一種基于介質(zhì)阻擋放電的連續(xù)脫酸系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種脫酸系統(tǒng)，尤其涉及一種基于介質(zhì)阻擋放電的連續(xù)脫酸系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)是一個(gè)具有悠久歷史和燦爛文化的文明古國(guó)，發(fā)明的造紙術(shù)和印刷術(shù)記錄了人類(lèi)文明的發(fā)展。在我國(guó)各種圖書(shū)館、博物館、檔案機(jī)構(gòu)中保存著數(shù)以萬(wàn)計(jì)的珍貴的近現(xiàn)代書(shū)籍、字畫(huà)、報(bào)紙、檔案等紙質(zhì)文物，它們是中華民族優(yōu)秀傳統(tǒng)文化精華所在，具有不可復(fù)制的重要?dú)v史文化價(jià)值，是中華民族的精神文明的支柱。
[0003]然而隨著歲月的流逝，紙質(zhì)文獻(xiàn)的酸化情況日益嚴(yán)重，大量古籍善本出現(xiàn)了發(fā)黃霉變、粉化碎裂等現(xiàn)象，保護(hù)這些文化資料面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。大量近現(xiàn)代紙質(zhì)文物由于紙張酸化而導(dǎo)致紙張變色、機(jī)械強(qiáng)度大幅度下降甚至一觸即破。
[0004]紙質(zhì)文物從質(zhì)地上大致可分為傳統(tǒng)手工紙張和近現(xiàn)代機(jī)制紙張。通常認(rèn)為，紙的主要化學(xué)成分是纖維素，由纖維素大分子中基環(huán)間的葡萄糖鍵組合而成。機(jī)制紙?jiān)谥圃旃に囍辛舸娴牧蛩徜X遇水解后呈酸性，當(dāng)其作用于紙張纖維素時(shí)，使纖維素大分子中基環(huán)間的葡萄糖鍵發(fā)生斷裂，造成聚合度降低，因而導(dǎo)致紙張酸化、發(fā)脆而變質(zhì)，表現(xiàn)為宏觀上的變色以及微觀上的結(jié)構(gòu)破壞(即機(jī)械強(qiáng)度的下降)而“自毀”。而在通常認(rèn)為不易酸化的傳統(tǒng)手工紙質(zhì)文物中同樣也發(fā)現(xiàn)了不同程度的明顯酸化現(xiàn)象。
[0005]大量實(shí)驗(yàn)表明，近現(xiàn)代機(jī)制紙一般只有50?60年的壽命，經(jīng)脫酸后其理論“壽命”可以達(dá)500年左右。但在紙張自身木質(zhì)素氧化、水解以及大氣等外界酸化因素等的持續(xù)影響下，已經(jīng)脫酸的紙張?jiān)陂L(zhǎng)期放置后仍有可能出現(xiàn)“返反酸”現(xiàn)象。
[0006]同時(shí)，由于染色工藝、抗皺處理、耐洗滌性處理等原因，纖維織物在生產(chǎn)的過(guò)程中也用到大量的酸。因此，纖維織物中同樣存在著明顯的酸化現(xiàn)象。
[0007]盡管人們已經(jīng)開(kāi)展了大量近現(xiàn)代紙張脫酸方面的研究，但至今仍未獲得理想的脫酸技術(shù)。傳統(tǒng)溶液脫酸法需要將待處理樣品浸在脫酸劑中，導(dǎo)致各種自身難以克服的缺陷，如紙張變形、褪色，化學(xué)試劑的毒性，效率低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多層次處理，難以控制脫酸劑用量和防止反酸等；而傳統(tǒng)氣象脫酸法雖然脫酸快且具有殺蟲(chóng)、消毒的綜合效果，但其高真空條件的獲取導(dǎo)致其對(duì)設(shè)備的要求十分苛刻，不安全隱患多，投資大且難以防止反酸的缺點(diǎn)。因此，研究新型、高效、可工業(yè)化大規(guī)模處理紙張的脫酸理論和技術(shù)是刻不容緩的事情。
[0008]大氣壓非平衡等離子體中所含有的粒子能量高、活性強(qiáng)，可以有效地將水汽中的堿性脫酸劑帶入纖維內(nèi)部使得紙張從內(nèi)部到表面完全徹底的脫酸，從而防止不徹底脫酸導(dǎo)致留在纖維內(nèi)部的酸性物質(zhì)仍可以加速纖維的降解，該方法既可以擺脫傳統(tǒng)物理方法受到真空條件的限制，也可以克服溶劑型化學(xué)試劑處理方法帶來(lái)的負(fù)面作用。而且，等離子體的溫度可以低至常溫，不會(huì)對(duì)紙張?jiān)斐蓳p害，既可以擺脫傳統(tǒng)物理方法受到真空條件的限制，也可以克服溶別型化學(xué)試劑處理方法帶來(lái)的負(fù)面作用。因此可以使用等離子體將具有高能量的活性氫氧根離子引入紙張表面及內(nèi)部，與紙張中的酸性物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)紙質(zhì)文獻(xiàn)的非接觸式等離子脫酸，同時(shí)也可以一定程度上增加纖維之間的結(jié)合力提高紙張的宏觀強(qiáng)度。
