Анализ ассортимента бумаги для черчения и рисования

      Гладкость бумаги – один из важнейших показателей эргономических свойств. Чем выше гладкость, тем равномернее ложатся чернила, краски, печать. Гладкость бумаги зависит от длины и толщины ее волокна, степени наполнения и глазировки. Гладкость выражается в секундах, необходимых для прохождения 10 мл воздуха между поверхностью образца бумаги и стеклянной полированной пластинкой при постоянном давлении на бумагу 1 кгс/см². Чем выше гладкость поверхности бумаги, тем теснее ее контакт с пластиной и тем больше потребуется времени для прохождения воздуха. Наиболее высокая гладкость 400…600 с у мелованной бумаги, а у чертежной и рисовальной – только 30 с.

      Эстетические  свойства и показатели качества бумаги. Эстетические свойства изделий, в данном случае бумаги, определяются их внешним видом. Он характеризуется белизной, цветом, оттенком, сорностью и другими показателями.

      Белизна бумаги – степень приближения отражающих свойств ее поверхности к идеальной белой. Зависит от состава волокна, количества наполнителя, качества отделки и подцветки. Показатель белизны выражает в процентах отношение белизны бумаги к белизне эталона – пластинки, покрытой сернокислым барием, которая принята за 100% белизны. Особое значение имеет белизна для многих видов бумаг – в частности, чертежной и рисовальной. Белизна большинства белых бумаг составляет 70…83%. Белизна рисовальной бумаги с оптическим отбеливателем составляет до 90% [10].

      Цвет – один из основных показателей внешнего вида бумаги (картона) и характеризует пригодность бумаги для письма, печати и других целей.

      Оттенок бумаги, устанавливаемый для белой и цветной бумаги, должен соответствовать оттенку установленного образца. Для этого в бумажную массу вводят красители. В процессе выработки бумаги ее оттенок может меняться из-за нарушения технологического режима, характера помола массы, наполняющих и красящих веществ и других факторов.

      Сорность  бумаги характеризуется наличием включений (узелки массы, костра, кусочки грязи, комочки смолы и др.) – соринок размером от 0,5 до 2 мм на площади 1 м² на обеих сторонах листа бумаги. Сорность – результат плохой очистки бумажной массы перед отливом от узелков волокон, частичек коры и др. Сорность отрицательно влияет на внешний вид бумаги, снижает ее эстетические свойства. Она затрудняет написание текста на такой бумаге и чтение его.

      Просвет бумаги характеризует расположение волокон. Для его определения бумагу просматривают, держа перед источником света. Бумага условно имеет три группы просвета: ровный, облачный и клочковатый. В бумаге ровного просвета волокна распределены равномерно и все участки листа не различаются по степени просвечивания. В бумаге облачного просвета волокна распределены неравномерно, в отдельных местах имеются скопления (сгустки), в результате чего при просматривании таких листов бумаги заметны светлые и темные поля. В бумаге клочковатого просвета волокна расположены хлопьями или кучками и при просмотре таких листов обнаруживаются ярко выраженные темные места. Просвет бумаги зависит от качества приготовления бумажной массы и условий работы бумагоделательной машины. Просвет бумаги отрицательно влияет на ее внешний вид [12].

      Раковистость – дефект покровного слоя бумаги. Определяется числом раковин.

      Прозрачность  бумаги – свойство пропускать или не пропускать световой поток, т. е. поглощать или отражать световые лучи. Если бумага не поглощает световые лучи, а пропускает их через себя, то бумага прозрачная. Самая высокая прозрачность (50 %) у чертежной прозрачной бумаги. У остальных видов бумаги такая прозрачность, которая не позволяет просматривать напечатанный или написанный текст.

      Лоск – зеркальное отражение поверхностью бумаги светового потока.

