Активное вещество для удаления кислотности печатного материала

1 Данное изобретение относится к веществам для удаления кислотности печатного материала. С тех пор как в 1844 году была изобретена древесная масса, во всем мире вся печатная продукция подвергалась разложению за счет присущей ей кислотности. Для того чтобы сберечь культурное богатство, хранящееся в биллионах документов, были проведены многочисленные эксперименты с целью снижения кислотности бумажного материала. Эти эксперименты можно разделить на три группы: 1. Мокрая обработка. 2. Газовая обработка. 3. Сухая обработка щелочным порошком. Было доказано, что мокрая обработка с использованием таких растворов, как перекись и другие, является наиболее опасным способом обработки ценных документов, страницы при этом становятся покоробленными или скрученными, и, в некоторых случаях, такая обработка даже может вызвать растворение чернил и появление потеков. Использование газов, таких как пары морфолина и др., требует применения дорогостоящей вакуумной камеры и также увеличивает время цикла обработки. Сухая обработка щелочными порошкообразными веществами часто оказывалась безуспешной из-за неоднородного нанесения порошка и эффективности вещества. Способ удаления кислотности печатного материала и вещество согласно ограничительной части п.1 формулы описаны в патенте США 5,433,827. В этом способе страницы книги приводят в контакт с бумагой, покрытой высококонцентрированным удаляющим кислотность веществом и механически сжимают страницы книги и бумагу в течение нескольких дней при высокой влажности, более 75%, предпочтительно 97% относительной влажности. В качестве вещества, удаляющего кислотность, используются карбонаты щелочных и щелочно-земельных металлов. Альтернативный вариант удаления кислотности заключается в распылении на страницы карбоната кальция или карбоната магния. Способ основан на процессе миграции ионов вещества, удаляющего кислотность, и потому в значительной степени зависит от давления и влажности. Описанный способ также является трудоемким и его проведение занимает от одного дня до нескольких недель. Поэтому главной целью изобретения является разработка быстрореагирующего активного вещества для удаления кислотности печатного материала, в частности книг в переплете. Качество бумаги должно быть вторичным по степени важности, то есть активное вещество должно быть универсальным настолько, насколько это возможно. Оно не должно портить или изменять печатный материал. Активное вещество должно быть нанесено равномерно по всей поверхности 2 бумаги и создавать один и тот же уровень рН от первой до последней страницы книги. Эта цель достигается с помощью активного вещества, обладающего качествами, заявленными в п.1. Активное вещество согласно п.1 отличается хорошей адгезией на поверхности бумаги и,благодаря присутствующей в нем остаточной влажности, объемно (трехмерно) распределяется по бумаге. Предпочтительные варианты осуществления описаны в зависимых пунктах формулы изобретения. Смесь, описанная в п.2, обеспечивает конечное рН от 9,0 до 9,5, то есть на бумаге остается избыток щелочи, который нейтрализует любое дальнейшее развитие кислотности. Было доказано, что смесь, полученная согласно п.3, может быть успешно применена для доведения величины рН до значений от 8,2 до 8,5 и использована для обработки документов,пострадавших в меньшей степени. Альтернативно может быть использована смесь по п.4, при этом конечное значение рН регулируется в диапазоне от 7,2 до 7,5. Добавление полистирольных шариков согласно п.5 увеличивает текучесть и, за счет этого, способность к перемещению и способность к доставке активного вещества. Для иллюстрации изобретения можно использовать, например, установку, изображенную на нижеприведенных чертежах. Фиг. 1 представляет собой изображение приемного устройства для печатного материала,который можно развернуть веером; фиг. 2 представляет собой