Исследования в консервации культурного наследия. Выпуск 3

Фирсова О. Л.

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.