1. Властивості фарб та паперу.

Папір:

Друкарські властивості паперу – це властивості, що визначають поведінку паперу до друкування (тобто проходження його через паперопровідну систему друкарської машини), пі час друкування (взаємодія паперу з друкарською фарбою) та після друкування (операції фальцювання, брошурування, підрізання, а також експлуатаційні характеристики готової продукції).

Найбільш важливі параметри паперу:

-          показники структури

-          молекулярно-фізичні

-          механічні

-          оптичні

-          та інші

Вони повинні відповідати умовам даного технологічного процесу і характеру друкарської продукції, для якої призначено папір.

Залежно від ступеня обробки поверхні друкарський папір може бути машинної гладкості, глазурований і високоглазурований. Друкарський папір машинної гладкості призначений для друкування текстової продукції, глазурований – ілюстраційно-текстової з тоновими зображеннями з лініатурою до 40 лін/см. Відтворення складних штрихових і тонових ілюстрацій з лініатурою до 48 лін/см рекомендується здійснювати на високоглазурованому папері.

Основні вимоги до всіх видів паперу:

-          достатня механічна міцність, що забезпечує нормальні умови процесу друкування та довговічність використання друкарської продукції без помітного її руйнування

-          незасмітченість, що характеризується допустимим числом смітинок площиною 0,1-0,5 мм2 на 1 м2 паперу

-          товщина, щільність, структура та інші властивості паперу повинні бути однорідними не лише у папері однієї партії, але й усередині кожного аркуша

-          вологість у межах 6-8%

-          аркуші паперу повинні мати чітку прямокутну форму.  

Фарба:

Сучасна друкарська фарба повинна володіти цілим комплексом суперечливих властивостей, які важко сумістити в одній фарбі: міцність до стирання, висока швидкість закріплення на папері, висока в'язкість і низька липкість, відсутність відмарювання у стосі, стабільність фарби у друкарській машині. Сукупність цих властивостей і становить друкарські властивості фарб. Вони визначають поведінку фарби в процесі друкування та отримання високоякісного відбитка. Властивості друкарських фарб можна об'єднати у три основні групи: оптичні(), друкарсько-технічні властивості (В'язкість, липкість, пластичність, еластичність, тиксопропія, Ступінь перетирання фарби) та стійкість шару фарби на відбитку (Міцність до стирання, Світлостійкість, стійкість до розчинників і реагентів).

Для оцінки друкарської фарби однаково важливим є визначення технологічних характеристик фарби (від яких залежить її поведінка безпосередньо у друкарській машині, при переносі на відбиток, при обробці друкарської продукції), її оптичних показників, а також споживчих властивостей, що виявляються уже при користуванні друкарським виданням.

Достатньо повне уявлення про комплекс перечислених властивостей друкарської фарби можна одержати шляхом відповідних досліджень фарби. Метою дослідження друкарської фарби може бути визначення ступеня відповідності її показників до норм, що регламентуються стандартами і технічними вимогами, або на основі даних досліджень вибирають оптимальні режими друкування, що забезпечують потрібну якість друкованого відбитка, чи попереджують необхідні допоміжні засоби для підготовки фарби до використання.

2. Структурні показники фарб та паперу.

Папір:

Під структурою паперу розуміють його склад, розподіл складників за площею і товщиною аркуша, характер зв’язків між ними.

Умовно розрізняють мікроструктуру та макроструктуру. До першої належить будова складників паперу, їх орієнтація та особливості контактів і зв’язків між ними, розподіл за товщиною аркуша. Макроструктура характеризує розподіл складників паперу за площею аркуша, рівномірність його порушується згустками маси.

Загальну уяву про будову паперу, як фізичного тіла, дають товщина, маса квадратного метра, щільність і пористість.

Товщина паперу є основною характеристикою будь-якого листового матеріалу й істотно впливає на механічні й оптичні властивості паперу, а також на проходження його в друкарській машинці. Для друкування використовують папір товщиною 0,03-0,25 мм. Товстіший за 3 мм – це картон. Папір неоднорідний за товщиною, при його вимірюванні отримують середнє значення. Відхилення за товщиною спричиняє дефекти в процесі друкування. Від товщини паперу залежить масивність видань і їх економічні показники.

