DE60319061T2

DE60319061T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen von Büchern oder ähnlichem auf Papier basierenden Material

Info

Publication number: DE60319061T2
Application number: DE60319061T
Authority: DE
Inventors: Milan Hajek; Jiri Drahos
Original assignee: Institute of Chemical Process Fundamentals CAS
Current assignee: Institute of Chemical Process Fundamentals CAS
Priority date: 2002-12-30
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2009-08-13
Anticipated expiration: 2023-12-23
Also published as: EP1441191B1; US20040177528A1; US7007405B2; CZ293280B6; CZ20024272A3; CA2454282A1; DE60319061D1; EP1441191A1; ATE386242T1

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieh sich auf ein Verfahren und Vorrichtung zur Trocknung von Büchern und ähnlichen Papiermaterials im feuchten oder gefrorenen Zustand, nach welchem das zu trocknende Material in einem chargen- oder kontinuierlichen Prozess einer Mikrowellenbestrahlung mit einem Frequenzbereich von 500 MHz bis 10 GHz ausgesetzt wird. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Rettung von Büchern, Archivalien, historischen Dokumenten, Karten, Gerichtsurkunden usw., die von Flutwasser versenkt oder anders in einem gefrorenen Zustand konserviert worden sind, und es ist folglich wünschenswert, dass diese so bald wie möglicht schnell und mit höher Qualität getrocknet werden.
Beschreibung des Standes der Technik
Das Verfahren zur Rettung von Büchern und ähnlicher Papiermaterialien, die von Flutwasser betroffen wurden, umfasst normalerweise ihre teilweise Reinigung durch Waschen mit sauberem Wasser, Verpackung in plastische Beutel und Konservierung durch Einfrierung in einfrierenden Hallen. Bei Wiederherstellung sind so bewahrte Materialien entfrostet, desinfiziert und konserviert.
Zurzeit werden zu diesem Zweck klassische Verfahren, wie das Trocken mit heißer Luft oder feuchter Hitze, Vakuumtrocknen oder Lyophilisation eingesetzt. Die vorher erwähnten klassischen Methoden sind mit Mängeln an verminderter Qualität beim Einsatz der Heißluft oder feuchter Hitze oder an erniedrigter Produktivität, sowie an hohen Kosten bei Anwendung der Vakuumtrocknung oder Lyophilisation behaftet. Das klassische Trocknen ist sehr langsam, erfolgt von der Oberfläche zur Mitte des Probestückes, die Bücher sind deformiert, die Blätter werden verdreht und zusammen gehaftet und die Originalbuchrückenseiten und Nester beschädigt, was insbesondere im Falle von historisch wertvollen Materialien nicht wünschenswert ist. Vakuumtrocknen und Lyophilisation ist zwar weniger streng, aber diese sind zu teuer und z. B. mit 9.000 Tonen überschwemmter Bücher würde das Trocknen für einige Dekaden dauern. Bibliotheken und andere Anstalten möchten jedoch die Bücher und andere Papiermaterialien zu ihrer Verwendung schnellstmöglich zurückzubringen.
In der UK Patentanmeldung 2,249,619 ist eine Vorrichtung zum Trocken von gestoßenen Büchern beschrieben, bei welchem die Bücher in eine im chargen- oder kontinuierlichen Prozess arbeitende geheizte Kammer eingelegt werden, und in welcher als trocknendes Medium Heißluft angewendet ist, wobei die Feuchtigkeit aufnehmende Platten druckfest in dichtem Kontakt mit den Büchern gehalten werden. Die Erwärmung wird durch Heißluft, Infrastrahler, Lüfter und in der letzten Stufe anhand einer als Desinfektionsmittel eingesetzten Ultraviolettstrahlung durchgeführt. Bei Anwendung von keramischen Platten ist dieses Verfahren nicht imstande, eine schnelle, gleichmäßige und schonende Trocknung von empfindsamen Materialien, wie Bücher und ähnliche Papiermaterialien, zu gewährleisten. Bei einem kontinuierlichen Verfahren wird vorausgesetzt, dass nur einzelne zwischen zwei aus rostfreiem Gewebe gefertigten Transportbändern angebrachte Blätter getrocknet werden sollten.
