EA002657B1

EA002657B1 - Устройство для удаления кислотности печатного материала

Info

Publication number: EA002657B1
Application number: EA200000940A
Authority: EA
Inventors: Кристиан Херрен; Мартин Монкевиц
Original assignee: См Швайцерише Муниционсунтернеймунг Аг
Priority date: 1998-04-07
Filing date: 1998-12-16
Publication date: 2002-08-29
Also published as: US6645298B1; EA200200347A1; CA2327786A1; DE59806223D1; ATE227379T1; US20040056235A1; EA004082B1; AU1478599A; EA200000940A1; EP1084299A1; EP1084299B1; EP1217125A2; EP1217125A3; WO1999051818A1

Abstract

Современные технологии получения бумаги с использованием механической древесной массы приводят к постоянному избытку кислотности печатного материала, что приводит к его постоянному разрушению. Этот избыток кислотности может быть нейтрализован при использовании устройства для удаления кислотности печатного материала. Устройство для удаления кислотности с использованием данного активного вещества содержит ящик (10), который может закрываться. Печатный материал, который может быть разложен веером в подставке (1), подвергают обработке в этом ящике. Печатный материал обрабатывают путем введения порошкообразного активного вещества посредством винтового конвейера (32) в воздушный поток, который циркулирует при помощи вентилятора (19а), посредством чего страницы печатного материала переворачиваются, чтобы на них могло быть распылено активное вещество.

Description

Данное изобретение относится к устройствам 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 паров морфолина и других, 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 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 щелочноземельных 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.

Главной целью изобретения является разработка устройства для удаления кислотности печатного материала, в частности книг в переплете. Качество бумаги должно быть вторичным по степени важности. Обработка не должна портить или изменять печатный материал. Активное вещество должно быть нанесено равномерно по всей поверхности бумаги и создавать один и тот же уровень рН от первой до последней страницы книги.

Устройство, описанное в ограничительной части п.1 формулы, известно (заявка Германии ΌΕ-Α1-44 36 635). В этом устройстве книги удерживаются посредством крючка в вертикально расположенном держателе, и форсунки с круглым сечением двигаются и напыляют активные вещества на индивидуальные страницы в направлении снизу вверх. Это приводит к большой механической нагрузке на страницы, которые к тому же не пролистываются нужным образом, то есть распылительные форсунки с круглым сечением не покрывают страницы активным веществом равномерно. Устройство не подходит для индивидуальных страниц, так как неравномерное нанесение активного вещества приводит к чрезвычайно негативным последствиям.

Соответственно, необходимо разработать усовершенствованное устройство, снабженное приемным устройством и способное без механического повреждения удалять кислотность из книг в переплете, каталогов, буклетов и прочих печатных материалов.

Было доказано, что помещение печатного материала в устройство по п. 1 является особенно успешным, так как устройство перелистывает печатный материал и равномерно покрывает его активным веществом с помощью ряда сдвинутых относительно друг друга плоских форсунок. В случае переплетенных книг, их помещают в держатели таким образом, чтобы корешки книг находились внизу, и подвергают мягкой обработке при помощи устройства. Можно подвергнуть обработке и не переплетенные или не прошитые листы с помощью специальных держателей.

Предпочтительно, приемное устройство для печатного материала расположено в ящике, закрываемом навесной крышкой согласно п.2, что позволяет избежать выброса загрязняющих веществ.

Устройство согласно п.3. является выгодным с точки зрения создания потока.

Дополнительный вариант осуществления согласно п.4 является кинематически выгодным, то есть он требует лишь простого привода.

Расположение вентиляционных решеток непосредственно над держателями является особенно выгодным; см. п.5.

При использовании вентилятора согласно п.6 активное вещество циркулирует, за счет чего используется неоднократно.

За счет пропускания дополнительного потока через фильтр устройство можно освободить от порошка и, таким образом, открывать без проблем; см. п.7.

Была доказана успешная работа осушительной камеры согласно п.8, которая включена в дополнительный поток, за счет чего влажность используемого порошка поддерживается приблизительно постоянной. Таким образом, аб3 сорбируется влага, извлекаемая из книг в процессе обработки.

