CC BY
40реставрационная наука
С.А. ДОБРУСИНА, Н.И. ПОДГОРНАЯ, ВМ. ЦИТОВИЧ
сохранность документов при использовании технологии ипо
Технологии радиочастотной идентификации (RFID) используются в крупнейших библиотеках мира с 1999 г., позволяя сотрудникам библиотек ускорять процессы обслуживания читателей, инвентаризации, обеспечивая сохранность книги и порядок в хранилищах. Сегодня насчитывается более 1500 библиотечных хранилищ, для учета и сохранности фондов в которых используются RFID-метки [1, 3-7, 10].
Отдельный вопрос — долговечность RFID-меток и влияние материалов метки на сохранность книжных фондов, особенно, на сохранность бумаги редкой книги.
При первоначальном поступлении книги или журнала в хранилище RFID-метка программируется, а затем фиксируется, как правило, на форзаце. Метка состоит из чипа и антенны, расположенных между материалом основы и клеевым слоем.
С точки зрения обеспечения сохранности документа, опасность для оригинала представляют клеевой слой и материал основы RFID-метки. Клей, с одной стороны, должен обладать хорошей и не ослабевающей со временем адгезией, с другой — быть химически инертным по отношению к бумаге книги, не вызывать ее повреждений, в частности, образования пятен в местах применения. Материал основы метки также должен быть безвредным для документов, стабильным во времени, что исключает образование продуктов деструкции, переход их на соседние листы.
Таким образом, материалы метки гарантированно не должны оказывать отрицательного воздействия на бумагу документа, что особенно важно при использовании меток в фондах редкой и рукописной книги.
На российском рынке предлагаются метки различных производителей. Библиотеки при установке систем RFID не располагают достаточной информацией о долговечности материала меток и их влиянии на бумагу оригинала. С целью получения такой информации исследованы RFID-метки двух производителей, один из которых — отечественный.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования являлись:
- RFID-метки, предоставленные двумя производителями, обозначаемые в дальнейшем образец № 1 и образец № 2;
- бумага из 100 %-й хлопковой целлюлозы опытной выработки (50 °шр, 80 г/м2), состав по волокну которой аналогичен бумаге старой книги;
- метки, наклеенные на бумагу из 100 %-й хлопковой целлюлозы, далее обозначаемые как комплекс метка+бумага.
Для испытаний использованы фрагменты средней части метки без металлических включений.
МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Определяли следующие оптические, физико-механические и химические свойства образцов меток, бумаги из loo %-й хлопковой целлюлозы опытной выработки и комплекса метка+бумага до и после искусственного тепловлажного и светового старения:
- белизну в соответствии с ГОСТ Р ИСО П475-20Ю «Бумага и картон. Метод определения белизны по CIE» на спектрофотометре Elrepho 070/071 при длине волны 457 нм, источнике света D2;
- разрушающее усилие и относительное удлинение в соответствии с ГОСТ ИСО l924-l-96 «Бумага и картон. Определение прочности при растяжении. Часть l. Метод нагружения с постоянной скоростью» на разрывной машине Hounsfield с программным обеспечением Qmat Profession при следующих условиях: создаваемая при испытании нагрузка — 25o Н; предельная деформация при растяжении — 5o мм; скорость нагружения — l2 мм/мин; расстояние между зажимами — 4o мм. Испытание образцов на разрывной машине происходит путем деформации образца вплоть до разрушения при контроле нагрузки и скорости нагружения;
- прочность склеивания метки с бумагой методом расслаивания на разрывной машине Hounsfield при следующих условиях: создаваемая при испытании нагрузка 25o Н; предельная деформация при растяжении 5o мм; скорость нагружения l2 мм/мин; расстояние между зажимами 2o мм. Для проведения испытаний комплекс частично расслаивали (примерно на lo мм): в верхний зажим машины вставляли бумагу, в нижний — метку;
- значение рН образцов наружного слоя метки, бумаги из loo %-й хлопковой целлюлозы, комплекса метка+бумага со стороны метки и со стороны бумаги контактным методом на рН-метре Hanna 211 с плоским стеклянным электродом при значении рН дистиллированной воды 6,5 [2];
- состав по волокну (морфология компонентов бумаги-основы метки) в соответствии с ГОСТ 75oo-85 «Бумага и картон. Методы определения состава по волокну».
