基于光谱分析技术的宣纸用铝盐施胶沉淀剂作用机理研究

为了明确铝盐沉淀剂在书画宣纸表面施胶过程中的作用机理,利用Ferron逐时络合分光光谱、高场^(27 )Al核磁共振波谱(^(27 )Al-NMR)以及衰减全反射红外光谱技术(ATR-FTIR)研究了明矾(Alum)、聚合氯化铝(PAC)及聚合硫酸铝(PAS)三种常用铝盐施胶沉淀剂的水解聚合铝形态、与胶料混合后在宣纸表面施胶时的铝形态分布变化。(1)Ferron逐时络合分光光谱和^(27 )Al-NMR分析表明,明矾及聚合硫酸铝的水解产物主要为单核铝Al(H_2O)_6^(3+)(Al_1),AlSO_4^+和多核铝[Al_(30)O_8(OH)_(56)(H_2O)_(24)]^(18+)(Al_(30));聚合氯化铝除Al_1,Al_(30)外,还存在笼式结构的多核铝[AlO_4Al_(12)(OH)_(24)(H_2O)_(12)]^(7+)(Al_(13));(2)^(27 )Al-NMR分析表明,铝盐与明胶混合后单核铝、多核铝形态的共振峰强度均有所降低,结合ATR-FTIR分析结果可知,降低的各正价态水解聚合产物很可能与明胶微粒中羟基(—OH)或羧基(—COOH)产生了键合,形成了网状络合物,将原本带负电的明胶粒子转化为带正电的明胶粒子,促使明胶微粒沉淀在带负电的纤维表面,起到施胶沉淀剂的作用。施胶后,明胶胶原蛋白的羟基、一部分氨基和羧基与植物纤维表面的非离子区域的羧基能形成众多的分子间的氢键,提高宣纸抗水性。因此,Ferron逐时络合分光光度法、高场^(27 )Al-NMR及ATR-FTIR技术相结合可迅速判断各类铝盐沉淀剂在宣纸表面施胶过程中的化学形态变化,是研究施胶机理的有效手段。

胶矾水在熟化书画用宣纸中的应用机理探究

为了揭示胶矾水熟化书画用宣纸的科学内涵,通过胶矾水固化性能、墨滴晕散实验揭示明矾在胶料固化及抗墨滴晕散中所起到的作用。利用扫描电子显微镜(SEM)、高场^(27)Al核磁共振波谱(^(27)Al-NMR)和红外光谱(ATR-FTIR)研究胶与矾在熟化宣纸时各自的作用及协同效应。最后,通过湿热老化实验探讨明矾的负面影响。结果表明:1)明矾作为促干剂加速了胶水凝聚固化;作为软化剂增加了胶料弹性。2)明矾也可作为助留剂,起到墨滴助留作用。施加胶矾水的宣纸抗墨滴晕散性能优于单纯的胶水或矾水;有胶无矾时,墨迹浮在纸上,存在大量微孔,易漏墨。3)SEM、^(27)Al-NMR和FTIR分析表明,胶和矾在提高宣纸憎水性及抗墨滴晕散性能方面可起到协同作用。明矾以单核物Al(H_2O)_6^(3+)、AlSO_4^+,高聚物Al_(30)([Al_(30)O_8(OH)_(56)(H_2O)_(24)]^(18+))等形式与明胶的羟基或羧基键合,形成的紧密网络结构加强了胶料的交联,提高了胶料的抗水性。同时,铝离子可起到桥联作用,将带负电的明胶粒子转化为带正电的明胶粒子,促使明胶微粒沉淀在带负电的纤维表面。4)明矾用量越大,湿热老化后酸性越强,纸张越脆,严重威胁纸张的寿命。因此,传统胶矾水在熟化纸张时可起到促干剂、软化剂及助留剂的功能,但用量越大,纸张酸化越严重,建议研发可替代胶矾水的新一代施胶剂。

胶矾水中明矾对宣纸中纤维素、碳酸钙和明胶的影响

胶矾水是中国传统书画修复和装裱材料,但过量使用明矾会引起宣纸不同程度的酸化。为了解胶矾水中明矾对宣纸中不同成分的影响,明确传统胶矾水中明矾用量范围,减少其对宣纸的危害,采用傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)和X射线衍射(XRD)研究了明矾对宣纸中纤维素和碳酸钙的影响,并将傅里叶退卷积和二阶导曲线拟合的方法引入研究明矾对宣纸中明胶蛋白质二级结构的影响。XRD和ATR-FTIR结果表明明矾会不同程度溶解纸张中的结晶纤维素、非结晶纤维素和CaCO_3(生成CaSO_4),在明矾浓度超过5 Wt%后成分变化最剧烈。傅里叶退卷积和二阶导曲线拟合结果表明明矾会使宣纸中明胶蛋白质二级结构改变,使α-螺旋结构、β-转向结构和γ-随机结构向β-折叠结构转变。在明矾浓度超过5 Wt%后,蛋白质二级结构发生剧烈变化。研究得出了明矾对宣纸中不同成分的影响,在最小干预的文物保护原则基础上给出了明矾用量范围,为纸质文物中蛋白质二级结构研究引入了一种新方法,扩大了ATR-FTIR在纸质文物中的研究和应用范围。