PL191886B1 - Sposób wytwarzania papieropodobnego materiału zawierającego włókna jedwabiu naturalnego - Google Patents

Abstract

posób wytwarzania papieropodobnego materiału zawierającego włókna jedwabiu naturalnego, znamienny tym, że formowanie struktury materiału odbywa się techniką papierniczą przez odsączanie na stałej lub ruchomej przegrodzie filtracyjnej wodnej zawiesiny o stężeniu 0,1-1 g/l zawierającej silnie zmielone korzystnie w holendrze papierniczym włókna jedwabiu naturalnego, same lub w mieszaninie z nie więcej niż 50% naturalnych włókien roślinnych, np. bawełnianych z dodatkiem lub bez ciętych włókien sztucznych z naturalnych polimerów i/lub ciętych włókien polimerów syntetycznych, np. jedwabiu poliestrowego.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania papieropodobnego materiału zawierającego włókna jedwabiu naturalnego przeznaczonego głównie do konserwacji tkanin zabytkowych, a zwłaszcza do restauracji i konserwacji jedwabiu poddanego różnym technikom zdobienia, np. malowania, haftu itp.

Zastosowanie papieru do wzmocnienia tkanin i jako materiału konserwatorskiego wywodzi się z tradycyjnych technik i technologii użytkowania jedwabi i papieru czerpanego w kulturze życia codziennego na Dalekim Wschodzie.

Stosowanie współczesnych papierów gampi, kozo, mitsumate itp., których nazwy wywodzą się od nazw roślin, z których wyodrębniono włókna celulozowe do wytwarzania tych papierów zwanych również ze względu na bardzo małą gramaturę bibułkami chińskimi lub japońskimi w konserwacji papierów zabytkowych zostało rozszerzone do podklejania zabytkowych tkanin jedwabnych. Być może, że do takiego zastosowania tych bibułek przyczyniła się ich inna i niestety mylna nazwa, a mianowicie papiery jedwabne. Pojęcie papieru jedwabnego (ang. Silkpaper, niem. Seidenpapier) odnosi się do szerokiego asortymentu papierów o gramaturze poniżej 25 g/m², w tym również do tzw. bibułki japońskiej czy chińskiej o gramaturze 6-8 g/m², które wcale nie zawierają włókien jedwabiu, a ich dezinformujące nazewnictwo wzięło się jak to znakomicie wyjaśnia J. Dąbrowski w książce wydanej wspólnie z J. Siniarską-Czaplicką pt. „Rękodzieło papiernicze”, W-wa 1991, s. 23 i 63, z używania w Chinach tego samego ideogramu do określenia jedwabiu, morwy i papieru.

W praktyce konserwatorskiej okazało się, że nie zawsze tego typu papiery „jedwabne” wykazują odpowiednie własności do restauracji zabytkowych jedwabi. Wynika to zapewne z odmiennej reaktywności włókien celulozowych zawartych w papierze i włókien jedwabnych tkanin w stosunku do stosowanych w procesach konserwacji środków pomocniczych do czyszczenia, apreturowania, barwienia, klejenia itp. Przestrzeganie (współczesnej) zasady konserwacji polegającej na używaniu materiałów konserwatorskich zawierających te same surowce, z których zostały wykonane obiekty przeznaczone do konserwacji prowadzi do prostego wniosku, że również i papier przeznaczony do konserwacji tkanin jedwabnych powinien być wytwarzany z włókien jedwabnych.

Postulat ten nie znalazł dotychczas praktycznego zastosowania, ponieważ włókna jedwabiu zbudowane są z mieszaniny aminokwasów powiązanych kowalencyjnymi wiązaniami peptydowymi, tj. wiązaniami między grupami -COOH jednego aminokwasu i grupą -NH2 drugiego aminokwasu. Mając prawie całkowicie wysycone grupy funkcyjne włókna zachowują się w stosunku do wody jako silnie hydrofobowe i przez to nie dają się łatwo rozproszyć w środowisku wodnym do postaci jednorodnej zawiesiny, a ponadto brak dostatecznej ilości dostępnych grup funkcyjnych nie daje sposobności do tworzenia wiązań, np. typu wodorowego miedzy włóknami jedwabiu potrzebnych do nadania odpowiedniej trwałości strukturze uformowanej z ich zawiesiny w wyniku odsączenia wody i wysuszenia.

