кс - электроизоляционный слоистый прессованный материал, имеющий бумажную основу, пропитанную фенольной или эпоксидной смолой)
Производство денег
Подложка для нанесения химических реактивов (фотобумага, индикаторная бумага, наждачная бумага)
. Сырье бумажной промышленности
Сырьем для бумажной массы могут служить:
древесная масса или целлюлоза;
целлюлоза однолетних растений (соломы, тростницы, конопли, риса и других);
полуцеллюлоза;
макулатура;
тряпичная полумасса;
для специальных видов бумаги: асбест, шерсть и другие волокна.
Источники сырья для получения бумажной массы.
Бумага и картон могут изготавливаться из любого богатого целлюлозой материала. Все шире используется макулатура; предварительно из нее удаляются типографская краска и другие примеси. Затем ее обычно смешивают со свежей целлюлозой, чтобы придать дополнительную прочность на случай использования для изготовления более высоких сортов бумаги, например книжной; без обесцвечивания макулатуру используют главным образом при производстве картона для коробок и другой тары. В некоторой степени используются также отходы тряпья, что позволяет получить высокосортную писчую бумагу, бумагу для облигаций и денежных знаков, пигментную бумагу и другие специальные ее виды. Грубый картон делается из соломенной целлюлозы. В специальных изделиях могут быть применены асбест и натуральные и синтетические волокна, такие, как лен, пенька, искусственный шелк, найлон и стекло.
Древесная масса. Древесина является предпочтительным материалом для изготовления бумажной массы; она содержит примерно 90% волокнистого материала, используемого в производстве бумаги. В зависимости от региона и возможностей предприятия на целлюлозно-бумажный завод могут завозиться или сплавляться балансы, имеющие длину от высоты дерева до заготовок размером 1,2 м. Горбыли и отходы лесопиления тоже годятся для получения целлюлозы; при этом на лесопильном или целлюлозно-бумажном заводе их предварительно превращают в щепу.
Процессы получения бумажной массы из древесины. Поскольку бумага может быть сделана почти из любого волокнистого материала, существует много разнообразных методов получения бумажной массы, которые различаются в соответствии с требованиями к конечному продукту. Известны, однако, три основных процесса превращения древесины в бумажную массу: механический, химический и полухимический. Бревна, поступающие на завод в неочищенном виде, должны быть очищены от коры (окорены). Затем заготовка пропускается через рубильную машину, которая разрубает ее на куски размером 6-7 см (щепу), чтобы подготовить древесину к химической обработке (это не обязательно для получения бумажной массы механическим способом).
Сульфитный процесс. Приготовление бумажной массы путем проведения сульфитного процесса требует обработки щепы в варочной жидкости, содержащей ионы бисульфита (HSO32-) в комбинации с кальцием и (или) магнием, аммиаком или натрием. Комбинация кальций-магний применяется по преимуществу на целлюлозных заводах. Среди лесоматериалов предпочтение отдается ели и западному гемлоку. Получаемая древесная масса легко отбеливается и устойчива к механическому истиранию. Неотбеленная масса используется для картона, из которого изготавливают упаковку, в смеси с механически получаемой массой - для газетной бумаги, а отбеленная - для всех сортов белой бумаги, например для книг, облигаций, бумажных салфеток и высококачественной оберточной бумаги.
В качестве реагента для производства бумажной массы можно использовать нейтральный сульфит натрия. Он дает бумажную массу, сходную с той, что получается при кислотно-сульфитном процессе. Однако из-за дороговизны и сложности утилизации его применение в производстве высококачественной бумажной массы химическим способом было незначительным. Более широко он используется при получении массы полухимическим способом, которая идет на изготовление гофрированного картона.
Содовый процесс. Этот процесс представляет собой один из видов щелочных процессов. Щепа варится в растворе каустической соды, или едкого натра (NaOH). Содовая бумажная масса изготавливается главным образом из твердых пород дерева, таких, как осина, эвкалипт и тополь. Она используется по преимуществу в смеси с сульфитной массой для изготовления печатных сортов бумаги.