Перед определением физико-механических свойств образцы кондиционировались в соответствии с ГОСТ ^523-78 «Полуфабрикаты волокнистые, бумага и картон. Метод кондиционирования образцов».
Микрофотографии наружного слоя метки получены на оптическом микроскопе Leica DM 2ooo при увеличении х5o и х400 в проходящем свете.
Искусственное тепловлажное старение выполняли в камере TABAI при температуре 80 оС и относительной влажности воздуха 65 %. Согласно ISO 5630-3^996 «Paper and board — Accelerated ageing — Part 3: Moist heat treatment at 80 degrees C and 65 % relative humidity» трое суток старения в таких условиях эквивалентны 25 годам естественного старения бумаги [ll]. Изменения показателей фиксировали через 3, 6, 9 сут.
Искусственное световое старение выполняли под 4 люминесцентными лампами OSRAM DULUX L и 2 лампами Philips PL-L CLEO в специальной камере при температуре 28 °С, относительной влажности воздуха l8 %, освещенности 30 клк,
Таблица I
Прочность склеивания комплекса мстка-Нзумага в процессе тепло-влажного старения
Образец Время старсЕаия, сут Разрушающее усилие, В
Образец № 1-¡-бумага из 100 %-й хлопковой цашнолозы 0 3,1
3 1,8
6
9 1,1
Образец № З+бу^ага из 100 %-й хлопковой ЦЕЛЛЮЛОЗЫ 0 0,7
0,9
б
9 1,6
уровне энергетической освещенности 15 мВт/м2. Источники излучения позволяют имитировать естественный дневной свет, проходящий через стекло. Образцы облучались одновременно с двух сторон. Изменения показателей фиксировали через 4, 8 и 12 ч.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Представленный для исследования материал наружного слоя образца № 1 не фибриллируется, т.е. не разделяется на волокна, не окрашивается реактивом Херцберга (раствором хлор-цинк-йода), применяемым для первичной идентификации природных волокон, определения их групп, подгрупп и видов колористическим методом. На основании этого сделан вывод, что наружный слой (основа метки) образца № 1 представляет собой не бумагу, а полимерную пленку (илл. 1).
Окрашивание волокон основы образца № 2 реактивом Херцберга показало присутствие древесной целлюлозы и текстильных волокон: волокна древесной целлюлозы окрашивались в сине-фиолетовый цвет, текстильные волокна — в пурпурно-красный (илл. 2). Для более точной идентификации волокон древесной целлюлозы использован реоктив Графф С, который окрасил волокна целлюлозы в синий цвет, характерный для хвойной беленой сульфатной целлюлозы. Текстильные волокна данный реактив не окрашивает.
Состав по волокну материалов основы меток позволяет предположить, что они будут стабильны во времени и инертны по отношению к бумаге документа.
Белизна всех исследованных образцов в процессе тепло-влажного старения имеет незначительную тенденцию к снижению. Полученные результаты указывают на стабильность оптических свойств материала метки и отсутствие негативного влияния клеевого слоя метки на бумагу в условиях повышенной температуры и относительной влажности воздуха (илл. 3 и 4).
Белизна исследованных образцов в процессе светового старения также имеет тенденцию к снижению (илл. 5 и 6), в большей степени характерную для образца № 2 (см. илл. 6). В целом, оптические свойства материала метки стабильны под действием света, негативного влияния клеевого слоя метки на оптические свойства бумаги под действием света не отмечено.
Стабильность оптических свойств материалов наружного слоя меток косвенно может служить свидетельством стабильности их химических свойств, так как известно, что изменение цвета связано с процессами окислительной, фотохимической и гидролитической деструкции целлюлозы, происходящей под действием тепла, влаги и светового излучения [11].
В процессе искусственного тепло-влажного старения выполнены механические испытания образца № 1 и комплекса бумага+метка на его основе (определены разрушающее усилие и относительное удлинение) в процессе тепло-влажного и светового старения. Механические испытания образца № 2 и комплекса бумага+метка на его основе не проводились из-за недостаточного количества образцов.