Es ist auch bekannt, dass das Mikrowellentrocknen eine leistungsfähigste und schnellste Technologie darstellt, die bereits für das Trocknen verschiedener Materialien, wie Holz, Leder, Textil, einschließlich des Papiers, eingesetzt wurde (G. Roussy, J. A. Pearce, Foundations and Industrial Applications of Microwave and Radiofrequency Fields, John Wiley & Sons, New York, 1995). In allen diesen Fällen handelte es sich aber um homogene Materialien mit niedrigem Feuchtigkeitsgehalt. Die Bücher und ähnlichen Materialien sind jedoch von variierter Natur hinsichtlich des Inhalts verschiedener Komponenten (Klebstoffe, Drucke, Farbbilder, Gold-Plattierten Initialen, usw.).
Für diesen Typ von Materialien wurde ein mit Vakuum kombiniertes Mikrowellenverfahren eingesetzt, wie im deutschen Patent DE 3904111 und in seinen weiteren äquivalenten, US. Pat. 5,120,500 , EP 0386436 und CA 2009621 beschrieben ist. Dieses Verfahren wurde meistens für die Vortrocknung der Bücher bevor ihrer Entsäuerung angewendet. Der Feuchtigkeitsgehalt der gespeicherten Bücher war zwischen 8–10% und während 30 Minuten wurde bis auf 2% Feuchtigkeit herabgesetzt. Dieses Verfahren wurde bloß für Materialien mit geringem Feuchtigkeitsgehalt oder für die Anwendung von niedrigen Mikrowellenleistungen, z. B. 500 W verwendbar. Bei höherem Feuchtigkeitsgehalt, der höhere Mikrowellenleistung erförderte, wurden die Bücher, nämlich ihre unterschiedlichen Komponenten als Klebstoffe, Farbbilder, Gold-Plattierten Initialen und Beschreibungen, Ablichtungen etc. beschädigt. Falls die Materialien Metallteilchen enthielten, mussten diese anhand eines speziellen Abfragung Systems entdeckt werden und aus dem Trocknungsprozess wegen der Gefahr des Funkens und des Feuers ausgesondert werden, wie im US Pat. 6,429,329 angegeben ist. Folglich, liegt es auf der Hand, dass das Verfahren des Mikrowellentrocknens der Bücher und ähnlichen Materialien bedeutende Beschränkungen aufweist, die seiner breiterer Anwendung im Wege stehen.
Im U.S. Patent 4,103,431 ist ein diskontinuierlicher im Wesentlichen zweistufiger Trocknungsprozess beschrieben, der in einer Druckkammer für Steuerung des Trocknungsprozesses unter verhältnismäßig hohen Temperaturen abläuft. Die beschriebenen Trocknungsbedingungen, einschließlich der Anwendung eines Mikrowellengenerators, sind nicht für solche sensitiven Materialien als Bücher und ähnliche Papiermaterialien geeignet und in diesem Patent keine Mittel beschrieben sind, die eine Überhitzung solcher sensitiven Materialien eindämmen könnten. Das tschechische Gebrauchmuster CS 12847 offenbart eine Vorrichtung – einen Mikrowellenherd, bei dem die Mikrowellenbestrahlung für das Trocknen von Büchern und Papiermaterialien in einem bestimmten optimalen Frequenzbereich eingesetzt wird. Dennoch, muss das Trockenverfahren sehr sorgfältig und verhältnismäßig langsam geführt werden, um seinen regelmäßigen Verlauf zu gewährleisten und eine Überhitzung oder unzulängliches Trocknen der zu trocknenden Materialien zu vermeiden.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Mikrowellenverfahren zum Trocken von Büchern und ähnlichen Papiermaterials im feuchten oder gefrorenen Zustand zu verbessern und jeweiliges Überhitzen oder unzulängliches Trocken dieses Papiermaterials zu verhindern und ein schnelles und schonendes Trockenverfahren zu ermöglichen.
Weiterhin hat die Erfindung zum Gegenstand, das Trockenverfahren zu beschleunigen und seinen regelmäßigen Verlauf zu gewährleisten.
Ein noch anderer Gegenstand der Erfindung ist, eine Vorrichtung für das Durchführen des Verfahrens gemäß der Erfindung zur Verfügung zu stellen.
Diese und noch andere Aufgaben sind in Übereinstimmung mit der Erfindung dadurch erreicht, dass die Bücher und ähnliches Papiermaterial mit keramischen Platten belegt werden, bevor sie einer Mikrowellenbestrahlung ausgesetzt werden.
