КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ОБРАЗЦОВ БУМАГИ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ ОТХОДОВ МЕСТНОГО СЫРЬЯ

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматривается процесс извлечения целлюлозы из стеблей сои и последующего получения композиционной бумаги с различным соотношением хлопковой и соевой целлюлозы. Максимальный выход высококачественной целлюлозы из стеблей сои в пределах 45-48% (по сырью). Образцы бумаг испытывали на механическую прочность и исследовали основные показатели бумаг.  Разрывная длина в полученных образцах в пределах 3742–3232 м, что на 20% превышает нормативные значения. Микрофотографии образцов бумаг, полученные на оптическом микроскопе Motic BA210 показали, что волокна из соевой целлюлозы длинные, прямые и имеют высокую степень фибрилляции, что обеспечивает высокую механическую прочность. Для объективной оценки качества печати специально разработана тест-шкала с тест-объектами воспроизведения текстовых и графических изображений. Образцы, напечатанные на композиционной бумаге с помощью струйного принтера EPSON L805, были подвергнуты и спектроденситометрическому анализу.

ABSTRACT

This article discusses the process of extracting cellulose from soybean stalks and subsequently producing composite paper with different ratios of cotton and soybean pulp. The maximum yield of high-quality cellulose from soybean stalks is within 45-48% (based on raw materials). Samples of papers were tested for mechanical strength and the main characteristics of papers were examined. The breaking length in the obtained samples is within the range of 3742–3232 m, which is 20% higher than the standard values. Micrographs of paper samples taken with a Motic BA210 optical microscope showed that soy cellulose fibers are long, straight and have a high degree of fibrillation, which provides high mechanical strength. For an objective assessment of print quality, a test scale with test objects for reproducing text and graphic images has been specially developed. Samples printed on composite paper using an EPSON L805 inkjet printer were also subjected to spectrodensitometric analysis.

Ключевые слова: сырье, целлюлозa, бумага, физико-механические свойства бумаги, качество, тест-шкала, тест-объект, струйный принтер.

Keywords: raw materials, cellulose, paper, physical and mechanical properties of paper, quality, test scale, test object, inkjet printer.

Введение. Бумагу для струйной печати условно можно разделить на два класса: бумага без покрытия и с покрытием. В свою очередь бумага с покрытием варьируется по степени глянца от матовой (без отделки) до высокоглянцевой (с отделкой). К бумагам без отделки относятся матовая, бумага машинной гладкости и глазированная (иначе каландрированная) бумага, которую дополнительно механически обрабатывали в суперкаландрах для придания ей высокой плотности и гладкости.

При струйной печати воспроизведение текстовой информации является одной из основных задач полиграфического производства. При этом точность воспроизведения информации такого рода в большой степени зависит от допечатной подготовки продукции, а также от свойств используемых основных материалов. При этом правильный выбор и использование бумаги необходимого качества по доступной цене при струйной печати является актуальным. Учитывая это, мы в данной работе сделали попытку оценить бумагу для струйной печати с точки зрения эффективности ее применения и качества печати.

Основными источниками сырья для получения волокнистых полуфабрикатов являются отходы хлопкового производства, стебли и волокна хвойных и лиственных деревьев, однолетние растения, а также макулатура [1]. Проблема обеспечения широкого промышленного применения волокнистых материалов, способных составить альтернативу хлопку, чрезвычайно важна. Поэтому мы получили бумажные композиционные образцы из хлопковой целлюлозы и целлюлозы из соевых стеблей — импортозамещающего растения, которое в последнее время широко возделывается в нашей стране, и создали тест-объект для изучения ее основных печатных свойств [2].

Используемые принтеры внешнее, периферийное устройство компьютера, предназначенное для вывода текстовой или графической информации, хранящейся в компьютере, на твёрдый физический носитель, обычно бумагу или полимерную плёнку, малыми тиражами. Эти принтеры отличаются особым шумом при работе, малой скоростью печати (одна страница может печататься 2 минуты) и экономичностью [7]. Одним из самых распространенных и востребованных оптических приборов является микроскоп, изобретенный более 400 лет тому назад и предназначенный для получения увеличенных изображений объектов или деталей их структуры, невидимых или плохо различимых невооруженным глазом [8-9].

