Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen von Papier, insbesondere von ganzen Büchern. Dieses Trocknungsverfahren kann jedoch auch auf andere saugfähige und insbesondere organische Materialien, welche insbesondere in geschichteter Form vorliegen, angewandt werden.

Papier, und insbesondere Papier in Form von Büchern, muß bisweilen relativ schnell und herunter bis zu sehr geringen Feuchtigkeitsgehalten von teilweise unter 1 % Gewichts-% Wasser getrocknet werden.

Dies ist dann notwendig, wenn zu feucht gelagerte oder durch einen Wasserschaden naß gewordene Bücher gerettet werden sollen, wobei die Trocknung bis in den Bereich etwas unter 10% Feuchtigkeit mittels konventioneller Methoden, also Umströmen mit Warmluft, Lagern in gut beheizten und gut belüfteten Trockenkammern etc. durchgeführt wird.

Eine weitere Trocknung bis auf ca. 1 % Restfeuchte und darunter ist jedoch vor allem bei der sogenannten Massenentsäuerung von Papier als erste Behandlungsstufe und/oder als abschließende Trocknung (Nachtrocknung) notwendig, bei welcher die Bücher im Ganzen, also ohne vorheriges aufwendiges Zerlegen in einzelne Blätter oder Bögen, chemisch entsäuert werden, um die die Bücher letztendlich zerstörenden, meist in der Papierverleimung, aber auch in den Tinten und Druckfarben enthaltenen, Säuren zu eliminieren.

Bei diesem vergleichsweise günstigen Verfahren zur Erhaltung vor allem historischer Buchbestände mit geringem finanziellen Aufwand, stellt die vor der chemischen Behandlung notwendige Trocknung der Bücher auf unter 1 % Restfeuchte zeit- und kapazitätsmäßig den Engpaß des Verfahrens dar, da eine solche Trocknung nur mittels Erwärmung und Unterdruckbeaufschlagung erzielbar ist, und damit in sogenannten Autoklaven, also hermetisch dicht abschließbaren und mit Unterdruck beaufschlagbaren, Behältern durchgeführt werden kann (vergl. US-A-50 38 494).

Um dabei einen möglichst großen Mengendurchsatz an Papier, also an Büchern, zu erzielen, wurden die Bücher, von denen eine übliche Größe eines Autoklaven, z. B. 100 kg faßt, anfänglich mittels Mikrowelle im Autoktavengetrocknet, und die freigesetzte Feuchtigkeit durch das anschließende Anlegen von Vakuum entfernt.

Dieser nur einmal durchlaufene Zyklus beanspruchte relativ wenig Zeit, da die Trocknung mittels Mikrowellen nur etwa 2-3 Std. in Anspruch nimmt.

Der Nachteil des Verfahrens besteht jedoch darin, daß selbst geringste metallische Bestandteile in dem Buch zu einem Verbrennen des Buches in der Umgebung dieser metallischen Bestandteile führte. Da als metallische Bestandteile in diesem Sinne sich im Laufe der Zeit sogar die relativ geringen Schwermetallanteile in historischen Tinten oder in der Buchdruckerfarbe als ausreichend erwiesen, wird die Mikrowellentrocknung praktisch nicht mehr angewandt.

Auch andere Trocknungsmethoden, wie etwa Trocknung mittels Infrarotstrahlen, warf andere Probleme auf, etwa die Veränderung der Farbe zumindest in den oberflächennahen Bereichen der Bücher, oder aber auch eine mangelnde Tiefenwirkung, mit der Folge, daß die in der Mitte eines Buches liegenden Bereiche nicht ausreichend getrocknet werden konnten.

Deshalb wird die Trocknung mittels Warmluft bevorzugt, da dies das einzige Verfahren zu sein scheint, was keine erkennbaren Nachteile unabhängig vom Alter des Buches und damit der Art des Papieres, der Zusammensetzung der Druckerfarbe bzw. Tinten etc., zu besitzen scheint.

Dabei wird bisher das Beaufschlagen mittels warmer Luft so durchgeführt, daß die Bücher in einem Autoklaven untergebracht werden, dessen Wände beheizbar sind. Indem die Wände des Autoklaven beheizt werden, heizt sich die im Inneren des Autoklaven befindliche Luft und über die Luft auch das darin gelagerte Papier auf. Teilweise erfolgte die Erwärmung des Papiers auch direkt über Strahlungswärme, die von den Heizelementen der Autoklavenwand direkt auf die Bücher einwirkte.