вид сверху боковых частей приемного устройства, показанного на фиг. 1; фиг. 3 представляет собой сечение через боковые части согласно фиг. 2; фиг. 4 представляет собой общий вид устройства для удаления кислотности с открытой навесной крышкой; фиг. 5 представляет собой увеличенное изображение деталей, показанных на фиг. 4, с книгами и карточками, помещенными в устройство; фиг. 6 представляет собой изображение частей устройства, показанных на фиг. 5, в их рабочем положении, демонстрируя раскрытие веером печатного материала; фиг. 7 представляет собой увеличенное изображение устройства для подвода воздуха,показанного на фиг. с 4 по 6; фиг. 8 представляет собой неполное сечение устройства для подвода воздуха согласно фиг. 7; фиг. 9 представляет собой вид сверху устройства для подвода воздуха, показанного на фиг. 8, повернутого на 90; 3 фиг. 10 представляет собой изображение,приведенное на фиг. 4, без приемного устройства; фиг. 11 представляет собой вид сзади устройства, показанного на фиг. 4 и 10, с закрытой навесной крышкой; фиг. 12 представляет собой вид спереди устройства с закрытой навесной крышкой; фиг. 13 представляет собой упрощенную пневматическую схему всей установки; и фиг. 14 представляет собой расширенную упрощенную пневматическую схему. На фиг. 1 показано приемное устройство 1 в виде подставки для печатного материала, в частности книг, брошюр и аналогичного этому. Подставка оснащена держателями 2' и 2 с левой и с правой части соответственно. Эти держатели имеют множество отверстий для воздуха 3. Книги меньшего размера 5 помещают на простую подставку 4 таким образом, чтобы их края были расположены на той же высоте, что и края других печатных материалов 6', в данном случае брошюры. Держатели 2, 2' с краев снабжены крышками 7 и закреплены на поддерживающих и транспортировочных полосах 8. Сечение, приведенное на фиг. 3, представляет собой разрез по линии А-А, как показано на фиг. 2. Это позволяет видеть, как поток S внутри держателей 2, 2' формирует поток в отверстиях, присасывает обложку книги в разные стороны и раскрывает книгу. По существу, устройство согласно фиг. 4 включает закрывающийся ящик 10, который снабжен закрывающимися частями 13', с расположенной внутри него подставкой 1. На передней части навесной крышки ящика 10, обозначенной номером 11, расположено смотровое окно 12, закрывающиеся части 13 и ручки 14. На навесной крышке 11 подвижно закреплена коробчатая вентиляционная решетка 15 с пластиной 16, через которую происходит выход воздуха, для чего она снабжена воздуховыпускными отверстиями 17. Герметизированный направляющий стержень 18, который в данном случае выступает за край вентиляционной решетки 15, предусматривает продольное смещение вентиляционной решетки 15. Низконапорный вентилятор 19 а смонтирован под ящиком 10 и с помощью отсасывающего шланга большого объема 20 и шланга аналогичного типа для подвода воздуха 21 засасывает воздух из внутренней части ящика 10 и подает его снова через вентиляционную решетку 15 и воздуховыпускные отверстия 17. Снаружи ящика 10 дополнительно расположен охлаждающий узел 22, соединенный с ним посредством шлангов 23. На фиг. 5 навесная крышка 11 (не показана) открыта, и таким образом показано расположение вентиляционной решетки 15. В данном случае в горизонтальной проекции хорошо вид 004082 4 ны параллельные ряды сдвинутых относительно друг друга воздуховыпускных отверстий 17. Расстояние между рядами параллельных воздуховыпускных отверстий 17, расположенных друг за другом с некоторым сдвигом, обозначено как R. На фиг. 6 навесная крышка 11 закрыта, и установка находится в работе, в ходе которой вентиляционная решетка 15 двигается взад и вперед с постоянной скоростью, характеризуемой +v и -v на расстояние R - сравните с фиг. 5. Страницы печатного материала 5, 6, 6' индивидуально перелистываются потоком S и покрываются активным веществом. На фиг. 7 более детально показан