Способ увеличения срока хранения книг на основе бумажных материалов
METHOD OF INCREASING SHELL LIFE EXPIRATION OF BOOKS BASED ON PAPER MATERIALS

Область техники
Настоящее изобретение относится к области защиты и сохранения всех форм материалов на бумажной основе, в частности к способу и системе для увеличения срока хранения книг.
Уровень техники
Известны способы обработки бумажной продукции (см., например, патент US 6641877, опубл. 04.11.2003).
Известный метод обладает рядом существенных недостатков, а именно данный метод не в полной мере обеспечивает защиту материалов на бумажной основе при долгосрочном хранении.
Раскрытие изобретения
Целью настоящего изобретения является создание надежного и точного способа защиты материалов на бумажной основе при их долгосрочном хранении.
Технический результат заключается в увеличении срока хранения материалов на бумажной основе путем снижения кислотности бумаги.
Указанный технический результат достигается тем, что способ увеличения срока хранения книг на основе бумажных материалов, при котором их подвергают химической обработке суспензией на основе частиц MgO, и заключается в том, что на первом этапе готовят суспензию на основе частиц MgO путем смешивания частиц MgO и инертной жидкости в емкости для подготовки раствора, причем концентрацию MgO в инертной жидкости контролируют в заданных пределах, на втором этапе обеспечивают закрепление книг за их корешок при помощи фиксирующих устройств таким образом, что книги либо поддерживаются в открытом состоянии, либо обеспечивается возможность перекладывания страниц книг мягким и проницаемым материалом, на третьем этапе фиксирующее устройство опускают в емкость для химической обработки книг, которая закрывается герметичной крышкой и в которую из емкости для подготовки раствора подают суспензию на основе частиц MgO, на четвертом этапе емкость для химической обработки книг подвергают вибрации и приводят в движение в вертикальной плоскости при заданной амплитуде для инициализации процесса адсорбирования частиц MgO на волокнах бумаги, причем выдерживание книг на указанном этапе проводят в течение 40-60 мин, на пятом этапе после отключения вибрации и движения из емкости для обработки книг химическим составом через фильтры суспензию возвращают в емкость для подготовки раствора, за счет чего в емкости для обработки книг химическим составом создают вакуум, процесс поддержания вакуума длится 90 мин для высушивания бумаги, на следующем этапе после окончания процесса высушивания бумаги давление в емкости для химической обработки книг доводят до нормального (давления окружающей среды), книги извлекают, перекладывают, и далее выдерживают книги при комнатных температуре и давлении в течение суток для восстановления влажности книг.
В одном из вариантов выполнения заявленного изобретения в качестве инертной жидкости используется пентафторгептан.
В другом из вариантов выполнения заявленного изобретения MgO подают в концентрации от 0,4 до 0,7 мас.%.
В другом из вариантов выполнения заявленного изобретения MgO подают в концентрации предпочтительно 0,5 мас.%.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена общая схема установки для обработки бумаги.
Осуществление изобретения
Согласно приведенному выше способу постоянный щелочной буфер вносится в структуру бумаги. Этот буфер поглощает и нейтрализует кислоты, которые могут быстро ослабить бумагу и привести к ее хрупкости.
В качестве щелочного буфера используется оксид магния (MgO). Микроскопические частицы MgO диспергируют в инертной жидкости, в качестве которой может быть применен пентафторгептан. Бумажный материал помещают в суспензию (раствор) и частицы MgO оседают в структуре бумаги. Эти частицы поглощают кислотные соединения, которые содержатся в бумаге и служат в качестве запаса щелочи, который обеспечит защиту от воздействия внешней среды.
Бумажные материалы, подлежащие обработке, партиями погружают в соответствующую емкость. Для обеспечения равномерного покрытия бумаги MgO обеспечивается легкое движение раствора и бумаги.
Согласно представленной на фиг. 1 схеме процесса в емкости (2) для подготовки раствора подготавливают суспензию MgO в пентафторгептане, для чего в указанную емкость из резервуара (1) подают MgO в концентрации от 0,4 до 0,7 мас.% (предпочтительнее 0,5 мас.%). Далее обеспечивают закрепление книг (8) при помощи фиксирующих устройств. Причем закрепление книг осуществляется за их корешок таким образом, что книги либо поддерживаются в открытом состоянии (при таком варианте между страницами обеспечивается зазор), либо страницы перекладываются мягким и проницаемым материалом. Следующим этапом способа фиксирующее устройство опускают в емкость (3) для обработки книг химическим составом. После чего емкость (3) закрывается герметичной крышкой, а далее в нее из емкости (2) подают насосом (4) подготовленный раствор MgO в инертной жидкости. Инертная жидкость практически не расходуется. Перед каждой новой партией книг MgO добавляют в емкость (2), количество которого берут исходя из необходимой плотности суспензии.
Емкость (3) для обработки книг химическим составом установлена на платформе (6), которая выполнена с возможностью вертикального движения и вибрации (вибрация осуществляется параллельно оси вращения) за счет соответствующего приводного двигателя (5) (в частности, электромотор). Емкости и узлы системы закреплены относительно основы (7). За счет движения и вибрации указанной емкости частицы MgO адсорбируются на волокнах бумаги, нейтрализуя кислоты, содержащиеся в волокнах, а избыток MgO, реагируя с влагой, образует гидроксид Mg, создавая щелочной запас.