Сульфатный процесс. Этот процесс также относится к щелочным. В варочную жидкость, представляющую собой раствор каустика, добавляют серу, которая ускоряет процесс изготовления массы, позволяет уменьшить рабочее давление и расход тепла и действует эффективно на все виды древесины. Сульфатный процесс применяется там, где нужна прочность продукта, например для изготовления высококачественной оберточной бумаги и картона. Среди используемых в этом процессе пород дерева доминирует сосна, имеющая длинные сильные волокна. Хотя сульфатная древесная масса отбеливается труднее, чем сульфитная, получающийся белый продукт может отличаться высоким качеством.
Полухимический процесс. Этот процесс представляет собой комбинацию химического и механического процессов обработки. Древесина нагревается с небольшим количеством химикатов настолько, чтобы связи между волокнами ослабли. Одной из разновидностей этого процесса является холодный содовый процесс, при котором щепа подвергается слабой обработке раствором едкого натра при атмосферных давлении и температуре. После этого щепа, сохраняющая свои свойства при такой обработке, подается на истирающее устройство, которое разделяет волокна. Степень "чистоты" бумажной массы зависит от глубины химической обработки. В зависимости от используемых химикатов этот процесс подходит к любым породам дерева; химические требования здесь ниже, чем при химическом процессе, а выход - вес массы на корд древесины - выше. Поскольку клубочки волокон удаляются не полностью, качество получаемой таким способом бумажной массы при увеличении выхода снижается до качества массы, получаемой в механическом процессе.
Подготовка бумажной массы. Процесс отбеливания не зависит от процесса получения бумажной массы. Однако существуют его разновидности, определяемые породой дерева, применяемыми химикатами и конечным продуктом. Хлор в той или другой форме является основным отбеливающим реагентом. Перекиси и бисульфиты используются для осветления при механическом получении бумажной массы. До и после отбеливания эта масса просеивается и промывается в разной последовательности до тех пор, пока не будет состоять полностью из отдельных волокон, свободных от следов химикатов. После этого полученная масса, особенно если она содержит продукты, полученные из тряпья и сульфитной бумажной массы, должна быть дополнительно расплющена. С этой целью волокна пропускаются между неподвижными ножами и ножами, смонтированными на вращающемся валу. При этом происходит трепание волокон, и их поверхностные характеристики изменяются, что позволяет получить более прочную бумагу. Далее добавляются красители, минеральные пигменты и органические материалы (клеи), которые придают влагопрочность, водонепроницаемость и облегчают адгезию типографской краски. Когда расплющивание не требуется, эти добавки могут быть введены в бумажную массу при ее подаче на бумагоделательную машину.
3. Свойства для получения качественной продукции
К числу основных показателей, характеризующих свойства различных видов бумаги, относятся: толщина, или объемная масса; зольность; степень проклейки; гладкость; белизна; прозрачность; сопротивление разрыву, излому, продавливанию, раздиранию; удлинение до разрыва; прочность поверхности; влагопрочность; деформация при намокании; скручиваемость; впитывающая способность; воздухопроницаемость; показатели электрической прочности.
Для достижения тех или иных необходимых свойств бумаги (картона) пользуются следующими методами:
подбором исходных волокнистых полуфабрикатов, т. е. составлением композиции бумаги и картона по виду и происхождению волокон;
изменением технологических режимов одного или нескольких основных процессов бумажного производства (массного размола, отлива, сушки);
введением в бумажную массу различных добавок (минеральных наполнителей, красителей, дефлокулянтов, проклеивающих и других веществ);
отделкой бумаги или картона, включая операции каландрирования, крепирования, гофрирования, тиснения, армирования, покрытия синтетическими пленками и др.;
обработкой поверхности бумаги или картона химикатами (поверхностная проклейка, пропитка различными составами, окраска, мелование, пластификация, лакирование, обработка минеральными реагентами).
Бумага является важнейшим полиграфическим материалом и отвечает всем технологическим, потребительским и экономическим требованиям, предъявляемым к таким материалам. Иными словами, правильно подобранная бумага обладает комплексом свойств, определяющих качество данной полиграфической продукции в соответствии с условиями ее испльзования.
Бумага различается по толщине или по массе одного квадратного метра (г/м2). По принятой классификации масса 1 м2 печатной бумаги может составлять от 40 до 250 грамм. Более 250 г/м2 - это уже картон.