Маса квадратного метра – другий важливий показник характеристики паперу. При однаковому складі та ступені каландрування, маса квадратного метра пропорційна середній товщині аркуша.

Щільність паперу залежить від виду та ступеня розмелу волокон, кількості наповнювача, ступеня каландрування паперу, тощо. Наповнювач суттєво зменшує об’єм пор паперу. Вміст наповнювача в папері характеризується зольністю. Для характеристики пористої структури паперу інколи використовують термін «пухкість» - величина обернена щільності.

Пористість – це ступінь заповнення між волокнистого простору паперу порожнинам. Чим більша пористість паперу, тим менша його щільність.

Фарба:

Пігменти + (Смоли + Мінеральні масла + Модифіковані олії)=Вяжучі речовини + Домішки (наповнювачі (наприклад, сульфат барію, гідроксид алюмінію), які дозволяють більш повніше виявити колір пігменту, покращити друкарські властивості і знизити вартість фарби; підфарбовуючі речовини (інтенсивно-сині, фіолетові пігменти, малорозчинні барвники), які підвищують насиченість кольору і покращують відтінок фарби на відбитку. Крім того, у фарбу можуть вводитись різні допоміжні речовини, які призначені для коректування окремих показників фарби, наприклад, спеціальні пасти, що регулюють липкість фарби, усувають появу чорнишів; сикативи чи антиоксиданти, які, відповідно, прискорюють чи сповільнюють процес плівкоутворення)

3. Сировина для виробництва паперу і картону.

Для виготовлення паперу та картону використовують рослинні волокна, які мають необхідну міцність, достатню еластичність і довжину, а також можуть піддаватися обробці і утворювати міцні зв’язки між собою. З багаточисленних рослинних волокнистих матеріалів для виготовлення паперу використовують, головним чином, деревну целюлозу і деревну масу; солом’яну целюлозу та солом’яну масу,  тростину, ганчір’я,  а також натуральні волокна льону, бавовни, коноплі та волокна деяких інших рослин. Для виготовлення спеціальних видів паперу в паперову масу додають синтетичні волокна – лавсан, нітрон, картон, вінол, віскозу та ін.. Невелика їх кількість придає паперу міцність, довговічність, стійкість до ряду середовищ.

До складу рослинних волокон входять: клітковина (целюлоза), лігнін, геміцелюлози, віск, жири, смоли та ін.

В залежності від технічних вимог, які ставляться до різних видів паперу. До його складу входять один або декілька видів волокнистого матеріалу в точно визначеному відсотковому співвідношенні.

Склад по волокну характеризується:

-          природою волокна, з якого складається папір;

-          відсотковим співвідношенням різних волокон;

-          ступенем розмолу волокон.

Природа волокнистих матеріалів, які входять до складу паперу, визначається мікроскопічними дослідженнями зразка паперу після обробки його спеціальними реактивами.

4. Загальні відомості про склад і структури паперу.

Папір  - це капілярно-пористе тіло, яке має гідрофільні властивості, обумовлені природою волокнистого матеріалу.

Склад:

Для виготовлення паперу та картону використовують рослинні волокна, які мають необхідну міцність, достатню еластичність і довжину, а також можуть піддаватися обробці і утворювати міцні зв’язки між собою. З багаточисленних рослинних волокнистих матеріалів для виготовлення паперу використовують, головним чином, деревну целюлозу і деревну масу; солом’яну целюлозу та солом’яну масу,  тростину, ганчір’я,  а також натуральні волокна льону, бавовни, коноплі та волокна деяких інших рослин. Для виготовлення спеціальних видів паперу в паперову масу додають синтетичні волокна – лавсан, нітрон, картон, вінол, віскозу та ін.. Невелика їх кількість придає паперу міцність, довговічність, стійкість до ряду середовищ.

Природа волокнистих матеріалів, які входять до складу паперу, визначається мікроскопічними дослідженнями зразка паперу після обробки його спеціальними реактивами.

