Как известно, бумагу производили еще в далекой древности: египтяне делали ее из папируса, китайцы — из бамбука и пеньки, европейцы — из льна и хлопка (последний для прочности добавляется при производстве банкнот и сейчас). Распространено мнение, что в Японии бумагу делают из рисовой соломы, даже есть понятие «рисовая бумага», на которой пишут и рисуют тушью. Однако изготовить бумагу из соломы сложно — на самом деле в Японии бумагу делают из австралийского эвкалипта, вернее из эвкалиптовой стружки.

Бумага пришла на Японский архипелаг из Китая через Корею. Не удивительно, что самые развитые предприятия производства бумаги в Японии расположены на побережье Японского моря по соседству с Корейским полуостровом.

Китайцам бумага была известна задолго до нашей эры. Археологи утверждают, что материалы, напоминающие бумагу, существовали уже в III-IV вв. до н. э. Есть предположение, что секрет изготовления этого удивительного материала китайцы могли перенять у тюрков. Древние мастера умели изготавливать тончайший войлок, распуская небольшие кусочки шерсти в воде. Затем их отлавливали ситом, отбрасывали на специальный пресс, отжимали и сушили. Китайцы заменили шерсть растительными волокнами (толчеными кусочками коры тутового дерева, размочаленными стеблями бамбука) и получили совершенно новый материал — бумагу.

Официальной датой появления бумаги в Китае считается 105 г. н. э., когда чиновник Цай Лунь сделал императору официальный доклад о существовании такой технологии. В VI-VII вв. в Китае уже имели хождение бумажные деньги «Фэй-Тянь» (летающие монеты). Фактически это были первые бумажные деньги в истории человечества. Китайцы ревностно охраняли секрет изготовления бумаги. Технологию ее производства было запрещено вывозить за границу.

Это одна история, но есть и другие.

Бумага — очень древнее изобретение. Появилась она в Китае 19 веков назад. Делали бумагу просто: клочки шелковой ваты, тряпье, старые рыболовные сети измельчали и бросали в чан с водой, затем взбалтывали, пока не получалась однородная водянистая, кашеобразная масса, которую черпали бамбуковой сеткой. Осадок, остававшийся ровным слоем на сетке, просушивали. Этот технологический принцип сохранился почти без изменений и до нашего времени. Сегодня изменились только средства производства, масштабы, скорости, объемы и сырье.

Из Китая новый материал проник в соседние страны — Корею и Японию. А затем, в VII в., началось великое путешествие бумаги на Запад. Китайские мастера, попавшие в Самарканд в VIII в., ознакомили с бумагоделанием народы Средней Азии. Отсюда бумагу привезли на Ближний Восток, затем в Сицилию. В XIII в. первые бумажные мельницы и мастерские по изготовлению бумаги были созданы в Северной Италии.

В России бумага появляется в XIV в.; до этого писали на пергаменте. Первой русской книгой, написанной на новом материале и датированной 1381 г., считают «Поучения Исаака Сирина».

Изготовление бумаги в России было налажено во времена Ивана Грозного.

Возникновение бумаги стало важнейшей предпосылкой для развития книгопечатания.

След человечества

Без бумаги не было бы истории — науки, изучающей прошлое человечества. Остались бы лишь устные предания и находки археологов. Не было бы и других наук, да и культуры в целом. А что было бы с нами?.. Рискну предположить, что человечество выжило потому, что изобрело бумагу. И еще одно предположение: в самой природе как бы заложена программа историзма. Природа сама пишет свою историю. Тень сопровождает любое тело, находящееся в движении или покое. Тело — это и огромная планета, и былинка или едва заметная букашка. Река запечатлевает свой след в виде русла, животные оставляют следы когтей и копыт на земле, деревья отображают свои формы в каменном угле, моллюски – в камне на дне моря. Ни один предмет не коснется поверхности Земли, без того чтобы не запечатлеть карту своего маршрута. След человечества – на бумаге.

А что было до изобретения бумаги?

Человечество писало книгу своей истории на каменных стенах пещеры (и до сих пор пишет на стенах современных домов), на камнях, специально обработанных в виде ровных поверхностей для надписей и рисунков (сегодня — на чипах компьютеров и CD). Человечество писало свою историю на деревянных досках и глиняных табличках, на пергаменте (обработанной коже), на бересте и бумаге. Далее мы убедимся, что в бумагу в качестве компонентов входят все материалы, которые до ее изобретения человечество использовало для сохранения своей истории. Бумага — это искусственно созданный человеком материал из древесины (дерево), мела (камень), клея (обработанное сырье животного или растительного происхождения), каолина (глина).

Еще сравнительно недавно невозможно было представить себе нашу жизнь без бумаги. Правда, сегодня положение изменилось. Хранение и распространение информации теперь можно осуществлять и без предварительного фиксирования ее на бумаге. Человечество пошло по второму кругу. Снова в дело пошли камни, превращенные в чипы, платы, CD и пр. Но, по моему мнению, о закате эпохи господства бумаги говорить преждевременно. Человек нуждается в бумаге, и производство ее растет.

Из всего сказанного можно сделать один очень существенный вывод: человеческие решения никогда не бывают в полной мере рациональными. Они всегда окрашены эмоциями. Человеческая мысль неизменно погружена в телесные ощущения и исторические процессы, которые вносят свой вклад в спектр познания мира и сохранения информации.

Что представляе собой бумага

Бумага — это тонкие и ровные листы или ленты материала, состоящего в основном из целлюлозных волокон (древесная целлюлоза, древесная масса, волокна хлопка, льна, макулатурная масса и другие вспомогательные добавки). Масса одного квадратного метра бумаги достигает 250 г, картона — более 250 г; бумага, как правило, одно- или двухслойна, а картон — многослоен; толщина бумаги составляет примерно 35-300 мкм, картона — 0,5-3,0 мм.

