Сравнительное исследование бумаги ксерокопий
разрушающими и оптико-электронными методами
Добрусина С.А,
Подгорная Н.И, Цыпкин Д.О.Российская национальная библиотека, Санкт-Петербург, Россия
Svetlana A. Dobrusina, N. I. Podgornaya, and D. O. Tsypkin
Russian National Library, St. Petersburg, Russia
С.О. Добрусіна, Н.І. Підгорна, Д.О. Ципкін
Російська національна бібліотека, Санкт-Петербург, Росія
В Федеральном центре консервации библиотечных фондов совместно с Лабораторией кодикологических исследований и научно-технической экспертизы документов Отдела рукописей РНБ исследованы свойства бумаги ксерокопий и комплекса бумага ксерокопии+изображение в процессе тепловлажного и светового старения.
У образцов бумаги ксерокопий до и после искусственного старения определяли основные показатели физико-механических свойств по стандартным методикам. Макроструктуру бумаги исследовали при помощи аппаратно-программного и оптико-электронного комплекса для кодикологического исследования и экспертизы документов.Результаты физико-механических испытаний бумаги не показали отрицательного влияния процесса ксерокопирования на бумагу получаемых копий. Однако применение оптико-электронного комплекса позволяет выявить изменения, происходящие в бумаге, на уровне ее макроструктуры.
At Federal Document Conservation Center in collaboration with the Laboratory for Codicological Research and Document Sci-Tech Expertise of the Manuscript Department, the features of photocopy paper and of the complex “photocopy paper + image” in the process of thermo-moist and light aging were studied. The basic coefficients for the samples before and after imitative aging were determined using standard methods. The paper macrostructure was studied with optoelectronic complex for document codicological examination. For this purpose complex procedure for manuscript examination based on digital treatment of object images and elements was used. The results of physicochemical tests demonstrated no negative effect of photocopying on photocopy paper. The use of the optoelectronic complex enables to reveal the changes in paper macrostructure that might occur.
У Федеральному центрі консервації бібліотечних фондів спільно з Лабораторією кодикологічних досліджень і науково-технічної експертизи документів Відділу рукописів РНБ досліджено властивості паперу ксерокопій і комплексу папір ксерокопії+зображення в процесі тепловологого і світлового старіння.
У зразках папера ксерокопій до і після штучного старіння визначали основні показники фізико-механічних властивостей за стандартними методиками. Макроструктуру паперу досліджували за допомогою апаратно-програмного і оптично-електронного комплексу для кодикологічного дослідження та експертизи документів.
Результати фізико-механічних досліджень паперу не виявили негативного впливу процесу ксерокопіювання на папір отримуваних копій. Однак застосування оптично-електронного комплексу дозволяє виявити зміни, що відбуваються в папері, на рівні його макроструктури.
Современный уровень обслуживания читателей в библиотеках требует практически постоянного ксерокопирования документов, хранящихся в фондах. Исследования, проведенные нами в течение 1998-1999гг., показали, что можно допустить ксерокопирование массовых изданий, учитывая их экземплярность, возможность списания и замены. Рукописные памятники, издания уникальные, имеющие высокую культурно-историческую ценность или находящиеся в библиотеке в одном экземпляре целесообразно подвергать лишь однократному ксерокопированию
[1, 2]. Особого внимания требует и многоцветная полиграфическая продукция. В итоге, круг документов, которые можно “безнаказанно” ксерокопировать, резко сужается.Естественно, встал вопрос о долговечности бумаги полученных ксерокопий, поскольку документы такого вида широко распространены и останутся в архивах и коллекциях архивного хранения библиотек, и именно с них следует выполнять последующее многократное копирование. Известно также, что в процессе ксерокопирования бумага испытывает дополнительное давление, воздействие температуры и получает определенный электростатический заряд
[3].В связи с вышеизложенным Федеральным центром консервации библиотечных фондов (ФЦКБФ)
совместно с Лабораторией кодикологических исследований и научно-технической экспертизы документа Отдела рукописей (ЛКИиНТЭД ОР) предпринято исследование свойств бумаги ксерокопий и комплекса “бумага ксерокопии + изображение” в процессе искусственного тепловлажного и светового старения.Объектом исследования служила бумага трех видов: для офисов
— российского производства ОАО “Светогорск” (№1), финской фирмы “Metsa Serla” (№2), а также специальная долговечная реставрационная (№3), разработанная и изготовленная в ФЦКБФ.У образцов бумаги ксерокопий до и после искусственного старения определяли показатели сопротивления излому при многократных перегибах на приборе И-2 (ГОСТ 13525.2-80) при натяжении 9.8 Н (для бумаги для офисов) и 4.9 Н (для реставрационной); сопротивления разрыву на приборе РБМ (ГОСТ 13525.1-79); коэффициент отражения на однолучевом спектрофотометре “
Spekol-11” при синем фильтре и длине волны 457 нм (ГОСТ 7690-76). Значение рН определяли контактным методом на рН-метре фирмы “Cole-Parmer Instrument Co”. Толщину бумаги измеряли на толщиномере ТНБ-5-А. Перед испытаниями образцы кондиционировались в соответствии с ГОСТ 13523-78.Статистическую обработку результатов физико-механических испытаний проводили с определением стандартного отклонения и t-распределения по Стьюденту [4].