[0009]獲得等離子體的方法和途徑是多種多樣的，如氣體放電法、燃燒法、沖擊波法、介質(zhì)阻擋放電法等。其中介質(zhì)阻擋放電法相對(duì)于其他方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，產(chǎn)生的等離子體具有均勻、漫散和穩(wěn)定的特定，因而最具有廣泛的工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用前景。
[0010]介質(zhì)阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge，DBD)是有絕緣介質(zhì)插入放電空間的一種非平衡態(tài)氣體放電又稱(chēng)介質(zhì)阻擋電暈放電或無(wú)聲放電。在兩個(gè)放電電極之間充滿某種工作氣體，并將其中一個(gè)或兩個(gè)電極用絕緣介質(zhì)覆蓋，也可以將介質(zhì)直接懸掛在放電空間或采用顆粒狀的介質(zhì)填充其中，當(dāng)兩電極間施加足夠高的交流電壓時(shí)，電極間的氣體會(huì)被擊穿而產(chǎn)生放電，產(chǎn)生大量的等離子體。實(shí)際上在介質(zhì)阻擋放電過(guò)程中起主導(dǎo)作用的是微放電過(guò)程，電解質(zhì)的存在可以使微放電均勻穩(wěn)定地分布在整個(gè)放電空間中，有利于獲取大量的等離子體。
[0011]公開(kāi)號(hào)為CN102242530A的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)，公開(kāi)了一種紙質(zhì)文物的脫酸方法。其需要使用氣體管道、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且為單點(diǎn)處理模式，脫酸效率低，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)脫酸，不適于大規(guī)模生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本實(shí)用新型提供一種基于介質(zhì)阻擋放電的連續(xù)脫酸系統(tǒng)。該系統(tǒng)在常溫常壓下處理樣品，使用安全、對(duì)外界環(huán)境無(wú)污染；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便；脫酸效率高，處理時(shí)間短，脫酸徹底，不易反酸；有效避免樣品變形、變色；能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)待脫酸樣品的連續(xù)處理，適于工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用。
[0013]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0014]一種基于介質(zhì)阻擋放電的連續(xù)脫酸系統(tǒng)，包括:
[0015]脫酸劑霧化裝置，包括依次連通的脫酸劑罐、霧化發(fā)生機(jī)構(gòu)以及用于向待脫酸樣品施加脫酸劑的噴頭；
[0016]射頻放電裝置，包括放電電極、接地電極以及相匹配的電路，所述接地電極為柔性材質(zhì)且繞置成用于承載待脫酸樣品的傳送帶；
[0017]驅(qū)動(dòng)裝置，用于驅(qū)動(dòng)放電電極和噴頭以改變與傳送帶的相對(duì)位置；
[0018]第一絕緣層，貼覆在傳送帶外表面；
[0019]第二絕緣層，設(shè)置在第一絕緣層上方，第一絕緣層與第二絕緣層的間隙為待脫酸樣品的通道，所述放電電極處在該通道上方。
[0020]本實(shí)用新型中，所述待脫酸樣品為紙張或纖維織物，且一般厚度不大，否則等離子體難以穿透。
[0021]所述脫酸劑為Mg(HCO3)2水溶液、Ca(OH) 2水溶液等。就脫酸劑本身而言，可以采用現(xiàn)有技術(shù)。
[0022]在放電電極和接地電極之間為用于處理待脫酸樣品的放電區(qū)。
[0023]所述接地電極為銅、鋁等導(dǎo)電金屬材料。就接地電極本身而言，可以采用現(xiàn)有技術(shù)。