Разрушающее усилие (максимальная сила, выдерживаемая меткой до разрушения) образца № 1 уже через 3 сут старения снижается почти на 20 % и остается на этом уровне на протяжении всего старения. Прочность бумаги из 100 %-й хлопковой целлюлозы в процессе тепло-влажного старения по данному показателю остается неизменной. Значение разрушающего усилия комплекса метка+бумага стабильно в течение 6 сут и снижается на 30 % через 9 сут старения (илл. 7а).
Величина относительного удлинения в момент разрушения к концу старения образца № 1 возрастает на 50 %, комплекса метка+бумага — снижается на 40 %, бумаги — остается практически неизменной (илл. 76).
В процессе светового старения разрушающее усилие образца № 1 снижается на 20 %, комплекса — на 40 % через 4 ч старения, оставаясь на этом уровне при последующем
Таблица 2
Прочность склеквдння комплекса метка-^ бумага в процессе светового старения
Образец Время старения, ч Разрушающее усилие, H
Образец „Уз 1-¡-бумага из 100 %-й хлопковой целлюлозы 0 3,1
4 2,1
Й 2,1
12 6,5
Образец № ^-¡-бумага из 100 %-й хлопковой целлюлозы 0 0,7
4 1,4
S 0,8
12 1,2
Таблица 3
Изменение значения рН образцов в процесса тепло-влажного старения
Образец Время старения, Значение рН наружного Значение рН комплекса метка
сут слоя метки -Нзумага со сторсиш бумаги
№ 1 0 63 6,3
3 6,4 M
6 6,3 6,3
9 6Д 6,4
№2 0 6,4 7,3
3 73 7,3
6 7,4 7,3
9 7,6 7,3
Таблица 4
Изменение значения рЛ образцов в процессе светового старений
Образец Время старения, ч ЗЕаачснис рН наружного слоя метки ЗпачеЕа не рН комплекса метка -¡-бумага со стороньс бумаги
№ 1 0 6,3 6,3
4 6,4 6,2
Й 6,2 63
12 6,3 63
№2 0 6,4 73
4 7,Й 7,4
Й 7Э 7,4
12 8,0 7,4
□ меткав&^нага □ м етк м а га □ м а гз*- м етт а
Илл. з. Изменение белизны наружной стороны образца № 1, бумаги из loo %-й хлопковой целлюлозы и комплекса бумага+метка со стороны метки и бумаги в процессе тепло-влажного старения
Илл. 4. Изменение белизны наружной стороны образца № 2, бумаги из 100 %-й хлопковой целлюлозы и комплекса бумага+метка со стороны метки и бумаги в процессе тепло-влажного старения
Илл. 5. Изменение белизны наружной стороны образца № 1, бумаги из 100 %-й хлопковой целлюлозы и комплекса бумага+метка со стороны метки и бумаги в процессе светового старения
Илл. 6. Изменение белизны наружной стороны образца № 2, бумаги из 100 %-й хлопковой целлюлозы и комплекса бумага+метка со стороны метки и бумаги в процессе светового старения
Илл. 7. Изменение величины разрушающего усилия (а) и относительного удлинения (б) образца № 1, бумаги из 100 %-й хлопковой целлюлозы и комплекса бумага+метка в процессе тепло-влажного старения
воздействии света. Прочность бумаги из 100 %-й хлопковой целлюлозы в процессе светового старения по этому показателю остается неизменной.
Значение показателя относительного удлинения образца № 1 возрастает на 50 % в первые 4 ч светового воздействия. На следующих этапах значение показателя имеет тенденцию к снижению, однако остается более высоким, чем начальное. Относительное удлинение комплекса снижается на 10 % через 4 ч и остается на этом уровне до конца старения. Значение относительного удлинения бумаги в процессе светового старения практически неизменно.
Сопоставление данных испытаний в процессе тепло-влажного и светового старения показывает, что тенденции изменения величины разрушающего усилия и относительного удлинения одинаковы в обоих случаях: разрушающее усилие материала метки снижается, бумаги — изменяется в пределах погрешности метода испытания, равной 10 %, у комплекса — снижается.
Величина относительного удлинения материала метки на начальном этапе старения возрастает, затем несколько снижается, однако абсолютное значение показателя к концу как тепло-влажного, так и светового старения выше исходного. Этот показатель бумаги незначительно колеблется, у комплекса имеет выраженную тенденцию к снижению.
