Текст книги "Исследования в консервации культурного наследия. Выпуск 3"

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 ∆Ề 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 ∆Ề 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 ∆Ề (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.

В. Б. Дорохов, И. С. Колегаев. Использование современных технологий обеспечения микроклиматических условий сохранности музейных предметов – преимущества и риски

Проблемам создания микроклимата в экспозициях и музейных хранилищах посвящено множество работ. Выпущены нормативные документы, разработаны инструкции по хранению памятников и работе с ними.

Данная работа посвящена проблемам, возникающим при применении современных технологий обеспечения микроклиматических условий – систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха различных уровней технической сложности и алгоритма управления и локальных устройств, обеспечивающих микроклимат в ограниченном объеме.

Основной задачей при проектировании систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВК) для музеев и музейных фондов является обеспечение требуемых значений параметров воздушной среды и, что не менее важно, достаточного уровня их стабильности при обеспечении нормативного уровня комфорта для пребывающих в помещениях людей.

Все это должно быть предусмотрено в техническом задании (ТЗ), и закоренелая привычка музейщиков отдавать его составление в руки разработчиков заканчивается печально – разработчики формулируют ТЗ как им удобнее.

В этом направлении лабораторией музейной климатологии ГосНИИР была проделана работа по составлению задания на поддержание климатических условий для депозитарно-реставрационного центра музеев Московского Кремля. О значимости этой работы можно судить по оглавлению отчета:

1. Анализ требований к величинам параметров воздушной среды основных музейных помещений в ведущих музеях мира.

2. Анализ требований к алгоритмам обеспечения климатических условий сохранения экспонатов при проведении выставок – мировая практика и рекомендации.

3. Анализ рекомендаций ИКОМ и требований музейных организаций по вопросам освещения и характеристик светоцветовой среды. Предварительная оценка алгоритма обеспечения оптимальных параметров светоцветовой среды в помещениях центра.

4. Предварительная оценка алгоритмов обеспечения оптимальных параметров в помещениях центра.

5. Система хранительского мониторинга.

6. Принципы проектирования систем ОВК, обеспечивающих временную и пространственную однородность воздушных параметров для основных музейных помещений.

При разработке ТЗ основой является наличие нормативных документов. Самым ранним упоминанием обязательного национального стандарта в мировом музейном сообществе можно считать «Рекомендации по проектированию искусственного освещения в музеях» Министерства культуры СССР 1973 г.

В России таким стандартом до сих пор является «Инструкция по учету и хранению музейных ценностей, находящихся в государственных музеях СССР» 1985 г., практически без изменений в части климатологии утвержденная в 2009 г. К сожалению, попытки усовершенствовать данную инструкцию в соответствии с современными требованиями, предпринятые отдельными организациями в последние годы, не имели успеха. Причина этого банальна: к разработке национального документа, определяющего условия хранения музейных ценностей необходимо привлекать музейную общественность – ни одна организация в одиночку не сможет создать нормативный документ, принимаемый музейным сообществом.

Для решения задач хранения весьма важной является другая функция – «внутренняя» – коммуникативная функция стандартов. Внутреннее признание нормативов хранения позволит вырабатывать оптимальные решения по сохранению коллекций совместно хранителями, проектировщиками систем и архитекторами, эксплуатационными службами.

Принципы проектирования систем ОВК. Основной задачей при проектировании систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВК) для музейных помещений является обеспечение требуемых значений параметров воздушной среды и, что более важно, высокого уровня их стабильности при обеспечении достаточного уровня комфорта для пребывающих в помещениях людей. Надежность оборудования и возможность экстренного ремонта при выходе из строя отдельных узлов является принципиальным требованием для музейных помещений, в особенности хранилищ. В отличие от людей, которые могут быстро переместиться в другое помещение или здание при поломке системы ОВК, экстренное перемещение экспонатов, также как их пребывание в изменившейся атмосфере, чревато повреждениями экспонатов.

При этом необходимо принимать во внимание некоторые существенные факторы.