Для расчета относительной долговечности бумаги ксерокопий использовали разработанный в Центре метод, основанный на термофлуктуационной теории прочности твердых тел [5].
Искусственное тепловлажное старение образцов осуществляли в термостате в герметически закрытых стеклянных трубках при постоянной влажности и температуре 102
+2оС [6]; изменения показателей фиксировали через 18 сут., световое старение — под лампой ДРТ-0.375 без фильтра; изменения показателей фиксировали через 8, 16, 32 ч.Наряду с традиционными физико-механическими методами оценки свойств бумаги применили оптико-электронные. Макроструктуру бумаги исследовали с помощью оптико-электронного комплекса по специальной методике, разработанной в ЛКИиНТЭД ОР РНБ и предназначенной для кодикологического исследования и экспертизы рукописных документов по основным направлениям: изучение носителя информации, орудия и средства письма, переплета, почерка
[7, 8, 9]. В основе методики лежит цифровая обработка изображений объекта и его элементов, получаемых с помощью цифровой и телевизионной камер, а также планшетного сканера (разрешение 600 dpi, 32 bit'а на цвет).Важно, что большую часть необходимой обработки изображений можно проводить с использованием общедоступных “неспециализированных” программных продуктов (например,
Adobe Photoshop). Для получения некоторых характеристик изображения используется специально разработанная в ЛКИиНТЭД программа -”Manuscript”.В данной работе исследовали структуру листа бумаги в инфракрасной (ИК) области спектра в проходящем свете и рельеф поверхности при пологом освещении (0.5-1.0
0) с построением профиля оптических плотностей.Результаты физико-механических испытаний показали, что непосредственно после изготовления ксерокопии не происходит изменения свойств бумаги всех исследованных видов. Однако имеет место изменение толщины образцов бумаги №1 (с 90 до 80 мкм). После 18 сут тепловлажного старения значительно снижается показатель сопротивления излому (до 59%). Изменения значений сопротивления разрыву составляют не более 10% и находятся в пределах погрешности измерения прибора. Изменения коэффициента отражения незначительно и составляет 2%-6%. Значения рН снижаются до уровня 6.0-6.3, что подтверждает достаточно высокую устойчивость бумаги обоих видов к старению в условиях повышенных влажности и температуры (рис.1).
Анализ влияния жесткого светового старения в течение 32 час также позволяет констатировать, что показатели свойств контрольных образцов и ксерокопий бумаги всех исследованных видов изменяются практически одинаково (рис.1).
Следует особо отметить характер изменения коэффициента отражения реставрационной бумаги. Под действием света имеет место “посветление” контрольного образца, ксерокопия же сначала светлеет, а затем темнеет, достигая к 32 ч старения первоначального значения коэффициента отражения. Такое изменение оптических свойств, скорее всего, связано с поведением природного светостойкого красителя, введённого в бумагу при её изготовлении.
Статистическая обработка полученных данных убеждает во мнении, что изменения значений показателей механических свойств находятся в пределах стандартного отклонения средних арифметических и погрешности измерения прибора.
Расчет энергии активации процесса механодеструкции бумаги исследованных видов подтвердил данные физико-механических испытаний. Значения энергии активации у контрольных образцов и ксерокопий практически одинаковы (таблица 1).
Таблица 1
Энергия активации процесса механодеструкции бумаги ксерокопий
|
Вид бумаги |
Uo, кДж/моль |
U, кДж/моль |
t 2/t 1 |
|
№1, контроль |
81.0 |
79.0 |
1.1 |
|
№1, ксерокопия |
80.0 |
78.0 |
|
|
№2, контроль |
81.0 |
79.0 |
|
|
№2, ксерокопия |
84.0 |
81.0 |
1.1 |
|
№3, контроль |
77.0 |
69.0 |
— |
|
№3, ксерокопия |
77.0 |
68.0 |
На следующем этапе изучено изменение физико-механических свойств комплекса “бумага ксерокопии+изображение”, сделанное с 5 цветов атласа цветов восьмикрасочной системы смешения “Радуга”
[10] в процессе тепловлажного и светового старения.Экспериментами установлено, что независимо от вида искусственного старения изменения коэффициента отражения для бумаги №1 находятся в интервале 0.1-10.7%, для бумаги №2 — 0.1-6.3%.