Рециркуляция дополнительного потока в основном потоке согласно п.9 дает возможность осуществления особенно простого контроля уровня влажности внутри устройства.

Подача дополнительного потока через впускное отверстие для порошка согласно п. 10 является выгодной, так как в этом случае порошок сначала подвергается действию сухого воздуха и перемещается до того, как он приходит в соприкосновение с влажным воздухом основного потока.

В более крупных установках выгодной является система термического осушения и нагревания, так как она позволяет проводить фактически непрерывную эксплуатацию; см. п. 11.

Варианты осуществления изобретения описаны ниже со ссылками на чертежи, в которых одинаковые номера использованы для одинаковых функциональных компонентов.

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. 4-6;

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°;

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 8 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 19а 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 видны 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 К.

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 +ν и -ν на расстояние К ( сравните с фиг. 5).

Страницы печатного материала 5, 6, 6' индиви5 дуально перелистываются потоком 8 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 движения ν 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 со шлангами 23, показанными на фиг. 10. Низконапорный вентилятор 19а 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 возвратно-поступательное движение. Основной поток Н, ускоряемый низконапорным вентилятором 19а, 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 К, открывается в основной поток Н.

В конце процесса обработки вентилятор

19а выключают и включают следующий низконапорный вентилятор 19Ь в дополнительном потоке Ν_ο, 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 Νο'.

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 Ν₁. Дополнительный поток Ν₁ 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 Ν₁' в смесительную форсунку 50, представляющую собой двухкомпонентный эжектор.

Смесительная форсунка 50 подает активное вещество К к вентиляционной решетке 15 с помощью высушенного дополнительного потока Ν₁'.

Трехходовой клапан 41 центрально соединен с регулировочным узлом 42, который позволяет осуществлять непрерывно изменяющееся деление основного потока Н' и дополнительного потока Ν₁.

Активные вещества могут быть дешево и очень просто приготовлены многократным совместным измельчением компонентов и последующей их сушкой.

Смесь 1, содержащая 90% КНСО₃ и 10% К2СО3, 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% КНСО₃ и 1% К₂СО₃, 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% КНСО₃ и 0.1% К2СО3, имеющая остаточное содержание влаги 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 КНСО₃ и К₂СО₃, добавление необязательных дополнительных компонентов, например кислого фосфата калия или тиоцианата аммония, измельчение смеси в стандартной дисковой мельнице, по крайней мере, за 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 19а 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 К.; сравните с фиг. 7.

Затем в основной поток Н через винтовой конвейер 32 подают активное вещество К, выбранное исходя из той величины рН, которая должна быть достигнута. Необходимое количество активного вещества К 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 Ν_ο, в результате чего при вынимании печатный материал практически не содержит пыли.

Активное вещество К 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 веществом К. 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	Бумага без покрытия 50г/м²	Бумага без покрытия 80гм²	Мелованная бумага 80 гм²	Мелованная бумага 120г/м²
Полное удаление кислотности	Достигну- то	Достигнуто	Достигнуто	Достигнуто
Осажденное резервное количество щелочи	До 2% СаСО,	До 1.2% СаСО3	От 0.4% до 0.6% СаСО3	От 0.3% до 0.4% СаСО3
Нет обнаруживаемого воздействия на бумагу и печать	Достигнуто	Достигнуто	Достигнуто	Достигнуто
Нет токсикологически вредных налетов	Достигнуто	Достигнуто	Достигнуто	Достигнуто
Нет неприятных запахов	Достигну- то	Достигнуто	Достигнуто	Достигнуто
Нет измене- ния цвета	Достигну- то	Достигнуто	Достигнуто	Достигнуто
Нет пыльного налета (постоянного)	Достигнуто	Достигнуто	Достигнуто	Достигнуто
Нет воздействия на переплет	Достигнуто	Достигнуто	Достигнуто	Достигнуто

Производительность

Используя описанную выше тестовую установку, определили следующие времена обработки:

Характер обработки (процесса)	Длительность [мин] Программа обработки Стандартная	Длительность [мин] Программа обработки Сокращенная
Загрузка	3'	3'
Сушка	30'	15'
Нанесение вещества	15'	10'
Удаление пыли	5'	5'
Разгрузка	3'	3'
Очистка	3'	3'
Общая продолжительность = ритм	59'	39'

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 тонн книг ежегодно.