Основу бумаги составляет целлюлоза, которая является природным растительным полимером. Из данных литературы известно, что разрушение бумаги в продольном направлении идет по схеме твердых хрупких тел (деформация прямо пропорциональна приложенному усилию), т.е. имеет место так называемое «хрупкое разрушение» [9]. Разрушение полимерной пленки идет по иной, более сложной схеме, состоит из нескольких стадий: преодолеваются предел пропорциональности, предел текучести, предел прочности, т.е. имеет место «вязкое» разрушение [8].
По-видимому, в процессе старения при снижении прочностных свойств полимеров, составляющих метку (полимер основы + клеевой слой), упруго-пластические свойства сохраняются в полной мере, т.е. несмотря на снижение величины разрушающего усилия в процессе старения, значение удлинения возрастает, поскольку преодолен предел текучести материалов при растяжении. У бумаги из 100 %-й хлопковой целлюлозы прочностные и упруго-пластические свойства в процессе старения сохраняются практически полностью, поэтому значительных изменений исследованных показателей не происходит.
Комплекс бумага+метка можно отнести к числу твердых хрупких тел, поскольку связь разрушающего усилия и деформации прямо пропорциональна. Уменьшение величины разрушающего усилия в процессе тепло-влажного и светового старения приводит к уменьшению величины относительного удлинения.
Разрушение комплекса метка+бумага в случае обоих видов старения происходило в следующей последовательности: бумага из 100 %-й хлопковой целлюлозы ^ основа метки ^ клеевой слой метки.
Данные испытаний по определению прочности склеивания комплекса метка+бумага (табл. 1) показывают, что в процессе тепло-влажного старения усилие, необходимое для расслаивания комплекса образец № 1 + бумага, снижается, для комплекса образец № 2 + бумага — возрастает. Однако абсолютное значение разрушающего усилия во втором случае всегда ниже. По-видимому, это связано с различием материала-основы меток. Усилие разрыва полимерного материала, являющегося основой образца № 1, изначально выше и, закономерно снижаясь в процессе старения, остается более высоким, чем бумаги (образец № 2). Именно полимерный материал обусловливает более высокие значения разрушающего усилия комплекса образец №1 + бумага. Возрастание значений разрушающего усилия
комплекса на основе образца № 2 в процессе тепло-влажного старения объясняется дополнительным упрочнением бумаги клеевой составляющей метки.
К концу светового старения усилие расслаивания возрастает в обоих случаях, однако для комплекса на основе образца № 2 значение усилия всегда ниже (табл. 2).
Отметим, что расслаивание всегда происходило не по границе раздела двух материалов (метка и бумага), а непосредственно по бумаге, на которую наклеена метка, т.е. адгезия метки к бумаге достаточно высока и сохраняется как в атмосфере повышенной температуры и относительной влажности воздуха, так и при воздействии света.
Однако в условиях повышенной температуры при непосредственном попадании влаги на комплекс метка+бумага в отдельных случаях имело место частичное отслоение метки от бумаги.
С целью оценки стабильности свойств метки также определяли значение рН образцов меток со стороны наружного слоя, бумаги и образцов комплекса метка+бумага со стороны бумаги.
Значение рН наружного слоя образца № 1 и комплекса метка+бумага со стороны бумаги близко к нейтральному, в процессе тепло-влажного старения остается стабильным (табл. 3).
Значение рН наружного слоя образца № 2 и комплекса метка+бумага со стороны бумаги имеет практически нейтральное значение, которое сохраняется на протяжении старения (табл. 3).
При световом старении динамика изменения значения рН имеет аналогичную тенденцию (табл. 4).
Нейтральное и близкое к нейтральному значение рН наружного слоя меток и комплекса метка+бумага со стороны бумаги позволяет предположить, что их использование не вызовет повреждения листов бумаги документа.
Визуальный осмотр образцов комплекса метка+бумага в процессе тепло-влажного и светового старения показал отсутствие деформации бумаги, на которую наклеена метка, и, соответственно, отсутствие внутренних напряжений в комплексе при воздействии различных факторов окружающей среды и еще раз подтвердил стабильность материалов и клеевого слоя метки.
Исследование работоспособности меток после выдерживания в условиях повышенной температуры и относительной влажности воздуха не проводилось.
выводы:
1. Не выявлено отрицательного влияния клеевого слоя исследованных КРШ-меток на оптические, химические свойства бумаги документа.
