книги из ГПНТБ / Березин, Борис Иванович. Полиграфические материалы учебник для учащихся полиграфических техникумов

высушивании слоя бумаги эта вода выделяется, и гидроксильные группы стремятся связаться с гидроксильными группами сосед­ него волокна; так образуются водородные связи в виде непре­ рывной сетки (рис. 19).

При действии воды волокна целлюлозы легко гидратируются, водородная связь между ними ослабляется. По этой причине прочность бумаги при сильном увлажнении резко понижается, в то время как при намокании бумаги в органических растворите­ лях, например в бензоле, понижения прочности бумаги не наблю­ дается, так как бензол не разрушает водородной связи между волокнами бумаги.

Для улучшения свойств бумаги в состав бумажной массы вводят наполнители, проклейку и подцветку и только после этого производят отливку бумаги.

бумаги мелкораздробленных минеральных веществ, заполняю­ щих пространство между волокнами бумаги. В качестве напол­ нителя печатной бумаги применяют, как правило, каолин — белую глину, химический состав которой определяется формулой AI2O3 • SiC>2 • 2НгО. Частички каолина имеют форму узких длин­ ных чешуек размером 2—4 микрона.

Гипс CaSO4, сернокислый барий — бланфикс BaSO4, двуокись титана ТЮг и тому подобные вещества могут быть также исполь­ зованы в качестве наполнителей, но их применяют редко и только при изготовлении специальных видов бумаги.

Наполнитель в виде водной суспензии вводится в состав бу­

мажной массы после окончания ее размола, перед введением проклейки.

Наполнитель делает бумагу более ровной, гладкой, хорошо воспринимающей отделку; повышает непрозрачность бумаги,- делает ее более тяжелой. Печатные свойства бумаги улучшают­ ся. Бумага в результате введения в ее состав наполнителя ста­ новится более пластичной. Очень важно влияние наполнителя на впитывающую способность бумаги. Наполнитель заполняет поры бумаги и вместе с тем резко увеличивает число капилляров, хорошо доступных для проникновения в них краски. У ненаполненной бумаги размер пор примерно равен диаметру целлюлоз­ ного волокна, т. е. 25 микронам. В случае введения в бумагу на­ полнителя— каолина—образуются многочисленные поры меж­ ду частичками наполнителей, диаметр которых не превышает 1—2 микронов. Следовательно, хорошо наполненная бумага имеет множество очень мелких пор, и поэтому сила капиллярного всасывания краски, или сила капиллярной пропитки, у хорошо наполненной бумаги гораздо сильнее,- чем у ненаполненной или слабо наполненной бумаги. Каолин повышает белизну бумаги, изготовленной из небеленой целлюлозы и из древесной массы. Но каолин препятствует образованию водородной связи между волокнами целлюлозосодержащих волокон и тем самым заметно понижает механическую прочность бумаги, не говоря уже о по­ вышенной пылимости высоконаполненных видов бумаги. По этой причине ограничивают количество наполнителя в бумаге, при­ держиваясь необходимого минимума. В различных видах печат­ ной бумаги содержание каолина составляет 10—18%, однако оно может быть и большим (25—30%), если нужно повысить непрозрачность тонкой бумаги, повысить гладкость и впитываю­ щую способность (капиллярность) бумаги для быстрозакрепляющихся красок или сэкономить целлюлозное волокно.

§ 11. проклейка бумажной массы

Печатная бумага (кроме газетной), все писчие и многие дру­ гие виды бумаги проклеиваются главным образом в целях умень­ шения их гигроскопичности. Введение проклейки связано с из­ менением и других свойств бумаги: в одном случае несколько повышается механическая прочность бумаги и уменьшается ее деформация при увлажнении; иногда, в результате введения проклейки, механическая прочность несколько понижается; в ря­ де случаев изменяется молекулярная природа бумаги, т. е. бума­ га становится гидрофобной, отталкивающей воду; в других слу­ чаях молекулярная природа бумаги остается почти без измене­ ния или, наоборот, становится еще более гидрофильной.