Целюлозні волокна є головним складовим компонентом рослинних клітин й мають дуже цінні властивості для виробництва паперу й картону. Целюлоза – це природний полімер, полісахарид, належить до класу вуглеводів. Волокна целюлози набрякають у воді, здатні фібрилюватися на більш дрібні волоконця (фібрили і мікрофібрили), мають високу стійкість до дії температури й хімічних речовин, легко диспергуються у воді й утворюють міцний між волокнистий зв'язок в аркуші паперу чи картону.

Основними компонентами рослинних волокон, крім целюлози, є такі речовини: лігнін, геміцелюлоза (пентозами і гексозани), смоли, жири, віск та ін. Геміцелюлоза – це вуглевод з меншим ніж у целюлози ступенем полімеризації. Вона не має волокнистої будови. На відміну від целюлози. Геміцелюлоза розчиняється в кислотах, швидко набрякає у воді. Волокна, що мають великий вміст геміцелюлози, легко піддаються розмелюванню, підвищують міцність паперу.  Лігнін – природний полімер. Молекула лігніну має просторову будову, що надає йому цупкість та непрозорість. Волокна, що містять лігнін, тверді, погано переплітаються і з часом жовтіють. Тому папір, виготовлений з таких волокон, пористий, негладкий, сірий, неміцний.

Структура:

Структура паперу визначається особливостями будови, властивостей і взаємозв’язку структурних елементів: волокон, наповнювачів, проклею вальних і фарбувальних речовин.

Особливостями структури є:

-          складний гетерогенний склад елементів структури, який характеризується наявністю в композиції паперу як відносно довгих так і коротких волокон різного походження, я також різного роду домішок: наповнювачів, клеїв, барвників;

-          анізотропне розміщення елементів структури по трьох взаємно перпендикулярних  напрямках, що характеризується різною орієнтацією волокон по двох напрямках паперу: машинному і поперечному;

-          капілярно-пористий колоїдний характер структури обумовлює такі властивості паперу; як вбирна здатність, гігроскопічність, деформація паперу при зміні вологи;

-          наявність зв’язків між елементами структури паперу визначає його механічну міцність та інші властивості;

-          для більшості структур паперу характерна різносторонність. Сіточна сторона паперу менш гладка і більш пориста.

До структурних показників паперу відносяться: маса квадратного метра, товщина, густина і пористість паперу.

Товщина, яка є основною характеристикою паперу, впливає на ряд його властивостей. Зі збільшенням товщини зростає міцність паперу, його непрозорість, деформація стиску та ін.

Для посередньої характеристики товщини застосовують інші показники – масу одного квадратного метра паперу. При однаковому складі і однаковому складі і однаковому ступені каландрування маса квадратного метра пропорційна усередненій товщині аркуша паперу. Виняток становить папір з покривним пігментнім шаром.

Густина (об’ємна маса) паперу, яка визначається відношенням маси 1паперу до товщини. Є важливою фізичною характеристикою структури паперового аркуша, зв’язаною з його пористістю.

Густина паперу посередньо зв’язана з пористістю паперу. Чим вища густина паперу, тим менша його пористість.

Пористість паперу кількісно характеризується двома чинниками:

-          відношенням об’єму пор до об’єму паперу

-          розміром пор

Папір є капілярно-пористим неоднорідним матеріалом. Неоднорідність будови обумовлена багатокомпонентністю його складу і особливостями технології виготовлення.

5. Целюлоза головний матеріал.

Для виробництва паперу і картону використовують, в основному, волокнисті напівфабрикати різних порід деревної рослинної сировини. Целюлозні волокна є головним складовим компонентом рослинних клітин й мають дуже цінні властивості для виробництва паперу й картону. Целюлоза – це природний полімер, полісахарид, належить до класу вуглеводів. Її молекули складаються з ланцюгів – залишків ß-d-глюкози, з’єднаних 1,4 – глікозидними зв’язками. Макромолекула целюлози   має різний коефіцієнт полімеризації залежно від походження. Наприклад, у деревної целюлози він дорівнює приблизно 3000, у бавовняної – 12000, у льняної – 36000. Волокна целюлози набрякають у воді, здатні фібрилюватися на більш дрібні волоконця (фібрили і мікрофібрили), мають високу стійкість до дії температури й хімічних речовин, легко диспергуються у воді й утворюють міцний між волокнистий зв'язок в аркуші паперу чи картону.

