СОРБЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОБЪЕКТОВ КУЛЬТУРНОГО НАСЛЕДИЯ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В ПРОЦЕССЕ ХРАНЕНИЯ И ЭКСПОНИРОВАНИЯ Российский патент 2004 года по МПК B01J20/28 

Изобретение относится к области получения сорбционного материала, предназначенного для использования в музейных витринах, контейнерах, чехлах и шкафах в хранилищах фондов библиотек и музеев с целью защиты объектов культурного наследия от воздействия окружающей среды в процессе хранения и экспонирования путем адсорбции водяных паров и нейтрализации летучих органических соединений.

Аналогом заявленного технического решения является абсорбирующий нетканый материал, получаемый из холста минеральных волокон полиолефиновой группы, в частности из полипропиленовых волокон толщиной 1-4 мкм, одной из своих поверхностей материал, толщина которого 0,5-5 мм, хорошо впитывает различные жидкости, а соединение в нем индивидуальных минеральных волокон обеспечивается иглопрокалыванием или прошиванием минерального холста [Опубликовано в бюллетене “Изобретения стран мира”, Вып. 052 №04/97, патент FR 2721330 A1, D 04 H 1/44].

Прототипом заявленного технического решения является устройство для создания определенной влажности внутри отдельных музейных витрин с помощью силикагеля. Регулирующее влажность вещество - хлопчатобумажный пакет с гранулами силикагеля, размеры которых 2,5-6 мм, помещается в специальные лотки из полистирена, которые утоплены в стальном углублении основания. Для достижения оптимального эффекта силикагель в лотке располагается тонким (3-4 см) слоем. Такое расположение максимально приближает его к выставленным в витрине предметам и в то же время сокращает объем воздуха, нуждающегося в кондиционировании. Для обеспечения циркуляции воздуха между отсеком с силикагелем и экспозиционным пространством витрины в разделяющей их перегородке просверлены отверстия. Сама перегородка, покрытая тканью, крепится на четырех металлических штырях, расположенных по углам находящегося под ней внутреннего выступа основания. В целях безопасности основание с лотком, колпак из акрилика и перегородка скреплены специальными болтами. Воздухообмен с окружающей средой сокращен с помощью прокладки между металлическим основанием и колпаком из акрилика [Опубликовано в журнале “Museum” №146, 1985 г., “Модификация витрин с целью регулирования температуры и влажности”, авт. Брайен Рэмер].

Однако данное устройство содержит хлопчатобумажный пакет с гранулами силикагеля, который возможно располагать только в горизонтальном положении по отношению к экспонируемому предмету, т.к. гранулы в нем не закреплены. Пакет с силикагелем расположен к экспозиционному пространству витрины одной своей стороной, что при удовлетворительных показателях сорбции требует достаточно длительного времени взаимодействия силикагеля с водяными парами, находящимися в витрине. Пространство между силикагелем и выставленными в витрине предметами достаточно велико и разделено тканью хлопчатобумажного пакета, воздушным зазором, перегородкой с отверстиями и покрывающей ее тканью. Устройство предназначено только для сорбции водяных паров в замкнутом пространстве витрины с применением силикагеля, однако следует отметить, что в кондиционируемом воздухе содержатся также летучие органические соединения, выделяемые самими экспонатами или отдельными составляющими витрины, а также поступающие из внешней среды.

Техническим результатом заявленного решения является создание сорбционного материала для защиты объектов культурного наследия от воздействия окружающей среды в процессе хранения и экспонирования, с равномерно распределенными и закрепленными в нем частицами сорбента, который возможно располагать по отношению к экспонируемым или хранящимся предметам в различных плоскостях, например в чехлах для хранения военной формы, что увеличивает поверхность взаимодействия сорбента с воздушной средой. Возможно расположение сорбционного материала, при котором доступ к сорбенту происходит с обеих сторон материала, что также увеличивает поверхность взаимодействия сорбента с воздушной средой, при расположении поверхности материала одной стороной по отношению к предмету возможно использование материала, верхний слой которого обладает минимальной поверхностной плотностью, что сокращает пространство между частицами сорбента и пространством слоя, обращенного к экспонируемым или хранящимся предметам, а следовательно, ускоряет процесс сорбции. В случае, когда необходима сорбция небольших количеств водяных паров, возможно использование в качестве сорбента цеолита или смеси силикагеля с цеолитом, что обеспечивает одновременную сорбцию водяных паров и дополнительно адсорбцию летучих органических соединений, например: адсорбцию диоксидов азота и углерода, вредных окислителей (таких как диоксид серы и перекись водорода), восстановителей (такие как сульфид водорода) и различных растворителей (аммиака).