Бумага осаждается на сетке бумагоделательной машины из водной суспензии волокнистых и неволокнистых компонентов, то есть из бумажной массы. Затем полученный слой высушивается и каландрируется (проглаживается, глазируется). Каландрирование значительно повышает гладкость бумаги.

Согласно научному определению бумага — это пористо-капиллярный плоскостной искусственно созданный материал, доступный для проникновения воздуха, влаги и красок.

Бумагу также можно рассматривать как своеобразный каркас, образованный из целлюлозных волокон, прочно соединенных водородными связями. Длина растительных волокон, из которых образована бумага, — 1-2 мм при диаметре около 25 мкм. В пространстве между целлюлозными волокнами в порах могут находиться наполнители (например, каолин, тальк), проклейка (например, канифоль) и обязательно около 7-9% влаги. При недостаточной влажности бумага становится жесткой и хрупкой, при избыточной — теряет прочность, становится чрезмерно пластичной.

Свойства бумаги зависят от ее волокнистого состава, природы растительных волокон, характера их обработки, содержания наполнителя, проклейки, а также от технологии ее отлива и отделки.

Технология изготовления бумаги

Размолотое целлюлозное волокно, древесную массу, отбеленный и измельченный каолин, клей, подцветку смешивают в нужных пропорциях. Эту смесь называют бумажной массой.

При выработке многих видов бумаги и картона для повышения белизны, непрозрачности, гладкости, улучшения печатных и других свойств в волокнистую массу вводят наполнители, то есть химически инертные минеральные вещества, менее гидрофильные, чем целлюлозные волокна.

Частицы наполнителя, заполняя крупные поры бумаги, разъединяют волокно, увеличивая общую пористость бумажного листа. Образование многочисленных мелких пор, обладающих капиллярными свойствами, увеличивает способность бумаги к восприятию типографской краски.

Наполнители, распределяясь в мелких порах между волокнами образующейся бумаги, увеличивают пористость и повышают воздухопроницаемость. Они также способствуют снижению линейной деформации при увлажнении и уменьшают скручиваемость бумаги при одностороннем смачивании.

Степень влияния того или иного наполнителя на свойства бумаги зависит от его вида и количества в бумаге. Наполнители должны быть однородными и мелкодисперсными, обеспечивать максимальную непрозрачность, хорошо удерживаться на волокне. Частицы наполнителя должны иметь высокий коэффициент преломления потока света, равный примерно половине длины видимого спектра.

В качестве наполнителя печатной бумаги применяют главным образом каолин — белую фарфоровую глину или тальк — соединение из класса силикатов. Диоксид титана используют в производстве мелованных бумаг. При изготовлении специальных видов бумаги как наполнитель используется оксид цинка.

Для каждого вида бумаги существует определенное оптимальное количество наполнителя. Каждый наполнитель имеет специфические особенности как в плане влияния на свойства бумаги, так и в плане сцепления в структуре бумажного листа с растительными волокнами. Механизм сцепления частиц наполнителя зависит от формы и размеров частиц (их оптимальный размер — не более 0,3 мкм). Форма и размеры частиц порошка также влияют на белизну, лоск, гладкость, на впитываемость бумагой или картоном печатных красок и лаков.

Бумага и картон с высоким содержанием наполнителя представляют собой своего рода имитацию мелованного материала. В зависимости от дисперсности наполнителя повышается плотность бумаги и картона, соответственно снижается толщина материала.

О количестве содержащегося в бумаге наполнителя судят по зольности. Содержание золы в бумаге соответствует примерному содержанию неорганических веществ, но не определяет количество каждого из них в отдельности.

По содержанию минерального наполнителя все виды бумаги условно делятся на несколько классов:

бумага с естественной зольностью, без минерального наполнителя;
бумага малозольная, с содержанием золы до 5%;
бумага со средней зольностью, с содержанием золы до 15%;
бумага с повышенной зольностью, с содержанием золы более 15%;
бумага высокозольная, с содержанием золы более 25%.

Как уже было отмечено, в качестве наполнителей чаще всего используются следующие материалы: мел, каолин, тальк, сульфаты бария и кальция, двуокись титана, различные алюмосиликаты, пигменты на основе карбамидоформальдегидного концентрата, микрокапсульные полистирольные пигменты и другие вещества.

Каолин (белая глина) — алюмокремниевая кислота, порошок белого цвета гексагональной формы, средний размер частиц около 2 мкм, белизна 70-90%, коэффициент преломления 1,56. Свободные железистые минералы, присутствующие в каолине, придают ему оттенки от светло-желтого до красно-бурого. На оптические свойства каолина оказывают влияние титановые минералы.

Тальк — кислая соль метакремниевой кислоты. Порошок белого цвета, пластинчатой, игольчатой или чешуйчатой формы, размер частиц 2-10 мкм, белизна 70-80%, коэффициент преломления 1,57. Тальк придает бумаге мягкость, бесшумность, лоск, повышает адсорбцию печатных красок и лаков. В то же время тальк способствует повышению пылимости бумаги, снижает действие оптических отбеливателей.

Бланкфист — сернокислый барий. Товарный бланкфист имеет пастообразный вид, степень дисперсности 0,4-0,6 мкм, белизна 96%, коэффициент преломления 1,64, хорошо удерживается в бумаге. Бланкфист повышает белизну бумаги, снижает прозрачность, придает бумаге блеск, звонкость и жесткость на ощупь, используется для высокосортных видов бумаги.

Гипс — минерал класса сульфатов, порошок белого цвета. В обожженном состоянии размер частиц уменьшается и белизна гипса повышается. Средний размер частиц обожженного гипса около 5 мкм, белизна 85-96%, коэффициент преломления 1,57. Природный гипс придает бумаге звонкость и жесткость на ощупь. Гипс слабо снижает прозрачность бумаги, плохо сглаживает ее после каландрирования, способствует повышению пылимости бумаги.

Титановые пигменты — двуокись титана или сочетание с сернокислым барием. Порошок белого цвета, размер частиц 0,3-0,5 мкм, белизна 95-98%, коэффициент преломления 2,55. Титановые пигменты придают бумаге высокую степень непрозрачности.

