Печатные свойства бумаг, содержащих синтетические волокна

АННОТАЦИЯ

Оценка влияния волокнистого состава опытных образцов бумаги на показатели, характеризующие печатно-технические свойства бумаги.

ABSTRACT

Evaluation of the influence of the fibrous composition of prototypes of paper on the indikators charasterizing the printing and technical propertie of paper.

Ключевые слова: бумага, волокно, разрывная длина, излом, гладкость, белизна, равномерность и впитываемость.

Keywords: paper, fiber, breaking legrh, fracture, smoothness, whiteness, uniformity and absorbency

Введение. Печатные свойства − это физико-механические свойства, обеспечивающие беспрепятственную проводку бумаги через печатную машину (runnability) и вместе с тем это свойства, проявляющие себя во взаимодействии бумаги с краской (printability) и дающие конкретный визуальный эффект. Именно эти последние и принято связывать с понятием “печатных свойств”. Известно, что большое влияние на печатные свойства бумаг оказывает их композиция. Существенное влияние на качество бумаг оказывают волокна [1].

Объекты и методы исследования. В связи с более широким применением различных компонентов для достижения определенных печатных свойств, следует: в связи с исследованием вопросов возникает необходимость изучения зависимости ее печатно-технических свойств от вида волокна с целью получения оптимального композиционного состава. Особое значение приобретает установление взаимосвязи между печатными и физико-механическими свойствами бумаги [2]. Качество бумаги для печати оценивается по ряду показателей, основные из которых – разрывная длина, излом, гладкость, белизна, равномерность и впитываемость. Поэтому целью следуюших иследований была оценка влияния волокнистого состава опытных образцов бумаги на показатели, характеризующие печатно-технические свойства бумаги. В данной главе для выяснения влияния физико-механических свойств бумаги на качество печати выбрали оптимальные варианты образцов бумаг с различными свойствами. Для изучения печатно-технических свойств бумаги отобраны восемь вариантов (табл. 1).

Результаты и их обсуждение. Результаты испытаний показали, что природа химического волокна, соотношение компонентов в композиции бумаги влияет на все физико-механические и печатные свойства бумаги (табл. 2).

Для полиграфических бумаг самыми важными являются прочностные свойства, разрывная длина и излом, измеряемой числом двойных перегибов [3]. Как видно из данных табл. 2, с добавлением в бумажную композицию синтетических волокон, разрывная длина уменьшается, а излом увеличивается. При этом толщина, зольность и разрывное усилие уменьшаются, а плотность увеличивается по сравнению с плотностью бумаги, изготовленной из чистой целлюлозы.

Таблица 1.

Объекты исследования

Таблица 2.

Зависимость физико-механических свойств экспериментальных бумаг от состава композиции ОСВ

Результаты исследования физико-механических свойств бумаги показали, что при использовании акриловой эмульсии улучшаются прочностные показатели. Прочность межволоконных связей зависит от плотности переплетения волокон. Чем ближе располагаются волокна относительно друг друга, тем более прочные связи возникают между ними. С добавлением в бумажную композицию АЭ излом увеличивается на 180% по сравнению с бумагой №2 и бумагой с канифольным клеем №1.

Гладкость определяется свойствами всех элементов, входящих в композицию, образующих граничный слой на поверхности бумаги [4]. Проклеивающие вещества придают бумаге равномерную структуру, повышают гладкость поверхности (рис. 1).

Приведенные значения гладкости свидетельствуют, что гладкости всех образцов бумаг с введением химических волокон лучше, чем бумаги из №4. Однако, при замене канифольного клея на АЭ (№2) и ПАПЭТФ (№3) эмульсии, приводит к увеличению показателей гладкости на 20%. Введение в состав бумаги ООНШ с ОН в соотношении 1:1 (№7) повышает гладкость на 10%.

         Рисунок 1. Диаграмма изменения гладкости от состава бумаги

Данные по гладкости, определенные по Бекку, полученные для всех экспериментальных образцов, находятся в пределах, допустимых для офсетной бумаги (ГОСТ 12795).

