Сорбционные свойства бумаги

Одноиз важнейших свойств печатной бумаги - ее впитывающея способность. Правильная оценка впитывающей способности означает выполнение условий своевременного и полного закрепления краски и, как результат - получение качественного оттиска.

Впитывающая способность бумаги, в первую очередь зависит от ее структуры, так как процессы взаимодействия бумаги с печатной краской принципиально различны. Прежде чем говорить об особенностях этого взаимодействия в тех или иных случаях, необходимо еще раз вспомнить основные типы структур современных печатных бумаг. Если изобразить структуры бумаги в виде шкалы, то на одном из ее концов разместятся макропористые бумаги, состоящие целиком из древесной массы, например, газетные. Другой конец шкалы, соответственно, займут чистоцеллюлозные микропористые бумаги, например, мелованные. Немного левее расположатся чистоцеллюлозные микропористые бумаги, например, мелованные. Немного левее расположатся чистоцеллюлозные немелованные бумаги, тоже микропористые. А все остальные займут оставшийся промежуток. 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 пленко-образователь 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.

Технология выполнения практического задания:

I. Во-первых: масса квадратного метра бумаги характеризует ее толщину, так как чем толще бумага, тем она тяжелее (при условии равной плотности); во-вторых: является показателем, который используется при расчете весового расхода бумаги в зависимости от количества печатных листов и тиража издания. По массе квадратного метра можно также рассчитать длину бумаги в рулоне. Масса квадратного метра определяется взвешиванием образца бумаги и пересчетом затем массы на квадратный метр. Масса бумаги изменяется в зависимости от колебаний влажности бумаги. Поэтому важно вести испытания при постоянной стандартной влажности. Если же это не соблюдается, то массу квадратного метра, полученную при данной влажности бумаги, можно привести к стандартной влажности пересчетом по формуле:

 ,        

 где: M – искомая масса квадратного метра при стандартной влажности;

M^’ – масса квадратного метра при влажности в момент измерения;

B^’ – влажность бумаги в момент измерения (12%);

B – стандартная влажность, принятая равной 7%.

Плотность – масса 1 см³ бумаги. Она определяется отношением массы образца материала к его объему:

d= , г/см³

Для расчета плотности бумаги следует использовать значения массы квадратного метра и толщины бумаги. Тогда m равна массе квадратного метра в граммах, а объем V (см³) равен произведению площади листа бумаги S (в см²) на среднюю толщину h_ср (в см):

 

V=S · h_ср ,        

 где: S = 1 м² = 10 000 см²

 

II. Зольность – это количество золы в процентах, содержащееся в 1 г абсолютно сухой бумаги. Она определяется при сжигании и прокаливании бумаги. При этом из бумаги вначале испаряется вода, а затем сгорают волокнистые материалы, проклеивающие вещества и вообще все компоненты бумаги органического происхождения. Несгораемый остаток образуется из минеральных наполнителей – белых неорганических пигментов. Поэтому зольность является показателем содержания наполнителя в бумаге.

Для определения зольности бумаги на аналитических весах отвешивают 1-2 г мелко нарезанной бумаги в предварительно прокаленном и взвешенном тигле. Сжигают навеску в муфельной печи (при открытой дверце) и прокаливают золу до постоянного веса (при закрытой дверце) в течение одного часа. Затем тигель вынимают, охлаждают в эксикаторе и вновь взвешивают. Загружать и выгружать тигель нужно исправными тигельными щипцами, проявляя особую осторожность. Зольность бумаги рассчитывают по формуле:

З = · 100 = · 100 ,        

где: З – зольность бумаги, содержащей определенное количество влаги, %

А – масса пустого тигля, г = 3

Б – масса тигля с бумагой, г = 5

В – масса тигля с золой, г = 4 – 4,5

Показатель зольности заносят в сводную таблицу 2.

Расчет содержания наполнителя. Величина зольности связана с содержанием наполнителя, но не всегда равна ему. Это объясняется тремя причинами:

1. волокнистый материал (древесная масса) и без наполнителя может иметь зольность, что связано с содержанием в древесине минеральных веществ, поэтому небольшая зольность (1-1,5 %) не считается показателем содержания в бумаге наполнителя;

2. показатель зольности изменяется в зависимости от колебаний влажности бумаги при постоянном содержании наполнителя; 

3. некоторые наполнители разлагаются при прокаливании, так, наполнитель каолин Al ₂ O ₃ x 2 SiO ₂ x 2 H ₂ O выделяет кристаллизационную воду. Поэтому масса золы в этом случае будет меньше массы наполнителя на 14 %.