Мел — природный или химически осажденный карбонат кальция, твердое вещество белого цвета, нерастворимый в воде, растворяется в слабой кислоте. Средний размер частиц осажденного мела 0,2-0,4 мкм, плотность 2,-2,9 г/м³, белизна 80-95%, коэффициент преломления 1,48-1,68. Мел придает бумаге мягкость, белизну, непрозрачность, повышает впитываемость печатных красок и лаков. В производстве чаще всего применяется не как наполнитель, а как пигмент для облагораживания бумаги с целью получения на ней хорошего визуального восприятия печатного изображения (мелование бумаги).

Мелованная бумага, матовая или глянцевая, состоит из основы с нанесенным на нее покровным слоем, состоящим из наполнителя и связующего. Цель мелования — создание на поверхности листа бумаги или картона ровного, гладкого и одновременно эластичного слоя с равномерным просветом. Мелованный слой способствует быстрому закреплению краски и лаков, а также улучшает визуальное качество оттиска. Мелованный слой должен быть химически нейтральным, так как избыток щелочи или кислоты может изменять в процессе печати цветовые характеристики краски на листе бумаги.

Наполнители существенно влияют на свойства бумаги. Благодаря им после каландрирования бумага становится ровной, гладкой, непрозрачной, пластичной, капиллярной и менее пористой. Все это особенно важно для бумаг, используемых в высокой и глубокой печати. Если бумага изготовлена из белой древесной массы и небеленой целлюлозы, наполнитель повышает степень ее белизны. Однако наполнители несколько снижают механическую прочность бумаги, так как ограничивают возникновение водородных связей между волокнами целлюлозы.

При размачивании в воде обычные сорта бумаги теряют свою механическую прочность, при пропитке керосином или маслами прочность бумаги почти не меняется. Это говорит о том, что целлюлозные волокна в бумаге соединены между собой главным образом водородными связями и в меньшей степени — силами Ван-дер-Ваальса и трения. Известно, что водородные связи не чувствительны к действию углеводородов и масел, но полностью разрушаются полюсными молекулами (диполями) воды.

Бумагу отливают на бумагоделательных машинах, состоящих из четырех частей:

сеточной;
прессовой;
сушильной;
отделочной, с накатом (намоткой в рулоны).

Эти машины, как правило, имеют плоский сеточный конвейер. Они работают со скоростью до 800 м/мин при ширине сетки до 7-8 м.

Бумажная масса потоком поступает на сетку бумагоделательной машины. Формирующийся из кашеобразной массы тонкий волокнистый слой постепенно освобождается от воды на сеточной части. На прессовой части машины вода отжимается давлением прессов, а в сушильной части бумажная лента, прижимаясь к сушильным цилиндрам, доводится до сухости 95%. Чтобы уберечь влажное бумажное полотно от повреждений при прохождении прессовой и сушильной частей машины, оно сопровождается подложкой — сукнами, синхронно движущимися со скоростью бумажного слоя.

В однородной бумаге вместе с длинными волокнами присутствует некоторое количество мелких волокон, в основном лиственных пород древесины, которые заполняют свободное пространство между длинными волокнами. Таким образом увеличивается общая площадь, на которой между волокнами устанавливаются прочные связи, что способствует повышению механической прочности бумаги. Кроме того, для укрепления связи между волокнами в композицию бумажной массы вводят связующие. Бумагу также можно пропитывать или наносить на нее поверхностное покрытие.

В сушильной части находится клеильный пресс.

Существует несколько технологий проклейки бумажной массы. Офсетную, картографическую, фототипную, обложечную, писчую, чертежно-рисовальную и некоторые другие виды бумаги проклеивают в массе различными веществами, такими как канифольный клей, крахмал, карбамидные смолы, кремнийорганические полимеры и др. Проклейка в массе делает бумагу более влагостойкой, затрудняя проникновение в нее воды, но не препятствуя впитыванию масляных полиграфических красок. Это особенно важно для бумаг, используемых в плоской (офсетной) печати, литографии и фототипии, где при печати применяют и увлажнение водным раствором.

Поверхностная проклейка бумаги чаще всего осуществляется 3%-м водным раствором карбоксиметилцеллюлозы, что не только повышает влагостойкость бумаги, но и увеличивает прочность ее поверхности, что особенно важно при работе с вязкими и липкими красками и водно-дисперсионными лаками.

Отделочная часть бумагоделательной машины представлена машинным каландром, состоящим из трех-восьми полированных чугунных цилиндров, которые своей тяжестью уплотняют бумагу, делая ее поверхность ровнее.

Бумага, прошедшая машинный каландр, называется бумагой машинной гладкости, матовой или неглазированной (некаландрированной). Бумага, дополнительно пропущенная через суперкаландр, называется глазированной, каландрированной или лощеной.

В процессе изготовления бумаги волокна, увлекаемые потоком бумажной массы, преимущественно принимают положение, при котором их оси совпадают с направлением движения сетки бумагоделательной машины. Поэтому свойства бумажного листа в продольном (в направлении движения сетки) и поперечном направлениях будут несколько различны, а именно: прочность бумаги будет выше в продольном направлении, а изменение линейных размеров при увлажнении будет значительно больше в поперечном направлении. Кроме того, верхняя (лицевая) сторона бумаги, не соприкасающаяся с сеткой бумагоделательной машины, будет гораздо ровнее сеточной. Сеточная сторона имеет меньше наполнителя, частично уходящего из бумаги вместе с промывными водами. Следовательно, бумага ортотропна, то есть ее свойства несколько различаются во всех трех измерениях (ширина/ длина и лицо/оборот).

Все это надо учитывать при подготовке бумаги к печатанию, особенно к многокрасочному, и при обработке оттисков в брошюровочно-переплетных и отделочных цехах (при разрезке, фальцовке, шитье, высечке и тиснении).