Основними компонентами рослинних волокон, крім целюлози, є такі речовини: лігнін, геміцелюлоза (пентозами і гексозани), смоли, жири, віск та ін. Геміцелюлоза – це вуглевод з меншим ніж у целюлози ступенем полімеризації. Вона не має волокнистої будови. На відміну від целюлози. Геміцелюлоза розчиняється в кислотах, швидко набрякає у воді. Волокна, що мають великий вміст геміцелюлози, легко піддаються розмелюванню, підвищують міцність паперу.  Лігнін – природний полімер. Молекула лігніну має просторову будову, що надає йому цупкість та непрозорість. Волокна, що містять лігнін, тверді, погано переплітаються і з часом жовтіють. Тому папір, виготовлений з таких волокон, пористий, негладкий, сірий, неміцний.

Деревна целюлоза – високоякісний волокнистий матеріал, який отримують, внаслідок вилучення з деревини лігніну, шляхом хімічної обробки трісок дерева при високій температурі (150С) і тиску (5-7 атм.) Існують два способи виготовлення деревної целюлози – сульфатний і сульфітний. Целюлозу сульфатну  одержують шляхом варіння подрібненої рослинної речовини у розчині, основними компонентами якого є гідроксид натрію і сульфід натрію. Цей спосіб дозволяє переробляти будь-яку рослинну сировину й одержувати найбільш міцні волокнисті напівфабрикати.  Целюлозу сульфітну  одержують головним чином із деревини мало смолистих хвойних порід. Цей вид целюлози широко застосовують для виробництва різних видів паперу і картону, призначеного для письма, друкування, упаковки і розфасовки продуктів на автоматах.

6. Будова і властивості целюлози.

Целюлоза – це природний полімер, полісахарид, належить до класу вуглеводів. Її молекули складаються з ланцюгів – залишків ß-d-глюкози, з’єднаних 1,4 – глікозидними зв’язками. Макромолекула целюлози   має різний коефіцієнт полімеризації залежно від походження.

Наприклад, у деревної целюлози він дорівнює приблизно 3000, у бавовняної – 12000, у льняної – 36000. Волокна целюлози набрякають у воді, здатні фібрилюватися на більш дрібні волоконця (фібрили і мікрофібрили), мають високу стійкість до дії температури й хімічних речовин, легко диспергуються у воді й утворюють міцний між волокнистий зв'язок в аркуші паперу чи картону.

7. Процеси обробки сировини.

Основними компонентами рослинних волокон, крім целюлози, є такі речовини: лігнін, геміцелюлоза (пентозами і гексозани), смоли, жири, віск та ін. Геміцелюлоза – це вуглевод з меншим ніж у целюлози ступенем полімеризації. Вона не має волокнистої будови. На відміну від целюлози. Геміцелюлоза розчиняється в кислотах, швидко набрякає у воді. Волокна, що мають великий вміст геміцелюлози, легко піддаються розмелюванню, підвищують міцність паперу.  Лігнін – природний полімер. Молекула лігніну має просторову будову, що надає йому цупкість та непрозорість. Волокна, що містять лігнін, тверді, погано переплітаються і з часом жовтіють. Тому папір, виготовлений з таких волокон, пористий, негладкий, сірий, неміцний.

Якість паперу чи картону, що виробляється у великій мірі залежить від виду використаних напівфабрикатів. Особливе значення для виготовлення паперу мають напівфабрикати з деревини, тобто деревна целюлоза і деревна маса.

Деревна маса – це волокнистий матеріал, який отримують внаслідок механічного подрібнення речовини.

Білу деревну масу отримують шляхом стирання дерева. Вона має майже такий самий склад, як і деревина з якої її виготовляли.