направляющий стержень 18 со скользящей втулкой 27,которая дополнительно защищена от загрязнения активным веществом с помощью сильфонного компенсатора (не показан). Приведенный на фиг. 8 разрез относится к сечению по линии В-В, показанному на фиг. 7, и более точно показывает коробчатую структуру вентиляционной решетки 15. Последняя закреплена на навесной крышке 11 с помощью подвески/направляющего устройства 28 и закрыта пластиной для выхода воздуха 16, снабженной воздуховыпускными отверстиями 17. На фиг. 9 показано направление движенияv решетки 15, выполненной в виде коробки, а также, с правой стороны, показан гибкий шланг 21 для подвода воздуха с соединительной частью 21'. На фиг. 10 можно видеть те же детали, что и на фиг. 4, только в данном случае приемное устройство 1 удалено для того, чтобы можно было увидеть опорные кронштейны 24, 24' и охлаждающие ребра/дефлекторы 25 и нагревающие ребра 26 с дефлекторами. Как показано на фиг. 11, задняя часть устройства снабжена резервуаром для горячей воды 35 и резервуаром для охлаждающей жидкости 36, которые снабжены соответствующими штуцерами 35' и 36' и соединены с шлангами 23,показанными на фиг. 10. Низконапорный вентилятор 19 а вместе с приводом, который представляет собой электрический мотор 30, и винтовым конвейером 32 расположен на несущей пластине 31 и снабжен отверстием для подачи порошка 32'. Над ним расположен редукторный электродвигатель 33, обеспечивающий линейное движение вентиляционной решетки 15,сравните фиг. 6 и 7. На чертеже также можно видеть верхние петли 34 для открывания навесной крышки 11. Устройство в рабочем состоянии, при котором закрывающие части 13 герметично изолируют его внутреннюю коробчатую часть, показано на фиг. 12. Также на этом чертеже можно видеть прижимной соединитель 37 с ящиком 10. На схеме, приведенной на фиг. 13, опять показан снабженный подставкой 1 ящик 10 с вентиляционной решеткой 15, совершающей 5 возвратно-поступательное движение. Основной поток Н, ускоряемый низконапорным вентилятором 19 а, засасывает воздух со дна ящика 10 и подает его обратно в ящик через вентиляционную решетку 15. Отверстие для подачи порошка 32' винтового конвейера 32, загруженного активным веществом, обозначенным как K, открывается в основной поток Н. В конце процесса обработки вентилятор 19 а выключают и включают следующий низконапорный вентилятор 19b в дополнительном потоке N0, который извлекает порошкообразное активное вещество К из воздушного потока с помощью фильтра 38 и направляет его в накопительный контейнер 40 через выпускное отверстие 39. Очищенный дополнительный поток обозначен как N0'. Установка, показанная на фиг. 14, несколько дополненная по сравнению с установкой, приведенной на фиг. 13, включает, в дополнение к фиг. 13, трехходовой клапан 41, который разделяет основной поток Н на основной поток Н' и дополнительный поток N1. Дополнительный поток N1 направляется через дополнительный фильтр 38' с выпускным отверстием 39' и накопительным контейнером 40' в осушительную камеру 43, которая содержит сетчатый фильтр с носителем 44, расположенные под сетчатым фильтром 44 сферические вентиляционные решетки 45 и обезвоживающий материал 46, расположенный над сетчатым фильтром 44. Расположенный выше накопительный контейнер 47 включает фильтр 48, имеющий решетчатое входное отверстие 49, через которое осуществляется подача высушенного дополнительного потока N1' в смесительную форсунку 50,представляющую собой двухкомпонентный эжектор. Смесительная форсунка 50 подает активное вещество K к вентиляционной решетке 15 с помощью высушенного дополнительного потока N1'. Трехходовой клапан 41 центрально соединен с регулировочным узлом 42, который позволяет осуществлять непрерывно изменяющееся деление основного потока Н' и дополнительного потока N1. Активные вещества K могут быть дешево и очень просто приготовлены многократным совместным измельчением компонентов и