Непроклеенная писчая бумага непригодна для письма черни­ лами, а печатание офсетным способом на недостаточно проклеен­ ной бумаге крайне затруднительно. Кроме того, определенная степень проклейки способствует удержанию наполнителей в бу­ маге при ее изготовлении, а также предохраняет бумагу от пор­ чи при хранении во влажных условиях.

Из числа многочисленных клеящих веществ практическое зна­ чение для проклейки бумаги имеют: канифоль, парафин, крах­ мал, меламино-альдегидная смола, кремнийорганические поли­ меры и др.

Проклейку писчей и печатной бумаги производят, как пра­ вило, канифольным клеем, который вводят в состав бумажной массы. Иногда для этой цели применяют канифольно-парафино- вую проклейку; применение парафина вызвано желанием сэко­ номить некоторое количество канифоли. Офсетная и литограф­ ская бумага, кроме канифольной проклейки, дополнительно про­ клеивается крахмалом. Лучшие виды офсетной бумаги проклеиваются меламино-альдегидной смолой. Проклейка кремнийорганическими полимерами производится при выработке специальных видов бумаги (в том числе и печатной офсетной), отличающихся совершенной и полной гидрофобностью. Бумага, проклеенная меламино-альдегидной смолой, становится настоль­ ко водоустойчивой, что не теряет своей прочности при намокании, а в мешках из бумаги, проклеенной кремнийорганическими по­ лимерами, можно носить воду.

Раньше бумагу проклеивали с поверхности желатином или крахмалом, теперь такая проклейка почти не применяется, она сохранена только в производстве чертежно-рисовальных и неко­ торых других видов бумаги.

Канифольная проклейка. Канифоль не растворяется в воде и не смачивается ею. Для того чтобы перевести канифоль в мелко­ раздробленное, взвешенное в воде состояние, т. е. в так называе­ мый канифольный клей, ее расплавляют, нагревая вместе с во­

дой до температуры выше 70°, энергично перемешивают и ча­ стично омыляют содой Na2CO3 или едким натром NaOH, с ко­ торой она образует натровую соль абиетиновой кислоты C19H29COONa (резинат).

Эта растворимая в воде натровая соль абиетиновой кислоты (канифольное мыло — резинат), являясь поверхностно-активным веществом, способствует равномерному распределению в воде

мельчайших частичек канифоли в виде тонкой устойчивой взве­ си (суспензии).

Проклейку бумажной массы производят в роллах или в мас­ сных бассейнах (см. ниже), куда вводят канифольный клей в ко­ личестве, например, 3—4% от веса воздушносухого волокна. Ча­ стички канифоли и канифольное мыло осаждают на поверхности волокна, приливая раствор сернокислого глинозема A12(SO4)3-

• 18Н2О, который переводит канифольное мыло в нерастворимое состояние, нарушая тем самым устойчивость канифольной сус­ пензии.

Растительные волокна, благодаря высокоразвитой поверхно­ сти, образовавшейся в результате размола, хорошо адсорбируют частички канифоли, выделяющиеся из суспензии. Кроме того, коагулятор (сернокислый глинозем), нейтрализуя отрицательный электрический заряд, имеющийся у частичек смолы, тем самым способствует ее осаждению на поверхности растительного волок­ на которое также заряжено отрицательно.

Процесс канифольной проклейки заканчивается на сушиль­ ных цилиндрах бумагоделательной машины, когда частички ка­ нифоли (свободной смолы) и резината плавятся и равномерно распределяются в виде мельчайших частичек, прочно прилип­ ших к поверхности растительного волокна, не закрывая поры и капилляры бумаги.

Проклейка — один из наиболее сложных и важных коллоид­ но-химических процессов бумагоделательного производства. Л. П. Жеребов 1 первым из ученых дал правильное научное объ­ яснение сущности канифольной проклейки бумаги, указав, что проклейка не может закрывать поры бумаги и что главная роль при проклеивании бумаги принадлежит свободной смоле, хотя в этом процессе имеет значение и наличие смолянокислого гли­ нозема. Дальнейшее развитие теория канифольной проклейки бумаги в нашей стране получила в работах Я. Г. Хинчина, С. С. Воюцкого и др.

