本发明属于纸张脱酸领域，涉及一种纸张脱酸剂及其制备方法，特别涉及一种用于等离子体纸张脱酸方法的脱酸剂。
背景技术：
图书馆、档案馆、博物馆等单位保存了数以万计的档案、书籍、字画、报纸等纸张材料。这些纸质文献是人类文明的宝贵遗产，具有不可复制的重要历史文化价值。随着时间的流逝，受各种因素影响，大量纸质文献出现了霉变、粉化碎裂、污染虫蛀等现象，保护这些文化资料面临着严峻的挑战。为了保护这些酸化的纸张文献，人们开展了大量纸张脱酸方面的研究。纸张脱酸的基本原理就是使用碱性物质中和纸张中的酸性物质。具体来说就是将弱碱渗入纸页内部，中和掉已产生的游离酸，并在脱酸后的纸页中保留一定的储备碱度，恢复一定的柔软性，抑制纤维进一步水解和大气中酸性气体的侵蚀，延缓纸质恶化速度。
一般来说，脱酸剂需要满足以下要求：(1)必须安全可靠，在脱酸的化学反应过程中所产生的中间产物、副产物和最终产物都应该无毒、无害，不能生成强烈刺激气味的气体，不能产生对人有害的化学物质；(2)脱酸剂以脱酸过程对环境友好。在脱酸的化学反应过程中产生的中间产物、副产物和最终产物都应该是环境友好的，不能产生对环境有危害的物质；(3)不能对文献中的任何部分有损坏，脱酸剂不能对构成文献的材料包括纸张、形成字迹的材料如油墨、染料、印章等造成伤害。文献经脱酸后不能褪色、渗色。脱酸剂不破坏纸张纤维，不与纤维、填料、染料、颜料等发生有损文献的化学变化；(4)生产成本低、易于操作。
目前脱酸剂主要可分为三类：水溶液类、非水类和气态脱酸类。水溶液类安全性和脱酸效果较好，但是容易发生纸张变形。
非水类脱酸剂脱酸不均匀、效果差，容易造成纸张褪色、有异味。并且非水类有机脱酸剂易燃、生物毒性较大，对操作人员健康造成威胁，某些有机物(氟利昂)对环境有害，气态脱酸剂脱酸的使用依赖于昂贵复杂的专业设备，存在易燃易爆的安全隐患，且碱的残留量少。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供了一种纸张脱酸剂及其制备方法和应用，使用本发明的脱酸剂对纸张进行脱酸处理，脱酸彻底均匀，且具有足量的碱残留，效果持续时间长，不易返酸。
本发明采用的技术方案如下：
一种纸张脱酸剂，所述纸张脱酸剂包括：异叶杨提取物、可溶性四硼酸盐、纳米金属氢氧化物、金属碳酸氢盐和水。
优选地，所述纸张脱酸剂包括如下重量百分比的组分：异叶杨提取物0.5～7wt％，可溶性四硼酸盐0.01～3wt％、纳米金属氢氧化物0.01～2wt％、金属碳酸氢盐0.01～1wt％，余量为水。
异叶杨是生长在新疆塔克拉玛干盐碱沙漠中的树，能从土壤里吸收大量盐分。异叶杨中含有多种有机碱、碱性无机盐等碱性物质，可利用人工提取方法可以将其提取出来。这些提取自植物的天然的碱性物质所具有的与纸张纤维的较好的相容性，可以使天然碱性物质更容易进入纸张纤维的内部，从而与纸张中的酸性物质发生中和反应，并在纸张中有一定的碱性物质的残留，从而使纸张保存时间更久。
所述异叶杨提取物的制备方法包括：将异叶杨的树叶和树皮清洗后，粉碎，过筛，加入粉末重量8～10倍量的水/丙酮/丙三醇的混合液在60～80℃下提取2～3次，每次提取的时间为1～2h，过滤，滤液浓缩至相对密度为1.0～1.2，冷却后加入乙醇使含醇量为50～70％，搅匀后静置，过滤，滤液回收乙醇后，在20～40℃下陈化24～72h，过滤得到所述异叶杨提取物。
