С. А. Добрусина, Н. А. Лобанова, Н. И. Подгорная. Влияние особенностей технологии массовой нейтрализации кислотности CSC BOOK SAVER на свойства бумаги документов

С. А. Добрусина, Н. А. Лобанова, Н. И. Подгорная. Влияние особенностей технологии массовой нейтрализации кислотности CSC BOOK SAVER на свойства бумаги документов

Технология массовой нейтрализации кислотности бумаги книг и документов CSC BOOK SAVER, используемая в РНБ с 2006 г., является весьма эффективной. В публикациях [1, 2] показаны преимущества вышеупомянутой технологии по сравнению с другими технологиями массовой нейтрализации.

В качестве нейтрализующего агента по методу CSC BOOK SAVER используется алкоголят магния – раствор карбонизированного пропилата магния (СН₃СН₂СН₂О)₂Мg·хСО₂ в хладоне (гептафторпропане). Алкоголяты металлов являются крайне неустойчивыми соединениями и легко разрушаются водой и протоносодержащими веществами с образованием алкоголей и гидроксидов или солей металлов. Принципиально процесс нейтрализации может протекать по нижеприведенной схеме:

(С₃Н₇О)₂Мg·хСО₂ + 2Н⁺ – > 2 С₃Н₇ОН + MgСО₃

Однако индукционные эффекты в гептафторпропане, направленные к сильно-электроотрицательным атомам фтора, способствуют подвижности атома водорода в положении 2, что позволяет рассматривать хладон как СН-кислоту, поэтому в случае нейтрализации кислотности по технологии CSC BOOK SAVER реакция может идти и по следующему механизму:

Таким образом, в результате нейтрализации кислотности бумаги по данной технологии в качестве побочного продукта всегда образуется пропиловый спирт, с которым контактируют книги.

Как правило, сам процесс нейтрализации (непосредственный контакт обрабатываемых книг с нейтрализующим раствором) длится 10 минут. Но иногда, в результате технических особенностей установки, возникают ситуации, в результате которых контакт обрабатываемых книг с нейтрализующим раствором и образующимся в процессе нейтрализации пропанолом длится более 10 минут (до 20, 40, 60 мин).

Цель данного исследования – изучение влияния нейтрализующего раствора и пропанола на качество нейтрализации и различные свойства образцов бумаги и документов.

Объектом исследования служила тестовая бумага известного композиционного состава (соотношение СФА и древесной массы примерно 1:1) до и после нейтрализации различной продолжительности, а также образцы журнала «Новое время» 1985 г. с цветными иллюстрациями, бумага которых содержит значительное количество древесной массы.

Известно, что для нейтрализации кислотности бумаги использовались различные алкоголяты [2], поэтому представлялось интересным исследовать длительное воздействие на качество нейтрализации бумаги различных спиртов. Для этой цели выбраны спирты: метанол, этанол, пропанол и 1-бутанол. Максимальную кислотность в данном ряду проявляет метанол, минимальную 1-бутанол [3]. Спирты, за исключением метанола, являются более слабыми кислотами, чем вода.

Тестовую бумагу после нейтрализации обрабатывали указанными выше спиртами. Время экспозиции составляло соответственно 10, 30, 60 мин для каждого спирта. Контролем служила бумага без обработки и обработанная спиртами.

После сушки образцов на воздухе определяли рН водной вытяжки и щелочной резерв, прочность на излом при многократных перегибах, прочность на разрыв, коэффициент отражения по стандартным методикам.

Значения рН поверхности бумаги измеряли контактным методом.

Кроме того, на спектрофотометре «El Repho» определяли координаты цвета в системе CIELAB в трехмерном цветовом пространстве с осями a^*и b^*, указывающими на положение цвета в цветовом пространстве, и L^*, указывающей на интенсивность окраски и яркость цвета [5]. На основе значений a^*, b^* и L^* рассчитана величина общего цветового различия ?Е образцов.

По данным литературы неощутимые изменения характеризуются ?Е<0.5, заметные – ?Е> 1. 6, неприемлемые – ?Е>3.2² [6].

Статистическую обработку результатов выполняли, используя t-распределение Стьюдента [4].

Данные по влиянию различных видов спиртов в зависимости от времени экспозиции на качество нейтрализации тестовой бумаги приведены в Табл. 1.