последующей их сушкой. Смесь 1, содержащая 90% KНСО 3 и 10%K2 СО 3, имеющая остаточное содержание влаги от 10 до 15% по весу, после среднего времени обработки доводит рН обработанной бумаги до рН от 9,0 до 9,5. Смесь 2, содержащая 99% KНСО 3 и 1%K2 СО 3, имеющая остаточное содержание влаги приблизительно 10% по весу, доводит рН обработанной бумаги до величины от 8,2 до 8,5. Смесь 3, содержащая 99,9% KНСО 3 и 0,1%K2 СО 3, имеющая остаточное содержание влаги 6 приблизительно 10% по весу, доводит рН обработанной бумаги до величины от 7,2 до 7,5. Было установлено, что остаточное содержание влаги в смесях, особенно в смеси 1, быстро растет при хранении в течение нескольких дней при комнатной температуре. Для улучшения текучести или способности к перемещению активного вещества в установке желательно ввести в состав смеси электростатически активное вещество, например в форме полистирольных шариков с диаметром менее 2 мм. Было установлено, что следующий способ приготовления компонентов является удачным: грубое перемешивание основных компонентов KНСО 3 и K2 СО 3; добавление необязательных дополнительных компонентов, например кислого фосфата калия или тиоцианата аммония; измельчение смеси в стандартной дисковой мельнице за, по крайней мере, два прохода; легкое подсушивание смеси в воздушном сушильном шкафу с циркуляцией при максимальной температуре 50 С в течение 12 ч в слое толщиной 5 мм; упаковка в воздухонепроницаемый и влагонепроницаемый материал. Процесс Печатный материал 5, 6 и 6', который предполагается подвергнуть обработке, ставят на подставку 1 корешком вниз, подставку помещают в ящик 10 и герметично там закрывают. В течение периода от 15 до 30 мин основной поток Н подают через низконапорный вентилятор 19 а с помощью вентиляционной решетки 15 и высушивают печатный материал либо при комнатной температуре, либо при слегка повышенной температуре до тех пор, пока он не потеряет приблизительно от 0,5 до 2% собственного веса. В ходе этого процесса печатный материал - обычно книги - полностью перелистывается, пока вентиляционная решетка 15 движется взад-вперед линейным пилообразным способом,охватывая отрезок R; сравните с фиг. 7. Затем в основной поток Н через винтовой конвейер 32 подают активное вещество K, выбранное, исходя из той величины рН, которая должна быть достигнута. Необходимое количество активного вещества K зависит от массы печатного материала и составляет обычно до 5% массы последнего. Гомогенное распределение активного вещества на бумаге обеспечивается турбулентной циркуляцией воздуха в ящике 10. После обработки в течение от 10 до 15 мин избыток вещества удаляют с печатного материала отключением основного потока Н и подключением дополнительного потока N0, в результате чего при вынимании печатный материал практически не содержит пыли. Активное вещество K может быть использовано повторно, однако, его масса перед каждой обработкой должна быть восстановлена до заранее определенной величины. С помощью возобновляемого измельчения и сушки активное вещество также может рециркулировать, при этом может быть восстановлено желательное содержание влаги. В некоторых случаях может быть выгодным проведение повторного увлажнения, т.е. рекондиционирование печатного материала после проведения обработки активным веществомK. Проще всего это сделать в создающем поток влажного воздуха контейнере с перекрестным потоком, оснащенным ультразвуковым распылителем. Показатели качества Обработка отличается полным удалением кислотности печатного материала и обеспечивает нанесение на него обнаруживаемого резервного количества щелочи. Это резервное количество достигает в среднем до 0,5% от веса бумаги. Не отмечено воздействия на основное вещество бумаги, или на типографский шрифт, или полиграфию, т.