Свойства печатной бумаги

Рассматривая бумагу, предназначенную для печати с применением полиграфических технологий, мы должны прежде всего обратить внимание на параметры и свойства, определяющие ее поведение в технологическом процессе.

Допечатные свойства бумаги, зависят, как правило, от влажности, упаковки и хранения. Свойства бумаги, называемые печатными, включают характеристики, определяющие прохождение бумаги через бумагопроводящую систему печатной машины, а также особенности, обусловливающие качество печатного оттиска как непосредственно при взаимодействии с печатной краской, так и в процессе закрепления красочного изображения на оттиске. Основными печатными свойствами бумаги являются:

белизна;
гладкость;
упругоэластичность;
пластичность;
впитываемость (пористость и капиллярность);
непрозрачность;
сорность;
прочность поверхности;
плоскостность.

Эти свойства должны соответствовать условиям применяемого способа печатания и характеру печатной продукции.

Послепечатные свойства бумаги определяют ее поведение в процессах разрезки, обрезки, фальцовки, шитья, высечки и тиснения, а также условия и требования прессования полуфабрикатов, их хранения и сушки.

Белизна бумаги

Степень белизны бумаги зависит от того, насколько полно и равномерно она отражает лучи различной длины волны во всем спектре дневного рассеянного света. Иногда бумага заметно поглощает коротковолновые (синие) лучи и поэтому кажется слегка желтоватой.

Для повышения видимой белизны бумаги, а также для устранения нежелательных оттенков применяется подсветка или крашение бумаги.

На бумажных фабриках крашение бумаги осуществляется двумя способами:

добавлением в бумажную массу некоторого количества органических или неорганических красителей; при этом способе красители ровномерно и прочно закрепляются на компонентах бумаги, что способствует однородной окраске всей структуры бумаги;
нанесением растворов красителей на поверхность готового бумажного полотна; способ применяется в основном для крашения бумаги и картона массой более 180 г/м².

На полиграфических предприятиях осуществляют тонирование поверхности листа бумаги полиграфическими красками. При этом в зависимости от способа печати получается заданная толщина красочного слоя с заданным рисунком.

Многочисленные группы красителей и отбеливающих веществ различаются по своему строению и химическому составу, поэтому они по-разному окрашивают волокна бумаги. Подбор красителей и пигментов — дело достаточно сложное и для получения оптимального эффекта требует правильного смешения цветов. Процесс крашения во многом зависит от большого количества переменных факторов — строения и химического состава волокон, из которых изготавливается бумага, наличия в бумажной массе окрашиваемых наполнителей и приклеивающих веществ.

Для окраски бумаги используются органические и неорганические красители. Благодаря широким возможностям придания бумаге разнообразных цветов и оттенков наибольшее распространение получили органические красители.

Итак, чтобы устранить нежелательный желтоватый оттенок и повысить белизну бумаги, в процессе изготовления ее подкрашивают синими и фиолетовыми красителями или вводят в ее состав оптические отбеливатели — люминофоры.

Высокая степень белизны печатной бумаги весьма желательна, так как удобочитаемость издания зависит от контрастности запечатанных (текст, иллюстрации) и пробельных участков оттисков. При многокрасочной печати воспроизведение цвета на оттиске с минимальными отклонениями от оригинала возможно только при печатании на достаточно белой бумаге.

Оттенок бумаги должен точно соответствовать установленному образцу и быть одинаковым у всех листов и рулонов бумаги этого вида и наименования в одной партии.

Степень белизны бумаги неизбежно понижается, если в ее состав входят небеленая целлюлоза и древесная масса, а вот введение в композицию каолина заметно повышает белизну.

Степень белизны контролируют при помощи приборов или визуально, путем сравнения образца бумаги с установленным эталоном белизны. Денситометры для этого не применяются, поскольку погрешность при измерении объектов с высоким коэффициентом отражения, например белых и особо белых бумаг, может быть соизмерима с отклонениями в белизне бумаги.

Примерные значения степени белизны некоторых видов печатной бумаги указаны в табл. 1.

Гладкость бумаги

Гладкость бумаги — одно из ее важнейших печатных свойств, которое зависит от микрогеометрии поверхности бумаги, то есть от рельефа, образованного выступами и впадинами между растительными волокнами и частичками наполнителя. Микрогеометрию бумаги контролируют профилографами, микроинтерферометрами различных систем, вычерчивающими профилограмму ее поверхности (рис. 1).

Поверхность хорошо отглазированной мелованной бумаги имеет в основном микронеровности в пределах 0,1-0,5 мкм, суперглазированной высокогладкой мелованной бумаги — 0,03-0,05 мкм. Макронеровности у этой бумаги отсутствуют.

Глянцевитость и матовость бумаги также зависят от микрогеометрии ее поверхности. Очень гладкие бумаги будут глянцевыми, шероховатые — матовыми (рис. 2).

В основном эффективная гладкость бумаги определяется ее микрорельефом, так как макронеровности подавляются в процессе печатания. Это, разумеется, не относится к грубым механическим включениям, которые не сглаживаются при печатании даже в случае очень сильного давления печати. Поэтому повышенная сорность бумаги не допускается.

Гладкость (шероховатость) — весьма важный фактор, от которого зависят печатные свойства бумаги. В то же время это довольно трудно определяемый для бумаги показатель (рис. 3).

ГОСТ 12795.—89 «Бумага и картон. Метод определения гладкости по Беку» соответствует стандарту ISO 5627-84. Результаты, получаемые по этому методу, сопоставимы с результатами определения шероховатости бумаги с помощью прибора Бендтсена ISO 2494-74.

За рубежом показатель гладкости (шероховатости) определяют приборами, подающими поток воздуха при постоянном давлении, при этом используются приборы Бендтсена, Шеффера, Паркера. Поэтому при определении каких-либо показателей необходим анализ сопоставимости методов и средств контроля качества печатных видов бумаги по ГОСТ и ISO.

