Dezvoltarea de materiale neconvenţionale şi a unei tehnici  de tratament în plasmĂ rece  pentru soluţii sustenabile  în conservarea patrimoniului pe suport de hârtie,   PN-II-PT-PCCA-2011-3.2-1281
Home Despre noi Etape Diseminare Contact

INOVARE SI CREATIVITATE

UNITATEA EXECUTIVA

PENTRU FINANTAREA

INVATAMANTULUI SUPERIOR,

A CERCETARII DEZVOLTARII SI INOVARII

Obiectivele etapei şi activităţile aferente:

A. Definirea priorităţilor de cercetare în conservarea patrimoniului cultural pe suport papetar

B. Elaborarea unei proceduri fiabile de evaluare a tratamentelor de conservare

C. Dezvoltarea protocolului de cercetare.

Activitatea 1.1: Analiza şi sistematizarea factorilor care afectează starea de conservare a obiectelor de patrimoniu pe suport papetar

Activitatea 1.2: Evaluarea critică a metodelor clasice şi ne-convenţionale de conservare

Activitatea 1.3: Studiul privind metodele şi tehnicile de analiză ce pot fi aplicate la evaluarea proceselor de degradare a materialelor papetare, precum şi a tratamentelor de conservare aplicate acestora

Raport Etapa 1 ETAPA I  2012

Obiectivul general al proiectului Paphercon vizează dezvoltarea, implementarea şi validarea unei metode integrate de conservare sustenabilă a documentelor pe suport papetar, care se bazează pe cuplarea tratamentului de sterilizare în plasmă rece de înaltă frecvenţă (HF) cu aplicarea la suprafaţa hârtiei a unor filme compozite pe bază de derivaţi de chitosan multifuncţionali care, pe lângă funcţia de consolidare să prezinte proprietăţi de barieră faţă de umiditate şi dezvoltarea microbiană. Etapa a II-a a proiectului vizează faza de dezvoltare şi a avut ca scop realizarea unor studii experimentale individuale cu privire la noi materiale de consolidare multifuncţionale şi respectiv, tratamente de sterilizare în plasmă rece HF. Rezultatele acestor studii vor constitui baza ştiinţifică şi tehnică pentru etapa de implementare, care constă în cuplarea ambelor tipuri de tratamente într-o tehnologie sustenabilă de restaurare-conservare a documentelor pe suport papetar.

Obiectivul A: Dezvoltarea, caracterizarea şi evaluarea unor derivaţi de chitosan cu funcţionalităţi specifice în conservarea patrimoniului pe suport papetar

Obiectivul B: Studierea efectelor tratamentelor în plasmă asupra suporturilor papetare şi utilizarea rezultatelor la fundamentarea proiectării tehnologice a unei instalaţii noi de tratament în plasmă rece HF.

ETAPA II  2013 Raport Etapa 2 ETAPA III  2014

Obiectivul A: Evaluarea tratamentelor combinate de decontaminare în plasmă (instalaţia existentă) şi de

consolidare cu derivaţi de chitosan (Dch).

1. Stabilirea parametrilor plasmei pentru tratamente combinate: Rezultatele din etapa 2013 au relevat necesitatea unor investigaţii suplimentare care să permită reducerea duratei de tratament în plasmă. În acest scop, s-a realizat o serie de experimente în care s-au variat parametrii de descărcare în plasmă.

2. Selectarea formulelor de acoperire cu DCh pentru tratamente combinate s-a făcut pe baza analizei eficienţei de conservare a DCh, comparativ cu metilceluloza-MC.

3. Evaluarea tratamentelor combinate: Prima serie de experimente s-a realizat pe hârtie îmbătrânită natural, decontaminată clasic şi acoperită cu DCh şi respectiv MC. Rezultatele au arătat că eficienţa de consolidare a acoperirilor cu DCh este comparabilă cu cea a MC.

Obiectivul B: Construcţia noii instalaţii pentru tratamente în plasmă rece HF şi aplicarea acesteia în tratamente de conservare care combină decontaminarea în plasmă şi acoperirea hârtiei cu formule nano-compozite

1.Noua instalaţie de tratament în plasmă s-a construit în baza proiectului elaborat în etapa 2013, luând în

considerare şi rezultatele studiului prezentat la cap. A.1.

2. Evaluarea formulelor nano-compozite de conservare: Formulele nano-compozite au vizat combinarea DCh cu aditivi utilizaţi în fabricarea hârtiei, precum alchildimercetene (AKD) ca agent de încleiere şi/sau a nano-celulozei (NC) pentru consolidare şi îmbunătăţirea barierei la absorbţia gazelor.