Показатели белизны оказывают значительное влияние на качество получаемых оттисков [5]. Чем выше белизна, тем контрастнее изображение и тем лучше восприятие цвета (табл.1). Показатели белизны у исследуемых бумаг колеблются в диапазоне от 81 до 86%. Однако, при замене канифольного клея на АЭ (№2) и ПАПЭТФ (№3), приводит к увеличению показателей белизны на ~6%. Все образцы бумаги имеют достаточно высокие показатели белизны, удовлетворяющие требованиям многокрасочной печати (ГОСТ 7690).

Разрывная длина характеризует прочность бумаги. Как видно из полученных данных (рис. 2), введение ОН в композицию бумаги №4 при проклейке канифольным клеем, уменьшает разрывную длину на 10 %.

Введение в состав бумаги ООНШ повышает механическую прочность на 2%. Лучшими свойствами обладают все бумаги, особенно МОН, ГОН и проклеенные в массе АЭ и ПАПЭТФ.

Рисунок 2. Диаграмма изменения прочности от состава бумаги

Печатные свойства экспериментальных бумаг зависят от состава композиции и значительно превосходят нормативные значения. В этой связи полученные результаты печатных свойств экспериментальных бумаг можно считать положительными (ГОСТ 13525.1).

Пористость непосредственно влияет на впитывающую способность бумаги, то есть на ее способность воспринимать печатную краску и вполне может служить характеристикой структуры бумаги [6]. Бумага является пористо-капиллярным материалом; важной печатной характеристикой верхнего слоя бумаги, влияющего на прочность закрепления красочного слоя, считается пористость (рис.3).

Рисунок 3. Диаграмма изменения пористости от состава бумаги

Введение в композицию бумаги отходов синтетических волокон резко изменяет ее структуру, что сказывается и на объемных прочностных свойствах.

Полученные данные показывают, что бумаги №2 и №3 имеют микропористую структуру, так как пористость имеет значения до 35%, остальные бумаги обладают среднепористой структурой, так как значения пористости размещаются в области до 50%.

Показатель пористости влияет на оптические свойства бумаги. Чем выше пористость, тем больше происходит рассеяние света в поверхностном слое бумаги. Проклеивающие вещества, адсорбируясь в виде полидисперсных частиц на поверхности волокон, способствуют уменьшению пор на поверхности бумаги [7].

По принятым нормативам общий объем пор в офсетных бумагах достигает до 60% [O’zDSt 1114:2006].

Такие бумаги хорошо впитывают краску, благодаря своей рыхлой структуре, то есть сильно развитой внутренней поверхности. В этой связи полученные результаты пористости экспериментальных бумаг можно считать положительными.

Впитывающая способность бумаги влияет как на прочность красочного слоя и однородность печати, так и на цветовые характеристики оттиска. Поэтому показатели, характеризующие взаимодействие бумаги с жидкостями можно отнести также к печатно-техническим свойствам [7]. Это особенно актуально, если используется способ офсетной печати. Для процесса закрепления красок большое значение имеет показатель впитывающей способности по ксилолу. Практически для всех красок офсетной печати первичное закрепление красок связано с впитыванием связующих в поры бумаги. Анализ полученных результатов приведен на рис.4.

Рисунок 4. Диаграмма изменения впитывающей способности по ксилолу от состава бумаги

Как видно из данных рис. 5 образцы экспериментальных бумаг имеют разное время впитывания ксилола. Впитывающая способность бумаги по отношению к печатной краске уменьшается с введением бумажную массу синтетических полимеров, (бумаги №2 и №3) за счет уменьшения пористости и размеров капилляров. С другой стороны, на впитывание жидкости влияет не только размер пор, но и природа синтетического полимера. Пористость бумаги №4 содержащей ОН высокая, но впитывающая способность по ксилолу хуже, чем бумаги из чистой ХЦЛ. Видимо, оказывает влияние олиофильно-олиофобное взаимодействие молекул волокон и впитываемого вещества. Следует отметить, что наряду с красковосприятием существенной характеристикой печатных свойств бумаги является время закрепления краски на оттиске. Закрепление краски на бумаге обычно связывают с ее впитывающей способностью. Красковосприятие экспериментальной бумаги различается не только процентным соотношением в композиции ОН и ХЦЛ, но и определяется молекулярной и структурной природой бумаги [8].