Поставленная задача достигается за счет того, что сорбционный материал для защиты объектов культурного наследия от воздействия окружающей среды в процессе хранения и экспонирования состоит из двух слоев волокнистого материала с находящимися между ними равномерно расположенными частицами сорбента с размером до 6 мм, волокнистые слои выполнены из химических волокон или их смеси с натуральными волокнами в количестве до 20% при линейной плотности волокон 0,17-0,4 текс, при этом поверхностная плотность верхнего слоя составляет 80-100 г/м, нижнего слоя 120-300 г/м, количество сорбента между слоями составляет 800-1500 г/м, и слои соединены иглопробивным способом, в качестве сорбента также используют силикагель с размером пор 10-100, или цеолит с размером пор 3-10, или смесь из частиц упомянутого цеолита и упомянутого силикагеля при их отношении 1:(2-6).

На фиг.1 представлен общий вид сорбционного материала для защиты объектов культурного наследия от воздействия окружающей среды в процессе хранения и экспонирования, где:

1 - верхний волокнистый слой из химических волокон или их смеси с натуральными, с поверхностной плотностью 80-100 г/м²;

2 - равномерно расположенные частицы сорбента, например: цеолита, силикагеля, или их смеси;

3 - нижний нетканый волокнистый слой из химических волокон или их смеси с натуральными, с поверхностной плотностью 120-300 г/м².

Пример А. Волокнистые слои сорбционного материала для хранения музейных экспонатов выполнены из химических волокон 0,17-0,4 текс или их смеси с натуральными, представляющих собой волокнистые холсты, сформированные на чесальной машине с поверхностной плотностью 80-100 г/м² для верхних слоев и 120-300 г/м² для нижних слоев (табл.1). Между волокнистыми холстами (слоями) равномерно расположен сорбент в виде частиц в количестве 800-1500 г/м². В зависимости от того, содержание каких веществ необходимо регулировать в определенном воздушном объеме, в качестве сорбирующего элемента используется силикагель, цеолит или их смесь (табл.2). Силикагель, частицы которого имеют высокую пористость (10-100), позволяет создать определенную влажность путем адсорбции или десорбции водяных паров, цеолит обладает меньшей адсорбцией водяных паров, но способен к адсорбции диоксидов азота и углерода, вредных окислителей (таких как диоксид серы и перекись водорода), восстановителей (такие как сульфид водорода) и различных растворителей (аммиака). Применение смеси силикагеля с цеолитом позволяет осуществлять адсорбцию летучих органических соединений и оптимизацию влажности в закрытых герметизированных объемах. Волокнистые слои соединены между собой иглопробивным способом с невысокой плотностью прокалывания 40·10⁴ м^-2, для того чтобы иглы машины при операции иглопрокалывания не раздробляли частицы сорбента. Использование технологии иглопрокалывания позволяет получать нетканый материал с достаточной воздухопроницаемостью наружных холстов (слоев), для того чтобы расположенный между ними частицы сорбента взаимодействовали с воздушным объемом внутри музейных витрин, контейнерах, чехлах и шкафах в хранилищах фондов библиотек и музеев, адсорбируя водяные пары и нейтрализуя летучие органические соединения.

Заявляемый сорбционный материал для защиты объектов культурного наследия от воздействия окружающей среды в процессе хранения и экспонирования получают путем совмещения и скрепления двух волокнистых холстов, наработанных предварительно из химических волокон линейной плотностью 0,17-0,4 текс, или их смеси с натуральными с содержанием в материале до 20%. Волокнистую массу предварительно разрыхляют, затем подают на чесальную машину, где вырабатывают волокнистые холсты прочеса. На иглопробивной машине марки ИМ-1800М-1 полученный волокнистый холст для нижнего слоя с поверхностной плотностью 120-300 г/м² подвергается одностороннему иглопрокалыванию (иглы расположены в шахматном порядке вертикально относительно холста, глубина прокалывания 7-12 мм). Число проколов составляет 40×10⁴ на 1 м². На полученном иглопробивном холсте равномерно распределятся 800-1500 г/м² частиц сорбента (силикагеля, цеолита или их смеси). Поверх частиц накладывают верхний волокнистый слой в виде холста из прочеса с поверхностной плотностью 80-100 г/м. После чего оба волокнистых слоя и распределенные между ними частицы сорбента подвергаются операции иглопрокалывания с числом проколов 40×10⁴ на 1 м², в результате чего формируется нетканый материал с поверхностной плотностью 200-400 г/м² и числом проколов верхнего слоя 40×10⁴ на 1 м² и числом проколов нижнего слоя 80×10⁴ на 1 м².