Примечание: обучающиеся рассчитывают зольность бумаги и содержание в ней наполнителя, считая, что наполнителем является каолин.

 

III. Пористость – это объем пор, содержащихся в 1 см³ бумаги. Она определяется расчетным способом:

П=  · 100% ,     

где: V_п – объем пор

V_б – объем бумаги

 

Приведенную формулу в развернутом виде можно представить следующим образом:

П =   ,

 Где: V_б – объем бумаги, см³;

V_в – объем волокнистого материала, см³;

V_н – объем наполнителя, см³.

 

Из этой формулы видно, что расчет пористости производится путем сопоставления значения плотности бумаги (объемной массы) и плотности материалов, входящих в состав бумаги (волокнистых материалов и наполнителя). Волокнистые материалы (целлюлоза, древесная масса и др.) имеют плотность, примерно равную 1,5 г/см³, а плотность бумаги определена выше по заданию. В простейшем случае (когда бумага не содержит наполнителя) масса листа бумаги равна массе волокнистого материала m_б=m_в.

Обычно же бумага содержит наполнитель, объем которого должен учитываться при расчете пористости. Для этого нужно знать количество наполнителя, содержащегося в бумаге, знать, какой именно наполнитель и какова его плотность. В учебной работе принимается, что в бумаге в качестве наполнителя содержится каолин, плотность которого 2,6 г/см³. Расчет пористости ведется для образца массой 100 г. Количество наполнителя (H) в 100 г бумаги определяется по зольности с учетом потери массы при прокаливании. Объем наполнителя в 100 г бумаги определяется по формуле:

V_H=  , см³

 

Объем волокнистого материала в 100 г бумаги:

V_в= = , см³

 

Объем 100 г бумаги:      V_б= , см³

 

Задания на практическую работу: используя три вида бумаги (офсетную, писчую, пергаментную) провести расчеты по предложенным формулам и заполнить таблицы, ответить на контрольные вопросы, согласно списку в журнале, составить отчет в рабочую тетрадь:

Точность измерения h = 0,01 мм

Точность определения h_ср = 0,01 мм

Точность измерения М_о = 0,1 г/0,01 м²       М = М_о × 10

 

1.1. Расчет плотности бумаги d _Б:

 

                     S=1 м ² =10000 см ²

Таблица 1

№ п/п	Наименование бумаги	М, г/м2	h ср , см	V, см 3	d Б , г/см3	dC , кг/м3 (СИ)

Точность расчета d_Б = 0,01 г/см³           d_с = d_Б × 10³

 

1.2. Определение зольности З_о  и расчет содержания наполнителя Н:

 

Таблица 2

№ п/п	Наименование бумаги	А, г	Б, г	В, г	Мз, г	Мб, г	Зо, %	Н, %

 

Точность взвешивания = 0,01 г         Точность расчета З_о, Н = 0,1 %

      

 

1.3. Расчет пористости бумаги П (масса бумаги 100 г.):

 

 

                   

 

Таблица 3

№ п/п	Наименование бумаги	m б,   г	m н , г	m в , г	d б , г / см3	d в , г / см3	d н , г / см3	V б , см3	V в , см3	V н , см3
1
2

 

Точность расчета П = 1 % 

 

Вопросы для самопроверки

1. Что такое бумага и из каких компонентов она состоит?

2. Какие содержащие целлюлозу волокнистые полуфабрикаты применяются в производстве бумаги?

3. Чем отличается древесная масса от древесной целлюлозы по составу, структуре, свойствам?

4. Какие виды древесной массы Вы знаете?

5. Что такое наполнители и каково их назначение?

6. Какие виды наполнителей Вы знаете?

7. Что такое зольность и как она определяется?

8. Как классифицируется бумага по величине зольности?

9. Что такое размол и как он влияет на основные характеристики структуры бумаги?

10. Как влияют наполнители на структуру бумаги?

Итоговые сведения:

Работу выполнил__ студент__       _____________     «___» _____________ 201_ г.                                                                        ^{(подпись)}

Работу принял преподаватель      «___» _____________ 201_ г.   ________________

                                                                                                                         ^{(подпись)}