Таблица 1. Влияние различных спиртов в зависимости от времени экспозиции на качество нейтрализации тестовой бумаги

Полученные результаты показали, что обработка нейтрализованных образцов различными спиртами в течение 10, 30 и 60 мин практически не влияет на величину рН и щелочного резерва.

Данные о физико-механических и оптических свойствах образцов тестовой бумаги после нейтрализации и последующей обработки спиртами, а также обработки контрольных образцов сведены в Табл. 2 и 3.

Результаты испытаний прочности на разрыв показывают, что значение показателя после обработок спиртами изменяется в пределах от 2 % до 10 %, т. е. в пределах погрешности метода измерения. Известно, что показатель сопротивления разрыву характеризует прочность связей между волокнами [7]. По данным испытаний можно заключить, что ни обработка спиртами, ни ее продолжительность не влияют на прочность связей между волокнами.

Прочность на излом изменяется от 12 % до 16 %, что также находится в пределах погрешности метода измерения. Следовательно, обработка спиртами не оказывает негативного влияния на прочность и эластичность волокон [7].

Результаты испытаний показали, что длительный контакт нейтрализованной бумаги со спиртами не ухудшает физико-механические свойства нейтрализованной бумаги.

Таблица 2. Изменение физико-механических свойств тестовой бумаги после нейтрализации и последующей обработки спиртами

Обработка только спиртами тестовой бумаги также не вызывает изменения прочностных свойств.

Измерение коэффициента отражения (Табл. 3) показывает, что после нейтрализации и последующей обработки спиртами бумага незначительно темнеет. Значения координат цвета a^*, b^* образцов после обработок смещаются в красную и желтую области, что объясняет увеличение значений желтизны. Значение общего цветового различия ?Е образцов бумаги после обработки находится в пределах 1.9–3.5, т. е. характеризуется как заметное. Наименьшие изменения оптических свойств бумаги отмечены после обработки 1 – бутанолом. Продолжительность обработки спиртами не оказывает влияния на изменение оптических свойств. При обработке образцов тестовой бумаги только спиртами изменения оптических свойств минимальны, значение общего цветового различия ?Е колеблется от 0.8 до 1.7, т. е. может быть характеризовано как незначительное. Значения ?Е меньше или равные 1 человеческим глазом не фиксируются.

Таблица 3. Изменение оптических свойств тестовой бумаги после нейтрализации и последующей обработки различными спиртами

Результаты исследования позволяют утверждать, что длительный контакт бумаги документов со спиртами не оказывает отрицательного действия спирта на нейтрализованную бумагу и качество ее нейтрализации.

На следующем этапе оценивали влияние длительности нейтрализации на ее качество и свойства обрабатываемой бумаги непосредственно после нейтрализации и в процессе искусственного тепловлажного старения в климатической камере «Binder» при 80 ^оС и 65 % влажности. Продолжительность обработки составила 10, 60, 120 и 180 мин. Оценивали физико-механические, химические и оптические свойства образцов бумаги.

Изменения физико-механических, оптических и химических свойств тестовой бумаги после нейтрализации различной продолжительности в процессе искусственного старения приведены в Табл. 4–6.

В процессе старения отмечено незначительное снижение прочности на разрыв всех образцов. Однако если у образца без обработки снижение значения показателя составляет 17 %, то у образцов, нейтрализованных в течение различного времени, снижение значения показателя находится в пределах от 5 до 12 %, что позволяет говорить лишь о тенденции к снижению. Удлинение при растяжении остается неизменным. Прочность на излом всех образцов также изменяется в пределах погрешности метода и составляет 4–25 % (Табл. 4). Продолжительность нейтрализации не влияет на прочностные свойства бумаги.

Таблица 4. Изменение физико-механических свойств тестовой бумаги после нейтрализации различной продолжительности в процессе искусственного старения

Результаты измерений показывают, что непосредственно после нейтрализации различной продолжительности оптические свойства тестовой бумаги практически не изменяются. В процессе последующего тепловлажного старения происходит уменьшение значений координаты L^*, что свидетельствует о потемнении образца. Увеличиваются значения координат a^* и b^*, что указывает на смещение цвета в красную и желтую области спектра соответственно, в 1.5–2 раза возрастает желтизна. Существенно снижается значение коэффициента отражения. Общие цветовые различия ?? достигают заметных значений, а в случае нейтрализации в течение 180 мин. максимально приближены к неприемлемым. При визуальном обследовании образцов отмечено, что после 6 суток старения образцы, нейтрализованные в течение 60, 120 и 180 мин., имеют неоднородный, с желтыми пятнами цвет поверхности. Оценка оптических свойств тестовой бумаги показывает, что наименьшие изменения характерны для бумаги, нейтрализованной в течение 10 мин: коэффициент отражения снижается на 13 % (контрольный образец – на 17 %), значение ?? равно 5.2 (контрольный образец – 6.08).

