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酸化紙質(zhì)文物水溶液真空脫酸和冷凍干燥試驗研究
以酸化紙質(zhì)文物為對象,，研制了一種集真空脫酸,、低溫預凍和真空干燥于一體的試驗裝置，并應用該裝置對紙質(zhì)文物進行真空脫酸和對脫酸后紙質(zhì)文物進行真空冷凍干燥試驗,。研究了真空脫酸,、低溫預凍和真空干燥各試驗工藝和數(shù)據(jù)，并對試驗前后相關(guān)數(shù)據(jù)進行了對比分析,。試驗結(jié)果表明：真空脫酸試驗后紙質(zhì)文物的酸性被*去除,，脫酸速率較傳統(tǒng)方法有很大提高;真空冷凍干燥后的紙質(zhì)文物未出現(xiàn)皺縮、粘連,、變形等現(xiàn)象,，且油墨字跡均保持完好。研究結(jié)果證明了此方法符合當前紙質(zhì)文物規(guī)?；撍峒捌涓稍锏囊?。
紙質(zhì)文物作為重要信息載體，是一個國家和地區(qū)歷史的見證,，具有的重要歷史文化價值,。然而，這些珍貴的紙質(zhì)文物如今正在被酸化,、氧化,、生物腐蝕和光引發(fā)降解嚴重損害。近現(xiàn)代研究結(jié)果表明酸對紙質(zhì)文物的破壞起主導作用,，正是由于酸的作用,，有相當數(shù)量的紙質(zhì)文物已經(jīng)*失去機械強度，瀕于毀滅,。中國具有世界上數(shù)量zui龐大的珍貴紙質(zhì)文物,，對其進行規(guī)模化的脫酸及干燥是當前圖書檔案界面臨的亟待解決的問題,。
近年來,，文物保護工作者也對紙質(zhì)文物的脫酸及其干燥進行了大量研究。美國研究員Barrow的研究指出紙質(zhì)文物中含有硫酸鋁,，在長時間的水解后呈酸性,，由于酸的催化作用造成了紙張老化。李景仁等對紙質(zhì)文物紙張耐久性的影響進行了老化試驗研究。研究結(jié)果表明紙張的各項性能隨著酸度的增加而迅速降低,，且pH 低于6.0時,，75 年后耐久性就會降低50%;pH 低于5.0時，75 年后近乎*脆化變質(zhì),。鄭冬青等采用了真空微波干燥技術(shù)對整本圖書水溶液脫酸進行了試驗研究,，并對脫酸前后紙張的pH 值等理化性能進行對比, 用CCD、SEM,、IR 等分析了紙張纖維的變化,，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)脫酸后的圖書pH值明顯上升, 柔軟度增加, 耐老化性能也得到較大提升, 但抗張強度、耐折度及分子結(jié)構(gòu)等無明顯變化,。王鶴云等把三聚氰胺用于紙質(zhì)文物保護處理,，通過加速熱老化對TEPSMA 處理前后紙張的pH 值、抗張強度,、堿殘留及紙張纖維斷裂率進行測定,，結(jié)果表明，經(jīng)過TEPSMA 處理后,，紙張pH 值得到明顯的提高,，抗張強度亦從915 N/m上升到1300 N/m，且處理前后紙張顏色變化輕微(ΔE*=1.72); 熱老化實驗表明,，紙張經(jīng)TEPSMA 處理后,，能夠顯著降低紙張老化速率。這些研究都對紙質(zhì)文物保護起推動作用,，并為紙質(zhì)文物脫酸及其干燥提供了重要的實驗參數(shù),。但這些研究中紙質(zhì)文物的脫酸時間較長，干燥后的紙質(zhì)文物容易出現(xiàn)皺縮,、變形,、粘連等現(xiàn)象。
為了提高紙質(zhì)文物的脫酸效率并改善脫酸后紙質(zhì)文物的干燥效果,，本文將以真空脫酸的方式對紙質(zhì)文物進行脫酸,，并采用真空冷凍干燥技術(shù)對脫酸后的紙質(zhì)文物進行凍干，為批量紙質(zhì)文物脫酸干燥提供經(jīng)驗,。
