СПОСОБ РЕСТАВРАЦИИ ДОКУМЕНТОВ АЭРОДИНАМИЧЕСКИМ ФОРМОВАНИЕМ
METHOD FOR DOCUMENT RESTORATION BY AERODYNAMIC MOLDING

Изобретение относится к реставрации документов на бумажной основе аэродинамическим способом формования бумаги и может быть использовано для восполнения утраченных частей листов, например, книг, газет, архивных материалов, карт.
Известно применение бактериальной целлюлозы для консервации документов при нанесении водной суспензии бактериальной целлюлозы на поверхность реставрируемого листа кисточкой [L. Volkel, K. Ann, U. Hahner, W. GindlAltmutterand A. Potthast. Nano meets the sheet: adhesive-free application ofhanocellulosicsuspensions in paper conservation. HeritageScience. 2017, №5. p. 23. DOI: 10.1186/s40494-017-0134-5]. Такая обработка сохраняет структуру листов исторических документов и укрепляет края листов. В процессе искусственного старения бумаги бактериальная целлюлоза не вызывает негативного изменения листов документов. Однако, используемый метод не восполняет утраченные части листов, не закрывает дыры и изъяны в структуре листа.
Известен способ восстановления недостающих частей листов бумаги (патент РФ №2472891, опубл. 20.01.2013, Бюл. №2. D21H 17/25; D21H 25/18), где в качестве связующего в бумажную массу вводят бактериальную целлюлозу, которую получают путем поверхностного культивирования штамма Gluconacetobacter xylinus Всесоюзной коллекции промышленных микроорганизмов В-880. Использование рода грамотрицательной бактерии Gluconacetobacter на питательной среде с различными источниками углерода позволяет получать бактериальную целлюлозу в виде гидратированной мембраны или нано-гель-пленки. Условия диспергирования пленки влияют на состояние бактериальной целлюлозы. В данном способе бактериальную целлюлозу подвергают роспуску в течение 100-120 мин с последующим рафинирующим размолом в течение 20-30 мин, рубкой в течение 1-3 мин при концентрации массы 0,2%. При таких условиях обработки получают длинноволокнистую бактериальную целлюлозу. Сульфатную хвойную целлюлозу размалывают до 35 и 45° ШР, в размолотую массу добавляют подготовленную бактериальную целлюлозу в количестве 2-6% к массе абсолютно сухого волокна, перемешивают в течение 10-15 минут и используют для долива недостающих частей листов документов на реставрационной машине. Длительный по времени размол бактериальной целлюлозы и предварительный размол хвойной целлюлозы увеличивают время реставрационного процесса.
Известен метод напыления волокон из аэровзвеси волокнистого материала, в основе которого лежит способ аэродинамического формования бумаги [патент RU 2169223, D21F1/00, D21H27/00, B27N3/00, опубл. 20.06.2001; патент RU 2157867, D21F1/00, 1100 D21H27/00, B27 N3/00, опубл. 20.10.2000] и способ аэродинамического изготовления картона, писчей или печатной бумаги [патент RU 2100508, D21H27/00, D21H27/10; D21F11/00 D21B1/00, опубл. 27.12.1997]. Метод применяется при реставрации документов аэродинамическим способом формования.
2
2
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и результату является способ восстановления недостающих частей листов бумаги аэродинамическим способом (прототип) [Г.К. Малиновская, Л.В. Литвинова, С.А. Добрусина, Н.И. Подгорная. Новый метод восполнения утраченных частей документов - возможности и перспективы // Материалы II международной научной конференции: Миллеровские чтения - 2018. Преемственность и традиции в сохранении документального академического наследия, СПб.: 24-25 мая 2018, с. 724-729]. Полуфабрикат из хвойной целлюлозы увлажняют до 45%, разделяют на отдельные волокна в диспергаторе, волокна осаждают из аэровзвеси на утраченные участки реставрируемого листа, находящегося на формующей сетке. С формующей сетки восполненный волокнистой массой лист снимают, увлажняют до 60% в вальцовом прессе при удельном давлении 7 кг/см, прессуют при удельном давлении 140 кг/см и сушат при 100°С. При реализации этого способа для увеличения прочности шва между реставрируемым документом и восполняющим волокнистым слоем применяют обработку документа по контуру утраты водными растворами натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы или катионного крахмала при концентрации растворов 1,0% масс. Дополнительно для увеличения разрывной прочности бумаги перед диспергированием хвойную целлюлозу обрабатывают раствором натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы, а реставрируемый документ после восполнения утраты увлажняют раствором катионного крахмала, что увеличивает расход применяемых химических компонентов. Реставрационный процесс является многостадийным, так как включает подготовку реактивов, предварительную обработку полуфабриката, промывку прессовых сукон после увлажнения листа раствором крахмала.