[0024]所述驅(qū)動(dòng)裝置使操作人員可以根據(jù)待脫酸樣品的不同尺寸和位置調(diào)節(jié)放電電極和噴頭的位置，主要是噴頭和放電電極與待脫酸樣品的距離，這也影響到脫酸的效果。
[0025]所述第一絕緣層和第二絕緣層為塑料、高分子材料、玻璃、陶瓷等絕緣材料。就絕緣層本身而言，可以采用現(xiàn)有技術(shù)。一般所述絕緣層較薄，第一絕緣層貼覆在傳送帶外表面，可以為其提供有效支撐。
[0026]—般待脫酸樣品較薄，在被脫酸劑淋濕后，強(qiáng)度明顯降低，如直接進(jìn)行等離子除酸，易將待脫酸樣品擊裂。第二絕緣層可以貼覆在待脫酸樣品上，以保護(hù)待脫酸樣品。
[0027]所述連續(xù)脫酸系統(tǒng)的工作過(guò)程如下:首先，傳送帶將待脫酸樣品置于噴頭處，霧化發(fā)生機(jī)構(gòu)將脫酸劑霧化，例如可采用超聲霧化等方式，并由噴頭噴灑于待脫酸樣品表面；然后，傳送帶將待脫酸樣品置于放電區(qū)內(nèi)，射頻放電發(fā)生介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)，產(chǎn)生等離子體進(jìn)行脫酸。
[0028]介質(zhì)阻擋放電能夠產(chǎn)生大量能量高、活性強(qiáng)的等離子體，可以有效地將待脫酸樣品表面附著的脫酸劑帶入待脫酸樣品纖維內(nèi)部，使得待脫酸樣品從內(nèi)部到表面高效率地、完全徹底地脫酸，從而實(shí)現(xiàn)非接觸式脫酸。通過(guò)非接觸式脫酸，有效地避免了由于樣品與水或其他試劑大面積接觸而引起的變形、變色等情況的發(fā)生。通過(guò)對(duì)脫酸劑噴灑量的控制，可以將脫酸后樣品的PH控制在適宜的范圍，使其堿性適中，有效避免了反酸現(xiàn)象的發(fā)生，延長(zhǎng)了樣品壽命。第二絕緣層可以保護(hù)待脫酸樣品，防止其被擊破。所述脫酸系統(tǒng)在常溫常壓的條件下工作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便。所述脫酸劑為常規(guī)的無(wú)毒脫酸劑，不會(huì)污染環(huán)境。經(jīng)過(guò)上述脫酸系統(tǒng)處理后的待脫酸樣品與初始無(wú)明顯色差，機(jī)械強(qiáng)度略有提高。所述柔性接地電極，繞置成傳送帶，能夠?qū)崿F(xiàn)待脫酸樣品的連續(xù)處理，適于工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用。
[0029]優(yōu)選地，所述第二絕緣層固定設(shè)置在第一絕緣層上方。
[0030]所述第二絕緣層固定設(shè)置在第一絕緣層上方，方便設(shè)置待脫酸樣品的入口和出口，使本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
[0031]優(yōu)選地，第二絕緣層繞置成環(huán)形且與第一絕緣層同步運(yùn)動(dòng)，第一絕緣層與第二絕緣層的間隙為夾持待脫酸樣品運(yùn)動(dòng)的通道。
[0032]第一絕緣層和第二絕緣層夾持著待脫酸樣品運(yùn)動(dòng)，可以使第二絕緣層與待脫酸樣品更加緊密地接觸，以對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。
[0033]優(yōu)選地，沿傳送帶運(yùn)行方向，所述噴頭設(shè)置在上游，放電電極設(shè)置在下游。
[0034]上述系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，操作人員在傳送帶上游放置待脫酸樣品后，待脫酸樣品在傳送帶的作用下依次通過(guò)噴頭接收脫酸劑、放電區(qū)進(jìn)行脫酸，一次性完成全部脫酸過(guò)程，脫酸效率高、節(jié)省勞動(dòng)力。
[0035]優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)裝置為能夠三維運(yùn)動(dòng)的第一機(jī)械手和第二機(jī)械手，所述放電電極安裝在第一機(jī)械手上，所述噴頭安裝在第二機(jī)械手上。
[0036]能夠三維運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，使操作人員可以根據(jù)待脫酸樣品的不同尺寸和位置調(diào)節(jié)噴頭和放電電極的位置，以使脫酸劑充分附著于待脫酸樣品上、待脫酸樣品完全處于放電