Während der Beheizung wird das Innere des Autoklaven, also die Bücher, permanent mit Unterdruck beaufschlagt, und ansonsten ist der Autoklav geschlossen. Es wurde also insbesondere keine neue Luft während der Beheizung und Absaugung in den Autoklaven eingebracht.

Auf diese Art und Weise wird vermieden, daß neu hinzutretende Luft einen höheren Feuchtegehalt besitzt als der angestrebte Restfeuchtegehalt des Papiers.

Der Nachteil besteht jedoch darin, daß 1-2 Tage benötigt werden, um eine Charge von 80 bis 100 kg Büchern von anfangs 6 bis 8 Gew.% Wasser auf unter 1 Gew.% Wasser zu trocknen.

Es ist daher die Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Trocknen von Papier, auch in kompakter Form wie etwa ganzen Büchern, zu schaffen, bei dem in möglichst kurzer Zeit und ohne anderweitige nachteilige Wirkungen auf das Papier bzw. die Bücher Restfeuchtegehalte von 1 % und darunter erreichbar sind.

Diese Aufgabe wird dadurch erreicht, daß das Beaufschlagen mit Unterdruck nicht permanent, sondern periodisch durchgeführt wird. Zusätzlich wird dem Papier zumindest zwischen den Phasen der Unterdruckbeaufschlagung neue, beheizte, trockene Luft zugeführt, deren Feuchtegehalt unter 1 Gew.% Wasser liegt.

Dabei erfolgt das Beheizen mittels Beaufschlagen durch Warmluft und das Trocknen mittels Beaufschlagen mit Vakuum in mehreren Zyklen hintereinander, vorzugsweise in vier bis sechs Zyklen.

Die Effizienz dieses Verfahrens ist dadurch sehr gut, daß der Zeitpunkt, ab dem das weitere Beheizen bzw. das weitere Trocknen ineffizient wird, sehr eindeutig festgelegt werden können.

Zunächst muß für die Heizphasen eine Maximaltemperatur festgelegt werden, die möglichst hoch liegen sollte, um möglichst viel Feuchtigkeit aus dem Papier heraus diffundieren zu lassen. In der Regel werden dabei 40 bis 50°C vorgegeben, da bei dieser Temperatur noch keinerlei bleibende negative Auswirkungen auf das Papier oder die Bedruckung des Papiers zu befürchten sind, wie etwa Verfärbungen, zu große Sprödigkeit und dabei Bruch bei der späteren Behandlung des Papiers etc., egal aus welcher Epoche das zu behandelnde Papier stammt.

Die Dauer der Heizphasen ergibt sich daraus, daß im Inneren der im Autoklaven eingelagerten Papiermenge, also etwa im Inneren der in der Mitte gelagerten Bücher, die gewünschte Endtemperatur von z. B. 45° erreicht werden muß. Dabei sollte die getrocknete Warmluft, mit welcher das Papier beaufschlagt wird, nicht wesentlich wärmer sein, sondern nur etwa maximal 10°, insbesondere nur maximal 5°, wärmer, um bis zum Erreichen der Endtemperatur im Inneren der Papieranhäufung die Außenbereiche nicht zu stark zu erwärmen.

Nachdem das Erreichen der Endtemperatur auch in der Mitte der Papieranhäufung erreicht ist, wird die Warmluftzufuhr unterbrochen und der Autoklav geschlossen bis auf den Unterdruckanschluß, über welchen das Papier mit Unterdruck beaufschlagt wird.

Je nach Leistung der angeschlossenen Vakuumpumpe dauert es bei z. B. 100 kg Papier nur wenige Minuten, um den angestrebten Unterdruck von weniger als 10 mbar, vorzugsweise weniger als 1 mbar zu erreichen.

Ausschlaggebend für die Trocknung des Papiers ist jedoch die Haltezeit dieses Unterdruckes:

Mit dem Anlegen des Unterdrucks am Autoklaven beginnt die im Inneren des Autoklaven zunächst vorhandene Temperatur von beispielsweise 45°C schnell in Richtung Umgebungstemperatur außerhalb des Autoklaven zu sinken, da ja eine weitere Wärmezufuhr in Form von vorerwärmter Luft nicht mehr stattfindet.