Печатные свойства бумаги - это свойства, определяющие ее поведение до печати (т.е. прохождение через бумагопроводящую систему печатной машины), во время (взаимодействие бумаги с печатной краской и процесс закрепления изображения) и после печати (операции фальцовки, брошюровки, подрезки, а также эксплуатационные характеристики готовой продукции). Показатели качества бумаги, определяющие ее печатные свойства, могут быть объединены в следующие группы:
Геометрические: гладкость, толщина и масса 1 м2, плотность и пористость;
Оптические: белизна, непрозрачность, лоск (глянец);
Механические (прочностные и деформационные): прочность поверхности к выщипыванию, разрывная длина или прочность на разрыв, прочность на излом, влагопрочность, мягкость и упругость при сжатии и т.д.;
Все эти показатели имеют тесную зависимость друг от друга. Степень их влияния на оценку печатных свойств бумаги различна для различных способов печати.
Бумагу часто классифицируют по степени отделки поверхности. Это может быть бумага без отделки - матовая, бумага машинной гладкости и глазированная (иначе каландрированная) бумага, которую дополнительно обрабатывали в суперкаландрах для придания ей высокой плотности и гладкости.
Геометрические свойства бумаги
Гладкость бумаги, то есть микрорельеф, микрогеометрия ее поверхности определяет "разрешающую способность" бумаги: ее способность передавать без разрывов и искажений тончайшие красочные линии, точки и их комбинации. Это одно из важнейших печатных свойств бумаги. Чем выше гладкость бумаги, тем больше полнота контакта между ее поверхностью и печатной формой, тем меньшее давление нужно приложить при печатании, тем выше качество изображения. Гладкость бумаги определяется в секундах с помощью пневматических приборов или с помощью профилограмм, дающих наглядное представление о характере поверхности бумаги. Различные способы печати предъявляют к бумаге различные требования по гладкости. Так каландрированная типографская бумага должна иметь гладкость от 100 до 250 сек., а офсетная бумага той же степени отделки может иметь гладкость гораздо ниже - 80-150 сек. Бумага для глубокой печати отличается повышенной гладкостью, которая составляет от 300 до 700 сек. Газетная бумага не может быть гладкой в силу высокой пористости. Существенно улучшает гладкость поверхности нанесение любого покровного слоя - будь то поверхностная проклейка, пигментирование, легкое или простое мелование, которое, в свою очередь может быть различным: односторонним и двухсторонним, однократным и многократным и т.д/
Поверхностная проклейка - это нанесение на поверхность бумаги тонкого слоя проклеивающих веществ (масса покрытия составляет до 6 г/м2 с целью обеспечения высокой прочности поверхности бумаги, предохраняющей ее от выщипывания отдельных волокон липкими красками, а также для уменьшения деформации бумаги при увлажнении для обеспечения точного совпадения красок в процессе многокрасочной печати. Особенно это важно для офсетной и литографской печати, когда бумага подвергается увлажнению водой в процессе печати.
Пигментирование и мелование бумаги отличаются только массой наносимого покрытия. Так считается, что масса покровного слоя в пигментированных бумагах не превышает 14 г/м2, а в мелованных бумагах достигает 40 г/м2. Меловой слой отличается высокой степенью белизны и гладкости. Высокая гладкость - одна из наиболее важных характеристик мелованных бумаг. Их гладкость достигает 1000 сек. и более, а высота рельефа не превышает 1 мкм. Показатель гладкости не только обеспечивает оптимальное взаимодействие бумаги и краски, но и улучшает оптические свойства поверхности, воспринимающей красочное изображение. Высокая гладкость мелованной бумаги позволяет вести печать с хорошей пропечаткой при малых толщинах красочного слоя.
Обратной величиной гладкости является шероховатость, которая измеряется в микрометрах. Она напрямую характеризует микрорельеф поверхности бумаги. Как правило, в технических спецификациях бумаги указывают одну из двух этих величин.