У-

В полиграфическом производстве бумага, проходя различные технологические процессы, испытывает разного рода воздействия и деформации. Так, при высокой печати на бумагу давят рельефные печатающие элементы формы, в брошюровочно-переплетном производстве бумага фальцуется в тетради и прессуется. В одном случае деформации бумаги должны быть обратимыми, то есть исчезающими при снятии напряжения, в другом — необратимыми, то есть сохраняющимися после снятия напряжения, например при фальцовке.

Свойство материала мгновенно изменять свою форму и размеры под действием соответствующей нагрузки, а после прекращения ее действия также мгновенно восстанавливать первоначальную форму и размеры называется упругостью. Следовательно, упругие деформации — это мгновенно возникающие и полностью обратимые деформации. В соответствии с законом Гука они прямо пропорциональны прилагаемому напряжению.

Эластичность — свойство материала изменять форму и размеры под действием нагрузки в течение некоторого промежутка времени и постепенно полностью восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия. Эластические деформации возникают постепенно, вслед за упругими деформациями, и также постепенно исчезают после прекращения действия соответствующего напряжения.

Свойство материала сохранять полученную деформацию после снятия механического воздействия, вызывающего его, называется пластичностью. Следовательно, упруго-эластические деформации полностью обратимы, а пластические являются остаточными (рис. 3).

В полиграфии необходимы как упруго-эластические, так и пластические (остаточные) деформации. Упруго-эластические свойства положительно сказываются на процессе печатания, но зачастую бывают недостаточными для надлежащего выравнивания поверхности бумаги и компенсации неровностей как печатной формы (офсетного полотна), так и самой бумаги. Пластические деформации бумаги технологически необходимы при фальцовке, биговке, штриховке, тиснении. Такие противоречивые требования к свойствам бумаги удовлетворяются не путем компромисса, а посредством создания различных ее видов и сортов. Необходимо отметить, что правильный выбор бумаги для того или иного издания на 50% определяет качество и отсутствие проблем при его изготовлении.

Упруго-эластические свойства бумаги во многом зависят от влажности и степени уплотнения, каландрирования бумаги и силы воздействия на нее. Следует иметь в виду, что существенно повысить упруго-эластические свойства бумаги не представляется возможным, а для брошюровочно-переплетных работ это и вовсе нежелательно. В то же время задача повышения пластичности легко решаема. Так, бумага, содержащая древесную массу со сравнительно укороченными, не слишком фибриллированными (разлохмаченными) волокнами целлюлозы (рис. 4), а также значительное количество наполнителя и особенно влаги, будет пластичной.

Впитывающая способность бумаги

Надлежащая впитывающая способность бумаги является очень важным условием своевременного и полного закрепления краски. При впитывании краски часть связующего (преимущественно его низковязкие и низкомолекулярные компоненты — масла и органические растворители) проникает в толщу бумаги. Впитывание связующего краски в бумагу определяется ее пористо-капиллярным строением.

Впитывающая способность бумаги особенно важна для тех способов печати и лакирования, где закрепление краски и лака в основном определяется впитыванием, например для глубокой печати, флексографской печати на бумаге, лакирования дисперсионными лаками.

Режим высушивания на бумагоделательной машине влияет на пористость бумаги. Так, при высокотемпературном режиме сушки пористость бумаги возрастает.

Все немелованные, не слишком уплотненные бумаги, например газетные, относятся к макропористым сортам. Они хорошо впитывают краску, адсорбируя ее связующее благодаря развитой внутренней поверхности. Чрезмерная впитывающая способность бумаги вследствие ее большой макропористости нежелательна для иллюстрационной печати, так как приводит к потере насыщенности и глянца краски.

Мелованная бумага относится к микропористым бумагам. Они тоже хорошо впитывают краску, но уже под действием капиллярных сил. Поэтому для печати на немелованных и мелованных бумагах используют различные типы краски.

Степень капиллярности мелованной бумаги может быть различной и зависит от дисперсности наполнителя, его количества по отношению к связующему в покрытии, а также от качества исходной бумаги.

Проклейка в массе повышает влагостойкость бумаги и ограничивает впитывание ею влаги, но не препятствует проникновению масляных красок офсетной и высокой печати.

Пористость бумаги от введения в ее композицию минерального наполнителя возрастает тем сильнее, чем больше размер частиц использованного наполнителя. Пористость бумаги характеризуется содержанием количества воздуха в бумаге.

В разных странах разработаны стандарты, регламентирующие качественные показатели вырабатываемых видов бумаги, и соответственно с этим установлены стандартные методы проведения испытаний.

В России применяется ГОСТ 13525.14-77 «Бумага и картон. Метод определения воздухопроницаемости». Сущность метода заключается в измерении объема воздуха, прошедшего через определенную площадь образца бумаги за единицу времени. Для испытаний применяются приборы типа дензометра Шоппера.

Стандарт USO 5636/3 — 8791/2 предусматривает определение гладкости и пористости бумаги и картона по Бендтсену, а USO 5636/5 — воздухопроницаемости бумаги и картона по Гарлею.

Прочность поверхностного слоя бумаги

Прочность поверхности бумаги к истиранию и выщипыванию имеет большое значение для иллюстрационной, особенно многокрасочной, печати, где четкость растровых элементов и тонких штрихов достигается применением липких и довольно вязких красок.

Прочность поверхности бумаги повышается при использовании хорошо разработанной длинноволокнистой бумажной массы, а также вследствие ее проклейки карбамидной смолой и крахмалом. Особенно положительно сказывается на качестве офсетной бумаги поверхностная проклейка. Введение большого количества наполнителей в офсетную бумагу нежелательно, так как они могут налипать на поверхность резинотканевых офсетных пластин в процессе печатания.

Мелованные бумаги приобретают хорошую прочность поверхностей, если для их мелования применяются латексы, полиметилметакрилатная и поливинилацетатная дисперсии (эмульсии), а также термореактивная карбамидная смола.

