一種真空冷凍乾燥水溶液脫酸圖書的夾緊方法及夾具裝置與流程

2023-07-22 12:22:41

本發明涉及水溶液脫酸處理酸化圖書文獻的真空冷凍乾燥工藝領域，尤其涉及一種館藏老舊圖書水溶液脫酸保護處理中，真空冷凍乾燥浸水圖書的夾緊方法及夾具裝置。

背景技術：

現存館藏近現代紙質文獻隨著歲月的流逝，內在因素(紙質文獻材料本身的劣化)和外在因素(保管環境、使用不當等)都會造成紙質文物的變質和損壞。許多研究結果都證明了酸對文獻紙張的破壞起主導作用，並且酸在文獻中會越積越多，酸度越高，文獻的壽命就越短。近年來，國內外紛紛開展紙質文物的脫酸處理工作，在單頁紙張脫酸應用研究方面，國內取得了一定的成果。但是，這種需要耗費大量人力和時間的單頁紙張脫酸處理方法，無法滿足數量巨大的近現代館藏圖書文獻的脫酸要求。

水溶液脫酸方法是把整本書籍文獻放在鹼性脫酸溶液中浸潤，可以一次性除去紙中的酸，並有效減緩以後的酸化反應。水溶液脫酸法具有對環境安全，便於操作，經濟和脫酸效果好的優點，但是脫酸後必須採取適當的工藝方法使圖書脫水乾燥，並確保處理過程不發生影響文獻安全和圖書紙張皺縮變形的事件發生。

在圖書水溶液脫酸中，引入真空冷凍乾燥工藝，該方法安全可靠，乾燥後書籍形狀恢復良好，適合圖書的批量化脫酸處理。真空冷凍乾燥(vacuumfreezedrying)的基本原理是先將溼物料凍結到所含溶液的共晶點(溶液可完全結晶對應的溫度)溫度以下，使溶液由液態變成固態，然後在一定的真空條件下直接升華為氣態的水蒸氣，從而達到乾燥物料的目的。

真空冷凍乾燥是在低溫低壓環境下進行的，圖書在升華乾燥前需先經過預凍，使溶液和圖書整體形成一個固體結構，紙張是這個固體結構的大骨架，溶液結晶後形成自身的小骨架，固態溶液升華時，溶劑由汽態不斷轉移出來，骨架保持著原有的形狀，避免出現收縮、變形等現象。

圖書中的水分經預凍之後以冰晶的形態存在，原來溶於水中的保護劑等溶解物質被均勻地分配在紙張之中，升華時，溶於水中的溶解物質就地被析出，避免了一般乾燥法中因紙張內部水分向表面遷移，所攜帶的保護劑在表面處析出造成表面硬化現象。

由於紙質文獻處於凍結狀態，溫度很低，對供熱的熱源溫度要求不高，在真空狀態下採用較低溫熱源即可滿足升華要求，紙質文獻不會出現局部碳化。有國外學者velardi建立了非穩態導熱模型，通過模擬傳熱傳質過程，模擬結果顯示此方法能除去物料中95％～ 99.5％的水分，這一結論可以滿足紙質文獻乾燥要求。

由於冰在轉化的過程中沒有經過液態水的過程，能有效消除由於液態水表面張力所帶來的收縮、變形等現象，可最大程度保持文獻的原貌。

綜上可知，圖書在冷凍工序前經過了脫酸水溶液的充分浸潤，並需要進一步的整形和冷凍等多工序的處理，已嚴重軟化的含水紙張需要一個合適的夾板保持圖書的基本形狀，並需要通過適當的加壓擠出多餘的水分。

實驗表明，過大的夾板壓力會使得圖書乾燥後紙張粘連，過小的夾板壓力則使得圖書中含水過高，除了冷凍乾燥效率降低以外，還不容易保持圖書經水溶液浸泡後的形狀規整。

進一步地，在含水圖書的冷凍過程中，圖書的體積會發生膨脹，而在乾燥過程中，圖書表面紙張會首先升華乾燥，並使得紙張的含水率大大低於常溫常壓下的水平，過於乾燥的紙張若不受到適當的限制也會翹曲變形。

