СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕННЫХ ВЛАГОЙ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ ОРГАНИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ И ИЗДЕЛИЙ ИЗ НИХ Российский патент 2000 года по МПК F26B3/06 F26B5/16 

Изобретение относится к области реставрации музейных экспонатов и может быть использовано при восстановлении изделий из органических материалов, таких как книги, одежда, чучела, мебель и т.п.

Известен способ сушки капиллярно-пористых изделий и материалов (1). Способ включает сушку изделия в сушильном объеме с предварительным прогревом его при скорости изменения температуры 40 - 50^oC/ч.

Для решения задачи равномерного отвода влаги по толщине изделия применяют систему рециркуляции воздуха с частичным выбросом отработавшей паровоздушной смеси.

Недостатком данного способа является то, что нагрев изделия в камере осуществляется без слоя сорбента и с большой скоростью изменения температуры (40 - 50^oC/ч). При этом увлажненные изделия из материалов органического происхождения будут испытывать внутренние напряжения, приводящие к короблению и ухудшению показателей механической прочности, особенно в приграничном слое "твердое тело-воздух", вследствие резкого перепада температур и влажности.

Наиболее близким по технической сущности и общим признакам к предлагаемому является способ восстановления поврежденных влагой волокнистых материалов органического происхождения (2). Способ включает установку изделий в контейнеры, заполненные древесными опилками и сушку газообразным агентом в сушильном объеме. Этот способ частично решает задачу снижения коробления, но преимущественно, для изделий, выполненных из однородных материалов, например, подшивки газет, журналы в мягких обложках и т.п. за счет снижения разницы влажности на границе восстанавливаемого объекта и осушающего агента посредством установки слоя сорбента. Данный способ не дает возможность предотвратить коробление сложных объектов, таких как книги, одежда, чучела, мебель и т.п. и не учитывает скорости истечения влаги по объему объекта.

Однако снижение коробления, т.е. неравномерных изменений линейных размеров изделия с изменением его формы в пространстве или составляющих его элементов, не позволяет восстановить механические свойства изделия. Образующие бумагу древесные целлюлозные волокна, взаимодействие между которыми было нарушено расклинивающим действием влаги, при данных режимах сушки не восстанавливаются. Кроме того, некоторые изделия, например бумага проклеенная животным клеем, при сушке в неоптимальных условиях может подвергаться процессам перераспределения проклеивающего вещества по объему листа, что приводит к локальным изменениям прочности листа.

Аналогичные процессы изменения механических свойств протекают в тканевых материалах, пропитанных упрочняющими добавками. Их волокна также подвержены расклинивающему действию влаги. Изделия из древесины, папье-маше, чучела животных и птиц и т.д. подобным образом испытывают коробление и изменение механических свойств.

Изобретение позволяет предотвратить возникновение процесса коробления при восстановлении поврежденных влагой материалов органического происхождения и изделий из них, а также восстановить их механические свойства.

Это достигается тем, что в способе восстановления подверженных влагой волокнистых материалов органического происхождения и изделий из них, включающем установку восстанавливаемого объекта в контейнеры с древесными опилками и сушку газообразным агентом в сушильном объеме, предварительно кондиционируют до влагосодержания, соответствующего значению воздушно-сухого состояния при температуре стадии сушки, определенной из интервала 30 - 65^oC, при этом перед стадией сушки проводят предварительный прогрев восстанавливаемого объекта повышением температуры теплоносителя от значения установившегося в сушильном объеме до значения температуры стадии сушки со скоростью изменения температуры 0,1 - 2^oC/ч.

Наилучший результат по восстановлению структурно-механических свойств изделия может быть получен при выборе значения массового соотношения между восстанавливаемым объектом и древесными опилками из выражения P_о/P_и ≥ 0,5, где P_и - масса влажного волокнистого материала органического происхождения, P_о - масса кондиционированных древесных опилок.