Плоскостность бумаги

Важным условием для устойчивой работы листовой печатной машины и для достижения хорошего качества является безукоризненная плоскостность бумаги. Это свойство не имеет количественного выражения и оценивается визуально. Плоскостность во многом определяется климатическими условиями хранения, транспортировки и упаковки бумаги.

Бумага не должна подвергаться негативному воздействию влаги и температурных колебаний. Заботиться о климатических условиях необходимо потому, что бумага обладает гигроскопичностью — способностью поглощать влагу из воздуха и отдавать ее назад. Если бумага хранится в помещении без упаковки, защищающей ее от атмосферных воздействий, то она отдает или воспринимает влагу из окружающего воздуха до тех пор, пока не будет достигнута равновесная влажность. При поглощении влаги бумагой на ее краях образуется более или менее ярко выраженная волнистость (рис. 5). Если бумага, наоборот, отдает влагу, то ее края загибаются, то есть происходит коробление. И в том и в другом случае нарушение плоскостности листов вызывает проблемы в работе листовых печатных машин, послепечатного и отделочного оборудования с полистной подачей. Прежде всего затрудняется прохождение бумаги через машину: нарушается точность позиционирования листов, приводящая к неприводке красок на оттиске.

При избыточной влажности бумаги ухудшается закрепление краски на оттиске, что ведет к отмарыванию оттисков при печати и перетискивании краски на приемке и в стапеле. При использовании бумаги с очень маленькой влажностью на ее поверхности возникает статическое электричество и листы начинают слипаться, что приводит к подаче двойных листов, образованию складок и морщин.

Чтобы избежать возникновения этих трудностей, в типографии проводят акклиматизацию бумаги, то есть ее адаптацию к условиям печатного цеха. Бумагу выдерживают несколько дней при постоянной температуре и влажности на складе или непосредственно в помещении, в котором установлена печатная машина. При этом не рекомендуется распаковывать бумагу до тех пор, пока не сравняются температура помещения и упакованной бумаги. Стеллажи уже отпечатанных оттисков, особенно если при печати использовалась ИК-сушка, необходимо накрыть пластиковыми чехлами.

Вышеизложенные основные свойства печатных бумаг можно объединить в группы следующим образом:

геометрические: гладкость, толщина и масса 1 м², плотность и пористость;
оптические: белизна, непрозрачность, лоск (глянец);
показатели однородности структуры: равномерность просвета, разносторонность, сорность;
механические (прочностные и деформационные): прочность поверхности к выщипыванию, разрывная длина (или прочность на разрыв), прочность на излом, влагопрочность, эластичность, пластичность и упругость при сжатии и другие;
сорбционные: гидрофобность, пористость, впитывающая способность растворителей печатных красок.

Общие требования к печатной бумаге

Существует ряд требований, обязательных для всех видов печатной бумаги:

Бумага должна иметь достаточную механическую прочность, обеспечивающую нормальные условия выполнения процесса печатания применяемым способом, а затем продолжительное использование готовой печатной продукции без заметного ее разрушения.
Печатная бумага должна быть однородной по толщине, плотности, структуре и цвету. Эти геометрические и физико-химические параметры во многом определяют и качество оттиска. Однородными должны быть все листы одной и той же партии. Резких колебаний свойств бумаги не допускается.
Содержание воды в связанном виде во многом определяет физико-химические и механические свойства печатной бумаги. При нормальных атмосферных условиях (температура 20 °С, относительная влажность среды 55-60%) в бумаге всегда имеется влага. Вода может быть химически связанной, адсорбционной и структурированной. Химически связанная вода соединена с целлюлозой посредством водородных связей. Адсорбционная вода обволакивает целлюлозные волокна мономолекулярным слоем. Структурированная влага конденсируется в порах и капиллярах. Бумага обязательно должна содержать около 7-9% влаги в связанном виде: при недостатке влаги она становится жесткой и хрупкой, а при избытке теряет прочность, становясь чрезмерно пластичной.
В зависимости от содержания влаги в окружающей среде бумага впитывает либо отдает воду. Слабоувлажненная бумага не подвержена остаточным деформациям, в ней могут возникать только замедленные эластические деформации. При больших напряжениях в структуре бумаги происходит разрыв и скольжение отдельных волокон, что и выражается в появлении остаточных деформаций. При переувлажнении бумаги между ее волокнами возникают тончайшие (толщиной в несколько молекул) водяные прослойки, молекулярные (водородные) силы связи между отдельными волокнами ослабевают, вследствии чего вся структура приобретает подвижность и остаточную изменчивость.
Листы печатной бумаги должны иметь строго прямоугольную форму. Их косина не должна превышать 0,2%. Обрез кромок листов должен быть ровным и чистым.
На поверхности печатной бумаги не должно быть складок, морщин, залощенных и матовых полос, пятен, а также отверстий, надрывов и прочих повреждений. Волнистость (нарушение плоскостности) листов также не допускается. Повреждения и волнистость поверхности бумаги не только отрицательно сказываются на качестве оттиска, но и вызывает частые остановки печатной машины из-за застревания в ней листов.

Конкретные показатели качества должны соответствовать нормам, указанным в стандартах по каждому виду бумаги. Свойства и количество содержания наполнителя в бумаге влияют на проникновение краски в процессе печати, особенно на обратную сторону листа. Глубина проникновения краски в бумагу зависит от сомкнутости волокон и наполнителя листа бумаги и вязкости краски. В процессе печати на качество получения печатного изображения при взаимодействии печатной краски с бумагой влияет также кислотность или щелочность бумаги. Поэтому в процессе подготовки бумаги к печатанию тиража необходимо провести комплекс подготовительных работ по подбору краски, соответствующих конкретному листовому или ротационному печатному оборудованию, а также правильно подобрать добавки для регулирования липкости, понижения отмарывания красок, повышения прочности к истиранию, ускорения закрепления красочного изображения на оттиске — в зависимости от вида использованной бумаги, технологии и скорости печатания (табл. 2).