Важной геометрической характеристикой бумаги, наряду с толщиной и массой 1 м2, является пухлость. Она характеризует степень спрессованности бумаги и очень тесно связана с такой оптической характеристикой, как непрозрачность. То есть, чем пухлее бумага, тем она более непрозрачна при равном граммаже. Пухлость измеряется в см3/г. Пухлость печатных бумаг колеблется, в среднем, от 2 см3/г (для рыхлых, пористых) до 0,73 см3/г (для высокоплотных каландрированных бумаг).
Пористость непосредственно влияет на впитывающую способность бумаги, то есть на ее способность воспринимать печатную краску и вполне может служить характеристикой структуры бумаги. Бумага является пористо-капиллярным материалом, при этом различают макро- и микропористость. Макропоры, или просто поры, - это пространства между волокнами, заполненные воздухом и влагой. Микропоры, или капилляры, - мельчайшие пространства неопределенной формы, пронизывающие покровный слой мелованных бумаг, а также образующиеся между частичками наполнителя или между ними и стенками целлюлозных волокон у немелованных бумаг. Капилляры есть и внутри целлюлозных волокон. Все немелованные, не слишком уплотненные бумаги, например, газетная - макропористые. Общий объем пор в таких бумагах достигает 60% и более, а средний радиус пор составляет около 0,16-0,18 мкм. Такие бумаги хорошо впитывают краску, благодаря своей рыхлой структуре, то есть сильноразвитой внутренней поверхности.
Мелованные бумаги относятся к микропористым, иначе капиллярным бумагам. Они тоже хорошо впитывают краску, но уже под действием сил капиллярного давления. Здесь пористость составляет всего лишь 30%, а размер пор не превышает 0,03 мкм. Остальные бумаги занимают промежуточное положение. Фактически, это означает, что при печати на офсетной бумаге в поры проникают как растворители, содержащиеся в краске, так и красящие пигменты. Таким образом, концентрация пигмента на поверхности невелика и невозможно добиться насыщенных цветов. При печати же на мелованной бумаге, диаметр пор мелованного слоя настолько мал, что в поры впитываются только растворители, в то время, как частицы пигмента остаются на поверхности бумаги. Поэтому изображение получается очень насыщенное.
Оптические свойства бумаги
Особое место в структуре печатных свойств бумаги занимают оптические свойства, то есть белизна, непрозрачность, лоск(глянец).
Белизна - это способность бумаги отражать свет рассеянно и равномерно во всех направлениях. Высокая белизна для печатных бумаг весьма желательна, так как четкость, удобочитаемость издания зависит от контрастности запечатанных и пробельных участков оттиска.
При многокрасочной печати, цветовая точность изображения, ее соответствие оригиналу возможны только при печатании на достаточно белой бумаге. Для повышения белизны в дорогие высококачественные бумаги добавляют так называемые оптические отбеливатели - люминофоры, а также синие и фиолетовые красители, устраняющие желтоватый оттенок, присущий целлюлозным волокнам. Этот технологический прием называют подцветкой. Так, мелованные бумаги без оптического отбеливателя имеют белизну не менее 76%, а с оптическим отбеливателем - не менее 84%. Печатные бумаги с содержанием древесной массы должны иметь белизну не менее 72%, а вот газетная бумага может быть недостаточно белой. Ее белизна составляет в среднем 65%.
Еще одним важным практическим свойством печатной бумаги является ее непрозрачность. Особенно важна непрозрачность при двухсторонней печати. Для повышения непрозрачности подбирают композицию волокнистых материлов, комбинируют степень их помола, вводят наполнители.
К оптическим свойствам бумаги относится также ее лоск или глянец. Лоск, или глянец, - это результат зеркального отражения поверхностью бумаги падающего на нее света. Естественно, это тесно связано с микрогеометрией поверхности, то есть с гладкостью бумаги. Обычно с повышением гладкости лоск тоже увеличивается. Однако, эта связь неоднозначна. Следует помнить, что гладкость определяется механическим способом, а лоск - это оптическая характеристика. Глянец глазированной бумаги может составлять 75-80%, а матовой - до 30%.
Большинство потребителей печатной продукции отдает предпочтение глянцевым бумагам, однако глянец нужен в изданиях далеко не всегда. Так, при воспроизведении текста или штриховых иллюстраций применяют бумагу с минимальным глянцем, например, бумагу машинной гладкости. А различные проспекты, этикетки, репродукции с картин прекрасно получаются на бумаге с высоким глянцем.