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является устранение избыточных технологических стадий при реставрации документов, а также повышение прочности соединительного шва между реставрируемым листом и напыленным волокнистым слоем за счет формования идентичной по массе и плотности исходному документу структуры восполняющей части и использования в качестве связующего суспензии бактериальной целлюлозы для создания межволоконных связей при проникновении волокон бактериальной целлюлозы в структуру разрыхленного края листа, образовании поверхности контакта с напыленными волокнами и соединении через водородные связи волокон листа и напыленных волокон в процессе прессования и сушки бумаги.
Поставленная задача достигается тем, что реставрация документов аэродинамическим формованием бумаги включает разрыхление края листа документа по контуру утраты, нанесение по контуру утраты связующего компонента, увлажнение полуфабриката из хвойной целлюлозы водой до влажности 45%, диспергирование полуфабриката с образованием аэровзвеси волокон, формование из аэровзвеси волокнистого слоя на недостающих частях восполняемого листа, увлажнение реставрируемого листа водой, прессование и сушку отреставрированного листа, причем в качестве связующего по контуру утраты листа наносят суспензию бактериальной целлюлозы Komagataeibacter xilinus В-13015 Всесоюзной коллекции промышленных микроорганизмов с концентрацией 1,0±0,1%. Нано-гель пленку бактериальной целлюлозы получают с использованием бактерии Komagataeibacter на питательных средах, содержащих в качестве источника углевода отходы целлюлозно-бумажного производства, имеющие моносахара. Размол нано-гель пленки бактериальной целлюлозы проводят в воде в соотношении пленка:вода (1:100) в дезинтеграторе JTC OmniBlend ITM-767 А при 15000±50 об/мин в течении 10±1 мин. Данным способом дезинтеграции нано-гель пленки бактериальной целлюлозы получают ассоциаты определенного макрообъема, образующие сметанообразную консистенцию суспензии.
В качестве полуфабриката для реставрации используют сульфатную хвойную целлюлозу Архангельского ЦБК. Испытания бумаги на прочность шва проводят по ГОСТ 30436-96 (ИСО 1924-1-85) на разрывной машине Hounsfield H1 KS при скорости разрушения 100 мм/мин, расстояние между зажимами прибора 50 мм. Искусственное тепло-влажное старение листов после восстановления утрат проводят в камере «TABAI» согласно ISO 56-30:1986.
-2
2
При реставрации утраченных частей документов аэродинамическим способом края реставрируемого листа разрыхляют кончиком скальпеля или иголочки по контуру утраты для увеличения связываемой поверхности между документом и восполняющей частью, наносят кисточкой на разрыхленную линию утраты суспензию бактериальной целлюлозы (БЦ) концентрацией 1,0±0,1%, что соответствует 4⋅10 г БЦ /см площади разрыхленного края утраты, лист размещают на формующей сетке установки аэродинамического формования бумаги. Хвойный полуфабрикат увлажняют водой до 45% влажности, диспергируют с образованием аэросуспензии волокон целлюлозы и осаждают волокнистый слой на открытых участках формующей сетки, восполняя утраченные части листа. Массу напыляемых волокон рассчитывают предварительно, исходя из массы метра квадратного и площади утраты реставрируемого листа. Волокна напыляют на утраченную часть листа, частично волокна накладывают на увлажненный связующим край утраты с формованием соединительного шва, не создавая утолщения при образовании шва. На фиг. 1, 2 представлены листы книги до восполнения утраты (фиг. 1) и после реставрации (фиг. 2). Как видно из фиг. 2, утрата листа полностью восстановлена, изъяны при образовании соединительного шва не наблюдаются.
На сканирующем электронном микроскопе SUPRA 55VP фирмы ZEISS получены микрофотографии поверхности листа книги (фиг. 3) и поверхности листа с нанесенной по краю утраты суспензией бактериальной целлюлозы (фиг. 4). На фиг. 4 видна структура поверхности, образованной при покрытии волокон хвойной целлюлозы суспензией бактериальной целлюлозы, которая является связующим мостиком между напыляемыми волокнами и волокнами листа книги.