Классификация печатных бумаг

Чтобы можно было как-то ориентироваться в том разнообразии бумаг, которые применяются в полиграфии, печатные бумаги классифицируют по отдельным параметрам:

по способу производства, когда главным признаком является содержание слоя бумаги, — на немелованные и мелованные;
по отделке поверхности бумаги при ее отливе или после дополнительной обработки — на матовые и глянцевые (глазированные);
по волокнистому составу самого слоя бумаги в зависимости от исходного сырья — на чистоцеллюлозные и содержащие древесную массу;
по формату готовой бумаги, предлагаемой на рынке, — на рулонные и листовые;
по характеру печатной продукции и готовых изданий — на газетную, книжно-журнальную, картографическую, афишную, этикеточную и др.;
по способу печатания, для которого они предназначены, — для высокой (в частности, флексографский), офсетной и глубокой печати.

Необходимо подчеркнуть, что самые жесткие требования к бумаге предъявляет офсетный способ печати с увлажнением и лакированием дисперсионными лаками. Поверхностный слой офсетной бумаги должен слабо впитывать увлажняющий раствор и при этом не менять своих линейных размерах, а также не разрушаться под воздействием густой и очень липкой краски при многокрасочной печати «по сырому». Офсетные бумаги пригодны почти для всех способов печати, поэтому они находят применение в офисной печати — на лазерных и струйных принтерах, а также в ризографии (одна из разновидностей трафаретной печати).

При некоторых способах печати большую роль играют структурно-механические свойства бумаг. Так, при высокой печати под давлением печатного цилиндра бумага сжимается, а после прекращения давления возвращается в первоначальное состояние или сохраняет почти незаметную для глаз остаточную деформацию, обусловленную ее пластическими свойствами. Последнее обстоятельство способствует повышению четкости границ печатающих элементов и препятствует выдавливанию краски за их пределы, а также уменьшает отмарывание. При достаточной пластичности поверхность менее гладкой бумаги заметно выравнивается под действием даже небольшого давления печатного цилиндра, что позволяет получать оттиски хорошего качества. Однако если давление становится чрезмерным, то остаточная деформация может оказаться настолько значительной, что вызовет появление оборотного рельефа на оттисках и даже разрыва бумаги. такая опасность особенно высока для тонких бумаг в области расположения печатающих элементов с малыми площадями, например точек, двоеточий, отдельных тонких штрихов на изображении, тонких рамок и линий.

Следовательно, в высокой печати очень большое значение имеют такие свойства бумаги, как упругость, эластичность и особенно пластичность.

Упруго-эластические свойства офсетной бумаги не имеют решающего значения с точки зрения печатного процесса, потому что эластические свойства офсетной резинотканевой пластины перекрывают деформационные свойства офсетной бумаги. Пластичность же офсетной бумаги совсем нежелательна, так как может стать причиной несовмещения красок на оттиске. Вот почему офсетные бумаги имеют ограниченное количество наполнителя — каолина или талька.

Структурно-механические свойства бумаги при других способах печати не столь важны, особенно при трафаретной печати.

Взаимодействие бумаги с краской

Условия взаимодействия бумаги с краской выбирают таким образом, чтобы они гарантировали получение хорошего качества оттиска с четкими и насыщенными графическими печатными элементами, правильной градационной цветопередачей полутоновых изображений.

На поверхность бумаги с поверхности печатной формы или офсетной резинотканевой пластины переходит примерно 50-60% краски, образующей красочную пленку толщиной 1,5-2,0 мкм (в высокой и офсетной печати). Дальнейшее увеличение подачи краски на печатную форму нецелесообразно, так как выигрыш в оптической плотности оттиска невелик, а потери в скорости закрепления (увеличение степени отмарывания) и в четкости графической передачи изображения будут большие.

Понятие «толщина слоя краски на оттиске» является весьма условным, поскольку слой краски, перешедший на поверхность бумаги, впоследствие значительно уменьшается в результате впитывания краски в бумагу и испарения органического растворителя, если таковой имеется в составе краски.

Чем более развита микрогеометрия поверхности бумаги (пористость и шероховатость), тем больше краски она воспринимает. Для офсетной и высокой печати приемлемой считается оптическая плотность 1,4-1,8 на плашке оттиска при толщине слоя черной краски 1,5-2 мкм.

Краскоперенос в контактных видах печати определяется давлением, под которым находится бумага в процессе печати. В офсетной печати оно минимальное, а в глубокой может доходить до 800 кг/см² (высокая печать по этому параметру занимает среднее положение). Давление сглаживает макронеровности бумаги и обеспечивает надлежащий контакт ее поверхности с печатной формой. Когда печатная форма давит на бумагу, то краска или с усилием внедряется в промежутки между волокнами бумаги (в ее поры), или — при их отсутствии (мелованная и сильно каландрированная немелованная бумага) — выдавливается с поверхности печатающего элемента. Данный эффект особенно заметен во флексографской печати и в случае эластичности печатающих элементов. По этой причине на глазированной мелованной бумаге печатают, по возможности, тонкими слоями, более вязкими насыщенными красками, при оптимальном давлении печатного цилиндра. При печати на впитывающей макропористой бумаге такой эффект заметен менее всего.

Четкость печатающих элементов на оттиске зависит прежде всего от микрогеометрии (гладкости) поверхности бумаги, ее пластичности и от реологических свойств красок. Например, максимальная линиатура растровых изображений напрямую зависит от гладкости немелованной бумаги. Чем выше линиатура растра, тем мельче печатающие элементы и тем больше вероятность, что они могут не пропечатываться на оттиске, проваливаясь в микронеровности поверхности бумаги.

Для печати офсетным способом художественных репродукций в четыре или более красок, а также для картографических изданий применяют сравнительно гладкую бумагу (однако не такую гладкую, как каландрированная бумага для высокой и глубокой печати). Для иллюстрационной полутоновой (растровой) многокрасочной печати поверхность бумаги должна быть глянцевой, для книжной — матовой, так как глянцевитость бумаги при чтении утомляет. Для печатания штриховых изображений и текстовых работ допустимо применение менее гладкой бумаги.