Nach einer zusätzlichen Ausführung der Erfindung, werden die mit keramischen Platten belegten Bücher und ähnliches Papiermaterial einer Mikrowellenbestrahlung mit einer Frequenz von 500 bis MHz bis 10 GHz, vorzugsweise 2450 oder 915 MHz in einem chargen- oder kontinuierlichen Prozess ausgesetzt.
Nach einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Trocknungsverfahren unter einem Druck im Bereich von 1 kPa bis zum atmosphärischen Druck.
Nach noch einer anderen Weiterbildung der Erfindung enthält die Vorrichtung für Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens einen Mikrowellen-Trocknungsherd, der mit keramischen Platten versehend ist, welche für das Belegen der Bücher und ähnlichen Papiermaterials auf deren oberen und unteren Seite dienen und im Kontakt mit den Büchern und dem Material während des Trocknungsprozesses die Feuchtigkeit aufnehmen, ein kontinuierliches Transportband für die so belegten Bücher oder Papiermaterial, das zum Durchlauf durch diesen Herd angeordnet ist und Mittel für Steuerung der Stromversorgung und die Geschwindigkeit des Transportbandes bei seinem Durchlauf durch den Herd.
Um die Wirkung des auf der Anwendung von keramischen Platten begründeten Verfahrens zu erhöhen, können die keramischen Platten mit horizontalen Nuten oder vertikalen Löchern verformt werden.
Die angebrachten keramischen Platten verbessern das Trocknungsvermögen des Mikrowellenfelds und beschleunigen den Trocknungsprozess und seinen gleichförmigen Ablauf, wodurch das zu trocknende Material vor Überhitzung oder ungenügender Trocknung geschützt wird. Die keramischen Platten sind von porösen Stoffen mit hoher Absorptionskapazität bis 100% hergestellt. Sie sind speziell entweder durch horizontale Spannnuten oder vertikale Löchern geformt, um ihren Oberflächenbereich und folglich den trocknenden Effekt zu vergrößern. In einem trockenen Zustand sind sie zu den Mikrowellen lichtdurchlässig, dennoch erhöhen ihre Eigenschaften und Struktur die Homogenität des Mikrowellenfeldes und verhindern somit die Formung potentieller brenzliger Stellen. Außerdem haben die Platten ausgezeichnete Kapazität, die Feuchtigkeit von dem zu trocknenden Materials zu absorbieren und dadurch den erhöhten Wasserinhalt nach deren Entfrostung herabzusetzen und auf diese Weise den von der Mitte eines Buches zu seiner Oberfläche verlaufenden Trocknungsprozess zu beschleunigen.
Die Verwendung des unteratmosphärischen Drucks bis zu 1 kPa beschleunigt den Trocknungsprozess und ermöglicht die Trocknungstemperatur bis zu 30°–50°C zu vermindern und folglich zu dem schonenden Effekt des Verfahrens beizutragen.
Andere Vorteile des Verfahrens kennzeichnen sich durch eine vorgewählte trocknende Wirkung von Platten, durch welche die Mikrowellen nur auf die Feuchtigkeit, d. h. auf im Material erfasstes Wasser, einwirken und zwar abgesehen von der Verschiedenheit des zu trocknenden Materials (Klebstoffe, Farbbilder, Gold-Plattierten Initialen und Beschreibungen, Ablichtungen, sowie Metall-Teilchen). Dieses Verfahren der gleichförmigen und schonenden Trocknung von Büchern und anderen Papiermaterials kann mit hoher Geschwindigkeit erfolgen, während die Qualität der zu trocknenden Materialien beibehalten wird, ohne eine Beschädigung der Materialien zu verursachen, obwohl eine höhere Mikrowellenenergie angewendet wird. Das Verfahren ist anwendbar und wirksam sogar für die Papiermaterialien mit hoher Absorptionskapazität bis zu 300%, also mit dreimal höherem Wasseranteil im Vergleich mit der Trockenmasse und in einem chargen- oder kontinuierlichen Prozess und unter atmosphärischem, sowie subatmosphärischem Druck. Dank der sterilisierenden Natur der Mikrowellenbestrahlung werden die trocknenden Materialien gleichzeitig desinfiziert und damit Pilze, Bakterium und andere ätiologische Mittel zerstört werden. So garantiert das erfindungsgemäße Verfahren, dass die konservierten Materialien zu den Bibliotheken Archiven und Museen in ihrem ursprünglichen Zustand und in einer Qualität für ihren weiteren Gebrauch kurzzeitig zurückgekehrt werden.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Beispiel 1
