纤维素衍生物对旧新闻纸的加固研究

发布时间：2020-04-14 22:04

【摘要】：纸张是中华民族悠久历史文化传承的重要载体,具有无比珍贵的人文、艺术价值。随着时间的推移,大部分纸张出现了酸化、黄化和脆裂等老化现象,主要表现在纸张机械强度降低,在翻阅和使用中极易破损。为了有效的延长纸张的寿命,提高纸张机械强度和脱酸是两个重要的手段。本论文主要致力于用纤维素衍生物对纸张进行机械性能加固的研究,寻找一种可以有效提高老化纸张机械强度,帮助纸张脱酸同时不影响纸张表面色差的老化纸张保护方法。据报道纳米纤维素以及其他纤维素材料对纸张机械强度的提高有优越性能,四硼酸钠对老化纸张具有优越的脱酸效果。纤维素衍生物是纤维素衍生出来的与纤维素具有相似结构的有机材料,但克服了纤维素不溶于水的缺点。因此本论文以旧新闻纸为加固研究对象,2种纤维素的衍生物及瓜尔胶和阳离子淀粉和四硼酸钠作为纸张的加固脱酸材料,采用了水醇混合液作为溶剂制备加固剂对纸张进行加固保护,并用1,4-双(三乙氧基甲硅烷基)苯(BTEB)辅助加固处理,主要完成了以下工作:(1)根据加固剂对纸张机械性能的加固效果,对羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、羧甲基纤维素钙(CMC-Ca),阳离子瓜尔胶(CGG)和阳离子淀粉进行筛选。机械强度测试实验数据显示:CMC-Na溶于配制的加固剂对纸张的加固效果最好,在CMC-Na浓度为1.0%时,纸张的耐折度提高了10倍,撕裂度提高了50%,抗张强度提高95.5%以上;BTEB的预处理后,加固剂的强化作用在原基础增强10%;黑色、红色和蓝色墨水纸样的加固前后色差分别为0.6、3.9和6.5;加固后纸张表面pH值从3.48提高到5.09。经过筛选,后续实验选取羧甲基纤维素钠作为加固材料。(2)为了增大羧甲基纤维素钠的溶解度和降低溶剂中的水含量,对加固剂溶剂做了如下优化:丙三醇具有大量氢氧根,能够起到助溶作用,但丙三醇会增大加固剂的粘度。实验发现加固剂的粘度越大,加固效果越差,因此将醇混合液中乙醇和丙三醇的质量比定为6:1。并用质量分数为5%的四硼酸钠代替溶剂中的纯水来提高加固剂的脱酸能力。这个比例下配制羧甲基纤维素钠浓度为1.0%的加固剂,加固剂最小含水量从50%降低至了40%。优化后加固剂能将纸张的表面pH值提高到8.5,且加固效果未降低,并降低了蓝色纸样的色差。(3)为了研究加固剂在纸张内部的存在形式和加固剂的加固机理,对加固剂和老化纸样进行了染色标定。用直接红染料对老化纸样进行染色预处理,将荧光绿钠盐接枝到羧甲基纤维素钠中制得荧光绿染料后对加固剂进行染色,将染色后的加固剂对纸张进行加固处理。用共焦距原子显微镜(Confocal)观察加固剂在纸张内部的渗透作用,结果显示:大部分加固剂可以完全渗透纸张,并填充纸张内部空隙,少量停留在纸张表面。结合纸样加固前后扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)结果、纸张机械强度以及其他物理性质变化综合分析,可推知纸张加固剂的加固可能机理是:加固剂进入纸张内部,填充了纤维之间的空隙,进而提高纸张的密实度;羧甲基纤维素钠提供了大量的氢氧根,增加纸张内部纤维素和羧甲基纤维素钠的氢键作用力,架起了老化纸张的纤维之间互相联系的桥梁,从而提高了纸张纤维之间的结合力,增强了纸张的机械强度。本论文研发的纸张加固方法可以同时完成加固和脱酸,在旧新闻纸上的应用效果优良。该方法可以为以后老化纸张加固剂的研发和纸质档案文献的加固脱酸保护工作提供重要的参考价值。
【图文】：

晶型结构,纤维素,分子结构,聚合度

广东工业大学硕士学位论文物的酸性代谢产物都会加剧纤维素的降解，，如图 1-2。纤维素的水解使纤萄糖结构里的羟基氧化成羰基以及羧基，并使碳-碳键断裂和碳-氧键断裂素中碳链的断裂和纤维素聚合度的降低。纤维素碳链的断裂和聚合度的降的宏观表现是纸张机械强度变差，纸张呈现出变脆，破损等现象。

纸张,空气污染物,断裂过程,碳氢

结构里的羟基氧化成羰基以及羧基，并使碳-碳键断裂和碳-氧碳链的断裂和纤维素聚合度的降低。纤维素碳链的断裂和聚合观表现是纸张机械强度变差，纸张呈现出变脆，破损等现象。图 1-1 纤维素分子结构 (a) 和晶型结构 (b)Fig. 1-1 Cellulose molecular structure (a) and crystal structure (b)
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS75

【相似文献】