Raport Etapa 3 ETAPA IV  2015

Obiectivul A: Construcţia unei instalaţii de tratament în plasmă „afterglow” pentru  extinderea funcţionalităţii instalaţiei de tratament în plasmă rece HF, realizată în etapa a III-a /2014.

Instalaţia a fost concepută şi realizată sub forma unui modul detaşabil de obţinere a plasmei afterglow, care se poate amplasa în interiorul vasului de reacţie al instalaţiei de plasmă HF existentă. Construcţia s-a realizat cu succes sub aspectul obţinerii plasmei cu efect afterglow, dar datorită lipsei aparaturii de control, bugetul alocat fiind numai pentru construcţia de bază, nu a fost posibilă optimizarea funcţională. Eficienţa de decontaminare s-a testat pe probe de hârtie din carte veche (H1) contaminată cu bacterii şi fungi, în câteva serii de experimente efectuate la diferite distanţe dinte proba tratată şi sursa de plasmă activă şi la diferite durate de tratament. Rezultatele au arătat că eliminarea completă a  bacteriilor şi fungilor se poate realiza la distanţă de 8 cm şi durată ≥ 5 minute. Dar, testele efectuate pe hârtie model (la distanţă de 8 cm şi durate diferite) au arătat că proprietăţile de rezistenţă mecanică, în special rezistenţa la îndoire, se deteriorează foarte mult chiar la 5 minute de tratament. Imaginile SEM ale probelor au evidenţiat modificări ale suprafeţei fibrelor, inclusiv fisuri ale peretelui celular, care se intensifică cu reducerea distanţei dintre probă şi sursa activă, ceea ce explică în parte impactul asupra indicilor de rezistenţă.


Obiectivul B: Evaluarea eficienţei pe termen lung a tratamentelor combinate de conservare – decontaminare în plasmă plus acoperiri protective cu diferite formule compozite pe bază de derivaţi de chitosan.

Eficienţa pe termen lung a tratamentelor combinate de conservare (decontaminare şi acoperiri cu polimer) s-a evaluat în baza unui program foarte complex, care a inclus: 2 metode de decontaminare  (convenţională – DC şi în plasmă - DP); 5 serii de probe pentru fiecare metodă de decontaminare - martor, 4 tipuri de acoperiri (derivaţi de chitosan şi formule compozite, comparativ cu metilceluloza); trei metode de îmbătrânire accelerată (tratament termic uscat - ÎT, tratament termic umed - ÎTU şi iradiere UV); testarea proprietăţilor fizico-mecanice, fizico-chimice şi biologice.

Analiza rezultatelor a arătat că fiecare metodă de îmbătrânire potenţează anumite modificări chimice ale hârtiei suport şi/sau ale filmelor aplicate la suprafaţă, care se reflectă în schimbările la scară macro ale proprietăţilor hârtiei şi care au fost confirmate parţial de analizele de spectroscopie FT-IR şi microscopie electronică de baleiaj. Calculul gradului de retenţie(GR%) a indicilor de rezistenţă mecanică a arătat că toate tratamentele de conservare studiate dau GR peste 50%, ceea ce indică o stabilitate bună la acţiunea factorilor de îmbătrânire; stabilitatea cea mai mare a fost obţinută pentru acoperirile pe bază de carboximetilchitosan/alchilchitosan (CCh/ACh) şi cea mai mică pentru metilceluloză (MC/MC). Combinaţiile de derivaţi de chitosan, în particular CCh/ACh, realizează „reîncleirea“ hârtiei (unghi de contact peste 1000) care are stabilitate totală la tratamentele de ÎT şi ÎTU. Gradul de alb scade cu 3-5 unităţi, în special după ÎT, dar aceste efecte sunt comune la tratamente peste 100 0C ale polimerilor şi nu afectează stabilitatea acoperirilor. Activitatea antimicrobiană faţă de bacterii, şi fungii, evidenţiată numai pentru formulele de acoperire pe bază de derivaţi de chitosan, nu este afectată de tratamentul termic uscat, dar tratamentul termic umed reduce puţin activitatea antifungică.

 

Raport Etapa 4 ETAPA V  2016

Obiectivele acestei etape au vizat extinderea funcţionalităţii instalaţiei de plasmă prin optimizarea funcţională a modulului “afterglow”, completarea și definitivarea bazei de date şi utilizarea acesteia pentru fundamentarea, elaborarea şi validarea noii metode de conservare sustenabilă a patrimoniului cultural pe suport papetar.

