Материалы полиграфических процессов. Практикум

ВВЕДЕНИЕ

Для полиграфического производства характерна очень высокая материалоемкость. При выпуске печатной продукции используется очень большой ассортимент расходных материалов, как основных, так и вспомогательных.

Лабораторный практикум посвящен испытаниям основных расходных материалов печатных, брошюровочно-переплетных и отделочных процессов, а именно: изучению структуры и свойств печатной бумаги, характеристик печатных красок, а также переплетных и отделочных материалов полиграфического производства.

Целью выполнения лабораторных работ является формирование навыков контроля и рационального выбора полиграфических материалов с учетом особенностей технологических процессов и требований, предъявляемых к конечному продукту.

В результате выполнения лабораторных работ студенты должны: - знать свойства основных расходных полиграфических материалов и требования, предъявляемые к ним на различных этапах изго-

товления печатной продукции; - владеть основными методами испытаний, входного контроля

и рационального выбора полиграфических материалов; - уметь пользоваться нормативными документами и свободно

ориентироваться в широком ассортименте современных полиграфических материалов.

Лабораторный практикум позволит сформировать у студентов следующие профессиональные компетенции:

- готовность участвовать в исследованиях по инновационным направлениям развития технологических процессов, создания оборудования и производства материалов для полиграфического и упаковочного производства и других смежных областей;

- владение новейшими методами испытаний и оценки оборудования, материалов и процессов, используемых в производстве печатной продукции, упаковки и в других отраслях на основе полиграфических технологий.

3

1. ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ БУМАГИ

Для изготовления бумаги необходимы волокна, обладающие следующими свойствами:

- гибкостью (для переплетения при образовании листа); - способностью к расщеплению (для сцепления);

- способностью к взаимодействию (для обеспечения прочности). Если первое свойство (гибкость) присуще всем органическим волокнам, как природным, так и искусственным, то вторым и третьим свойствами обладают только природные растительные волокна. Бумагой называется тонкий и ровный листовой материал, основу которого

составляют переплетенные растительные волокна.

В пространстве между целлюлозными волокнами, как правило, обычно находятся следующие компоненты бумаги: влага, наполнители и проклеивающие вещества. Состав композиций для изготовления бумаги зависит от требований, которые предъявляются к бумаге в зависимости от ее применения. Свойства бумаги зависят от природы, состава и характера обработки целлюлозных волокон, а также природы и концентрации проклеивающих веществ и наполнителя.

Основную массу для производства бумаги составляют растительные, то есть целлюлозные волокна. Целлюлоза – белый, неплавкий, волокнистый материал, обладающий гигроскопичностью (поглощает влагу из воздуха) и гидрофильностью (набухает в воде), не растворяющийся в обычных растворителях.

Целлюлоза является сложным углеводом, высокомолекулярным (полимерным) веществом. Макромолекулы целлюлозы состоят из остатков глюкозы, соединенных гликозидными связями:

.

4

Из-за линейного строения и межмолекулярных связей целлюлоза имеет плотную упаковку макромолекул. Для нее характерна упорядоченная надмолекулярная структура с высокой степенью кристалличности (60–70 %). Макромолекулы целлюлозы располагаются в растительных клетках параллельно друг другу, образуя пучки – фибриллы. Высокоупорядоченные фибриллы являются первичными надмолекулярными образованиями целлюлозы. Фибриллы ассоциированы в агрегаты, из которых сплетены целлюлозные волокна

Линейное строение целлюлозы, определяющее ее волокнистую структуру, можно наблюдать с помощью микроскопа.

Цель работы: изучение методом микроскопического анализа характерных признаков структуры бумаги.

Приборы и принадлежности:

- микроскоп Кeyence VZ 100 UR (Япония) с 1000-кратным увеличением;

- предметные стекла; - препарационные иглы.

Объекты исследования: образцы различных видов печатной бумаги – газетной, офсетной, мелованной и т. д.

Порядок выполнения работы:

1)помещение бумажного образца на предметный столик микро-

скопа;

2)наведение необходимой резкости;

3)исследование формы и строения целлюлозных волокон каждого вида бумаги.

Результаты изучения строения различных целлюлозных волокон, составляющих основу бумаги, приводятся в виде микрофотографий, а выявленные отличительные признаки сводятся в табл. 1.1 и формулируются соответствующие выводы.

Таблица 1.1. Характерные признаки структуры целлюлозных волокон

5

Для производства бумаги могут использоваться все известные на сегодняшний день волокнистые материалы различного происхождения. Однако основную массу при этом составляют растительные волокна, из которых можно выделить целлюлозу. Это, в первую очередь, древесина (основное сырье для производства бумаги в России), содержащая до 60 % целлюлозы.

Основные полуфабрикаты из древесины – это древесная целлюлоза и древесная масса. Для производства белой, гладкой и прочной бумаги используется древесная целлюлоза, которая практически не содержит лигнин. Древесную целлюлозу получают варкой древесной щепы в котлах в растворе сульфата или сульфита натрия и щелочи при температуре 130–150 °С под давлением. В результате химической реакции образуются растворимые продукты превращения лигнина (алкоголяты, феноляты и т. д.), которые легко удаляются.