Oznacza to, że z samych włókien jedwabiu nie da się zrobić papieru. Znane jest natomiast wytwarzanie papieru z włókien nie posiadających zdolności do tworzenia wiązań miedzy sobą w mieszaninie z innymi surowcami papierniczymi. Brak jest wtym zakresie doniesień o zastosowaniu włókien jedwabiu naturalnego. Najprawdopodobniej wynika to z ich wysokiej ceny i niewielkiej jak na potrzeby papiernictwa skali ich podaży, a także ze względu na brak dotychczas szerszych możliwości zastosowania tego typu papieru. Celem wynalazku jest umożliwienie wytwarzania papieropodobnego materiału zawierającego włókna jedwabiu naturalnego, co najmniej w skali potrzebnej dla restauracji zabytkowych tkanin.

Sposób wytwarzania według wynalazku papłeropodobnego materiału zawierającego włókna jedwabiu naturalnego, a przez to wykazującego wiele cech tkanin jedwabnych polega podobnie jak w procesie wytwarzania papieru na uformowaniu jednorodnej warstwy filtracyjnej przez odsączenie na stałej lub ruchomej przegrodzie filtracyjnej wodnej zawiesiny o stężeniu 0,1-1 g/l zawierającej mieszaninę silnie zmielonych, korzystnie w holendrze papierniczym włókien jedwabiu naturalnego z naturalnymi włóknami celulozowymi i skonsolidowaniu uformowanej mokrej warstwy w wyniku jej prasowania i/lub suszenia. Ze względu na trwałość korzystne jest, gdy włókna celulozowe charakteryzują się wysoką zawartością alfa-celulozy jak to ma miejsce w przypadku włókien bawełnianych. Dla przygotowania jednorodnej zawiesiny włókien jedwabiu naturalnego przydatnej do formowania papieropodobnego materiału korzystne jest ich wspólne zmielenie z włóknami celulozowymi. Minimalny udział włókien celulozowych w mieszaninie z włóknami jedwabiu naturalnego potrzebny do przygotowania jednorodnej zawiesiny wynosi ok. 10-15%, korzystnie 30-40% przy stopniu zmielenia mieszaniny do co najPL 191 886 B1 mniej 50° SR. W sposobie według wynalazku jako surowiec do pozyskania włókien jedwabiu naturalnego korzystnie jest stosować wyprane odpady przędzy, tkanin i dzianin z jedwabiu całkowicie odklejonego tzw. cuite przez ich pocięcie i/lub poszarpanie na kawałki, których największy wymiar nie przekracza 50 mm. W tej postaci ich rozwłóknienie może odbywać się w holendrze oddzielnie lub korzystnie wspólnie z włóknami celulozowymi.

W celu zwiększenia wytrzymałości papieropodobnego materiału formowanego z tak przygotowanej masy korzystne jest dodanie do niej ciętych na długość 3-15 mm, korzystnie 6-9 mm włókien sztucznych z naturalnych polimerów, np. włókien jedwabiu wiskozowego i/lub ciętych włókien z polimerów syntetycznych, np. jedwabiu poliestrowego w ilości do 20% wagowych w stosunku do mieszaniny włókien jedwabiu naturalnego i włókien celulozowych. Poprawie własności wytrzymałościowych i równomierności formowania arkuszy lub wstęgi materiału papieropodobnego wytwarzanego z tak przygotowanej zawiesiny sprzyja dodatek substancji o działaniu deflokulującym, np. gum roślinnych lub karboksymetylocelulozy w ilości do 5% w stosunku do włókien. Skuteczność dodatku substancji deflokulujących wzrasta po dodaniu do zawiesiny przed jej odsączeniem na przegrodzie filtracyjnej żywic typu poliamino-poliamido-epichlorohydrynowych. Dodatek tych żywic do masy włókien w ilości 0,5-1% b.s. żywicy zapewnia nie tylko poprawę wytrzymałości wytworzonego materiału, ale nadaje mu potrzebną w pracach konserwatorskich wodotrwałość rozumianą w sensie zachowania po namoczeniu wodą do 30% jego wytrzymałości na sucho.