2
2
На фиг. 4 видна граница между волокнами, составляющими лист книги, и суспензией бактериальной целлюлозы, нанесенной по краю утраты листа. Суспензия бактериальной целлюлозы образует на поверхности бумаги тонкую пленку, площадь поверхности которой значительно выше, чем площадь поверхности волокон реставрируемого листа за счет отсутствия межволоконных пор и пустот между тонкими волокнами бактериальной целлюлозы. Суспензия бактериальной целлюлозы достаточно прочно удерживает воду при концентрации 1,0±0,1% масс. и в процессе напыления аэровзвеси волокон пленка не успевает высохнуть. Волокна из аэровзвеси с влажностью 28-30% оседают на влажную пленку бактериальной целлюлозы, взаимно проникают друг в друга на уровне поверхностных слоев волокон и образуют соединительный шов. С формующей сетки реставрируемый лист снимают, увлажняют водой до 60% влажности в вальцовом прессе при удельном давлении 7 кг/см, прессуют с использованием фильтровальных блоков для бережного отбора воды, прессуют в сукнах при удельном давлении 140 кг/см и сушат при 100°С. В процессе прессования и сушки через развитую поверхность пленки бактериальной целлюлозы фиксируют связи между напыленными из аэровзвеси волокнами хвойной целлюлозы и волокнами реставрируемого листа.
2
3
Отреставрированы отдельные листы книги первой половины XX века: масса листа бумаги 75 г/м, толщина листа 0,13 мм, плотность бумаги 800 г/м, состав по волокну - хвойная целлюлоза.
Пример 1. Целлюлозную папку из сульфатной хвойной целлюлозы марки ХБ -1 равномерно увлажняют водой до влажности 45±2%. Разрыхляют край утраченной части листа и наносят на край кисточкой суспензию бактериальной целлюлозы концентрацией 0,9% масс. На утраченную часть реставрируемого листа напыляют волокна в количестве, рассчитанном из площади утраты реставрируемого листа и его массы метра квадратного.
Пример 2. Способ осуществляют по примеру 1, но концентрация суспензии бактериальной целлюлозы составляет 1,0% масс.
Пример 3. Способ осуществляют по примеру 1, но концентрация суспензии бактериальной целлюлозы составляет 1,1% масс.
Пример 4. Способ осуществляют по примеру 1, но наносят на край утраченной части листа кисточкой раствор натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы концентрацией 1,0% масс. (прототип).
Пример 5. Способ осуществляют по примеру 1, но наносят на край утраченной части листа кисточкой раствор катионного крахмала концентрацией 1,0% масс. (прототип).
Примеры в таблице 1 показывают, что обработка края реставрируемого листа по месту утраты суспензией бактериальной целлюлозы концентрацией 1,0±0,1% масс. увеличивает значение разрушающего усилия в области шва по сравнению с использованием в качестве связующих катионного крахмала в 2 раза и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в 1,6 раза.
Значения разрушающего усилия при растяжении между реставрируемым документом и восполненной напылением волокон частью листа в процессе искусственного тепло-влажного старения представлены в таблице 2.
Результаты таблицы 2 показывают, что после трех суток старения прочность шва стабилизируется и остается выше при применении для обработки края утрат бактериальной целлюлозы концентрацией 1,0±0,1% масс., чем при использовании в качестве связующего натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы и катионного крахмала до искусственного старения (табл. 1, пример 4, 5).
-2
2
Предложенный способ восстановления недостающих частей листов бумаги способом аэродинамического формования с нанесением по краю места утраты суспензии бактериальной целлюлозы Komagataeibacter xilinus В-13015 в количестве 4⋅10 Разрушающее усилие в области шва г БЦ/см площади разрыхленного края утраты, при концентрации суспензии 1,0±0,1% масс., предварительно размолотой в дезинтеграторе при 15000 об/мин в течение 10 минут, обеспечивает повышение значения разрушающего усилия сформованного шва и повышение устойчивости к искусственному тепло-влажному старению реставрируемой бумаги.
Техническим результатом настоящего изобретения является способ восстановления недостающих частей листов бумаги аэродинамическим формованием при реставрации книг, карт, газет и архивных материалов напылением волокон на недостающие части листа с нанесением суспензии бактериальной целлюлозы, синтезированной штаммом Komagataeibacter xilinus В-13015, на разрыхленный край по контуру утраты листа, увлажнении восполненного листа водой, прессовании и сушки бумаги, что обеспечивает повышение показателя разрывного усилия сформованного шва и повышение устойчивости к искусственному старению реставрируемой бумаги с сохранением прочность шва в течение 100 лет естественного старения документа. Методом аэродинамического формования бумаги можно реставрировать листы документов с утратами как по краю, так и в середине листа независимо от площади утраченной поверхности. Ветхие листы документов не рассыпаются в процессе реставрации благодаря мягким условиям технологического режима аэродинамического формования. Состав по волокну реставрируемого листа может включать любые природные волокна.