Поддержание заданных условий во всей зоне хранения

Учитывая различные требования к объектам хранения, при проектировании музеев возникает требование возможности настройки и перенастройки систем ОВК для обеспечения стабильности параметров микроклимата во всем объеме помещения и во всем диапазоне, предписанном музейными нормативами.

Второе условие для проектирования состоит в том, что системы ОВК должны предусматривать возможность индивидуального регулирования подвижности воздуха в отдельных частях помещения, в пределах допустимого диапазона параметров.

Оценка вновь созданных систем ОВК

Необходимо тестировать новые системы ОВК музеев при их вводе в эксплуатацию на соответствие условиям хранения по всему объему помещения. По результатам тестирования должны выбираться места установки датчиков как системы управления, так и хранительской системы мониторинга.

Накопленный опыт проектирования, монтажа и эксплуатации новых систем кондиционирования воздуха (ОВК) в новых и эксплуатируемых зданиях музеев обобщен нами на понимании очевидного положения – стоимость создания и эксплуатации ОВК несопоставима с возможными потерями культурного наследия вследствие ошибок в проектировании и монтаже, а также нарушений в расчетном режиме эксплуатации.

Опираясь на наш опыт и опыт ведущих музеев при создании и эксплуатации ОВК очень важными являются следующие аспекты:

1. Системы ОВК должны быть обеспечены достаточной тепловой и электрической мощностью с учетом всех возможных погодных аномалий и высокой посещаемости в отдельные периоды.

2 Системы ОВК должны иметь «горячий резерв» своих узлов, т. к. бесперебойность работы таким систем становится принципиальным требованием.

3. Отдельные блоки помещений с «однородными» предметами хранения должны иметь независимое регулирование систем ОВК, позволяющее отрабатывать оптимальные алгоритмы поддержания параметров микроклимата в зависимости от объектов хранения и режимов посещаемости.

4. Системы ОВК должны управляться датчиками, расположенными в местах, адекватно отражающих условия хранения в данном помещении, и имеющими достаточно высокий класс точности.

5. Воздухораспределительные и воздухозаборные устройства ОВК должны, с одной стороны, обеспечивать малую подвижность воздуха (до 0,1–0,2 м/с) вблизи открытых экспонатов (т. е. незащищенных витринами, кассетами и шкафами), а с другой стороны – исключить образование застойных зон. Для этого должны быть предусмотрены широкие возможности для регулирования устройств ОВК по данным не только своей системы управления, но также по данным хранительского мониторинга.

6. Очень важным требованием к регулированию системы ОВК фондохранилищ является требование обеспечения акклиматизации коллекций, переносимых из старых хранилищ, не оборудованных современными системами. Режим акклиматизации должен разрабатываться с учетом изучения условий в старых хранилищах не менее чем за один годовой цикл изменений климатических условий до перемещения коллекций.

Условия сохранности экспонатов в свете тенденций развития музеев – все менее хранилище и все более выставка. При проектировании новых музейных зданий следует обратить внимание на увеличивающуюся тенденцию музеев размещать свои коллекции на выставках в своих залах и в других музеях. Эта есть часть общего движения к децентрализации и демократизации коллекций. Таким образом, необходимо найти более новые и улучшенные методы подготовки объектов к выставке и путешествию. В этом контексте следует развивать учет таких экологических факторов, как относительная влажность, температура (и динамика их изменения), воздушные потоки, загрязнители воздушной среды, свет и различного рода вибрации. Результатом такого развития должно стать значительное расширение знаний хранителей либо подготовка новых специалистов по проблемам перевозки экспонатов и проведения выставок, которые могут оценить, проконтролировать и принять меры по улучшению окружающих условий во время путешествий и показов. Такой человек, – назовем его условно «охранник выставок» – будет формулировать потребности, необходимые для сохранности экспонатов, не только хранителям, но также и архитекторам, проектировщикам выставки.

Применение изолированных объемов для сохранения памятников культуры

Зачастую для сохранения музейных объектов гораздо проще наладить тепловлажностные условия в изолированном объеме, чем заниматься нормализацией режима во всем объеме помещения. Лаборатория музейной климатологии ведет различные работы в данном направлении. Например работы 2009–2010 гг.