е. отсутствуют тепловые эффекты, и нет регистрируемого изменения качества печати. Отсутствуют токсикологически вредные налеты, и нет неприятных запахов, являющихся следствием обработки печатного материала. Отсутствует изменение цвета, и нет постоянных пыльных налетов, даже на страницах, отпечатанных на глянцевой бумаге. Переплет книг остается механически неповрежденным, независимо от типа переплета. Качество обработки не зависит от количества страниц, которое варьировалось от 30 до 1000 страниц для разных книг. Размер печатного материала также не имеет значения с точки зрения качества и/или типа обработки. Анализ печатного материала,включающего бумагу различной плотности Критерий качества Полное удаление кислотности Осажденное резервное количество щелочи Нет обнаруживаемого воздействия на бумагу и печать Нет токсикологически вредных налетов Нет неприятных запахов Нет изменения цвета Нет пыльного налета(постоянного) Нет воздействия на переплет Бумага без Бумага без Мелованная Мелованная бумага бумага покрытия покрытия 80 г/м 2 80 г/м 2 120 г/м 2 50 г/м 2 Достигнуто Достигнуто Достигнуто Достигнуто До 2% СаСО 3 Достигнуто Достигнуто Достигнуто Достигнуто Достигнуто Достигнуто Достигнуто Достигнуто Достигнуто Достигнуто Достигнуто Достигнуто Достигнуто Достигнуто Достигнуто Достигнуто Достигнуто Достигнуто Достигнуто Достигнуто Достигнуто Достигнуто Достигнуто Достигнуто 8 Производительность Используя описанную выше тестовую установку, определили следующeе время обработки. Длительность, мин Длительность, мин Характер обработки Программа обработки Программа обработки(процесса) стандартная сокращенная Загрузка 3' 3' Сушка 30' 15' Нанесение вещества 15' 10' Удаление пыли 5' 5' Разгрузка 3'v 3' Очистка 3' 3' Общая продолжи 59' 39' тельность=ритм При такой производительности установки,работая 19 дней в месяц, и при загрузке единовременно 20 кг книг, можно в зависимости от выбранной программы обработки удалить кислотность от 35 до 58 т книг ежегодно. К активному веществу также могут быть добавлены дополнительные компоненты; например, это могут быть вещества, обладающие сильными гигроскопичными свойствами и подходящим рН, такие как кислый фосфат калия и тиоцианат аммония. Похоже, что такой тип смеси улучшает формирование осадка щелочного резерва, особенно в случае глянцевой мелованной бумаги очень хорошего качества. Данное изобретение отличается высоким уровнем экономичности. Активное вещество очень рентабельно как с точки зрения его производства, так и эксплуатации. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Щелочное распыленное активное вещество для удаления кислотности печатного материала, в частности книг в переплете, причем активное вещество распределяется на печатный материал с помощью воздушного потока, отличающееся тем, что активное вещество включает смесь, по крайней мере, двух высушенных неорганических солей, причем анионные части солей имеют низкую константу кислотности, при этом основным компонентом активного вещества является гидрокарбонат калия, имеющий низкое сродство к воде, а вторым компонентом активного вещества является карбонат калия, имеющий высокое сродство к воде. 2. Щелочное активное вещество по п.1, отличающееся тем, что карбонат калия содержится в нем в количестве от 7 до 15% по весу, при этом активное вещество имеет средний размер частиц от 20 до 30 мкм, а остаточное содержание влаги составляет менее 20% по весу. 3. Щелочное активное вещество по п.1, отличающееся тем, что карбонат калия содержится в активном веществе в количестве от 0,1 до 5% по весу, при этом активное вещество имеет средний размер частиц от 28 до 35 мкм, а остаточное содержание влаги составляет менее 15% по весу. 9 4. Щелочное активное вещество по любому из пп.2 или 3, отличающееся тем, что в активном веществе дополнительно содержится кислый фосфат калия или тиоцианат аммония в количестве от 1 до 5% по весу. 10 5. Щелочное активное вещество по любому из пп.2-4, отличающееся тем, что в активное вещество добавлено от 0,5 до 2% по весу полистирольных шариков диаметром от 0,2 до 2 мм.