Bücher mit 50–100% Wassergehalt im feuchten oder gefrorenen Zustand wurden in einen im Chargenprozess arbeitenden Mikrowellen-Trockenofen mit einer Frequenz von 2450 MHz und Leistung 4 kW gesetzt. Die Bücher besetzten einen Raum von bis 50 Liter und waren in einer 100 mm dicken und 500 mm breiten Schicht angeordnet. Die Bücher wurden auf der oberen und unteren Seite mit keramischen Platten aus einem porösen 10 mm dicken Material mit einer Wasserabsorptionskapazität bis zu 100% belegt. Um die Wasserabsorption zu erhöhen und den Trocknungsprozess zu beschleunigen, wurden die Platten mit horizontalen Spannnuten und vertikalen Löchern versehen. Hierauf waren die Bücher der Wirkung eines Mikrowellenfelds mit einer Kapazität von 0,1 bis 1,0 kW/kg ausgesetzt, wobei die durch ein IR Pyrometer geregelte Raumtemperatur im Bereich von 40 bis 70°C unterhalten wurde. Nach 30 bis 60 Minuten, abhängig von der Größe und dem Wassergehalt, waren die Bücher getrocknet und durch eine neue Charge ersetzt.
Beispiel 2
Feuchte oder gefrorene Bücher, oder andere Papiermaterialien in Größe, wie im Beispiel 1, belegt mit 5 bis 15 mm dicken keramischen Platten in Abhängigkeit von der Dicke der Papierschicht, wurden am Zulauf eines Transportbandes untergebracht. Das Transportband wurde zum Durchlaufen durch einen kontinuierlich, mit einer Frequenz von 915 MHz und Leistung 12 kW arbeitenden Mikrowellen-Trockenofen hergerichtet. Das Transportband bewegte sich durch einen Trocknungstunnel mit einer Geschwindigkeit z. B. von 0,1 bis 1,0 m/min. Nach Durchgang der Entfrosten-Trocknungs- und Sterilisationszone während der Gesamtdauer von 5 bis 20 Minuten, wurden die getrockneten Bücher durch ein neues Probestück ersetzt und die unzulänglich getrockneten Bücher in den Trocknungsprozess wieder gebracht. Der Trocknungsgrad wurde durch die Geschwindigkeit des Transportbandes und die Einstellung der Mikrowellenleistung geregelt. Das getrocknete Material verließ den Ofen im entkeimten Zustand.
Beispiel 3
Feuchte oder gefrorene Bücher belegt mit keramischen Platten, wie im Beispiel 1 oder 2, wurden in einen im Chargenprozess und mit einer Frequenz von 2450 MHz und Leistung 12 kW arbeitenden Mikrowellen-Trockenofen gesetzt. Der Ofen wurde verschlossen und seinen Innenraum bis zu einem Druck von 10–50 kPa evakuiert. Die Wirkung der Mikrowellenstrahlung in Kombination mit vermindertem Druck (Vakuum) und mäßigen Temperaturverhältnissen (30°C–50°C) resultierte in ein sehr gleichmäßig getrocknetes Material.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Erfindung ist vor allem zur Rettung von Büchern und ähnlichen Papiermaterials, bestimmt, die während einer Zeit in die Flutwasser versenkt und nachfolgend eingefroren aufbewahrt worden sind und die für ihre Wiedergewinnung einem Entrosten-Trocknungs- und Sterilisationsprozess ausgesetzt werden müssen.

Claims

Verfahren zur Trocknung von Büchern und ähnlichen Papiermaterials, bei welchem das zu trocknende Material einer Mikrowellenbestrahlung mit einem Frequenzbereich von 500 MHz bis 10 GHz ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Material mit keramischen Platten belegt und einer Mikrowellenbestrahlung unter dem atmosphärischen oder einem verringerten atmosphärischen Druck ausgesetzt wird, wobei die Temperatur des Materials durch die Steuerung der Energieversorgung im Bereich von 30 bis 70°C gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellenbestrahlung mit einer Frequenz von 2450 oder 915 MHz betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung unter einem Druck im Bereich vom 1 kPa bis zum atmosphärischen Druck durchgeführt wird.