Sposób wytwarzania według wynalazku papieropodobnego materiału zawierającego włókna jedwabiu naturalnego ilustruje przykład, w którym podano szczegóły techniki papierniczej wygodne do zastosowania wynalazku dla potrzeb konserwacji zabytkowych tkanin, zwłaszcza jedwabi. Przykład nie ogranicza zakresu stosowania wynalazku tylko do tej skali, ponieważ używane w papiernictwie rozwiązania technik formowania warstwy filtracyjnej z zawiesiny włókien i jej konsolidacji dostosowuje się do wielkości produkcji.

Przykład ₂

1,4 kg obrzeży o szerokości 10-20 mm tkaniny z jedwabiu naturalnego o gramaturze 45 g/m² pociętych na kawałki o długości do 30 mm i 0,7 kg bielonej masy celulozowej z lintersów bawełnianych firmy BUCKEYE poddano mieleniu w środowisku wodnym w holendrze o pojemności roboczej 70l.

Po czasie potrzebnym do wytworzenia jednorodnej zawiesiny nie zawierającej pęczków włókien jedwabiu do holendra dodano 63 g karboksymetylocelulozy firmy JELCHEM S.A. w Jeleniej Górze i kontynuowano mielenie do momentu osiągnięcia przez masę stopnia zmielenia 60° SR Następnie odciążając wał holendra do masy dodano 210 g włókien poliestrowych o grubości 3,3 dtex, ciętych na długość 6 mm produkcji firmy ELANA S. A. Toruń. Po dokładnym wymieszaniu całą zawartość holendra opróżniono do kadzi mieszalnej, dodając wodę w celu rozcieńczenia masy do stężenia 0,8%.

₂

Arkusze papieropodobnego materiału o wymiarach 40 x 40 cm i gramaturze 50 g/m² formowano w urządzeniu pracującym na zasadzie odsączania zawiesiny włókien z tworzeniem z niej jednorodnej warstwy filtracyjnej. Podstawowymi elementami urządzenia są zbiornik filtracyjny i zbiornik filtratu. Zbiorniki są usytuowane jeden nad drugim i połączone szczelnie ze sobą za pomocą kołnierzy spinanych zaciskami. Między kołnierzami zaciskane jest również obrzeże przegrody filtracyjnej w postaci ramki obciągniętej sitem. Zbiornik filtratu wyposażony jest w armaturę umożliwiającą odpowietrzenie, odprowadzenie filtratu i podłączenie próżni. Zamknięcie tych odprowadzeń i zalanie wodą, utrzymywaną na nim siłami napięcia powierzchniowego, umożliwia napełnienie zbiornika filtracyjnego wodą doprowadzaną za pomocą otworów natryskowych usytuowanych tuż nad poziomem sita na wewnętrznych ściankach zbiornika filtracyjnego.

Zawiesinę masy w ilości 2 l pobranej z kadzi mieszalnej wlewano do zbiornika filtracyjnego zawierającego już10 l wody, do której dodano uprzednio 50 ml roztworu o stężeniu 10 g/l produktu handlowego o nazwie IPOWOD firmy CHEM-PAP Sp. z o.o., będącego 15% roztworem żywicy poliamino-poliamido-epichlorohydryny. Zawiesinę rozcieńczono wodą doprowadzaną za pomocy otworów natryskowych do objętości 15 l, co odpowiada 10 cm wysokości słupa zawiesiny nad powierzchnią sita. Natryski umożliwiają jednoczesne równomierne rozproszenie włókien w całej objętości wody. Po zamknięciu dopływu wody otwiera się zawór odpowietrzający w zbiorniku filtratu, co powoduje rozpoczęcie procesu filtracji zawiesiny włókien na sicie i przepływ wody do zbiornika filtratu. W momencie obniżenia się poziomu zawiesiny w zbiorniku filtracyjnym do wysokości 5 cm zamyka się zawór odpowietrzający, a otwiera zawór spustowy ze zbiornika filtratu. Odpływ wody wywołuje efekt ssania hydraulicznego i przez to zwiększa szybkość filtracji. Proces intensywnego odwadniania prowadzi się do momentu zaniku lustra wody nad osadem włókien. Następnie zamyka się zawór spustowy i podłącza

PL 191 886 B1 do zbiornika filtratu próżnię, która powoduje dalsze odciągnięcie wody i zagęszczenie struktury uformowanej warstwy włókien. Odwadnianie próżniowe prowadzi się do momentu dostrzeżenia wyraźnego przepływu powietrza przez uformowany arkusz. Odcięcie próżni i zdjęcie zbiornika filtracyjnego znad ramki sitowej umożliwia zdjęcie z sita świeżo uformowanej na niej warstwy papieropodobnej mokrej pilśni na drodze transferu na przyłożoną do jej powierzchni włókninę. Odbywa się to przez odwracanie sita włókniną do dołu i położenie go w tej pozycji na stole podciśnieniowym.