Создание киотов для обеспечения сохранности икон в действующей церкви

В последнее время происходит процесс передачи объектов музейного хранения – в первую очередь икон – в церковь. В 2009 г. с просьбой о помощи в лабораторию обратился Псковский музей-заповедник по поводу передачи иконы Спас Елеазаровский. Было проведено ознакомление с информацией о передаче и сохранении древних икон при помощи киотов в действующих церквях. Анализировалась информация о следующих иконах:

♦ Тихвинская икона Божией Матери – киот расположен в Успенском соборе – Тихвинский Богородичный Успенский мужской монастырь (с 2004 г.).

♦ Владимирская икона Божией матери – церковь Николы в Толмачах (с 1999 г.).

♦ Икона Боголюбской Божией Матери – Успенский собор Княгинина монастыря г. Владимира.

♦ Толгская икона Божией Матери – Толгский монастырь, Ярославская область.

♦ Икона «Богоматерь Торопецкая» – храм Александра Невского, Московская область (с 2009 г.).

♦ Икона Божией матери «Знамение» – Софийский собор, г. Великий Новгород.

Основываясь на опыте лаборатории и используя результаты анализа пребывания икон в различных храмах в киотах различного уровня сложности, в лаборатории было разработано техническое задание на проектирование киота для иконы Спас Елеазаровский.

В настоящее время киот создан, икона передана в монастырь. Ведется отработка режимов хранения иконы в действующем храме, включающая нормализацию климата в самом храме. Используются климатические данные об истории сохранения иконы в Псковском музее – это необходимо для акклиматизации иконы. При разработке использованы различные технологии поддержания относительной влажности в киоте, температура в нем зависит от температуры в соборе. Установлена система радиоконтроля параметров.

Приведены фотографии собора и киота – оформление киота еще не закончено (ил. 1 и 2).

Проведенный при участии лаборатории процесс передачи иконы может служить образцом системного подхода к передаче музейных ценностей – изучение тепловлажностных условий сохранности в музее и в храме, разработка ТЗ на проект киота под конкретный объект и конкретные условия в храме, обеспечение мониторинга тепловлажностных условий сохранности после передачи иконы.

Образцом изучения изолированных объемов может служить наше исследование эффективности климатических рамок для сохранения плоских музейных объектов (фотографии, графика и т. д.). В мае – июне 2010 г. были проведены испытания климатической рамы PROTECT фирмы HALBE, Германия. Моделировался близкий к максимальному разброс параметров для музейных помещений без системы кондиционирования. Испытания проходили в климатической камере с управляемыми параметрами воздушной среды.

При испытаниях был охвачен следующий диапазон изменений параметров наружной среды (т. е. в объеме климатической камеры) – относительная влажность (ОВ) от 23 % до 88 %, температура от 21,2°С до 29,3°С.

Обработка результатов исследований показала следующее:

♦ Скачок относительной влажности величиной в +40 % при поддерживаемой температуре приводит к увеличению ОВ внутри рамки на величину 0,2–0,3 %.

♦ Скачок относительной влажности – 20 % длительностью 3–5 часов при поддерживаемой температуре приводит к уменьшению ОВ внутри рамки на величину 0,2–0,4 %.

♦ Коэффициенты корелляции между ОВ внутри и снаружи рамки менее 0,2 – при периодических изменениях ОВ величиной 20–30 % во внешней среде.

Данные испытаний приведены на рисунке. Можно наглядно оценить стабильность относительной влажности внутри рамки относительно колебаний влажности в камере.

Ил. 3. Зависимость ОВ внутри рамки от ОВ в климатической камере

Проведенные испытания показали высокую стабильность относительной влажности внутри климатической рамы (изменения меньше, чем допустимые значения скачков параметров) при скачках параметров воздуха, превышающих характерные для музейных помещений в течение рабочего дня – при интенсивных экскурсиях и проветриваниях.