优选地，选用的异叶杨的树叶和树皮的质量比为1：1～5。本发明选取异叶杨的特定部位对有效成分进行提取，异叶杨的树叶和树皮不仅富含碱性物质，且本身纤维素含量较高，该部位的碱性物质与纸张纤维的相容性较好，能有效避免对纸张的损害，同时，异叶杨提取物还具有一定的抑菌性，有利于纸张的长期保存。
所述水/丙酮/丙三醇的混合液中，水、丙酮和丙三醇的体积比为1：0.5～1.5：0.5～1.5。本发明采用水/丙酮/丙三醇的混合液对异叶杨进行提取，能有效提取其中的碱性物质，提取后加入乙醇至醇量为50～70％，可有效去除蛋白质、多糖等杂质，最大程度提取和保留碱性物质。
优选地，所述可溶性四硼酸盐为四硼酸钠、四硼酸钾、四硼酸锂和四硼酸钙中的至少一种。
优选地，所述纳米金属氢氧化物为纳米氢氧化镁和纳米氢氧化钙中的至少一种。
优选地，所述金属碳酸氢盐为碳酸氢镁、碳酸氢钙和碳酸氢钾中的至少一种。
本发明还提供了所述纸张脱酸剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将异叶杨提取物加入水中，充分搅拌混合，过滤；
(2)在步骤(1)得到的滤液中加入纳米金属氢氧化物、金属碳酸氢盐和可溶性四硼酸盐，充分搅拌并进行超声处理0.5～1.5h；
(3)静置陈化1～12h，得到所述纸张脱酸剂。
优选地，步骤(2)中，在50～80℃下进行搅拌。
本发明还提供了一种所述的纸张脱酸剂的应用，所述纸张脱酸剂的使用方法如下：
(1)利用常压空气低温等离子体对待保护的纸张进行扫描处理；
(2)将雾化的脱酸剂喷于经等离子体处理的纸张表面。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明的纸张脱酸剂环保无害、对人体和环境没有安全影响。
(2)使用本发明的纸张脱酸剂对纸张进行脱酸保护处理，脱酸后可将纸张ph值可以控制在适宜的范围内，即ph为7.1～8.5。即达到了脱酸效果，保证纸张处于弱碱性的环境中，延长了纸张的保存时间，又避免碱性过高而造成对纸张纤维的损伤。
(3)使用本发明的脱酸剂对纸张进行脱酸处理，脱酸彻底均匀，且具有足量的碱残留，效果持续时间长。
(4)采用本发明的脱酸剂通过等离子体脱酸处理，纸张脱酸效果持久，不易返酸。
(5)本发明的纸张脱酸剂对纸张没有损害，并且不会造成字迹晕染、颜料出现色差等情况。
(6)本发明的纸张脱酸剂具有一定的抑菌性，使用后有利于纸张的长期保存。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详的说明。
实施例1
将3kg异叶杨树叶和7kg异叶杨树皮清洗后，粉碎，过10目筛，加入粉末重量10倍量的水/丙酮/丙三醇的混合液(水、丙酮和丙三醇的体积比为1：0.7：1)在70℃下提取3次，过滤，滤液浓缩至相对密度为1.10～1.15，冷却后加入乙醇使含醇量为65％，搅匀后静置，过滤，滤液回收乙醇后，在30℃下陈化72h，过滤得到异叶杨提取物。
取异叶杨提取物700g加入9209g水中，充分搅拌混合，过滤；滤液中加入纳米氢氧化镁30g，碳酸氢镁60g和四硼酸锂1g，80℃下充分搅拌并进行超声处理0.5h；静置陈化1h，得到所述纸张脱酸剂。
实施例2
取实施例1中制备的异叶杨提取物600g加入9339g水中，充分搅拌混合，过滤；滤液中加入纳米氢氧化钙1g，碳酸氢钙30g和四硼酸钠30g，70℃下充分搅拌并进行超声处理1h；静置陈化2h，得到所述纸张脱酸剂。
实施例3
取实施例1中制备的异叶杨提取物500g加入9344g水中，充分搅拌混合，过滤；滤液中加入纳米氢氧化钙40g，纳米氢氧化镁55g，碳酸氢钾1g和四硼酸钾60g，50℃下充分搅拌并进行超声处理1h；静置陈化4h，得到所述纸张脱酸剂。