Канифольная проклейка придает бумаге водонепроницае­ мость, т. е. препятствует проникновению в нее влаги, но совер­ шенно не уменьшает способность бумаги впитывать масляные

1 Л. П. Жеребов. Теория и практика проклейки бумаги. Изд. К. А. Казначеева, М._ 1900.

печатные краски; наличие в составе бумаги смолы в мелкораз­ дробленном состоянии может только облегчить проникновение в бумагу масляных красок, так как смола (канифоль) хорошо смачивается маслом. Способность бумаги впитывать масляные печатные краски, как мы увидим дальше, зависит вовсе не от степени проклейки, а от ее пористости и капиллярности. Сильно уплотненные и малонаполненные виды бумаги плохо впитывают печатные краски по сравнению с менее уплотненными и хорошо наполненными, так как у последней, во-первых, сохранены, не сдавлены, капилляры, имеющиеся внутри растительных волокон и, во-вторых, появилось множество новых мелких капилляров между частичками наполнителя, хорошо доступных для прони­ кновения жидкостей.

Канифольно-парафиновая проклейка, как уже говорилось,

производится главным образом с целью экономии некоторого количества канифоли. В других отношениях эта проклейка не имеет преимуществ перед проклейкой канифолью,— наоборот, при канифольно-парафиновой проклейке несколько снижается прочность бумаги.

Крахмальная проклейка. Офсетная, литографская, чертежная, рисовальная и некоторые другие виды бумаги проклеиваются крахмалом. Крахмальный клейстер 2—4%-ной концентрации до­ бавляется к бумажной массе до введения канифольного клея, наполнителя и глинозема в количестве от 1 до 12% крахмала к весу волокна. Удержание крахмального клейстера в бумаге не превышает 40%.

Крахмальная проклейка делает бумагу звонкой, жесткой, с более прочной и более гладкой (сомкнутой) поверхностью, уст­ раняет пыление и возможность выщипывания печатной краской мелких волоконец бумаги и наполнителя, повышает сопротивле­ ние бумаги истиранию, повышает механические свойства бумаги, увеличивает лоск при каландрировании, а также увеличивает удержание наполнителей. Таким образом, крахмальная проклей­ ка значительно улучшает качество офсетной и литографской бумаги, она преграждает в какой-то степени доступ влаги в наи­ более мелкие поры, капилляры бумаги вследствие обволакива­ ния волокнистого материала тончайшей пленкой крахмала, ана­ логично аппретированной ткани.

Меламино-альдегидная проклейка производится введением водорастворимой меламино-альдегидной смолы в состав бумаж­ ной массы, находящейся в роллах, в зависимости от вида бумаги в количестве от 2 до 6% к весу абсолютно сухого волокна. Вслед­ ствие разности знаков электрических зарядов частиц смолы (по­ ложительный) и волокон бумаги (отрицательный) происходит абсорбция частиц смолы волокнами без применения каких-либо вспомогательных химических веществ.

Меламино-альдегидная смола придает бумаге хорошую влагоустойчивость, повышает механическую прочность, бумага не теряет механической прочности при увлажнении; офсетная бумага, проклеенная меламино-альдегидной смолой практически не имеет^деформации при увлажнении. У бумаги с меламино-альде- гидной проклейкой сопротивление излому и разрыву возрастает на 10—20%, резко увеличивается сопротивление истиранию, уменьшается пылимость, лучше удерживается каолин, значитель­ но увеличивается растяжимость бумаги во влажном состоянии и полностью устраняется образование пузырей при погружении бумаги в щелочные растворы (фотоподложка); влагопрочность бумаги повышается в спирте, бензине, керосине и минеральном масле, в отдельных случаях в воде она достигает 50—60%; при длительном воздействии влаги влагопрочность бумаги остается неизменной; значительно уменьшается деформация бумаги (при

увлажнении и остаточная), резко улучшаются печатные свойства.

Проклейка бумаги кремнийорганическими полимерами. Крем-

нийорганические полимеры, например этилгидросилоксановый полимер, элементарным звеном которого является

С2Н5

I

• • • — Si—О— - . . .