本專利提供了一種真空冷凍乾燥水溶液脫酸圖書的夾緊方法及夾具裝置，能夠較好地解決上述圖書水溶液脫酸後冷凍乾燥工藝中出現的技術問題。

技術實現要素：

技術問題：針對圖書經水溶液法脫酸後，冷凍乾燥工藝過程中對圖書夾板的特殊要求，本發明提供了一種冷凍乾燥水溶液脫酸圖書的夾緊方法及夾具裝置，可以使浸漬了水溶液的圖書得以整形並獲得合適的初始夾緊力以去除多餘的水分；在含水圖書冷凍過程中，自動釋放一定的空間以容納水溶液結晶過程中體積的膨脹，並在圖書表層紙張首先完成升華乾燥後對紙張施加合適的壓力，有效阻止紙張的過乾燥變形，滿足圖書水溶液法脫酸工作中冷凍乾燥工藝的要求。

技術方案：本發明技術方案是：兩塊長寬尺寸均大於被處理圖書的金屬板，金屬板大於圖書尺寸的部分，四周均勻對稱布置若干上下對應的可安裝螺栓的孔；含有脫酸水溶液的圖書被放置在兩金屬板之間，在上下金屬板孔中穿入螺栓，在每個螺栓與螺母之間加入一段適當長度和彈力的加壓彈簧(彈簧的選取可通過試驗確定)；均勻旋緊螺母，使兩金屬板夾緊圖書形成夾板，逐漸擠出多餘的水溶液，並使圖書紙張進一步平整；待夾緊力增大到預定範圍後，停止旋動螺母；待圖書中的水分充分外溢後，金屬夾板隨同圖書一起送入冷凍和真空乾燥箱進行冷凍和乾燥處理；圖書在真空冷凍乾燥箱內的工序完成後，夾板隨同圖書一起從乾燥箱取出，在室內環境下存放一定的時間，隨後緩慢去除夾板壓力，完成圖書的脫酸乾燥。

進一步地，一種冷凍乾燥水溶液脫酸圖書的夾緊方法及夾具裝置的技術方案中，所 述兩金屬夾板要表面平整，要求有良好傳熱性和一定厚度，並有一定的抗腐蝕性。較合適的材料是鋁板(厚度一般不小於8mm)或銅板(厚度一般不小於5mm)，使其有較好導熱性的同時還有足夠的剛度抵抗夾緊時夾板的變形。

進一步地，一種冷凍乾燥水溶液脫酸圖書的夾緊方法及夾具裝置的技術方案中，所述兩金屬夾板可以做成無孔光板和有孔篩板兩種形式。使用無孔光板時，只在後續的升華乾燥過程中通過金屬板自身的材質向被乾燥的圖書內部傳遞冰晶升華所需的熱量，由於夾板表面光整，圖書乾燥後的表面也較光整平滑；有孔篩板表面可適當布置一些小孔，有助於圖書中升華物質的外溢，但為避免乾燥後圖書表明留有痕跡，小孔尺寸要儘量小，並需在金屬夾板和圖書之間適當加入一定厚度的墊層材料(如無紡布)，以儘量減少小孔在圖書表面留下痕跡。

進一步地，一種冷凍乾燥水溶液脫酸圖書的夾緊方法及夾具裝置的技術方案中，所述兩金屬板形狀與被夾緊圖書相似，但在兩金屬板長寬兩邊方向各留出安裝夾緊螺栓的距離。兩金屬板上的螺栓孔要上下對應排布，並在被夾緊圖書的四周均勻分布。螺栓儘量靠近圖書四邊，以減小螺栓施行夾緊力時金屬夾板的變形。

進一步地，一種冷凍乾燥水溶液脫酸圖書的夾緊方法及夾具裝置的技術方案中，所述螺栓要滿足強度、使用方便性以及防腐蝕的要求，其長度要滿足加壓彈簧安裝時對螺栓長度的要求。

進一步地，一種冷凍乾燥水溶液脫酸圖書的夾緊方法及夾具裝置的技術方案中，所述的加壓彈簧外套在螺栓和螺母之間，其長度和剛度根據處理圖書的紙張不同，經實驗確定。

進一步地，一種冷凍乾燥水溶液脫酸圖書的夾緊方法及夾具裝置的技術方案中，所述的螺栓、螺母和金屬板之間的其它配套墊片按機械安裝規範配置，螺母可以採用帶雙耳的碟形螺母以便於手工操作。