2
4
4
2
MgO+HSO → MgS0+НО
2
2
MgO+НO → Mg(OH)
Длительность данной стадии от 40 до 60 мин (предпочтительнее 60 мин).
После отключения вибрации и движения из емкости (3) для обработки книг химическим составом через фильтры суспензию (раствор) полностью возвращают в емкость (2) для подготовки раствора, за счет чего в емкости (3) для обработки книг химическим составом создают вакуум, процесс поддержания вакуума длится 90 мин для высушивания бумаги.
Жидкость, оставшаяся на поверхности книг, испаряется в вакууме. Пар конденсируется в системе регенерации и полученная конденсатная жидкость используется повторно. Система регенерации может в себя включать две параллельные системы, каждая из которых включает бак регенерации, первичный конденсатор и выпускной конденсатор. Каждый из двух баков регенерации, первичных и выпускных конденсаторов, охлаждается каскадной системой охлаждения.
После окончания процесса высушивания бумаги давление в емкости для обработки книг химическим составом доводят до оптимального (нормального атмосферного давления или атмосферного давления окружающей среды).
Далее книги извлекают и перекладывают (например, на стеллажах). При комнатных температурах книги выдерживают сутки, чтобы они восстановили естественную влажность. На данной стадии проводят тесты для определения наличия излишков MgO, если излишки обнаружены, то создают дополнительную влажность в помещении, чтобы этот излишек связывался в щелочь (увеличивая щелочной запас).
Данный этап обусловлен тем, что бумага представляет собой волокнистый материал капиллярно-пористой структуры, легко поглощающий влагу из окружающей среды. Поэтому свойства бумаги зависят от влажности воздуха, и чем выше относительная влажность окружающего воздуха, тем выше влажность бумаги. Высокая влажность приводит к деформации и изменению размеров и структуры листа, сильно снижая прочность. Низкая влажность способствует увеличению жесткости и хрупкости бумаги, что приводит к ухудшению качества красок печати и несовмещению на оттисках.
Необходимо постепенное повышение температуры или строгое соблюдение соответствия влажности воздуха в складском и рабочем помещениях. На бумажном складе температура должна быть в пределах 18-20°С, а относительная влажность 60-65%. Наибольшая стабильность бумаги наблюдается при 45% относительной влажности воздуха.
Книги готовы к отправке.
Результаты проведенного тестирования показали, что срок хранения книг, обработанных согласно заявленному способу, увеличивается в три раза - примерно 300 лет (средний срок хранения - около 100 лет), а щелочной резерв составляет около 1,5%. Тесты проводили методом искусственного старения и экстраполяции данных. Побочных эффектов, связанных с расплыванием красителей или их обесцвечиванием, не наблюдалось.
В силу того, что в суспензии отсутствует вода, процесс не дает целлюлозным волокнам в бумаге разбухать или намокать, а также не вызывает на ней никаких структурных изменений.
рН обработанных книг варьировалось от 8 до 9,5. Характерный резерв достигался при добавлении 60 г активного вещества MgO на 1 кг бумаги, 3% активного вещества в составе рабочей смеси. Далее, в течение нескольких первых недель после обработки, оставшиеся частички окиси магния соединяются с влагой в воздухе, образуя при этом гидроокись магния. Этот материал продолжает поглощать кислоты в течение всего срока службы бумаги.
Щелочные частички, отложенные в структуре бумаги, чрезвычайно малы - средний размер порядка 1 микрона. Процесс ведут малыми партиями для контроля качества - до восьми книг в каждой партии.
Документы, прошедшие обработку по технологии, не требуют повторной обработки в случае соблюдения нормальных условий хранения.
Следует также отметить, что заявленные в определенной последовательности операции способа, концентрация MgO в инертной жидкости, время выдерживания материалов на бумажной основе в условиях, указанных в заявленном способе, обеспечивают увеличение срока хранения материалов на бумажной основе.
На фиг. 1 приведена одна из схем устройств, которые могут реализовывать заявленный способ. Однако аппаратная часть может иметь и иную конструкцию.
В частности, устройство для реализации заявленного способа может содержать вертикальное пропиточное устройство для книг с прошивкой. Книги обрабатываются пропиточной жидкостью (суспензия или раствор) и медленно перемещаются, затем сушатся в вакууме. После сушки в вертикальном пропиточном устройстве книги перемещаются в вертикальную сушилку.
Оборудование может содержать и горизонтальное пропиточное устройство.
Система смешивания направляет пропиточную жидкость в вертикальное или горизонтальное пропиточное устройство. Она также контролирует концентрацию щелочи и, если требуется, добавляет дополнительный концентрат. Система смешивания включает емкости, насос, мешалки, фильтры, датчики давления и системы измерения концентрации щелочи.
В системе регенерации используется низкотемпературный хладагент для конденсации газообразной среды, которая извлекается из обработанной бумаги в процессе сушки в вакууме либо в вертикальном пропиточном устройстве (сушилке), либо в горизонтальном пропиточном устройстве. Жидкость, которая остается на поверхности книг после обработки, испаряется в вакууме. Восстановленная пропиточная жидкость возвращается в систему сбора для хранения и повторного использования. В систему регенерации может входить: емкость для концентрата, емкость для рециркуляции, емкость для регенерации, распределительный электрический узел, насосы, конденсаторы/теплообменники, клапаны, датчики уровня жидкости и давления, весы, трубопроводы, монтажная рамная конструкция.