2. Установлено, что материал основы меток представляет собой полимерную пленку (образец № 1), бумагу из текстильных волокон с добавлением хвойной беленой целлюлозы (образец № 2).
3. Материалы, служащие основой метки, в обоих случаях стабильны в условиях повышенной температуры и относительной влажности воздуха (80 оС и 65 %, соответственно) и длительного воздействия света и не вызывают повреждений бумаги документа.
4. Комплекс метка+бумага в значительной мере сохраняет прочностные свойства в условиях повышенной температуры и относительной влажности воздуха и воздействия света.
5. Адгезия метки к бумаге высока и сохраняется в атмосфере повышенной температуры и относительной влажности воздуха и при воздействии света. Отслоение метки от бумаги возможно при непосредственном воздействии влаги в условиях повышенной температуры.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бродовгский А.И., Тимошенко И.В. Технология радиочастотной идентификации (RFID) в ГПНТБ России // Библиотеки и информационные ресурсы в современном мире науки, культуры, образования и бизнеса: материалы междунар. конф.: [Электрон. дан.]. М.: ГПНТБ России, 2011. Электрон. опт. диск (CD ROM).
2. Герасимова Н.Г., Лепнев Г.П. Новый электрод для контактного определения активной кислотности бумажной основы произведений графики // Теория и практика сохранения книг в библиотеке: сб. науч. трудов. Л.: ГПБ, 1984. Вып. 12. С. 62-67.
3. Григянец Р.Б, Молчан Ж.М. Радиочастотная идентификация — новая технологияавтоматизации научной библиотеки // Библиотеки и информационные ресурсы в современном мире науки, культуры, образования и бизнеса: материалы междунар. конф.: [Электрон. дан.]. М.: ГПНТБ России, 2013. Электрон. опт. диск (CD ROM).
4. Дорогавцев В.В. Применение RFID-технологий для контроля доступа к многофункциональным устройствам с использованием возможностей базы данных платных услуг АБИС ИРБИС // Библиотеки и информационные ресурсы в современном мире науки, культуры, образования и бизнеса: материалы междунар. конф.: [Электрон. дан]. М.: ГПНТБ России, 2013. Электрон. опт. диск (CD ROM).
5. Иванова М.Н., Линдеман Е.В. Опыт внедрения и использования RFID-технологий в системе обслуживания пользователей: особенности организационно-технологических работ в ГПНТБ России // Библиотеки и информационные ресурсы в современном мире науки, культуры, образования и бизнеса: материалы междунар. конф.: [Электрон. дан]. М.: ГПНТБ России, 2012. Электрон. опт. диск (CD ROM).
6. Иванова М.Н., Линдеман Е.В. Особенности обслуживания пользователей ГПНТБ России с использованием RFID-технологий: настоящее и будущее // «Библиотеки и информационные ресурсы в современном мире науки, культуры, образования и бизнеса: материалы междунар. конф.: [Электрон. ресурс]. URL: http:// gpntb.ru/win/inter-events/crimea2014/disk/061.pdf (дата обращения: 08.04.2015).
7. Котельников Д.Г. Опыт и перспективы использования технологии RFID в МГДБ // Библиотеки и информационные ресурсы в современном мире науки, культуры, образования и бизнеса: материалы междунар. конф.: [Электрон. дан]. М.: ГПНТБ России, 2010. Электрон. опт. диск (CD ROM).
8. Методы испытаний полимерных материалов // ООО «Комеф». Оборудование для заводских лабораторий, приборы для научных исследований: Офиц. сайт. URL: http://www.komef.ru/ metodisppolimer.pdf (дата обращения: 23.10.2015).
9. Пузырев С.А., Иншаков Н.Д., Балмасов Е.А., Зотова-Спановская Н.Ф. Испытание бумаги и картона. М.: Лесная промышленность, 1966. 466 с.
10. Тямашенко И.В. Библиотечное RFID оборудование и средства поддержки технологии радиочастотной идентификации в составе системы автоматизации библиотек ИРБИС // Библиотеки и информационные ресурсы в современном мире науки, культуры, образования и бизнеса: материалы междунар. конф.: [Электрон. дан]. М.: ГПНТБ России, 2013. Электрон. опт. диск (CD ROM).
11. Фляте Д.М. Свойства бумаги. М.: Лесная промышленность, 1986. 679 с.