Использование камеры химического осушения 43 является особенно экономичным в установках малого размера. В этом случае достаточно направить дополнительный поток Ν₁ из безмасляного компрессора (остаточное содержание влаги (относительная влажность) составляет 15% при 25°С) в осушительную камеру высотой 30 см и основанием 300 см², заполненную силикагелем на высоту от 3 до 5 см. Получаемый в результате уровень влажности дополнительного потока Ν₁' составляет 3% (относительная влажность). В более крупных установках дополнительный поток Ν1 предпочтительно отходит от главного потока Н и также подвергается химическому осушению; сравните с фиг. 14.

В больших установках желательно предусмотреть независимый охлаждающий узел с циркуляцией воздуха, создаваемой циклоном, так чтобы необходимая сушка и необязательное последующее нагревание могли быть осуществлены вне ящика 10, без опасности коррозии и обледенения.

Естественно, что с точки зрения кинематической инверсии возможно также, чтобы двигалось приемное устройство для печатного материала, а плоские форсунки использовались бы в закрепленном виде.

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. Как активное вещество, так и установка очень рентабельны как с точки зрения их производства, так и эксплуатации.

Для крупномасштабного использования - в больших библиотеках и так далее - устройство по настоящему изобретению можно приспособить для больших действующих мощностей посредством промышленного масштабирования, кроме того, оно может быть в значительной степени автоматизировано.

Устройство легко перевозить и можно использовать прямо на месте, например в архивах и библиотеках, что позволяет избежать дополнительной и, кроме того, рискованной транспортировки ценных печатных материалов.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство для удаления кислотности печатного материала, в частности печатного материала, который можно развернуть веером, такого как книги в переплете, с помощью воздушных потоков, несущих щелочные активные вещества в приемное устройство, имеющее держатели для размещения в них печатного материала, отличающееся тем, что оно имеет вентиляционную решетку (15), содержащую пластину (16), через которую происходит выход воздуха, и воздуховыпускные отверстия (17), представляющие собой плоские форсунки (8), которые могут двигаться относительно держателей в плоскости таким образом, что ряд (К) сдвинутых относительно друг друга параллельных плоских форсунок (17) равномерно и полностью покрывает весь печатный материал и оставляет частицы активного вещества на печатном материале.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно расположено в ящике (10) с возможностью плотного закрывания навесной крышкой (11), снабжено линией подачи и раздаточной линией (23) и соединено со вспомогательными узлами (22).
3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что вентиляционная решетка (15) выполнена в форме коробки.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что вентиляционная решетка (15) расположена в горизонтальной плоскости и способна двигаться в продольном направлении (+ν, -ν) над держателями (2, 2’).
5. Устройство согласно п. 4, отличающееся тем, что вентиляционная решетка (15) расположена над держателями (2, 2') а держатели (2, 2') вместе с их основанием (8) могут двигаться в продольном направлении в горизонтальной плоскости.
6. Устройство согласно п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено вентилятором (19а) для перегонки нагруженного воздушного потока в главный воздушный поток (Н).
7. Устройство согласно п.6, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным вентилятором (19Ь) для перегонки части нагруженного воздушного потока через фильтр (38) в дополнительный поток (Ν_ο) и извлечения из него активного вещества (К).
8. Устройство согласно пп.1, 6 или 7, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью направления части нагруженного воздушного потока в дополнительный поток (Ν₁) через фильтр (38’) и через осушительную камеру (43).
9. Устройство согласно п.8, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью подачи дополнительного потока (Ν₁ ’) в основной поток (Н).
10. Устройство согласно п.1 или 8, отличающееся тем, что оно снабжено отверстием для подачи порошка (32') и это отверстие может сообщаться с дополнительным потоком (Ν_ο') через смесительную форсунку (50).
11. Устройство согласно п.1, отличающееся тем, что оно связано с системой термического обезвоживания и нагревания (22).