Для объективной оценки точности воспроизведения шрифтовой и графической информации используются различные оптические и денситометрические приборы. Для оценки цветовоспроизведения изображения используются различные способы и тест-объекты [3-6]. В связи с этим разработка специального тест-объекта учитывающего особенности формирования изображения в стройной технологии является актуальной.

Экспериментальная часть. Для оценки точности воспроизведения шрифтовой и графической информации были отлиты образцы бумаг (без добавления проклеивающих веществ и наполнителей) в композиции хлопковой и соевой целлюлозы в соотношении (ХЦ:СЦ) 0:10, 80:20, 70:30, 60:40 и 50:50. Стебли сои замачивали в воде в течение 2 дней, затем кипятили с едким натром (NaOH) (30% по весу) и отбеливали перекисью водорода (H2O2) (10% по весу). Варку проводили при температуре 120 ⁰С в течение 120 минут. Извлеченный продукт промывали в воде до нейтральной реакции. Выход чистой соевой целлюлозы составляет 45-48,6%.  Степень этерификации g=78,8, зольность=9,3.

Метод подготовки образцов для физико-механических испытаний: Образцы бумаги отбирались с двумя различными нагрузками. Первый образец имеет в составе бумаги 100% целлюлозы, основные свойства приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Физико-механические свойства образцов бумаги

Из табл.1 видно, что использованные для исследования бумаги отличаются друг от друга массой и методом отделки, их механическая прочность достаточна для печатания, а показатели белизны обеспечат контраст печати, то есть качество печати.

Рисунок 1. Микрофотографии бумаг, в составе которой хлопковая целлюлоза в композиции с целлюлозой из стеблей сои, полученных на оптическом микроскопе Motic BA210

Как видно из рис.1 полученная целлюлоза из стеблей сои обладают хорошими бумагообразующими свойствами, при увеличении добавления в композицию к хлопковой целлюлозе бумага получается более прочной, что характеризуется высокой разрывной длиной от 4250 до 4850 м. Значения механической прочности образцов бумаги характеризовали прочность как самих волокон, так и сил связи между различными растительными волокнами от их взаимного расположения, ориентации и плотности укладки волокон.

Для субъективной оценки качества печати использовали разработанную тест-шкалу, напечатанную на струйном принтере EPSON L805, основные технические характеристики приведены в табл.2.

Таблица 2.

Техническая характеристика струйного принтера EPSON L805

Для оценки точности воспроизведения шрифтовой и графической информации на образцах бумаги, отпечатанных на струйном принтере, был специально разработан тест-объект (рис.2). К графическим свойствам, характеризующих воспроизведение деталей изображения, относятся неоднородность печати, градационная точность и воспроизведение мелких деталей. Неоднородность печати обычно связывают с равномерностью пропечатки плашки (равномерность печати) и наличием сателлитов и марашек, в струйной печати определяется по значению оптической плотности фона (оптическая плотность фона). Градационную точность определяли по характеру передачи полутонов (градация изображения) и уровню оптической плотности изображения.

Рисунок 2. Разработанная тест-шкала

Качество печати текста определяется точностью воспроизведения шрифтов, а также размещенных на них мелких элементов. Данный показатель для струйных принтеров важен, поскольку они используются для печати изобразительной и текстовой информации. Чтобы оценить качество печати текста, использовали 9 строк с символами, кегль которых постепенно увеличивался с 5 пункта до 14. Для более объективной оценки качество печати текста в разных условиях, тест-объект был разделен на две части, на одной из которых находятся черные шрифты на белом желтом фоне, а на другой — белые на черном (рис. 3, а).

А                                   Б

Рисунок 3. Тест-объект для оценки качества печати текста (а) и разрешающей способности (б)

Оценка параметров дается в баллах исходя из того, какая по счету строка с минимальным кеглем четко пропечаталась на странице. Если мельчайшие символы разглядеть не удается, можно использовать вспомогательные приборы, такой как лупа или микроскоп. Оценку качества печати текста можно дать и визуально. В этом случае подсчитывается число видимых переходов между соседними плашками. В идеале их должно быть 20, и чем переходов меньше, тем хуже. Для оценки разрешающей способности принтера, характеризующего максимальное количество точек на квадратный дюйм, использовали растровые точки различного размера и цвета (рис.3, б).