Для изготовления же более дешевых видов бумаги применяется древесная целлюлоза в смеси с древесной массой. Древесная масса – самый дешевый волокнистый полуфабрикат бумагоделательного производства, получаемый механическим истиранием древесины при орошении водой, в котором остается 20–50 % лигнина. В отличие от древесной целлюлозы, древесная масса состоит не из отделенных друг от друга волокон, а из коротких частиц неправильной формы. Волокна древесной массы переплетаются плохо и не образуют прочного, плотного и гладкого бумажного листа.

Цель работы: изучение методом микроскопического анализа характерных признаков структуры различных волокнистых материалов – полуфабрикатов, применяемых для изготовления бумаги.

Приборы и принадлежности:

- микроскоп Кeyence VZ 100 UR (Япония) с 1000-кратным увеличением;

- предметные стекла; - препарационные иглы.

Объекты исследования: хлопок, древесная целлюлозы в виде обезвоженных матов и древесная масса.

6

Порядок выполнения работы:

1)разделение с помощью иглы образца каждого материала на тонкие слои;

2)помещение испытуемого образца на предметный столик мик-

роскопа;

3)наведение необходимой резкости;

4)исследование формы и строения волокон каждого материала. Результаты изучения строения различных целлюлозных воло-

кон, из которых состоят полуфабрикаты для изготовления бумаги, приводятся в виде микрофотографий, а выявленные отличительные признаки сводятся в табл. 1.2 и формулируются соответствующие выводы.

Таблица 1.2. Характерные признаки структуры целлюлозных волокон

Одной из особенностей бумаги является анизотропия свойств, обусловленная технологией ее изготовления. При формировании бумажного полотна целлюлозные волокна в составе бумажной массы ориентируются преимущественно по направлению движения сетки бумагоделательной машины. Это направление называется направлением отлива бумаги или машинным направлением. Жесткость и прочность бумаги в машинном направлении всегда больше, чем в поперечном направлении. Знание направления волокон бумаги очень важно, как при печати, так и при послепечатных технологических процессах – фальцовке, биговке, высечке, тиснении и перфорации.

Существуют три простейших способа, позволяющие определить направление отлива бумаги. Так, первый способ основан на том, что большая жесткость в машинном направлении приводит к меньшей де-

7

формируемости бумаги при ее провисании под действием собственного веса. Поэтому гораздо меньше будет провисать более жесткая полоска, вырезанная в машинном направлении (рис. 1.1,а), нежели полоска, вырезанная в поперечном направлении (рис. 1.1,б).

а б

Рис. 1.1. Способ определения направления отлива бумаги по провисанию образцов, вырезанных из бумажного листа в разных

направлениях – машинном (1) и поперечном (2):

а– полоска, вырезанная в машинном направлении, находится вверху;

б– полоска, вырезанная в машинном направлении, находится внизу

Второй способ состоит в том, что при сгибании бумажного листа по двум противоположным сторонам более ровный изгиб (шов), как правило, образуется по машинному направлению (рис. 1.2,а), а изгиб, образовавшийся в поперечном направлении, выглядит более «разлохмаченным» (рис. 1.2,б).

а б

Рис. 1.2. Способ определения направления отлива бумаги по сгибанию бумажного листа: а – изгиб листа с машинным направлением; б – изгиб листа с поперечным направлением

Третий способ состоит в следующем. Если надрывать бумажный лист вдоль и поперек, то можно заметить, что бумага легче рвется и линия разрыва получается более ровной параллельно машинному направлению (рис. 1.3).

8

Основные размерные характеристики бумаги – толщина (δ) и масса одного квадратного метра бумаги (m1кв.м) – важные показатели бумаги как листового материала, от которого зависят многие его свойства.

Толщина бумаги (δ) в процессе ее производства регулируется давлением между валами бумагоделательной машины или суперкаландра. Однородность значения толщины по всей площади бумажного полотна зависит от качества отлива и точности валов. Если толщина «плывет», то в процессе печати меняется давление между цилиндрами печатной пары и бумагой, что негативно действует на красковосприятие и, следовательно, насыщенность оттисков. Толщина бумаги также определяет информационную емкость издания. Если общее количество страниц невелико, предпочтительнее выбирать бумагу повышенной толщины, тогда издание будет выглядеть «солиднее». Для справочников, энциклопедий и библий, наоборот, стараются использовать более тонкую бумагу.

Сравнительные значения δ разных видов бумаги можно определить микрометром в миллиметрах (с точностью до 0,01 мм). Толщина бумаги является функцией координат точки на поверхности бумажного листа: δ = f(x, у). Неоднородность бумажного листа порождает и неоднородность его толщины. Поэтому при измерении толщины бумажного листа определяют ее среднее значение (δср). Для того же, чтобы сделать вывод о равномерности бумаги по толщине, необходимо определить отклонение значений δ, измеренных не менее, чем в трех местах бумажного листа, от δср. то есть значение Δδ (%):

Δδ = (δб – δм)·100/δср,

где δб и δм – соответственно наибольшее и наименьшее значение толщины бумажного образца, мм.

Цель работы: выработка практических навыков определения основных размерных характеристик печатной бумаги и сопоставление их значений для различных ее видов.

Приборы и принадлежности: микрометр с точностью до 0,01 мм, линейка, ножницы, электронные весы с точностью до 0,0001 г.

Объекты исследования: образцы различных видов печатной бумаги с размерами ~ 100×100 (мм).

10