Таблица 5. Изменение оптических свойств тестовой бумаги после нейтрализации различной продолжительности в процессе искусственного старения

Таблица 6. Изменение химических свойств тестовой бумаги после нейтрализации различной продолжительности в процессе искусственного старения

Из данных Табл. 6 следует, что длительность нейтрализации влияет на значение показателей – значение рН водной вытяжки от слабощелочного при продолжительности нейтрализации 10 мин возрастает до щелочных значений при увеличении длительности обработки до 60 мин и более. После 12 суток искусственного тепловлажного старения значение рН образцов, обработанных в течение 10 мин, имеет нейтральное значение, остальных – щелочное. Однако динамика снижения этого показателя зависит от времени обработки. При наибольшей продолжительности нейтрализации снижение показателя составляет 4 %, при 120 мин. – 9 %, 60 мин. – 11 %, 10 мин. – 15 %. Значение рН контрольного образца снижается при этом на 9 %. Динамика снижения щелочного резерва в процессе старения также зависит от продолжительности обработки – чем дольше обработка, тем меньше снижается значение показателя: 10 мин. – 32 %, 60 мин. – 28 %, 120 мин. – 20 %, 180 мин. – 20 %.

В процессе определения значений щелочного резерва отмечено, что после 6 суток искусственного тепловлажного старения водный экстракт образцов бумаги, обработанных в течение 60, 120 и 180 мин., имеет желтую окраску, в то время как экстракт образца, нейтрализованного в течение 10 мин, бесцветный.

Результаты определения оптических свойств образцов бумаги с типографской краской (журнал «Новое время» 1985 г.) после нейтрализации различной продолжительности показывают, что цвет красочного слоя изменяется заметно, о чем свидетельствуют значения ?? (Табл. 7), причем длительность обработки не оказывает влияния на изменение цвета.

Таблица 7. Изменение оптических свойств образцов бумаги с типографской краской после нейтрализации различной продолжительности

Данные Табл. 8 демонстрируют, что тенденция изменения значения рН образцов бумаги с типографской краской, обработанных в течение 10, 60, 120, 180 мин., та же, что и в случае тестовой бумаги (Табл. 6).

Таблица 8. Значение рН водной вытяжки образцов бумаги с типографской краской

Вывод: Длительный контакт бумаги документа с нейтрализующим раствором и пропанолом (технология CSC BOOK SAVER) не ухудшает ее эксплуатационные свойства.

Литература

1. Добрусина С. А., Лобанова Н. А., Попихина Е. А., Быстрова Е. С., Беккер Э., Гешке А. Массовая нейтрализация бумаги книг и документов на установке CSC BOOK SAVER // Обеспечение сохранности памятников культуры: традиционные подходы – нетрадиционные решения: Материалы междунар. конф., 24–26 октября 2006 г. РНБ. СПб., 2006. С. 236–244.

2. Добрусина С. А., Лобанова Н. А., Вовк Н. С. Нейтрализация кислотности бумаги: за и против // Сохранение культурного наследия библиотек, архивов и музеев: Материалы науч. конф., 14–15 февраля 2008 г. БАН., СПб., 2008. С. 306.

3. Моррисон Р., Бойд Р. Органическая химия. М., 1974.

4. Гордон А., Форд Р. Спутник химика. М., 1976.

5. Как измеряют цвет и что такое цветовые модели? [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://wwm.com/ua/cgi/p/cgi?a=artful&prid=321lng=ru. Загл. с экрана.

6. Michalski S., Gignard C. Ultrasonic misting. Part 1. Experiments on appearance and improvement in bonding // JAIC. Vol. 36. 1977. Р. 109–126.

7. Фляте Д. М. Свойства бумаги. М., 1986.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.