Применение способа позволяет восстановить первоначальные механические свойства, присущие материалам, из которых выполнено изделие, такие как: разрывная длина, сопротивление излому, сопротивление разрушению, а также избежать неравномерного изменения линейных размеров с изменением формы изделия или материала в пространстве.

Сочетание приемов, представляющих собой предварительное кондиционирование опилок до влагосодержания, соответствующего значению воздушно-сухого состояния при температуре стадии сушки 30 - 65^oC, а также предварительный прогрев с определенной скоростью 0,1 - 2^oC/ч, восстанавливаемого объекта обеспечивает равномерный отток влаги из объема объекта, что исключает его пространственную деформацию и ухудшение механических свойств.

Использование сорбента, не прошедшего предварительного кондиционирования, приводит либо к слишком большой скорости удаления влаги, извлекаемой из восстанавливаемого изделия в том случае, если сорбент слишком сухой, либо замедления скорости сушки, если сорбент слишком влажный.

Все вышеперечисленные изделия из природных волокнистых материалов гидрофильны. Они легко смачиваются и плохо отдают влагу. При смачивании происходит расклинивание волокон материала и нарушение связи между волокнами. При быстром удалении влаги эти связи не восстанавливаются. При оптимизации процесса удаления влаги происходит релаксация и восстановление нарушенных связей между волокнами. При медленном удалении влаги кислород воздуха разрушает состав волокон более интенсивно, связи также нарушаются, вследствие чего механическая прочность изделия (материала) падает необратимо.

Для доказательства преимуществ способа авторами были проведены следующие исследования: в контейнер с древесными опилками, масса которых составила 500 г, кондиционированными в сушильной камере до влажности 4% при температуре 60^oC, была помещена влажная книга в кожаном переплете из бумаги, состоящей из 100% хлопковой целлюлозы. Исходная масса, т.е. масса сухой книги составила 350 г, а после увлажнения ее масса составила 750 г. Перед увлажнением книги были проведены измерения ее линейных размеров, которые составили: длина - 210 мм, высота - 297 мм, толщина - 10 мм. Установленное в контейнер изделие (книгу) предварительно прогревали от значения, установившегося в сушильном объеме 20^oC, со скоростью 1,5^oC в час. После достижения температуры 60^oC провели процесс сушки. Для оценки воздействия влаги на изделие по методике ГОСТов определялись три основных показателя (до и после увлажнения изделия): разрывная длина бумаги, характеризующая прочность бумаги (по ГОСТ 13525.1-79); сопротивление излому (по ГОСТ 13525.2-80); сопротивление раздиранию. Данные приведены в табл. 1, а также визуально определялась покоробленность.

По полученным результатам не обнаружено существенного снижения прочностных показателей бумаги и других изделий из природных гидрофильных волокнистых материалов. При смачивании данных материалов происходят расклинивание волокон материала изделий и нарушение связи между волокнами, и если в процессе сушки быстро удалять влагу, то эти связи не восстанавливаются. При медленном удалении влаги кислород воздуха разрушает состав волокон более интенсивно, также нарушая связи между волокнами изделий, вследствие чего механическая прочность восстанавливаемых материалов и изделий падает необратимо. Выполнение же условий предлагаемого способа восстановления поврежденных влагой материалов органического происхождения и изделий из них позволяет оптимизировать процесс удаления влаги, в результате чего происходит релаксация упругих искажений и восстановление нарушенных связей между волокнами.

Способ осуществляется следующим образом.

