一種基于介質阻擋放電的連續脫酸系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種脫酸系統，尤其涉及一種基于介質阻擋放電的連續脫酸系統。
【背景技術】
[0002]我國是一個具有悠久歷史和燦爛文化的文明古國，發明的造紙術和印刷術記錄了人類文明的發展。在我國各種圖書館、博物館、檔案機構中保存著數以萬計的珍貴的近現代書籍、字畫、報紙、檔案等紙質文物，它們是中華民族優秀傳統文化精華所在，具有不可復制的重要歷史文化價值，是中華民族的精神文明的支柱。
[0003]然而隨著歲月的流逝，紙質文獻的酸化情況日益嚴重，大量古籍善本出現了發黃霉變、粉化碎裂等現象，保護這些文化資料面臨著嚴峻的挑戰。大量近現代紙質文物由于紙張酸化而導致紙張變色、機械強度大幅度下降甚至一觸即破。
[0004]紙質文物從質地上大致可分為傳統手工紙張和近現代機制紙張。通常認為，紙的主要化學成分是纖維素，由纖維素大分子中基環間的葡萄糖鍵組合而成。機制紙在制造工藝中留存的硫酸鋁遇水解后呈酸性，當其作用于紙張纖維素時，使纖維素大分子中基環間的葡萄糖鍵發生斷裂，造成聚合度降低，因而導致紙張酸化、發脆而變質，表現為宏觀上的變色以及微觀上的結構破壞(即機械強度的下降)而“自毀”。而在通常認為不易酸化的傳統手工紙質文物中同樣也發現了不同程度的明顯酸化現象。
[0005]大量實驗表明，近現代機制紙一般只有50?60年的壽命，經脫酸后其理論“壽命”可以達500年左右。但在紙張自身木質素氧化、水解以及大氣等外界酸化因素等的持續影響下，已經脫酸的紙張在長期放置后仍有可能出現“返反酸”現象。
[0006]同時，由于染色工藝、抗皺處理、耐洗滌性處理等原因，纖維織物在生產的過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象。
[0007]盡管人們已經開展了大量近現代紙張脫酸方面的研究，但至今仍未獲得理想的脫酸技術。傳統溶液脫酸法需要將待處理樣品浸在脫酸劑中，導致各種自身難以克服的缺陷，如紙張變形、褪色，化學試劑的毒性，效率低，無法實現多層次處理，難以控制脫酸劑用量和防止反酸等；而傳統氣象脫酸法雖然脫酸快且具有殺蟲、消毒的綜合效果，但其高真空條件的獲取導致其對設備的要求十分苛刻，不安全隱患多，投資大且難以防止反酸的缺點。因此，研究新型、高效、可工業化大規模處理紙張的脫酸理論和技術是刻不容緩的事情。
[0008]大氣壓非平衡等離子體中所含有的粒子能量高、活性強，可以有效地將水汽中的堿性脫酸劑帶入纖維內部使得紙張從內部到表面完全徹底的脫酸，從而防止不徹底脫酸導致留在纖維內部的酸性物質仍可以加速纖維的降解，該方法既可以擺脫傳統物理方法受到真空條件的限制，也可以克服溶劑型化學試劑處理方法帶來的負面作用。而且，等離子體的溫度可以低至常溫，不會對紙張造成損害，既可以擺脫傳統物理方法受到真空條件的限制，也可以克服溶別型化學試劑處理方法帶來的負面作用。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部，與紙張中的酸性物質發生中和反應，實現對紙質文獻的非接觸式等離子脫酸，同時也可以一定程度上增加纖維之間的結合力提高紙張的宏觀強度。
[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、介質阻擋放電法等。其中介質阻擋放電法相對于其他方式，結構簡單，產生的等離子體具有均勻、漫散和穩定的特定，因而最具有廣泛的工業生產應用前景。
[0010]介質阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge，DBD)是有絕緣介質插入放電空間的一種非平衡態氣體放電又稱介質阻擋電暈放電或無聲放電。在兩個放電電極之間充滿某種工作氣體，并將其中一個或兩個電極用絕緣介質覆蓋，也可以將介質直接懸掛在放電空間或采用顆粒狀的介質填充其中，當兩電極間施加足夠高的交流電壓時，電極間的氣體會被擊穿而產生放電，產生大量的等離子體。實際上在介質阻擋放電過程中起主導作用的是微放電過程，電解質的存在可以使微放電均勻穩定地分布在整個放電空間中，有利于獲取大量的等離子體。
[0011]公開號為CN102242530A的中國專利文獻，公開了一種紙質文物的脫酸方法。其需要使用氣體管道、結構復雜，且為單點處理模式，脫酸效率低，不能實現連續脫酸，不適于大規模生產。