Obiectivul A: Extinderea funcţionalităţii instalaţiei de plasmă HF prin optimizarea modulului “afterglow”

Modulul de plasmă cu descărcare afterglow (AG), construit și testat în etapa 2015, a fost eficient pentru decontaminare, dar proprietăţile de rezistenţă mecanică ale hârtiei au fost afectate mult. În etapa 2016, s-au reluat testele şi s-a stabilit că eficienţa redusă a modului afterglow se datorează descărcării neuniforme în zona afterglow și urmelor de oxigen din gazul de descărcare. În consecință, s-au efectuat completări şi îmbunătăţiri ale instalaţiei: regulator de precizie a debitului de gaz, purificarea gazului, variator continuu de tensiune alternativă şi redresor de frecvenţă. După aceste îmbunătăţiri, testele au demonstrat eficienţă de decontaminare de 100% a problor de carte veche care prezentau contaminare intensă cu fungi şi bacterii, la durate mici de tratament (5-7 min). Analizele probelor de hârtie model, înainte şi după tratamente în plasmă AG nu au indicat  modificări fizico-chimice semnificative în structura hârtiei, iar scăderea indicilor de rezistenţă a fost mai mică cu cca. 50% decât în cazul testelor din 2015. Astfel, s-a concluzionat că plasma afterglow oferă posibilitatea unui tratament mai blând decât plasma HF și este indicată pentru decontaminarea biologică a documentelor cu stare precară de conservare. O altă direcţie de extindere a funcţionalităţii instalaţiei de plasmă a vizat dezacidificarea prin fixarea unor compuşi alcalini (oxid de calciu/oxid de magneziu - CaO/MgO) în structura hârtiei. Introducerea agenților alcalini s-a realizat cu succes în  ceea ce privește neutralizarea acidităţii, dar indicii de rezistenţă au scăzut cu 40-60%, datorită efectelor cumulate ale plasmei şi efectului abraziv al micro-particulelor de CaO/MgO.

Obiectivul B: Realizarea bazei de date obţinute în studiile experimentale derulate în proiect

Dezvoltarea tehnicii de decontaminare în plasmă şi a materialelor noi pe bază de derivaţi de chitosan şi integrarea acestora într-o metodă nouă de conservare a implicat derularea unui număr mare de programe experimentale. Rezultatele acestor serii de experimente au fost sintetizate într-o bază de date, care a fost structurată pe 5 tipuri de suporturi papetare testate în cadrul proiectului: două tipuri de hârtii vechi (fără valoare de patrimoniu), hârtie de tipar obţinută pe maşina de hârtie şi două tipuri de hârtie obţinute în laborator. Pentru fiecare tip de hârtie sunt indicate metodele de evaluare utilizate, tratamentele aplicate, precum şi rezultatele obţinute (Anexa 1-RTS/2016). Baza de date este însoţită şi de procedura de evaluare a eficienţei tratamentelor de conservare, care descrie metodele şi tehnicile de analiză utilizate, precum și tipul de informații furnizate.

Obiectivul C: Elaborarea şi validarea noii metode de conservare sustenabilă a patrimoniului documentar

Metoda nouă de conservare s-a elaborat pe baza analizei rezultatelor din fiecare etapă de cercetare. Această analiză şi metodologia de lucru, care include descrierea instalaţiilor, materialelor noi de conservare şi metoda de aplicare a acestora, sunt prezentate detaliat în Anexa 2 la RST/2016. În esenţă metoda nouă se bazează pe integrarea tehnicii de decontaminare biologică, în plasmă rece HF sau afterglow, cu aplicarea semiautomată la suprafaţa hârtiei a unor formule de acoperire pe bază de derivaţi de chitosan care asigură consolidarea, reîncleierea şi protecţia antimicrobiană. Pe lângă eficiența tehnologică, metoda reduce impactul de mediu prin  eliminarea biocizilor și solvenţilor din tehnologia convențională și prin utilizarea derivaților de chitosan, solubili în apă la pH neutru care se aplică controlat și în condiții de siguranţă pentru documente și utilizatori, fără generarea de deșeuri. Metoda dezvoltată a fost validată în condiţii reale prin restaurarea a două cărţi vechi: Carte de literatură franceză (CF) fără valoare de patrimoniu, tipărită 1926, Paris; Letopisețul Țerei Moldovei (CL), cu valoare patrimonială, din colecție particulară, tipărită 1894, Bucuresti. Analizele distructive/nedistructive pe cartea CF și analizele minim-invazive/neinvazive pe CL au confirmat eficacitatea plasmei HF ca  tehnică de decontaminare biologică și a formulelor compozite pe bază de derivați de chitosan/oxid de CaO cu privire la consolidare, dezvoltarea de bariere la apă și atacul microbian, dezacidificare/crearea rezervei alcaline (Anexa 3a,b, RST/2016). Metoda este eficientă din punct de vedere economic, deoarece costurile estimate sunt la mai puțin de jumătate din costurile de conservare prin metoda convențională, ambele estimate pentru cartea CL

Raport Etapa 5