有益效果：館藏歷史圖書文獻規模化脫酸保護技術中，圖書經水溶液浸潤脫酸後，需要在整形和冷凍乾燥工藝過程中對圖書進行夾板夾持。本專利技術可以使夾板的夾持力在含水圖書冷凍和乾燥的整個工藝過程中保持基本一致，達到圖書脫酸後乾燥處理的技術要求。

附圖說明

圖1冷凍乾燥水溶液脫酸圖書的夾緊方法及夾具裝置工作示意圖；

圖中：1-下夾板，2-上夾板，3-夾緊螺栓，4-加壓彈簧，5-碟形螺母，6-墊片。

具體實施方式

本發明實施例中提供了一種冷凍乾燥水溶液脫酸圖書的夾緊方法及夾具裝置，由下 夾板1，上夾板2、夾緊螺栓3、加壓彈簧4、碟形螺母5、墊片6等組成。

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清晰地描述，顯然，描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的其他實施例，都屬於本發明的保護範圍。

結合圖1，一種冷凍乾燥水溶液脫酸圖書的夾緊方法及夾具裝置的特徵在於兩塊鋁質或銅質金屬光板組成下夾板1和上夾板2，上下夾板形狀與被夾持圖書相似，尺寸要大於被夾持圖書，即在上下夾板長度的前後和寬度的左右方向留有足夠的距離，夾板的四周可均布若干個適當的螺栓孔，使全部夾緊螺栓安裝時不與被夾持圖書發生幹涉。

進一步地，經脫酸水溶液充分浸漬脫酸後的圖書放置在所述下夾板1中間位置，夾緊螺栓3尖部向上穿入下夾板1的螺栓孔內，夾緊螺栓選用不鏽鋼材質，螺紋尺寸m8；

進一步地，所述的上夾板2對齊下夾板位置，使其上的螺栓孔對應穿入夾緊螺栓，形成上下夾板夾持圖書的形式；

進一步地，在各夾緊螺栓高出上夾板的部分套上加壓彈簧4，並在加上墊片6後旋上碟形螺母5；

進一步地，依次交替旋緊所述的碟形螺母5，使所述的加壓彈簧4被均勻壓縮，上下夾板對含水圖書產生擠壓作用，使紙張之間的多餘水溶液被擠出，並對紙張進行加壓平整；

進一步地，所述的夾緊彈簧4壓縮到一定程度，對紙張的壓力達到預定壓力，停止旋動螺母5並放置一段時間後，圖書連同夾緊的夾板一同放入冷凍箱快速冷凍；

進一步地，所述夾緊圖書的夾板在冷凍過程中，圖書紙張中尚存的水分結晶後體積會膨脹，上下夾板之間的距離會略有增大，加壓彈簧被進一步壓縮，但基本保持夾板夾緊力不變，可以避免上下夾板的變形；

進一步地，所述的冷凍過程結束後，圖書連同夾板一同移動到冷凍乾燥設備的真空乾燥箱。

進一步地，真空冷凍乾燥工作開始後，由於熱量傳遞的緣故，離金屬夾板最近的圖書紙張首先獲得升華所需的熱量，紙張中的冰晶被升華乾燥，乾燥的紙張會釋放出一定的空間，壓縮的彈簧則推動夾板自動消除此空間，並對圖書紙張保持基本一致的壓緊力，以阻止過度乾燥紙張的變形，直到整本圖書升華乾燥完畢。

進一步地，所述的圖書連同夾板在整本圖書升華乾燥完畢後一同移出乾燥箱。

進一步地，所述的圖書連同夾板一同移出升華乾燥箱後，不要立即解除夾板，需要在常溫常溼的環境下放置一定的時間，原因是此時圖書紙張的含水率一般遠低於環境溼度， 立即去除夾板會使部分紙張翹曲，待圖書紙張含水率與環境溼度相近時去除夾緊螺栓和夾板，圖書冷凍乾燥過程結束。

以上對本發明所提供的一種冷凍乾燥水溶液脫酸圖書的夾緊方法及夾具裝置進行了詳細介紹，對於本領域的一般技術人員，依據本發明實施例的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。