      К эстетическим свойствам бумаги можно  отнести и художественное исполнение маркировки. Эстетические показатели качества бумаги: белизна (%), непрозрачность (%), просвечиваемость и лоск (%), раковистость (шт.), светостойкость цветной бумаги (балл), сорность (шт.), разница значений белизны по сторонам (%), показатель качества исполнения маркировки.

      Безопасность  потребления и показатели качества бумаги. Безопасность потребления бумаги обеспечивает защиту человека от опасных и вредных воздействий, возникающих при ее использовании. Это – отсутствие режущих кромок, допустимость определенной кислотности, щелочности и др. Кислотность покровного слоя бумаги характеризуется концентрацией ионов водорода – рН покровного слоя.

      К общим показателям качества бумаги по действующим стандартам относятся следующие: однородность (среднее квадратическое отклонение значений показателей), транспортабельность (габаритные размеры грузовой единицы) и качество упаковки, а также патентно-правовые показатели (показатель патентной чистоты). Индивидуальные показатели качества бумаги указаны в таблицах соответствующих стандартов [9, 10].

      Для достижения тех или иных необходимых  свойств бумаги пользуются следующими методами [12]:

• 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).

      В бумажно-картонном производстве часто одни и те же свойства изготовляемой продукции можно придать различными методами, поэтому в каждом конкретном случае необходимо выбирать наиболее простой, экономичный и наиболее удобный метод [12].  

1.3 Характеристика сырья и полуфабрикатов как фактора, формирующего потребительские свойства бумаги для печати и письма 

      1.3.1 Виды древесины и ее химический состав

      Сырьем  для бумажной массы служат древесина  и другие богатые целлюлозой материалы [13].

      Древесина – это продукт биологического, а именно растительного происхождения. Она представляет собой очень сложный комплекс, как в анатомическом, так и в химическом отношении. Древесина, как любой биологический организм, состоит из клеток. Клеточные стенки примерно на 99% состоят из органических соединений, которые можно подразделить на углеводы, ароматические и так называемые экстрактивные вещества. Последние не являются составной частью клеточной стенки, а могут лишь ее пропитывать. В основном же экстрактивные вещества обычно содержатся в полостях клеток. Свое название эти компоненты древесины получили потому, что их можно извлекать (экстрагировать) из древесины нейтральными растворителями. Углеводная часть древесины состоит из различных полисахаридов, которые могут гидролизоваться кислотами. В хвойной древесине она составляет около 70%, в лиственной – около 80%. В углеводную часть входят целлюлоза – полисахарид, который является основным компонентом древесины, и нецеллюлозные полисахариды – гемицеллюлозы

      Всю углеводную часть в целом называют холоцеллюлозой. Ее можно выделить из древесины обработкой окислителями. При этом вещества ароматического характера переходят в растворимые продукты, а в остатке получа-ется волокнистый материал – холоцеллюлоза. Углеводную часть, в свою очередь, можно подразделить на трудногидролизуемую и легкогидролизуемую части. Трудногидролизуемым веществом является целлюлоза, она гидролизуётся лишь при действии концентрированных кислот (например, 72%-й H₂SO₄). При ее гидролизе получается D-глюкоза. Легко-гидролизуемые вещества – это гемицеллюлозы. Они гидролизуются при действии разбавленных кислот (например, 2…5% НСl или H₂SO₄). Продуктами гидролиза являются различные моносахариды – пентозы и гексозы. Однако это подразделение в известной степени условно. Не вся целлюлоза целиком трудно гидролизуется, часть ее гидролизуется легко, т. е. при действии разбавленных кислот. И, наоборот, некоторая часть гемицеллюлоз оказывается трудногидролизуемой. Эта часть гидролизуется только совместно, с целлюлозой, при действии концентрированных кислот. Такое различие в поведении обусловлено не химическим строением, а особенностями надмолекулярной структуры целлюлозы и гемицеллюлоз.