Важным свойством бумаг является способность сохранять форму и геометрические размеры в процессе деформации. Упругие свойства бумаги проявляются после действий приложенной силы, вызывающей деформацию. Выпрямление волокон сдерживается силами связи между ними. Таким образом, деформация бумаги зависит не только от деформационных свойств волокон, но и от характера образованной ими структуры. При неоднородности структуры листа по влажности возникает необходимость ее последующей переработки [7-9].

Таблица 3.

Деформация бумаг после их увлажнения и высушивания

В табл. 3 приводятся изменения линейных размеров экспериментальных образцов бумаг после намокания и высушивания. Приведенные данные свидетельствует о том, что с введением в бумажную композицию синтетических полимеров влага проникает в упорядоченные участки и не превышает допустимых норм, в машинном направлении деформация несущественна. 

Деформационные свойства экспериментальной бумаги при сжатии−возрастающей нагрузке. В процессах полиграфического производства деформационные свойства бумаги имеют большое значение, как для нормального протекания различных технологических процессов, так и для эксплуатационных характеристик готовых изделий [8].

Рисунок 5. Диаграмма относительной деформации при сжатии от состава бумаги. Напряжение сжатия Р=5∙10⁵ н/м²

Однако, при увеличении давления возрастает вероятность растискивания краски, что вызывает искажения градационных и цветовых характеристик оттисков. На рис. 5 приведена зависимость относительной деформации под напряжением сжатия 5∙10⁵ н/м² от вида бумаги.  Полученные зависимости согласуются с данными по пористости бумаг. При добавлении ОН возрастает пористость, соответственно увеличивается величина относительной деформации при сжатии. Использование полимерных проклеивающих веществ уменьшает пористость на 38% и относительную деформацию при сжатии на 15%.

Выводы: Таким образом, наличие химически совмещаемых функциональных групп в составе использованных полимеров, как с целлюлозой, так и с ОН способствует появлению новых межмолекулярных связей, лучшему переплетению разнородных волокон и уплотнению структуры бумаги в целом.

Список литературы:

1. Ешбаева У.Ж. Офсетная бумага с введением синтетических полимеров и её печатно-технические свойства: Дисс. на соис. уч. степ. док. тех. наук.  − Ташкент. ТИТЛП. 2017. −232 с.
2. Остреров М.А., Товстошкурова Д.У., Окунева Т.К. Методы оценки качества печатных видов бумаги по ГОСТ и ISO. // Целлюлоза. Бумага. Картон. – Москва, 1994. № 3-4. −С. 20-22.
3. Климова Е.Д., Азарова И.Н. Материаловедение − Москва. МИПК им. И.Федорова. 2006. −304 с.  
4. Варепо, Л.Г., Голунов, А.В. Влияние геометрии поверхности бумаги на цветопередачу оттиска // Advanced Materials Research. – М. 2011.–Р. 366–369.
5. Кулак М.И., Медяк Д.М. Взаимосвязь структуры и оптических свойств бумаги // Актуальные проблемы прочности. Матер. Междунар. науч.-техн. конф. − Витебск: ВГТУ, 2004. - С. 184 - 189.
6. Комаров. В.И. Деформация и разрушение волокнистых целлюлозно-бумажных материалов. − Архангельск, 2002. - 440 с.
7. Ешбаева У.Ж., Рафиков А.С. Микроструктурные свойства бумаг с введением химических полимеров // Полиграфия. – Москва, 2016. − №2. –С.44−46.
8. Ешбаева У.Ж., Рафиков А.С. Бумага из альтернативного и вторичного сырья. Монография. –Ташкент: Tafakkur gulshoni. 2015.-112 с.
9. O.A. Uzakov, Z.K. Dehkanov, X.Sh. Aripov. Obtaining Potassium Nitrate by the Conversion Method / Annals of the Romanian Society for Cell Biology, ISSN:1583-6258, Vol. 25, Issue 2, 2021, Pages. 3164-3170. http://annalsofrscb.ro/index.php/journal/article/view/1295