Sehr plötzlich jedoch, also nach einer Haltezeit von mindestens einer halben Stunde innerhalb von zwei bis drei Minuten, vorzugsweise sogar innerhalb von weniger als einer Minute, verlangsamt sich dieser Temperaturabfall drastisch bzw. kommt zum Stillstand oder kehrt sich sogar in einen Temperaturanstieg um

Die Ursache für die Stagnation des Temperaturabfalls ist, daß unterhalb einer bestimmten Temperatur (in Abhängigkeit des bereits erreichten Trocknungsgrades) keine nennenswerte Verdampfung mehr auftritt und somit die Verdampfungsenthalpie gleich 0 wird.

Nach Abriß der Saugströmung egalisiert sich die Temperatur innerhalb des zuvor auf etwa 45° erwärmten Papieransammlung, und stellt sich auf ein Temperaturniveau ein, welches selbstverständlich höher liegt, als die Temperatur im die Papieransammlung umgebenden annähernden Vakuum, welches innerhalb des Autoklaven herrscht. Da diese Temperatur des Vakuums zuvor an dem in der Papieransammiung eingelegten Temperatursensor gemessen wurde, wird dort eine Temperaturerhöhung angezeigt.

Sobald dieser Effekt der Verlangsamung der Temperaturabnahme bzw. Temperaturstagnation oder sogar der Temperaturanstieg auftritt, wird erfindungsgemäß das Anlegen des Vakuums abgebrochen, und das Papier erneut durch Beaufschlagen mit vorgetrockneter warmer Luft erwärmt. Dabei kann der Autoklav geschlossen sein, und es wird permanent in den geschlossenen Raum Warmluft hineingedrückt, was jedoch nur geringen Luftaustausch zur Folge hat. Vorzugsweise ist der Autoklav an einer anderen Stelle zumindest geringfügig geöffnet, um ein Durchströmen des Inneren des Autoklaven mit der vorgetrockneten, warmen Luft zu bewirken, wobei Strömungsgeschwindigkeiten von 0,1 m/s bis zu 2,0 m/s, insbesondere 0,5 m/s bis 1,0 m/s, herrschen sollten.

Auf diese Art und Weise wird das unnötig lange Beaufschlagen mit Vakuum und/oder das unnötig lange Beaufschlagen mit Warmluft vermieden, und ein hoher Mengendurchsatz bei der Trocknung, verbunden mit einem optimal niedrigen Energieverbrauch, ermöglicht.

Damit ist - bei 6 bis 8% Ausgangsfeuchtigkeit - eine Restfeuchte von unter 1 % in maximal anderthalb Tagen, in der Regel in 12 bis 24 Stunden, erreichbar, wofür ca. fünf, teilweise sogar nur vier Zyklen, bestehend aus Erwärmung und Trocknung, durchlaufen werden müssen.

Dabei dauert - bei einer Papieranhäufung von z. B. 100 kg - die erste Heizphase ca. 2-3 Stunden, und die Dauer dieser Heizphasen verringert sich geringfügig auf bis zu 1-2 Stunden bei der letzten Heizphase.

Die Evakuierungsphasen werden dagegen von Zyklus zu Zyklus länger, insbesondere verdoppeln sie sich von Zyklus von Zyklus.

Bei der genannten Papiermenge von 100 kg dauert die erste Evakuierungsphase 0,7 bis 0,8 Std., und die Evakuierungsphase nach der vierten Heizphase ca. 6 Stunden. Nach der fünften Heizphase wird in der Regel dann über fünf bis zehn Stunden evakuiert, wodurch etwa die letzten 0,5 bis 0,7 Gew.% Wasser, bezogen auf die Papiermasse - vor Erreichen des Endzustandes von weniger als 1,0 Gew.% Wasser - erreicht wird.

Eine erneute Aufheizung innerhalb dieser langen letzten Evakuierungsphase ist dabei nicht mehr sinnvoll aufgrund der folgenden Tendenz:

Die während der Beaufschlagung mit Vakuum zu beobachtende Trendumkehr, also Verlangsamung des Temperaturabfalls oder gar Stagnation und Umkehr ins Gegenteil, findet zwar zeitlich nach einem immer längeren Beaufschlagen mit Vakuum statt, jedoch hinsichtlich der Temperatur bei immer höheren Temperaturen, obwohl während der Heizphasen immer die gleiche Endtemperatur im Inneren der Papieransammlung erreicht wird, z. B. 45° C.

