基于纳米复合材料的老化纸张脱酸与增强及其作用机理的研究

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纸质文献记载了人类历史长河中的优秀文化,对人类文化信息的传播和交流有着重大意义。但由于造纸工艺、储存环境等内外因素使得纸张酸化,导致纸质文献变得脆化易碎,失去使用价值。因此,为了延缓纸张纤维降解,延长纸质文献的使用寿命,脱酸成了目前的首要任务,此外,在脱酸的同时增加纸张强度也需要更多的研究。本论文以酸化老化了一定程度的书籍为研究对象,选择纳米氧化锌(纳米ZnO)为脱酸剂,丁苯胶乳(DJ)和纳米纤维素(NFC)为增强剂,制备了集脱酸、增强和疏水功能于一体的多功能的复合保护液,并采用丝网印刷工艺将保护液涂布于老化纸张上。首先分别研究了DJ/纳米ZnO二元体系保护液、NFC/纳米ZnO二元体系保护液、NFC/DJ/纳米ZnO三元体系保护液对纸张脱酸和增强效果的影响,对纳米ZnO用量、DJ用量、NFC用量、丝网目数、涂布量等影响因素进行了系统分析,获得了较佳的处理工艺;然后通过纸张表面接触角的测定对处理后纸张的疏水性进行了分析;最后通过比较湿热老化前后纸样的p H值、抗张指数、撕裂指数、耐破指数的变化,结合XRD测试分析结晶度指数的变化,初步探究了处理后纸张的耐老化性能。主要结论如下:以DJ/纳米ZnO二元体系作为脱酸增强剂,当纳米ZnO用量为6 wt%,DJ用量为14 wt%,丝网目数为350目,涂布量为4.1 g/m~2时,其对于纸张的脱酸和增强效果相对较好,处理后的纸张p H值呈弱碱性,p H值由6.44提高到7.08;抗张指数、撕裂指数和耐破指数分别增加了23.60%、11.06%和39.84%,增强效果明显。以NFC/纳米ZnO二元体系作为脱酸增强剂,当纳米ZnO用量为3 wt%,NFC用量为0.55 wt%,丝网目数为100目,涂布量为3.4 g/m~2时,其对于纸张的脱酸和增强效果相对较好,处理后的纸张p H值呈弱碱性,p H值由6.28提高到7.42;撕裂指数和耐破指数分别增加了71.54%和12.34%,增强效果明显。以NFC/DJ/纳米ZnO三元体系作为脱酸增强剂,当纳米ZnO用量为2 wt%,DJ用量为15 wt%,NFC用量为0.4 wt%,丝网目数为100目,涂布量为7.9 g/m~2,其对于纸张的脱酸和增强效果相对较好,在此条件下处理后的纸张p H值由6.44提高到7.14,抗张指数、撕裂指数和耐破指数分别增加了23.39%、18.41%和21.21%。研究了DJ/纳米ZnO和NFC/纳米ZnO体系中纳米ZnO用量对纸张表面接触角的影响,结果显示:DJ/纳米ZnO保护液处理的纸样,当纳米ZnO用量为14 wt%时,在0 s时的表面接触角为102.3°,比未处理(76.9°)时增加了33.03%,10 s时表面接触角下降了4.99%;NFC/纳米ZnO保护液处理的纸样,当纳米ZnO用量为4 wt%时,表面接触角为127.7°,相比未处理(111.7°)时增加了16.00%,10 s后表面接触角降低至116.4°,下降幅度为8.85%。DJ/纳米ZnO体系处理后纸样的表面接触角增加幅度较NFC/纳米ZnO增加幅度大,并且浸润相同时间后表面接触角下降率低,这是由于DJ具有耐水性,DJ/纳米ZnO处理后的纸张有更好的耐水性。通过比较老化前后纸张的p H值、物理强度(抗张强度、撕裂强度、耐破强度)、白度,同时结合XRD测试分析,发现经三种保护液处理后的纸张均具有一定的耐老化性能。
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