【發明內容】
[0012]本實用新型提供一種基于介質阻擋放電的連續脫酸系統。該系統在常溫常壓下處理樣品，使用安全、對外界環境無污染；結構簡單、使用方便；脫酸效率高，處理時間短，脫酸徹底，不易反酸；有效避免樣品變形、變色；能夠實現對待脫酸樣品的連續處理，適于工業化大規模應用。
[0013]本實用新型的技術方案如下:
[0014]一種基于介質阻擋放電的連續脫酸系統，包括:
[0015]脫酸劑霧化裝置，包括依次連通的脫酸劑罐、霧化發生機構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且繞置成用于承載待脫酸樣品的傳送帶；
[0017]驅動裝置，用于驅動放電電極和噴頭以改變與傳送帶的相對位置；
[0018]第一絕緣層，貼覆在傳送帶外表面；
[0019]第二絕緣層，設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，可以采用現有技術。
[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。
[0023]所述接地電極為銅、鋁等導電金屬材料。就接地電極本身而言，可以采用現有技術。
[0024]所述驅動裝置使操作人員可以根據待脫酸樣品的不同尺寸和位置調節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，可以采用現有技術。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，強度明顯降低，如直接進行等離子除酸，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，以保護待脫酸樣品。
[0027]所述連續脫酸系統的工作過程如下:首先，傳送帶將待脫酸樣品置于噴頭處，霧化發生機構將脫酸劑霧化，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內，射頻放電發生介質阻擋放電反應，產生等離子體進行脫酸。
[0028]介質阻擋放電能夠產生大量能量高、活性強的等離子體，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部，使得待脫酸樣品從內部到表面高效率地、完全徹底地脫酸，從而實現非接觸式脫酸。通過非接觸式脫酸，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、變色等情況的發生。通過對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，有效避免了反酸現象的發生，延長了樣品壽命。第二絕緣層可以保護待脫酸樣品，防止其被擊破。所述脫酸系統在常溫常壓的條件下工作，結構簡單、使用方便。所述脫酸劑為常規的無毒脫酸劑，不會污染環境。經過上述脫酸系統處理后的待脫酸樣品與初始無明顯色差，機械強度略有提高。所述柔性接地電極，繞置成傳送帶，能夠實現待脫酸樣品的連續處理，適于工業化大規模應用。
[0029]優選地，所述第二絕緣層固定設置在第一絕緣層上方。
[0030]所述第二絕緣層固定設置在第一絕緣層上方，方便設置待脫酸樣品的入口和出口，使本實用新型結構簡單。
[0031]優選地，第二絕緣層繞置成環形且與第一絕緣層同步運動，第一絕緣層與第二絕緣層的間隙為夾持待脫酸樣品運動的通道。
[0032]第一絕緣層和第二絕緣層夾持著待脫酸樣品運動，可以使第二絕緣層與待脫酸樣品更加緊密地接觸，以對其進行保護。
[0033]優選地，沿傳送帶運行方向，所述噴頭設置在上游，放電電極設置在下游。
[0034]上述系統操作簡單，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噴頭接收脫酸劑、放電區進行脫酸，一次性完成全部脫酸過程，脫酸效率高、節省勞動力。
[0035]優選地，所述驅動裝置為能夠三維運動的第一機械手和第二機械手，所述放電電極安裝在第一機械手上，所述噴頭安裝在第二機械手上。
[0036]能夠三維運動的機械手，使操作人員可以根據待脫酸樣品的不同尺寸和位置調節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