Древесные опилки помещают в сетчатые ящики или мешки и устанавливают в камеру для сушки. Кондиционирование их производят в интервале температур 30. . . 60^oC до влагосодержания соответствующего значению воздушно-сухого состояния. При этом ведут измерение влажности в камере и после установления ее значения постоянным опилки считаются готовыми к проведению последующих операций способа. Кондиционированными опилками заполняют межстеночные полости контейнера. Стенки контейнера выполняют из влаго-воздухо-проницаемых материалов. Они могут быть как пластичными, например из тканей, так и жесткими, например из мелкопористых полимерных материалов. Восстанавливаемые материалы органического происхождения и изделия из них такие как книги, одежда, чучела, мебель и т.п. после воздействия на них влаги, или огня и влаги, например при тушении пожаров, устанавливают в контейнер и помещают в камеру для сушки, а при невозможности спешной организации указанных работ по восстановлению объектов, их повергают замораживанию. При установке объекта в контейнер масса древесных опилок выбирается из условия (P_опилок/P_{изделия}) ≥ 0,5, где P_{изделия} - масса влажного волокнистого материала органического происхождения, P_опилок - масса кондиционированных древесных опилок. В сушильной камере и контейнерах ведут непрерывный контроль температуры и влажности. В сушильную камеру с оттоком воздуха помещается контейнер с древесными опилками и проводится предварительный прогрев повышением температуры теплоносителя от значения установившегося в сушильном объеме (комнатной температуры) до значения температуры стадии сушки. Скорость изменения температуры теплоносителя составляет 0,1 - 2^oC в час. По достижении необходимой температуры стадии сушки, выбранной из интервала 30 - 65^oC, проводят стадию сушки. При достижении номинального значения влажности процесс оканчивается. При попадании влаги на восстанавливаемые объекты, например на бумагу, целлюлозные волокна расклиниваются под ее воздействием, что приводит к изменению физико-механических свойств материала.

Аналогичные процессы изменения этих свойств протекают в тканевых материалах, пропитанных упрочняющими добавками, а также бумаг, проклеенных животным клеем. Их волокна аналогичным образом подвержены расклинивающему действию влаги. Изделия из древесины, папье-маше, чучела животных и птиц также испытывают коробление и изменение механических свойств. Сочетание приемов способа обеспечивает равномерный отток влаги из объема восстанавливаемого объекта, что обеспечивает предотвращение возникновения, а также позволяет восстановить его механические свойства.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 1325269, F 26 B 3/347, 84.11.01.

2. Сборник докладов Юбилейной научной конференции. Российская Академия Наук, Библиотека Российской Академии Наук. - СПб.: 1991, с. 131 и 132.

Способ восстановления поврежденных влагой волокнистых материалов органического происхождения и изделий из них включает установку восстанавливаемого объекта в контейнеры с древесными опилками и сушку газообразным агентом в сушильном объеме. При этом отличительной особенностью способа является то, что опилки предварительно кондиционируют до влагосодержания, соответствующего значению воздушно-сухого состояния при температуре стадии сушки в интервале 30 - 65^oС, при этом перед стадией сушки проводят предварительный прогрев восстанавливаемого объекта повышением температуры теплоносителя от значения установившегося в сушильном объеме до значения температуры стадии сушки со скоростью изменения температуры 0,1 - 2^oС/ч. Наилучший результат по восстановлению структурно-механических свойств изделия может быть получен при выборе значения массового отношения восстанавливаемого объекта к древесным опилкам из выражения (P_о/P_и) ≥ 0,5, где Р_и - масса влажного волокнистого материала органического происхождения; P_о - масса кондиционированных древесных опилок. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ восстановления поврежденных влагой материалов органического происхождения и изделий из них, включающий установку восстанавливаемого объекта в контейнеры с древесными опилками и сушку газообразным агентом в сушильном объеме, отличающийся тем, что опилки предварительно кондиционируют до влагосодержания, соответствующего значению воздушно-сухого состояния при температуре стадии сушки 30 - 65^oС, при этом перед стадией сушки проводят предварительный прогрев повышением температуры теплоносителя от значения, установившегося в сушильном объеме, до значения температуры стадии сушки со скоростью 0,1 - 2^oС/ч. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что массовое отношение восстанавливаемого объекта к древесным опилкам выбрано из условия (P_опилок/P_{изделия}) ≥ 0,5, где P_{изделия} - масса влажного волокнистого материала органического происхождения, P_опилок - масса кондиционированных древесных опилок.