Характеристики сорбционного материала для защиты объектов культурного наследия от воздействия окружающей среды в процессе хранения и экспонирования приведены в табл. 3.

Пример В. В витрину объемом 1 м³ с концентрацией формальдегида в воздушном объеме 0,06 мг/м³ было заложено 0,8 м² сорбционного материала поверхностной плотностью 1380 г/м², выполненного из лавсановых волокон с содержанием хлопка 10%, в качестве сорбирующего элемента использовался цеолит с размером пор 10в количестве 1000 г/м², спустя двое суток концентрация формальдегида снизилась до 0,035 мг/м³, что согласно ПДК является допустимым.

Пример С. В витрину объемом 0,03 м³, предназначенную для экспонирования предметов нумизматики, с концентрацией уксусной кислоты в воздушном объеме 0,5 мг/м³ было заложено 0,15 м² сорбционного материала поверхностной плотностью 1200 г/м², выполненного из лавсановых волокон, в качестве сорбирующего элемента использовался цеолит с размером пор 4 в количестве 1000 г/м², спустя двое суток концентрация уксусной кислоты снизилась до 0,01 мг/м³, что согласно ПДК является допустимым.

Остальные примеры приведены в табл.3.

Во всех приведенных выше примерах достигнута равномерность распределения и закрепления частиц сорбента, что обеспечивает сорбцию водяных паров материалом в пределах 82,1-452,8 см³/м². В соответствии с примерами В, С, 30-34 и 37-40 материал способен к сорбции летучих органических соединений (в частности, аммиака в примерах 32-36 и 39-42 в пределах 0,8-58,5 см³/м²).

Сорбционный материал, в состав которого входит силикагель (примеры 15-31, 34-38, 41-42), способен к сорбции и десорбции водяных паров. Заявляемый сорбционный материал так же, как и прототип, возможно использовать для поддержания определенной влажности в замкнутых герметизированных объемах. Для этого сорбционный материал, содержащий силикагель, предварительно доводят до необходимых показателей влажности, составляющих 20-40% для металла, оружия, доспехов, нумизматики, археологических предметов; 40-60% для живописи, тканей, графики, деревянной скульптуры, изделий из кожи, папируса; 55-65% для изделий с жемчугом и бирюзой, гипсовой и мраморной скульптуры. В случае использования материала для понижения влажности воздушной среды необходимо применять сорбционный материал в сухом виде (все вышеперечисленные примеры).

Срок использования сорбционного материала зависит от условий эксплуатации. Применение в качестве сорбирующего элемента индикаторного силикагеля дает возможность наглядно определять степень насыщения сорбента по изменению его цвета. Возможна регенерация материала, содержащего силикагель, сушкой его при температуре до 105°С.

Сорбционный материал можно располагать в различных плоскостях по отношению к экспонируемым или хранящимся предметам, например выкладывать дно и боковые стенки витрин, коробок, ящиков или футляров, что способствует равномерному распределению сорбирующих частиц в пространстве герметизированных объемов, а следовательно, способствует сокращению пространства между экспонируемым или хранящимся предметом и поверхностью сорбционного материала, обеспечивая нормальный ход процесса сорбции.

В примерах 38, 40 и 42 при высоких показателях сорбции происходит незначительное снижение прочности материала, это связано с высокой плотностью распределения сорбента, что препятствует нормальному скреплению волокон в материале во время операции иглопрокалывания, материал с такими характеристиками предпочтительнее использовать для расположения на горизонтальной поверхности. В случаях, когда необходима большая прочность сорбционного материала, например для подвешивания полос материала в шкафах хранилища или для закрепления в чехлах для хранения одежды, а также для использования сорбционного материала больших линейных размеров, рекомендуются применять сорбционный материал в соответствии с примерами 21, 22, 25, 26, 29, 30, 33, 41.