Механические свойства бумаги
Следующая группа печатных свойств - это механические свойства бумаги, которые можно подразделить на прочностные и деформационные. Деформационные свойства проявляются при воздействии на материал внешних сил и характеризуются временным или постоянным изменением формы или объема тела. Основные технологические операции полиграфии сопровождаются сущетвенным деформированием бумаги, например: растяжению, сжатию, изгибу. От того, как ведет себя бумага при этих воздействиях, зависит нормальное (бесперебойное) течение технологических процессов печатания и последующей обработки печатной продукции. Так, при печатании высоким способом с жестких форм при больших давлениях бумага должна быть мягкой, то есть легко сжиматься, выравниваться под давлением, обеспечивая наиболее полный конакт с печатной формой.
Мягкость бумаги связана с ее структурой, то есть с ее плотностью и пористостью. Так крупнопористая газетная бумага может деформироваться при сжатии до 28%, а у плотной мелованной бумаги деформация сжатия не превышает 6-8%. Для высокой печати важно, чтобы эти деформации были полностью обратимыми, чтобы после снятия нагрузки, бумага полностью восстанавливала первоначальную форму. В противном случае, на оттиске видны следы оборотного рельефа, свидетельствующие о том, что в структуре бумаги произошли серьезные изменения. Если же бумага предназначена для отделки тиснением, то целью становится, наоборот, остаточная деформация, а показателем качества является ее необратимость, то есть устойчивость рельефа тиснения.
Бумаги, предназначенные для плоской печати, должны иметь минимальную деформацию при увлажнении, так как по условиям технологии печатного процесса, они соприкасаются увлажненными поверхностями. Бумага - материал гигроскопичный. При увеличении влажности ее волокна набухают и расширяются, главным образом по диаметру; бумага теряет форму, коробится и морщится, а при высушивании происходит обратный процесс: бумага дает усадку, в результате чего меняется формат. Повышенная влажность резко снижает механическую прочность бумаги на разрыв, бумага не выдерживает высоких скоростей печатания и рвется. Изменение влажности бумаги в процессе многокрасочной печати приводит к несовмещению красок и нарушению цветопередачи.
Для повышения влагостойкости бумаги в состав бумажной массы при изготовлении добавляют гидрофобные вещества (эта операция называется проклейкой в массе) или же проклеивающие вещества наносятся на поверхность уже готовой бумаги (поверхностная проклейка). Высоко проклеиваются офсетные бумаги и особенно те из них, которые при использовании подвергаются резким изменениям климатических условий, например, картографические бумаги
Сорбционные свойства бумаги
Наконец, мы вплотную подошли к одному из важнейших свойств печатной бумаги - ее впитывающей способности. Правильная оценка впитывающей способности означает выполнение условий своевременного и полного закрепления краски и, как результат - получение качественного оттиска.
Макропористые бумаги хорошо воспринимают краску, впитывая ее как единое целое. Краски здесь маловязкие. Жидкая краска быстро заполняет крупные поры, впитываясь на достаточно большую глубину. Причем чрезмерное ее впитывание может даже вызвать "пробивание" оттиска, то есть изображение становится видным с обороной стороны листа. Повышенная макропористость бумаги нежелательна, например, при иллюстрационной печати, когда чрезмерная впитываемость приводит к потере насыщенности и глянцевитости краски. Для микропористых (каппилярных) бумаг характерен механизм так называемого "избирательного впитывания", когда под действием сил капиллярного давления в микропоры поверхностного слоя бумаги впитывается, преимущественно, маловязкий компонент краски (растворитель), а пигмент и пленкообразователь остаются на поверхности бумаги. Именно это и требуется для получения четкого изображения. Так как механизм взаимодействия бумага-краска в этих случаях различен, для мелованных и немелованных бумаг готовят различные краски.
Список используемой литературы
. Малкин И. Т. История бумаги - М.: Издательство Академии наук, 2009 г.
. Технология целлюлозно-бумажного производства. Справочные материалы. Под ред. Осипова П. С. - СПб: Политехника, 2008 г.
Фляте Д. М. Технология бумаги. М.: целлюлозно-бумажная промышленность, 2009 г.