Й

применяются в бумажной промышленности в виде эмульсии для придания бумаге и картону высшей степени гидрофобности и влагопрочности и для предотвращения их высокой деформации; применение кремнийорганических полимеров для проклейки бу­ маги ведет к некоторому снижению ее прочности.

Технологическая схема производства бумаги и картона с при­ менением эмульсии кремнийорганических полимеров остается примерно такой же, как и при проклейке бумаги канифольным клеем

В заключение следует подчеркнуть, что способность бумаги впитывать влагу зависит не только от характера и степени ее проклейки (исключение составляет только бумага, проклеенная кремнийорганическими полимерами, которые придают полную водоустойчивость бумаге вне зависимости от других факторов, т. е. от размола, каландрирования и пр.), но и от структуры бу­ маги, от характера размола бумажной массы, природы целлю­ лозосодержащих волокон, характера наполнения и особенно от характера отделки — уплотнения, т. е. от пористости, объемного веса и капиллярности бумаги.

1 С. А. Пуз мрев, С. Н. Толстая. Применение кремнийорганических соединений в производстве бумаги и картона. Жури. «Бумажная промыш­ ленность», 1958, № 9, стр. 8.

§ 12. ПОДЦВЕТКА И ОКРАСКА БУМАГИ

Волокнистые материалы, применяемые для изготовления бу­ маги (даже отбеленные), имеют свойственный им желтоватый или сероватый оттенок. Для того чтобы повысить белизну бума­ ги, бумажную массу подкрашивают различными красящими ве­ ществами, большей частью синтетическими. Подкраску бумажной массы производят в роллах или бассейнах с массой, куда вводят растворы искусственных органических красителей или суспензии пигментов. Обычно для подцветки бумаги применяют органиче­ ские красители группы основных, хорошо воспринимающиеся растительными волокнами; могут также применяться кислотные и прямые (субстантивные) красители.

Окраску цветной бумаги, афишной, обложечной, печатной, писчей и другой производят таким же образом, но с увеличенным содержанием красящих веществ в соответствии с желаемым цве­ том бумаги.

Однако, пользуясь основными, прямыми и кислотными орга­ ническими красителями, удается получить очень яркие, но чрез­ вычайно несветопрочные окраски, выцветающие нацело при непродолжительном солнечном освещении. Поэтому за последнее время стали пользоваться для подцветки и окраски бумаги све­ топрочными органическими пигментами в чрезвычайно раз­ дробленном состоянии в виде водных паст или сухих порошков в смеси с поверхностно-активными веществами, которые не толь­ ко улучшают смачивание поверхности частичек пигмента водой, но и придают им способность почти мгновенно распределяться в воде в виде тончайшей устойчивой взвеси. Такие органические пигменты, специально предназначенные для окраски и подцвет­ ки бумаги, называются пигмозолями.

Наиболее передовые методы придания бумаге высокой степе­ ни белизны основаны на применении органических люминофоров, т. е. синтетических ароматических веществ, способных светиться под действием ультрафиолетовых лучей. Такие люминофоры, на­ пример бланкофор Р, вводятся в ничтожных количествах в со­ став бумажной массы и осаждается (адсорбируется) на поверх­ ности целлюлозных волокон.

/ s— NHCOHN -X \-сн=

HO3S

бланкофор Р

I

SO8H

Люминофоры типа бланкофора Р под действием ультрафио­ летовых лучей, всегда имеющихся в лучах видимого дневного света или искусственного электрического, светятся сине-фиолето­ вым светом, который в сочетании с желтоватым цветом волокна создает впечатление чисто белого цвета. Такой способ отбелива­

ния печатной бумаги называется физическим способом отбели­ вания.

В настоящее время известны органические люминофоры све­ тящиеся, например, желтым, зеленым и другими цветами.

Одним из наиболее ярких цветных люминофоров являются меламино-альдегидные смолы, окрашенные основными красите­ лями, например родамином Ж или родамином С. С их применени­ ем удается получить необычайно яркие цветные виды бумаги.