Oddzieloną warstwę pilśni papieropodobnego materiału wraz z włókniną przenoszono do suszarni komorowej o temp. powietrza 90°C. Po wysuszeniu oddzielono papieropodobny materiał od włókniny i poddano operacji gładzenia za pomocą dwuwałowego kalandra nadającej gotowemu arkuszowi jedwabisty połysk.

Własności w ten sposób wytworzonego papieropodobnego materiału o zawartości 60% włókien jedwabiu naturalnego przedstawiono w tabeli 1.

Przydatność materiału została potwierdzona w pracach konserwatorskich. Materiał wykazywał doskonałą przydatność do konserwacji jedwabiu, zarówno do podklejania, jak i uzupełniania ubytków tkanin i to zarówno w postaci wyprofilowanych łatek, jak i płynnej masy nanoszonej przy pomocy stołu podciśnieniowego. Możliwość barwienia jeszcze w masie celulozowo-białkowej przeznaczonej do wytwarzania papieropodobnego materiału zawierającego włókna jedwabiu jeszcze w masie celulozowo-białkowej pozwala na wytworzenie szerokiej palety jego odcieni o kolorystyce i intensywności zabarwienia zbliżonej do tkanin jedwabnych, co umożliwia szybszy dobór odpowiedniego kolorystycznie podkładu wzmacnianych tkanin oryginalnych.

T a b e l a 1

Własności papieru „jedwabnego” przed i po starzeniu wg normy ISO 5630/3:1986 (czas 144 h, temp. 80 °C, wilgotność względna 65%)

Oznaczane własności	Metoda badań wg	J. m.	Wartość parametru
			Przed starzeniem	Postarzeniu
Gramatura	PN-64/P-50129	g/m2	50	50
Grubość	PN-65/P-50130	μm	140	140
Wytrzymałość na rozciąganie	ISO 1924-2: 1998	kN/m	0,905	0,943
Odkształcenie przy zerwaniu	ISO 1924-2: 1998	%	1,89	2,17
Zdolność adsorbowania energii	ISO 1924-2: 1998	J/m2	10,77	13,26
Sztywność rozciągania	ISO 1924-2: 1998	kN/m	94,9	86,3
Gładkość wg. Bekka	PN-ISO 5627: 1998	sek.	250
Białość R457	ISO 2470: 1977	%	72,0	70,7
Połysk	wg instrukcji obsługi aparatu		20
Własności papieru na mokro (czas moczenia 1,5 min.)
Wytrzymałość na rozciąganie	ISO 1924-2: 1998	kN/m	0,275	0,280
Wskaźnik wodotrwałości	ISO 3789: 1976	%	30,1	29,7
Odkształcenie przy zerwaniu	ISO 1924-2: 1998	%	7,66	8,96
Zdolność adsorbowania energii	ISO 1924-2: 1998	J/m2	10,42	11,43
Sztywność rozciągania	ISO 1924-2: 1998	kN/m	16,0	15,4
Odkształcenie liniowe: - wydłużenie po namoczeniu	PN-/P-50157	%	0,25	0,24
- skurcz po namoczeniu i wysuszeniu		%	0,83	1,25

PL 191 886 B1

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób wytwarzania papieropodobnego materiału zawierającego włókna jedwabiu naturalnego, znamienny tym, że formowanie struktury materiału odbywa się techniką papierniczą przez odsączanie na stałej lub ruchomej przegrodzie filtracyjnej wodnej zawiesiny o stężeniu 0,1-1 g/l zawierającej silnie zmielone korzystnie w holendrze papierniczym włókna jedwabiu naturalnego, same lub w mieszaninie z nie więcej niż 50% naturalnych włókien roślinnych, np. bawełnianych z dodatkiem lub bez ciętych włókien sztucznych z naturalnych polimerów i/lub ciętych włókien polimerów syntetycznych, np. jedwabiu poliestrowego.