      К веществам ароматической природы  относится лигнин. Эта часть древесины является негидролизуемой. Она получается в остатке после обработки древесины концентрированной кислотой. Однако отдельные органические соединения очень трудно получить в чистом виде, так как они, как правило, изменяются при выделении. Химический состав различных древесин существенно колеблется. Но в общем можно сказать что в наших обычных хвойных породах (ель, сосна) содержится больше лигнина (27…28%), меньше гемицеллюлоз (20…25%), чем в лиственных (соответственно 18…22 и 25…40%). При этом хвойные породы содержат больше гексозанов (18…13%) и меньше пентозанов (8…12%), чем лиственные (соответственно, 2…5% и 20…30%) [14].

      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 [13].

      При выборе нужного вида волокнистого материала  следует учитывать его бумагообразующие свойства, которые в совокупности определяют достижение требуемого качества изготовляемой бумаги. При этом имеется в виду как поведение материала в технологических процессах изготовляемой из него бумаги, так и его влияние на свойства получаемой бумажной массы и готовой бумаги. Таким образом, бумагообразующие свойства волокнистого материала нельзя охарактеризовать однозначно каким-либо показателем. Действительно, по отношению к процессу размола бумагообразующие свойства материала характеризуются, например, его способностью расщепляться на фибриллы (фибриллирование) или укорачиваться, скоростью достижения требуемой степени помола. По отношению к процессу отлива листа из бумажной массы важным является, например, показатель скорости обезвоживания и т. д.

      Строение  исходных волокон во многом определяет их бумагообразующие свойства. Волокна трубчатого строения способствуют получению пухлых видов бумаги, обладающих повышенной впитывающей способностью. Такие волокна требуют больше времени для фибриллирования. Из волокон ленточного строения обычно получается плотная прочная бумага с сомкнутой поверхностью. Толстостенные волокна (с толщиной стенки 6…8 мкм) легче фибриллируются, а тонкостенные (1,5…2 мкм) более подвержены поперечной рубке.

      Волокна твердых пород древесины, как  правило, обеспечивают непрозрачность, пухлость, воздухопроницаемость и впитывающую способность бумаги. Волокна мягких пород, наоборот, придают бумаге относительно более высокую прозрачность, плотную структуру и высокие показатели сопротивления разрыву.

      Сырьем  для изготовления разных полуфабрикатов является древесина девяти основных пород, используемых в различных соотношениях: ели, сосны, пихты, ольхи, лиственницы, тополя, березы, осины, бука. Наряду с этими породами в меньшем количестве используется также древесина эвкалипта, каштана, липы, дуба, клена и других пород. Указанное сырье делится на две группы: хвойные и лиственные породы древесины, отличающиеся между собой по химическому составу и морфологическим признакам, известным студентам из курса химии древесины и целлюлозы. Эти различия определяют и различия в свойствах волокон соответствующих полуфабрикатов [15]. 

      1.3.2 Целлюлоза как волокнистый полуфабрикат. Бумагообразующие свойства целлюлозы

      Производство  бумаги уникально уже потому, что  основано на использовании целлюлозных волокон, которые получают из возобновляемого растительного сырья. Полученная масса целлюлозы состоит из отдельных волокон, обладающих высокой прочностью и способностью к образованию прочных связей между собой. Эти ценные свойства целлюлозных волокон и используются при получении бумаги. После их использования потребителем, уже в качестве макулатуры, они становятся сырьем для производства макулатурного волокна. По данным фирмы Яакко Поури к 2010 году производство первичного целлюлозного волокна составит 200 миллионов тонн и такое же количество составит производство макулатурного волокна.

      В производстве первичных целлюлозных волокон наибольшее значение имеют древесные волокна. Если ежегодный прирост древесины в мире оценивают в 40 миллиардов тонн, то из всего этого количества древесины по современной технологии можно было бы произвести 20 миллиардов тонн целлюлозы, что в сто раз больше, чем в настоящее время производят в мире за год.