液对酸化的古籍纸张进行处理，使用少量的可溶性硼酸盐溶液作为改性齐U，不仅将纸张pH值控制在适宜的范围，即中性到8. 5之间，而且碱残留大于SOOmg-equivkg_\优于其他脱酸方法，对纸张起到良好的脱酸效果的同时，大大的降低了处理时间和改性剂的使用量。本专利技术利用超临界CCV流体的高压状态，有利于脱酸剂的扩散和渗透，使四硼酸盐能深入到纸张内部，与纤维素分子更好的结合形成分子间作用力。处理过后的纸张相对于处理前，各项强度指数(包括抗战强度、伸长率、撕裂度和耐折度等)均有明显提高。本专利技术利用超临界CO2流体具有防霉除菌的作用，配合使用硼砂等有抑菌作用的试剂，中和纸张中酸性物质的同时可以起到抑制微生物生长的作用，对纸张的长期保存起到了积极的作用。本专利技术虽然只选取最廉价的报纸进行纸张脱酸，但此技术并非仅仅限于对报纸进行脱酸。报纸和书籍都是以纸张为载体进行文字信息记录的一种方式，报纸的合订本与书籍只是大小不同。本专利技术提供的一种利用可溶性四硼酸盐在超临界CO2状态下进行纸张脱酸的方法是作为纸张脱酸剂的可溶性四硼酸盐是指在室温20°C时溶剂中溶解度大于O. 002g/ml的四硼酸盐，所述可溶性四硼酸盐是一种可溶性四硼酸盐或几种可溶性四硼酸盐的混合物，可溶性四硼酸盐可以任选地与其他脱酸剂混合使用；纸张脱酸剂的水溶液与不同类型的有机溶剂按体积比为100 :0 10 :90混合；上述纸张脱酸剂水溶液质量浓度范围在O. 005% 饱和，纸张脱酸剂用量为纸张质量的O. 001 10倍；超临界CO2进行纸张脱酸的条件为在7 40MPa，32 60°C的条件下，从副泵打入纸张脱酸剂，在超临界状态下处理O. 5 8h，CO2流体流量为O. 002 O. 5t/h。上述所用有机溶剂是甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇或甘油中的一种或几种。上述超临界脱酸处理的条件为在7 25MPa，36 50°C，脱酸处理时间为O. 5 5h。所处理的纸张是现代纸或古纸。 所处理量的纸张是单页纸或多页纸或书籍。上述脱酸剂质量浓度范围在O. 02 O. 6%，脱酸剂溶液用量为纸张质量的O. 005 O. I 倍。上述所用有机溶剂为乙醇，水与乙醇的体积比为90 10 30 :70。上述几种可溶性四硼酸盐是四硼酸锂、四硼酸钠、四硼酸钾本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可溶性四硼酸盐在超临界CO2状态下进行纸张脱酸的方法，其特征在于：作为纸张脱酸剂的可溶性四硼酸盐是指在室温20℃时溶剂中溶解度大于0.002g/ml的四硼酸盐，所述可溶性四硼酸盐是一种可溶性四硼酸盐或几种可溶性四硼酸盐的混合物，可溶性四硼酸盐可以任选地与其他脱酸剂混合使用；纸张脱酸剂的水溶液与不同类型的有机溶剂按体积比为100：0～10：90混合；上述纸张脱酸剂水溶液质量浓度范围在0.005%～饱和，纸张脱酸剂用量为纸张质量的0.001～10倍；超临界CO2进行纸张脱酸的条件为：在7～40MPa，32～60℃的条件下，从副泵打入纸张脱酸剂，在超临界状态下处理0.5～8h，CO2流体流量为0.002～0.5t/h。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王彦娟，方岩雄，谭伟，刘春英，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：
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