Буру деревну масу  виробляють із попередньо пропаленої деревини. Її волокна більш тонкі і гнучкі, ніж у білої деревної маси.

Хімічну деревну масу виготовляють аналогічно білій деревній масі із деревини, переважно листяних порід, що попередньо хімічно обробляється нейтральним сульфітним розчином при підвищеній температурі і тиску. Хімічна деревна маса дешевша від целюлози, але має небажаний жовтуватий відтінок.

Термомеханічну деревну масу  отримують шляхом подрібнення на рафінерах попередньо пропарених трісок дерева.

Деревна целюлоза – високоякісний волокнистий матеріал, який отримують, внаслідок вилучення з деревини лігніну, шляхом хімічної обробки трісок дерева при високій температурі (150С) і тиску (5-7 атм.) Існують два способи виготовлення деревної целюлози – сульфатний і сульфітний.

Целюлозу сульфатну  одержують шляхом варіння подрібненої рослинної речовини у розчині, основними компонентами якого є гідроксид натрію і сульфід натрію.

Целюлозу сульфітну  одержують головним чином із деревини мало смолистих хвойних порід.

8. Застосування вторинної сировини для виробництва (макулатура)

Важливим джерелом сировини для паперової промисловості є макулатура. Розрізняють два види макулатури: папір та картон, що були використані та промислові відходи від їх переробки в друкарнях та інших місцях. Макулатура у деяких випадках повністю замінює свіжі напівфабрикати при виробництві багатьох видів паперу та картону (газетного, обгорткового, друкарського, для гофрування і тд.) Використання макулатури має велике господарське значення. Одна тонна макулатури дозволяє економити 3,0 – 4,5 м3 деревини чи близько 15 доростих дерев. Тому питання переробки макулатури має економічне та екологічне значення.

9. Головні технологічні етапи виробництва паперу.

Виробництво паперу – трудомісткий процес, який передбачає виготовлення паперової маси, відлив та обробку паперу.

Однією із найважливіших операцій цього  процесу є розмелювання – оброблення маси волокнистого напівфабрикату в розмелювальній апаратурі з метою розчеплення його волокон, зменшення розмірів та їх гідратації. Ступінь розмелювання характеризується довжиною волокна та ступенем фібрилювання. Залежно від довжини отриманих волокон, розлом може бути довгим (2,5 – 1,5 мм) і коротким (менше 1 мм), залежно від ступеня розмелювання – масним і пісним. При масному розмелюванні майже всі волокна розщеплені на фібрили і на дотик маса здається «масною». Вплив розмелювання на властивості паперу є значним. Утворення великої кількості фібрил надає волокнам гнучкість та пластичності. Збільшення загальної кількості поверхні волокон сприяє ліпшому їх з’єднанню та переплетенню. Тому масне розмелювання використовується для виготовлення міцного, щільного, гладкого паперу та дрібнопористого паперу. При прісному розмелюванні волокон отримують пухкий, пористий папір (наприклад, газетний, фільтрувальний).

Розмелені волокнисті напівфабрикати змішуються у певному співвідношенні у регуляторах композиції. Потім паперова маса, залежно від вимог до якості готової продукції, може йти на відлив чи ж в її композицію додатково вводять проклею вальні речовини, наповнювачі, барвники і тощо. Для осадження на волокнах компонентів, що додають у паперову масу, використовують сірчанокислий алюміній, поліакриламід чи інші домішки.

Підготовлену паперову масу регулюють за концентрацією, акумулюють у масних  чи машинних басейнах. Перед подачею паперової маси на машину, де відливається папір її розбавляють, очищають від шкідливих домішок і подають через спеціальні потокорозподілювачі в напірний пристрій, а далі на формуючий пристрій.

Залежно від вимог готової продукції, вона може бути додатково каландрована на суперкаландрах. Готовий папір й картон розрізають на рулони заданого формату, пакують й направляють на склади готової продукції.

Паперовий і картонний брак, що обов’язково утворюється в процесі виробництва, знову перетворюють на паперову масу і повертають в технологічний процес.

10. Підготовка паперової маси