实施例4
取实施例1中制备的异叶杨提取物400g加入9365g水中，充分搅拌混合，过滤；滤液中加入纳米氢氧化镁60g、碳酸氢钙40g、碳酸氢钾15g、四硼酸钠70g和四硼酸锂50g，65℃下充分搅拌并进行超声处理1h；静置陈化6h，得到所述纸张脱酸剂。
实施例5
取实施例1中制备的异叶杨提取物300g加入9335g水中，充分搅拌混合，过滤；滤液中加入纳米氢氧化钙130g、碳酸氢钙30g、碳酸氢镁35g、四硼酸钾90g和四硼酸锂90g，60℃下充分搅拌并进行超声处理1h；静置陈化8h，得到所述纸张脱酸剂。
实施例6
取实施例1制备的中异叶杨提取物200g加入9285g水中，充分搅拌混合，过滤；滤液中加入纳米氢氧化镁120g、纳米氢氧化钙80g、加入碳酸氢镁40g、碳酸氢钾45g、四硼酸钠130g和四硼酸钾100g，55℃下充分搅拌并进行超声处理1h；静置陈化10h，得到所述纸张脱酸剂。
实施例7
取实施例1中制备的异叶杨提取物50g加入9390g水中，充分搅拌混合，过滤；滤液中加入纳米氢氧化镁160g，搅拌30min，再进行超声处理1h；加入碳酸氢钙30g、碳酸氢钾30g、碳酸氢镁40g、四硼酸钠100g、四硼酸锂100g和四硼酸钾100g，室温下充分搅拌并进行超声处理1.5h；静置陈化12h，得到所述纸张脱酸剂。
对比例1
本对比例所用纸张脱酸剂为四硼酸钠饱和水溶液，使用方法与实施例1相同。
对比例2
本对比例所用纸张脱酸剂与实施例1相同，不同之处在于将异叶杨提取物换为等质量的碳酸氢钾，使用方法和实施例1相同。
对比例3
与实施例1相比，本对比例的区别仅在于所使用的异叶杨提取物的制备方法如下：
将10kg异叶杨花序清洗后，粉碎，过10目筛，加入粉末重量10倍量的水/丙酮/丙三醇的混合液(水、丙酮和丙三醇的体积比为1：0.7：1)在70℃下提取3次，过滤，滤液浓缩至相对密度为1.10～1.15，冷却后加入乙醇使含醇量为65％，搅匀后静置，过滤，滤液回收乙醇后，在30℃下陈化72h，过滤得到异叶杨提取物。
除此之外，纸张脱酸剂中各组分的种类和用量、制备方法及使用方法均与实施例1相同。
对比例4
与实施例1相比，本对比例的区别仅在于所使用的异叶杨提取物的制备方法如下：
将3kg异叶杨树叶和7kg异叶杨树皮清洗后，粉碎，过10目筛，加入粉末重量10倍量的水在70℃下提取3次，过滤，滤液浓缩至相对密度为1.10～1.15，冷却后加入乙醇使含醇量为65％，搅匀后静置，过滤，滤液回收乙醇后，在30℃下陈化72h，过滤得到异叶杨提取物。
除此之外，纸张脱酸剂中各组分的种类和用量、制备方法及使用方法均与实施例1相同。
分别取已酸化的纸张先采用常压空气低温等离子体进行扫描处理，再将已雾化的实施例1～7和对比例1～4制备的纸张脱酸剂均匀喷涂于纸张表面。将保护处理后的纸张按照gb/t1545-2008检测ph值、按照gb/t12914-2008检测抗张强度、按照gb/t457-2008检测耐折度和按照gb/t22894-2008进行湿热老化处理并测试ph值，以量化保护效果，判断保护处理对纸张的影响，结果如表1所示。
表1
由表1的结果可知，本发明采用特定部位的异叶杨提取物和无机碱制备的纸张脱酸剂，脱酸效果良好，脱酸后纸张碱性适中，ph值控制在7.1～8.5之间。同时，脱酸处理提高了纸张纤维的机械性能，有利于纸张的长期保存。本发明的脱酸剂，与纸张纤维的相容性较好，脱酸效果彻底，不易返酸。