Возможно применение сорбционного материала для защиты от повышенной влажности и летучих органических соединений при транспортировках музейных предметов. Так как сорбционный материал выполнен из волокон, то помимо прямого назначения он будет защищать предметы и от механических повреждений.

В примерах представлены две марки силикагеля и один вид цеолита, а также их смеси, другие марки силикагеля и виды цеолита при использовании их в материале в качестве сорбирующего элемента имеют схожие показатели.

Выбор линейной плотности волокон (табл.1) обусловлен выбором технологии производства сорбционного нетканого материала.

Выбор цеолита с размерами пор 4 в примере С обусловлен тем, что такой размер пор цеолита достаточен для способности поглощать уксусную кислоту.

Использование в материале натуральных волокон более 20% нежелательно, т.к. это будет способствовать образованию плесени и грибов в условиях повышенной влажности.

Использование технологии иглопрокалывания позволяет избежать использования связующего, что положительно сказывается на экологии в ходе производственного процесса и дальнейшей эксплуатации материала, а также позволяет получать нетканый сорбционный материал, состоящий из волокнистых холстов с достаточной воздухопроницаемостью, для того чтобы находящийся между ними сорбирующий элемент взаимодействовал с атмосферой внутри музейных витрин, контейнеров, чехлов и шкафов в хранилищах фондов библиотек и музеев, адсорбируя водяные пары и нейтрализуя летучие органические соединения.

Все физико-механические испытания проводились с использованием следующих ГОСТов и методических указаний:

Определение прочности по ГОСТ 15902.3-79.

Определение воздухопроницаемости по ГОСТ 12088-77.

Определение сорбции водяных паров проводили по методике, описанной в работе Койтова Ж.Ю. Разработка методов оценки и влияния влаги на физико-механические свойства термостойких химических волокон и нитей: Дисс. канд. техн. наук. - Санкт-Петербург, 1992.

Определение содержания формальдегида в воздушной среде проводились по МУ 1696-77; содержание уксусной кислоты по МУ 1683-77; содержание аммиака по МУ 1637-77.

Изобретение относится к области получения сорбционного материала, предназначенного для использования в музейных витринах, контейнерах, чехлах и шкафах в хранилищах фондов библиотек и музеев. Сущность изобретения в том, что сорбционный материал для защиты объектов культурного наследия от воздействия окружающей среды в процессе хранения и экспонирования состоит из двух слоев волокнистого материала с находящимися между ними равномерно расположенными частицами сорбента с размером до 6 мм, волокнистые слои выполнены из химических волокон или их смеси с натуральными волокнами в количестве до 20% при линейной плотности волокон 0,17-0,4 текс, при этом поверхностная плотность верхнего слоя составляет 80-100 г/м², нижнего слоя 120-300 г/м², количество сорбента между слоями составляет 800-1500 г/м², и слои соединены иглопробивным способом, в качестве сорбента также используют силикагель с размером пор 10-100, или цеолит с размером пор 3-10, или смесь из частиц упомянутого цеолита и упомянутого силикагеля при их отношении 1:(2-6). Техническим результатом является создание сорбционного материала для защиты объектов культурного наследия от воздействия окружающей среды в процессе хранения и экспонирования, с равномерно распределенными и закрепленными в нем частицами сорбента, который возможно располагать по отношению к экспонируемым или хранящимся предметам в различных плоскостях, например в чехлах для хранения военной формы, что увеличивает поверхность взаимодействия сорбента с воздушной средой. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Сорбционный материал для защиты объектов культурного наследия от воздействия окружающей среды в процессе хранения и экспонирования, состоящий из двух слоев волокнистого материала с находящимися между ними равномерно расположенными частицами сорбента размером до 6 мм, отличающийся тем, что волокнистые слои выполнены из химических волокон или их смеси с натуральными волокнами в количестве до 20% при линейной плотности волокон 0,17-0,4 текс, при этом поверхностная плотность верхнего слоя составляет 80-100 г/м², нижнего слоя 120-300 г/м², количество сорбента между слоями составляет 800-1500 г/м² и слои соединены иглопробивным способом.2. Сорбционный материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют силикагель с размером пор 10-100 , или цеолит с размером пор 3-10, или смесь из частиц упомянутого цеолита и упомянутого силикагеля при их соотношении 1:(2-6).