Сравнение механических характеристик контрольных образцов бумаги №1 и №2, ксерокопий на их основе и ксерокопий с изображением (в пяти вариантах) позволяет достаточно уверенно констатировать, что нанесение тонера на бумагу, т.е. получение изображения, не оказывает влияния на механические свойства комплекса “бумага ксерокопии+изображение”.
Искусственное старение способствует снижению прочностных характеристик всех исследованных образцов. Наиболее ярко это проявляется под действием света (таблица 2). В процессе старения в течение 32 ч у “комплекса” в большинстве случаев более резко, чем у контрольных образцов, снижаются показатели сопротивления излому и разрыву, что, по-видимому, связано не только с механизмом фотохимической деструкции бумаги, но и качеством бумаги и количеством нанесённого на неё тонера.
Таблица 2
Изменение физико-механических свойств
комплекса|
Вид бумаги И изображения |
Время старения, сут |
Сопротивление излому, ч.д.п. |
Сопротивление разрыву, Н |
|
№1, контроль |
0 |
163 |
59.4 |
|
32 |
33 |
56.8 |
|
|
№1, ксерокопия |
0 |
159 |
60.6 |
|
32 |
27 |
66.6 |
|
|
№1+ краска 03- 5(синяя) |
0 |
144 |
59.1 |
|
32 |
20 |
52.6 |
|
|
№1+ краска 13-5 (зеленая) |
0 |
156 |
56.2 |
|
32 |
32 |
57.5 |
|
|
№1+ краска 21-3 (желтая) |
0 |
145 |
54.6 |
|
32 |
15 |
46.7 |
|
|
№1+ краска 27-4 (красная) |
0 |
184 |
59.8 |
|
32 |
16 |
51.9 |
|
|
№1+ краска 37-7 (черная) |
0 |
182 |
55.2 |
|
32 |
32 |
53.5 |
|
|
№2, контроль |
0 |
205 |
52.7 |
|
32 |
109 |
45.3 |
|
|
№2, ксерокопия |
0 |
202 |
52.5 |
|
32 |
109 |
44.1 |
|
|
№2+ краска 03-5 (синяя) |
0 |
197 |
69.6 |
|
32 |
54 |
65.6 |
|
|
№2+ краска 13-5 (зеленая) |
0 |
203 |
79.1 |
|
32 |
46 |
66.3 |
|
|
№2+ краска 21-3 (желтая) |
0 |
208 |
77.1 |
|
32 |
58 |
65.0 |
|
|
№2+ краска 27-4 (красная) |
0 |
246 |
71.9 |
|
32 |
44 |
69.9 |
|
|
№2+ краска 37-7 (черная) |
0 |
219 |
73.2 |
|
32 |
51 |
62.4 |
Таким образом, можно сделать следующие выводы:
Далее было решено продолжить исследования с использованием оптико-электронного комплекса и методики экспертизы рукописных документов.
Сравнение структуры бумаги контрольных образцов и ксерокопий показали следующее: у ксерокопии бумаги №1 резко увеличивается проницаемость в ИК области спектра, что вполне согласуется с уменьшением толщины образца с 90 до 80 мкм при получении ксерокопии (рис.2). У ксерокопии бумаги №2 изменение проницаемости имеет место, но выражено не так ярко. Сканирование, цифровая обработка и анализ изображений позволяют говорить в данном случае об изменении цветового баланса поверхности бумаги после получения ксерокопий. Возможно, это связано с перераспределением оптического отбеливателя в объеме листа. Структура листа бумаги №3 и ксерокопии идентичны.
Анализ рельефа поверхностей изображения и профиля оптических плотностей исследуемых образцов бумаги убедительно дополняют полученные данные: ксерокопия бумаги №1 имеет сглаженный, менее глубокий рельеф и менее выраженный профиль, чем контрольный образец (рис.3). Аналогичны изменения рельефа и профиля оптических плотностей для ксерокопии бумаги №2 (рис.4). У бумаги №3 и ее ксерокопии рельеф и профиль идентичны, изменения отсутствуют (рис.5)
. Небольшие различия межпиковых расстояний в профиле оптических плотностей объясняются ярко выраженной сеточной структурой поверхности листа бумаги.
Рис. 3. Рельеф поверхности и профиль оптических плотностей бумаги №1
Рис. 5. Рельеф поверхности и профиль оптических плотностей бумаги №3
Следует особенно подчеркнуть, что результаты физико-механических испытаний бумаги подтверждены исследованиями, выполненными по комплексной методике экспертизы рукописных документов.
Применение аппаратно-программного и оптико-электронного комплекса для исследования бумаги дает результаты не только более быстрые и не менее точные, чем традиционные методы испытаний, но позволяет более четко выявлять различия между образцами бумаги и оценивать причины этих различий.
Литература