Исследования в консервации культурного наследия. Выпуск 2

Пузырьки проникают между волокнами, при соприкосновении с ними происходят микровзрывы, что позволяет удалить частицы грязи не только с поверхности, но и очистить внутреннюю структуру.

Прибор имеет 5 режимов генерации ультразвука: 4 – для стирки текстиля и 1 – для замачивания, отличающиеся друг от друга частотой и амплитудой ультразвуковых волн.

Технические характеристики:

– напряжение питания – 176–242 В;

– частота тока питающей сети – 50 Гц;

– потребляемая мощность – не более 10 Вт;

– частота ультразвуковых колебаний – 25–55 кГц;

– количество режимов генерации ультразвука – 5.

Два первых прибора имеют постоянные частотные характеристики, причем модель «Solana biniclean» лишь условно можно отнести к УЗ-приборам, т. к. частота его излучения находится в пределах высокочастотного звукового диапазона. Модель «УЛ ЬТ РАТ О Н – автомат» имеет несколько режимов обработки, отличающихся амплитудно-частотными характеристиками (рис. 2).

На первом этапе работы необходимо было выяснить, как влияют факторы воздействия УЗ динамических колебаний на механическую прочность бумаги.

Рис. 2. Частотные характеристики прибора «УЛЬТРАТОН – автомат» при различных режимах работы

Известно, что УЗ-очистка может рассматриваться как сложный физико-химический процесс, включающий в себя:

1) кавитационное разрушение химически связанных с поверхностью и нерастворимых загрязнений;

2) кавитационное разрушение нерастворимых и химически не связанных загрязнений;

3) эмульгирование и увеличение скорости растворения загрязнений;

4) удаление отдельных загрязнений из зоны очистки микропотоками и флотацией на всплывающих пузырьках.

Кавитационно-эррозионное воздействие на бумагу как на волокнисто-пористый коллойдный материал, где целлюлозные волокна связаны между собой низкоэнергетической водородной связью, может привести к значительному ослаблению прочности бумаги до ее полного разрушения, и поэтому даже при использовании низкомощных источников излучения необходимо было в первую очередь изучить их влияние на прочностные характеристики бумаги.

Эксперимент производился на образцах бумаги массой 80 г/м² из сульфитной, сульфатной целлюлозы и хлопковой полумассы. Обработка образцов проводилась погружением их в кювету с дистиллированной водой при температуре 18–20^оС на 1 час, на дно кюветы помещался источник излучения (рис. 3).

Предварительные исследования показали, что при погружении бумаги в воду на 2,5 часа и более происходит снижение показателя прочности на излом даже без УЗ-воздействия. Поэтому оптимальным временим обработки бумаги в воде можно считать ее погружение на 1 час.

Поскольку наиболее чувствительным показателем к любым воздействиям на бумагу, связанным с ее долговечностью, считается сопротивление излому, этот показатель и был выбран нами в качестве основного критерия оценки прочности бумаги. Также оценивались оптические характеристики образцов – коэффициент отражения. Контрольными образцами являлись те же виды бумаги, прошедшие водную обработку без УЗ-воздействия. Полученные данные представлены в таблицах. Из таблицы 1 видно, что прочность бумаги на излом после УЗ-воздействия не снижается по сравнению с контрольными образцами, а у бумаги из сульфатной целлюлозы происходит увеличение этого показателя, причем эта тенденция сохраняется и после термостарения (особенно в машинном направлении).

Рис. 3. Промывка документа дистиллированной водой с применением ультразвукового прибора

Относительно режима УЗ-обработки можно сделать такой вывод: в наибольшей степени увеличение показателя сопротивления излому наблюдается при воздействии на бумагу высокочастотного звукового диапазона – прибора «Solana». В несколько меньшей степени – при воздействии прибора «Ультратон» МС-2000, и примерно те же результаты получены при работе на мягких режимах (1 и 5) прибора «УЛЬТРАТОН-автомат».

В то же время (таблица 2) наиболее заметное увеличение коэффициента отражения дает применение более жестких режимов (3 и 4) прибора «УЛЬТРАТОН – автомат». Можно предположить, что некоторое увеличение коэффициента отражения исследованных образцов бумаги является не столько следствием отбелки целлюлозы при УЗ-воздействии на нее, сколько результатом удаления из нее продуктов деструкции, возникающих при естественном старении, т. к. хлопковая бумага, а также бумага из сульфитной и сульфатной целлюлозы, взятая для опытов, была выработана в 1961 г.

Воздействие УЗ-обработки на газетную бумагу того же года выпуска при различных режимах с использованием вышеуказанных приборов показало (табл. 3), что интенсификация процесса очистки старой бумаги с низким значением исходной белизны наиболее эффективно происходит на режимах 1 и 3 прибора «УЛЬТРАТОН – автомат» и с использованием приборов «Solana» и «Ультратон» МС-2000. При этом на всех режимах УЗ-обработки коэффициент отражения увеличивается больше, чем при промывке дистиллированной водой без ультразвукового воздействия.