清洁是纸质文物修复的重要课题。传统清洁主要采用水或其它功能性洗液通过溶解或化学反应实现对纸质文物污渍的去除,但该方法容易引起污染物扩散及纸张性能衰退。负载功能洗液的水凝胶,通过逐层溶解-吸附的方式去除纸张表面的污渍,是新兴的清洁方法,具有良好的区域可控性并显著降低溶液对纸张的影响。然而,由于水凝胶的传质能力较弱,在清洁过程中存在诸如清洁效率和适用性低、难以重复利用等局限。寻找一种具有清洁区域及程度可控、适用性强、可重复利用的高效清洁方法具有重要意义。为此,本文将电化学引入到纸质文物的水凝胶清洁方法中,构建以β-PbO2为阳极,导电水凝胶电极笔为阴极的电化学清洁系统。本论文设计制备了不同类型的导电水凝胶电极笔,围绕影响清洁性能及纸张性能相关问题进行了系统研究,以期为该方法的应用提供理论与技术支持。纸质文物脱酸与加固是修复中的另一重要课题。为了解决传统碱土金属氢氧化物或碳酸盐溶液脱酸过程中存在脱酸剂聚集、脱酸不均匀、纸张变色或操作复杂等问题,近年来发展了基于纳米碱土金属氢氧化物-短链醇分散体系的脱酸技术。通常,酸化纸张的力学强度损失明显,在纸张脱酸的同时进行加固显得尤为重要,因此,集成脱酸与加固于同一体是酸化纸张文物修复的发展方向。纤维素衍生物具有与纸张纤维素类似的结构,通过氢键等作用在纸张纤维间形成填充及“搭桥”结构可实现对纸张的加固。基于此,本论文提出并实施了以乙基纤维素(EC)稳定Mg(OH)2纳米片(Mg(OH)2NS)乙醇分散液对酸化纸张进行处理,实现纸张的同时脱酸与加固,并研究其对纸张性能的影响以及脱酸加固的机制,旨在开发一种高效简便的脱酸加固方法。围绕上述研究目的,本论文的研究内容和所取得相应结论如下:(1)在不锈钢板表面连续两次电沉积获得以α-PbO2为中间连接层,β-PbO2为活性外层的电极板。通过原位引发聚合聚丙烯酰胺水凝胶(PAM)中的苯胺,合成盐酸掺杂的导电聚丙烯酰胺/聚苯胺复合水凝胶(PAM/PANI)。采用XRD、SEM、FT-IR、万能材料试验机(UTM)和动态流变(DRM)等技术对合成的电极板和PAM/PANI的组成、结构和力学性能进行了表征。结果表明,所制备的电极板具有较长的使用寿命;PANI 一定程度上改善水凝胶的力学性能,并提高水凝胶的导电性。以基于β-PbO2的电极板为阳极,PAM/PANI为阴极的电化学清洁系统,实现了在4 mA/cm2下5 min内彻底清洁纸张上的有机污染——番红花红T,表明利用原位电化学清洁纸张污渍的可行性。然而,掺杂酸的泄漏和较弱的凝胶强度,引起处理纸张的酸化和清洁区域控制性不足。(2)通过两步法合成Ca2+交联海藻酸钠(SA)/PAM高强度水凝胶电极(CSPH)。利用FT-IR、SEM、TG、DSC、UTM和DRM等方法对其组成、结构及力学性能进行了表征。结果表明,Ca2+提高凝胶的导电性,并与不同SA分子上的羧基形成动态可逆离子交联,显著提高凝胶的强度,使CSPH最大压缩应力高达4.8 MPa。对基于β-PbO2为阳极,CSPH为阴极的电化学系统的清洁作用进行了系统研究,结果表明,在数mA/cm2下几分钟内即可完全去除纸张上包括有机染料、常规饮品、潮汐线和霉斑等污渍;清洁区域严格可控,未影响纸张上的无机颜料和油印字迹,未明显影响纸张纤维的微观结构、分子结构、结晶结构及力学性能。该研究进一步证明了原位电化学法脱除纸张污渍的可行性。遗憾的是,由于凝胶电极中离子运移,其力学强度随着持续的使用有所降低。(3)通过原位聚合-还原法制备石墨烯/聚丙烯酰胺/纳米蒙脱土高强度导电水凝胶电极(rGPM)。采用SEM、XRD、FT-IR、UTM和DRM等技术表征rGPM的结构和性能。结果表明纳米蒙脱土通过可逆多点交联显著提高凝胶的力学性能,使其压缩应力高达7.6 MPa。数mA/cm2条件下,基于该凝胶电极的电化学清洁系统可在几分钟内彻底清除纸张上的各种污渍,并未对纸张结构与性能产生明显的不良影响,也未给纸张引入额外成分。所制的rGPM电极笔反复使用后,其强度仅出现小量损失。与PANI/PAM和CSPH电极笔相比,rGPM更适用于电化学清洁系统。基于多种实验方法所得研究结果,提出了电化学清洁机理。接通外电源时,从凝胶电极笔阴极中缓释的水分穿过纸张,在阳极β-PbO2电极表面形成羟基自由基;在羟基自由基作用下,原位降解污染物成为无色产物。通过电压及接触区域的调节,可实现对清洁程度和清洁区域的有效控制。(4)以明胶为表面稳定剂,利用溶胶-凝胶法制备直径小于100 nm的Mg(OH)2NS。将其稳定悬浮于EC乙醇中,通过简单涂布或喷洒,实现对纸张脱酸加固。EC携带Mg(OH)2NS填充纸张纤维间隙,并在其表面形成裹覆Mg(OH)2 NS的保护膜。一方面,EC裹覆Mg(OH)2 NS避免了碱对纸张纤维素直接损伤,同时实现缓释脱酸;另一方面,通过EC在纸张纤维间的填充及桥联,提高纸张的力学强度。基于以上作用,EC/Mg(OH)2NS乙醇分散液实现了纸张文物的并行脱酸和加固并提高其耐久性。实验表明,在Mg(OH)2 NS和EC浓度分别为5.0和16.0 g/L时,可有效提高纸张的pH和力学强度。本学位论文将电化学融合于纸质文物的水凝胶清洁,创新性地构建一种基于导电水凝胶电极笔的电化学清洁体系。该系统具有高效、可控、适用范围广、对纸张影响小和可重复使用等特点。另外,还开发了一种基于EC稳定Mg(OH)2 NS乙醇分散体系的简便高效的纸张并行脱酸加固方法。这些研究在纸质文物修复技术领域具有重要的学术意义和广泛的应用前景。