Wenn nach der z. B. vierten Heizphase beim anschließenden Evakuieren die Verlangsamung des Temperaturabfalles nach ca. einer Stunde Evakuierungszeit auftritt, herrscht dabei im allgemeinen im Inneren der Papieransammlung noch eine Temperatur von ca. 40°C:

Sobald jedoch die Temperatur, bei welcher die Trendumkehr des Temperaturabfalles stattfindet, nur 5° oder weniger unterhalb der Endtemperatur der vorangegangenen Heizphase liegt, ist ein erneutes Aufheizen nicht mehr sinnvoll, und es wird dann anschließend nur noch mit Vakuum beaufschlagt , bis der Endzustand von weniger als 1,0 Gew.% erreicht wird.

Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung wird anhand der Fig. 1 beispielhaft näher beschrieben. Die Fig. 1 zeigt den Temperaturverlauf im Inneren einer relativ kompakten Papieransammlung, also etwa zwischen den Seiten eines Buches, welches im Inneren eines Stapels oder einer Ansammlung von Büchern angeordnet ist.

Diese Temperatur ist aufgetragen über der Zeit, woraus sich Zeitdauer und qualitativer Verlauf der Heizphasen und der Evakuierungsphasen ergeben.

Diese mit einer Papieransammlung von 80 bis 100 kg Gewicht durchgeführte Versucht zeigt, daß - ausgehend von 20°C Umgebungstemperatur und bei geringem Überdruck - ca. 4 Std. benötigt wurden, um durch Einblasen bzw. Hindurchblasen mittels Luft, deren Temperatur bei ca. ...°C lag, und welche weniger als 1,0 Gew.% Wasser enthielt, am Sensor im Inneren der Papieransammlung die gewünschte Endtemperatur von 45°C erreicht wurde. Das anschließend angelegte Vakuum läßt die Temperatur innerhalb von 0,6 Std. auf 25°C Absinken, wobei dann fast schlagartig eine Stagnation der Temperatur eintritt.

Sobald dies der Fall ist, wird die Unterdruckquelle abgeschaltet bzw. vom Autoklaven getrennt, und das Papier in dessen Inneren erneut mittels der vorbeschriebenen Warmluft aufgeheizt, bis wiederum im Inneren der Papieransammlung am Temperatursensor 45° C Endtemperatur erreicht werden, wofür wiederum knapp vier Stunden benötigt werden.

Nachdem dies erreicht ist und erneut am Autoklaven die Unterdruckquelle angeschlossen wird, wird zunächst einmal innerhalb des Autoklaven sehr viel schneller der gewünschte Unterdruck von bis zu 1 mbar aufgebaut, wie die sehr viel spitzere Ausbildung des Peaks bei diesem zweiten Zyklus zeigt.

Der Temperaturabfall ist anfangs genauso schnell, beginnt jedoch unterhalb von etwa 35°C langsamer zu werden und kehrt sich bei ca. 32°C bereits in einen Temperaturanstieg um, wofür jedoch ab dem Anlegen des Vakuums 1,4 Std. benötigt werden.

Das anschließende Aufheizen von ca. 32°C auf wiederum 45°C geschieht deutlich langsamer. Für diese nur noch ca. 10° Temperaturdifferenz werden bei gleichem Beaufschlagen mit Warmluft 3.8 Std. benötigt.

Beim anschließenden Beaufschlagen mittels Vakuum ist fast der gleiche Verlauf wie nach der zweiten Heizphase zu beobachten, und auch die anschließende Aufheizung, mit der etwa die gleiche Temperaturdifferenz wie einen Zyklus zuvor bewältigt werden muß, benötigt auch in etwa dieselbe Zeit.

Nach dieser vierten Heizphase kehrt sich der zunächst starke Temperaturabfall wiederum nach etwa einer Stunde in einen Temperaturanstieg um, jedoch bereits bei einer Temperatur von immer noch 40°C.

Anschließend wird in einer länger dauernden Evakuierungsphase durchgängig, mindestens jedoch mehr als zwei Stunden, z. T. bis zu 16 Std., Unterdruck angelegt, bis die gewünschte Restfeuchte erreicht ist.