ОТЛИВКА и отделка бумаги

§ 13. ОТЛИВКА БУМАГИ

Отливка бумаги производится посредством бумагоделатель­ ных машин, представляющих собой сложный конвейер, действую­ щий непрерывно и автоматически. Обычно ширина бумажной ленты на такой машине не превышает 6,8 м, а скорость — 600 м в минуту. Это значит, что за один час работы бумагоделательной

Бумагоделательная машина (рис. 20) состоит из следующих основных частей: а) подготовительной, не показанной на рисун­ ке, б) сеточной, в) прессовой, г) сушильной и д) отделочной.

Подготовительная часть бумагоделательной машины, хотя и не является элементом конвейера, но составляет неотъемлемое звено в непрерывном процессе выработки бумаги из готовой бу­ мажной массы; без исправно действующей подготовительной части становится невозможной работа собственно бумагодела­

тельной машины.

Назначение подготовительной части бумагоделательной ма­ шины состоит в создании достаточно большого запаса однород­ ной бумажной массы стандартной композиции и вполне опреде­ ленной концентрации волокнистых и неволокнистых материалов; эта бумажная масса должна быть тщательно очищена от песка, узелков и т. п. загрязнений, ухудшающих качество бумаги. В со­ ответствии с этим подготовительная часть бумагоделательной машины состоит из метальных бассейнов большой емкости, регуляторов концентрации бумажной массы, а в некоторых слу-

СииилЬная час/nb

Рис. 20. Схема устройства бумагоделательной машины:

(И. Я. Эйдлин).

чаях и регуляторов композиции, машинных бассейнов, приспо­ соблений и устройств для разбавления массы, устройства для очистки массы от песка и т. п. загрязнении.

Бумажная масса, после того как она очищена от песка, тяже­ лых частиц, узелков, комочков, поступает в напорный ящик высо­ кого давления (в машинах старой конструкции — в напускной ящик, не создающий большого напора массы). Из напорного ящика, снабженного устройствами для равномерного распределе­ ния волокна и равномерной подачи, бумажная масса с концент­ рацией волокна 0,3—1 % равномерным широким потоком подает­ ся на сеточную часть бумагоделательной машины.

Сеточная часть, или сеточный стол, бумагоделательной маши­ ны представляет собой бронзовую сетку, натянутую в виде бес­ конечной ленты в начале стола на грудной вал и в конце сеточ­ ного стола на нижний вал гауч-пресса. Во время работы бумаго­ делательной машины сетка находится в непрерывном движении. Бумажная масса, находящаяся на поверхности движущейся сет­ ки, отдает значительную часть воды, которая стекает через сетку, а волокна и значительная часть имеющегося в бумажной массе наполнителя оседают на поверхности сетки, образуя сырой тон­ кий волокнистый слой будущего бумажного полотна.

По бокам сетки проходят каучуковые полосы — декельные ремни, ограничивающие ширину бумажной ленты. Декельные ремни, так же как и сетка, совершают непрерывное движение, огибая ролики, имеющиеся над сеткой. Над сеткой установлены также в поперечном направлении одна или две линейки, которые задерживают пену, образующуюся в массе (пузырьки пены, ло­ паясь, могут оставить на бумаге прозрачные круглые пятна).

Под сеткой расположены регистровые валики, предохраняю­ щие сетку от прогибания и способствующие обезвоживанию бу­

мажного полотна.

В регистровой части машины бумажная масса в зависимости от размола содержит от 3 до 4% сухого вещества, и дальнейшее свободное ее обезвоживание становится уже крайне затрудни­ тельным. Поэтому дальнейшее обезвоживание бумажного полот­ на на сетке бумагоделательной машины осуществляется посредст­ вом отсасывающих устройств — металлических ящиков, закры­ тых со всех сторон, кроме верхней (этой стороной они плотно прилегают к сетке с бумажным полотном). Отсасывающие ящики соединены трубами с вакуум-насосом, создающим необходимое

в них разрежение воздуха.

Содержание сухого вещества в бумажном полотне, после того как оно прошло над отсасывающими ящиками, возрастает до 8—12%. в зависимости от характера размола бумажной массы.

Сеточному столу большинства современных бумагоделатель­ ных машин в регистровой его части придается сотрясательное