Равномерно зернистая развитая однородная поверхность офсетной бумаги лучше воспринимает и удерживает краски. Когда применяется недостаточно гладкая бумага, печатник вынужден усиливать давление или увеличивать подачу краски. И то и другое нежелательно, поскольку сопряжено с ухудшением качества оттисков, снижением тиражестойкости печатной формы и перерасходом краски.

Пористость, капиллярность и гладкость бумаги влияют и на закрепление краски на оттисках. Под давлением печатного цилиндра из красочного слоя на оттиске выдавливается значительное количество связующего, которое мгновенно впитывается в бумагу. Этому способствует вакуум, образующийся в порах и капиллярах бумаги после того, как оттиск выходит из печатной пары (печатный цилиндр — формный или офсетный цилиндр). Затем следует постепенная капиллярная пропитка бумаги низковязкими и низкомолекулярными компонентами связующего (избирательное впитывание). Чем умереннее подача краски и выше давление печатного цилиндра, тем лучше краска закрепляется на бумаге. Повышение температуры и понижение влажности в печатных цехах также способствуют лучшему закреплению красок.

Влияние бумаги на качество печати

К основным параметрам печати, гарантирующим хорошее качество оттиска, на которые существенное влияние оказывает бумага, следует отнести контраст печати, максимальную оптическую плотность на оттиске, величину растискивания и несовмещения красок.

Контраст печати количественно определяют как разность между оптическими плотностями плашки и чистой незапечатанной бумаги. Эта величина во многом зависит от белизны бумаги и от того, как бумага воспринимает краску и как краска закрепляется на бумаге. Если краска при закреплении поглощается бумагой, то очень трудно добиться на оттиске высоких плотностей и, следовательно, хорошего контраста.

При одном и том же количестве краски оптическая плотность будет иметь разную величину при печати на бумаге с покрытием и без покрытия. Чем более гладкой будет поверхность запечатываемого материала, тем выше будет оптическая плотность.

Растискивание определяют как увеличение размеров печатных элементов на оттиске в процессе печати. Повышенное давление печати приводит к различным видам деформации бумаги. Остаточные деформации вызывают увеличение растискивания и несовмещение красок на оттиске. Это особенно важно при печати офсетным способом, когда на бумагу попадает увлажняющий водный раствор и содержание воды в бумаге увеличивается. В результате механические свойства бумаги изменяются и увеличиваются пластические деформации. При печати многокрасочных оттисков на однокрасочных машинах или на многокрасочных машинах с сушкой бумага теряет влагу и меняет свои линейные размеры в разной степени в зависимости от направления отлива бумаги.

Заключение

Принцип изготовления бумаги гениально прост: бумажная масса, состоящая из древесной и чистой целлюлозы, небольшого количества добавок и 90% воды, осаждается тонким ровным слоем на сетке — вот и все. Однако какое разнообразие продуктов! За счет чего? Только за счет природы составляющих и их соотношений.

Разнообразие сортов бумаги дает возможность выбрать именно тот сорт (вид, тип), который необходим в каждом конкретном случае. Однако для того, чтобы выбор был правильным, необходимо знать как основные и специальные параметры отдельных сортов бумаги с учетом их фирменных названий, так и те требования, которые предъявляют к бумаге способ и технология печати, а также послепечатные процессы и само издание в целом. Это не так просто, как кажется.

Фактически решение этой технологической проблемы включает в себя решение двух задач. Во-первых, выбирающий должен точно знать, что ему необходимо, и, задавая четкие вопросы, получить очень конкретные ответы от поставщика бумаги. Во-вторых, если предстоит выполнение важного заказа, а практика работы с конкретным сортом бумаги отсутствует, то на новой и незнакомой бумаге необходимо отпечатать пробный тираж. Особенно это важно при печати офсетным способом, при фототипии, при лакировании дисперсионными лаками и при многокрасочной печати с сушкой и применением специальных красок.

Для ответственных и уникальных изданий иногда разрабатывают специальные сорта бумаги. Классическим примером является бумага «бибельдрук», которая была создана для печати Библии. Это тонкая легкая бумага с высокой степенью белизны и непрозрачности, которая используется в настоящее время и для печати справочников и энциклопедических изданий.

Сложность выбора бумаги для конкретного издания с учетом требований технологического процесса заключается в большом количестве параметров решаемой задачи и множественности факторов, по которым можно оптимизировать решение: надо учитывать печатные и послепечатные процессы, хранение и транспортировку готовой продукции, временные сроки и затратные средства, технологические и технические возможности, и не в последнюю очередь — знания и практический опыт ответственного за принятие решения. Однако качественный результат сторицей оправдывает все затраченные усилия.

КомпьюАрт 10'2002

КомпьюАрт

Этот удивительный материал — бумага

История человечества состоит из историй

След человечества

Что представляе собой бумага

Технология изготовления бумаги

Свойства печатной бумаги

Белизна бумаги

Гладкость бумаги

Впитывающая способность бумаги

Прочность поверхностного слоя бумаги

Плоскостность бумаги

Общие требования к печатной бумаге

Классификация печатных бумаг

Взаимодействие бумаги с краской

Влияние бумаги на качество печати

Рекомендации по использованию бумаги

Допечатные процессы

Печать

Послепечатные процессы

Заключение

Новости

О нас

Уроки

Архив

Мероприятия

Популярные статьи

Отделка печатной продукции: лакирование и ламинирование

Составляющие хорошей газеты: дизайн, верстка, контент

Что нужно знать о трафаретных красках

Популярные статьи

Удаление эффекта красных глаз в Adobe Photoshop

Мировая реклама: правила хорошего тона. Вокруг цвета

CorelDRAW: размещение текста вдоль кривой

Нормативные требования к этикеткам