1,、試驗裝置、材料及方法
1.1,、真空脫酸及冷凍干燥一體機的研制
試驗由三個部分組成，分別為真空脫酸,、低溫預凍和真空冷凍干燥,。真空冷凍干燥技術(shù)已在食品、醫(yī)藥、生物,、材料等方面應用廣泛,，但由于紙質(zhì)文獻干燥方面的相關(guān)技術(shù)資料非常稀缺，溶液的結(jié)晶特點,、物料傳熱傳質(zhì)路徑,、過程參數(shù)等差別很大，很難直接應用市售的冷凍干燥設(shè)備進行紙質(zhì)文物規(guī)?；撍岬睦鋬龈稍锕に囇芯?。針對此種情況本試驗在文化部2011 年度文化科技提升計劃項目的資助下，自行研制了紙質(zhì)文物脫酸用真空冷凍干燥試驗機,，該裝置是真空脫酸,，低溫預凍和真空冷凍干燥一體機，圖1 給出了冷凍干燥裝置的簡圖,。該裝置由制冷系統(tǒng),、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng),、稱重系統(tǒng),、控制及測溫系統(tǒng)等組成。干燥室容積為60 cm×60 cm×60 cm,，干燥箱箱頂部裝有一個PH 型在線稱重儀,，支架上安裝三個電加熱板，每個加熱板的有效加熱面積均為0.5 m2,，加熱板內(nèi)設(shè)有溫度傳感器并由溫度控制器控制,，真空泵采用GLD-N136 旋片直聯(lián)式真空泵，干燥室壓力由真空泵,、自動摻氣閥,、真空壓力表等裝置自動控制，真空箱能達到的極限壓力為8 Pa,。冷凍室容積為60 cm×60 cm×30 cm,，采用法國泰康A(chǔ)EZ4425Z 制冷壓縮機， 制冷劑為R404A,，其極限制冷溫度為-60℃,。紙質(zhì)文獻的溫度由插入到接近樣品中心的微型熱電偶測量，加熱板的溫度由貼在其上的熱電偶測量,。溫度和壓力傳感信號進入安捷倫數(shù)據(jù)采集儀34970A,，并由計算機上的采集軟件加以顯示、記錄和保存,。
1.冷阱;2.水汽凝結(jié)器;3.隔板;4.計算機;5.絕熱板;6.干燥箱;7.壓力表;8.PID 控制器;9.自動摻氣閥;10.進氣閥;11.壓縮機;12.真空泵;13.輻射板; 14.加熱板;15.紙質(zhì)文物;16.PH 型在線稱重儀
圖1 真空冷凍干燥設(shè)備示意圖
3,、結(jié)論
(1) 真空脫酸可有效去除紙質(zhì)文物的酸性,，脫酸速率較傳統(tǒng)方法提高很大，且脫酸后紙質(zhì)文物表面平整,，紙張未出現(xiàn)分解融化等現(xiàn)象,，是一種安全、的脫酸方法,。
(2) 低溫預凍將紙質(zhì)文獻中游離態(tài)的水凍結(jié)成冰,，預凍后的紙質(zhì)文獻體積有少量膨脹，但文獻表明平整光滑,，紙張未出現(xiàn)凹凸不平,，符合真空冷凍干燥的要求。
(3) 真空冷凍干燥法能克服傳統(tǒng)方法引起的皺縮,、粘連,、變形等現(xiàn)象，且不會破壞油墨的性能,，基本保持紙質(zhì)文物的原貌,，是一種新穎、可靠的干燥加工方法,，符合當前紙質(zhì)文物規(guī)?；撍峒捌涓稍锏囊蟆?/p>
4,、展望
真空脫酸和真空冷凍干燥為紙質(zhì)文物規(guī)?；撍峒捌涓稍锾峁┝藚⒖家罁?jù)。但規(guī)?；茝V應用對該技術(shù)的效率和節(jié)能又提出了更高的要求,。且試驗后紙質(zhì)文物紙張的物理機械強度和化學性質(zhì)是否得到提高，需進一步進行試驗驗證,。