Градационную передачу целесообразно контролировать по градационной шкале, разделенной на 20 полей (не считая 0 %-ю растровую точку). В данном исследовании предлагается использовать шкалу с разными относительными размерами растровой точки от 0 до 100%. Градационную шкалу с разными размерами растровой токи представлена на рис.4.

Рисунок 4. Тест-объект для определения показателя “Градационная передача”

Разрешение печати цифровых систем рекомендуется оценивать по штриховому тест-объекту, состоящему из концентрических окружностей с шириной штрихов. Первый такой элемент будет содержать окружность с шириной штриха – 40 мкм, остальные на – 10 мкм больше, вплоть до 150 мкм (рис.5). По тест-объекту контролируется окружность, для которой ширина штриха воспроизводится непрерывно и раздельно от соседнего штриха.

Рисунок 5. Тест-объекта для определения разрешения печати

Одним из достоверных способов определения разрешающей способности печати является определение воспроизводимой группы штрихов тест-объекта Бурмистрова. Для наблюдения используется микроскоп или лупа 24х увеличения, с помощью которой устанавливается группа отдельно стоящих штрихов. Этот тест-объект содержит элементы, которые имеют форму квадрата со стороной 2 мм. Штриховые элементы в каждой группе располагаются под разными углами: первый – под 0°, второй – под 90°, третий – под 45° в одну сторону, четвертый – под 45° в другую сторону, показанный на рис.6.

Рисунок 6. Тест-объекта для определения разрешающей способности

Для определения разрешающей способности печатного процесса с помощью данного тест-объекта на оттиске с помощью лупы устанавливают ту группу штриховых элементов, в которой еще обнаруживается четкая пропечатка всех штрихов. На основе обоснованных показателей свойств и описанных тест-объектов необходимо создать тестовую полосу, содержащую все необходимые элементы. Современные средства компьютерной обработки информации позволяют не только синтезировать данный объект, но и автоматизировать получение количественной информации о каждом показателе свойства.

Таким образом, все описанные тест-объекты были размещены на странице формата А3 (420×297 мм). Отметим, что разработанная тест-шкала включает все необходимые элементы для контроля качества цифровой печати. При необходимости данный тест может быть дополнен и другими тест-объектами.

Список литературы:

1. Черная, Н. В. Синтетические материалы в бумажных и картонных производствах: ресурсосбережение и импортозамещение: учеб.- метод. пособие. – Минск : БГТУ, 2020. – 205 с.
2. Мавлянова Р.Ф., Зуев В.И, Ким В.В., Пирназаров Д.Р. Технология возделывания овощной сои в Узбекистане. Издание 2-ое, дополненное. Ташкент, Узбекистан, изд. “Sylmo Servis”, 2013, 24 с.
3. Катсман В. Д., Позняк ЙЕ.С. методике отсенки разрешаюшей способности сифровой системи вивода // Известия вузов. Проблеми полиграфии И издателского дела. 2005. № 3, С. 15-18.
4. Уарова Р., Болдирева И., Стерликова. Сифровийе печат с исползованийем технологии Имагр он Имаге // Полиграфия, 2013. № 4. С. 50-53.
5. Хомякова К. Классификация покозателей качества сифровой печати// Известия вузов. Проблеми полиграфии И издателского дела. 2005. № 3. С 25-30.
6. Хомякова К. К вопросу обйективной отсенки качества сифровой печати //Инженерная физика. 2006. № 1. С 59-62.
7. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. — 6-е переработанное и дополненное. — М.: Инфра-М, 1995. — С. 50. — 432 с.
8. Г.Н. Виноградова, В.В. Захаров. Основы микроскопии. Част 1. Учебнойе пособийе. – СПб: Университет ИТМО, 2018. — 133 с.
9. Г.Н. Виноградова История науки и приборостройения. - СПб: НИУ ИТМО, 2012.161с.