Особенности структуры и свойств печатных бумаг
Геометрические свойства бумаги
Ни для кого не секрет, что в современной полиграфии огромное влияние на качество и рентабельность оказывает бумага. От правильного подбора бумаги напрямую зависят качество полиграфической продукции и ее соответствие условиям предполагаемого использования.
Прежде всего напомним, что бумага — это многокомпонентная система, состоящая из специально обработанных растительных волокон, тесно переплетенных между собой и связанных химическими силами сцепления различных видов. Это капиллярно-пористый материал. Помимо волокнистых компонентов, формирующих структуру бумаги и ее основные свойства, в состав бумаги могут вводиться минеральные наполнители (проклеивающие вещества, красители и др. специальные добавки). Основными волокнистыми полуфабрикатами являются: древесная целлюлоза, получаемая путем химической обработки древесины, и древесная масса (механически измельченная древесина) — широко используемый дешевый компонент бумаги. Особое место занимает бумага из хлопковых и синтетических волокон.
Бумага различается по толщине или по массе одного квадратного метра (г/м2). По принятой классификации масса 1 м2 печатной бумаги может составлять от 40 до 250 г. Более 250 г/м2 — это уже картон.
Один из важнейших технических показателей бумаги, от которого зависят многие основные свойства — прочность, упругость, пластичность, светостойкость и др., — это композиция бумаги. Отечественные бумаги по композиции подразделяются на группы по номерам: № 1, № 2, № 3.
Бумага № 1 — это чистоцеллюлозная бумага. Сделанные, как правило, только из целлюлозных волокон, чистоцеллюлозные бумаги обычно имеют высокую белизну, повышенную прочность, почти не подвержены старению при хранении. Такие бумаги используются для изготовления высокохудожественной продукции, словарей, энциклопедий, официальных справочных изданий.
Бумага № 2 содержит до 50% древесной массы, которая придает бумаге ряд полезных качеств — улучшаются печатные свойства, стабильность размеров при изменении климатических условий, снижается масса листа и т.д. В сравнении с № 1 бумага № 2 дешевле.
Бумага № 3 полностью состоит из древесной массы. Это дешевая бумага невысокого качества, используемая для изданий с небольшим сроком службы и применяемая только для типографской (высокой) печати.
По способу печати бумага обычно подразделяется на офсетную, типографскую и для глубокой печати. Другие способы печати (лито-графский, флексографский, трафаретный и др.) мы в этой статье рассматривать не будем.
Печатные свойства определяют ее поведение до печати (то есть прохождение ее через бумагопроводящую систему печатной машины), во время печати (взаимодействие бумаги с печатной краской и процесс закрепления изображения) и после нее (операции фальцовки, брошюровки, подрезки, а также эксплуатационные характеристики готовой продукции). Все печатные свойства бумаги можно объединить в следующие группы:
- геометрические (гладкость, толщина и масса 1 м2, плотность и пористость);
- оптические (белизна, непрозрачность, лоск, или глянец);
- структурные — показатели однородности структуры (равномерность просвета, разносторонность);
- механические — прочностные и деформационные (прочность поверхности к выщипыванию, разрывная длина, или прочность на разрыв, прочность на излом, влагопрочность, мягкость и упругость при сжатии и т.д.);
- сорбционные (гидрофобность — стойкость к действию воды, впитывающая способность растворителей печатных красок).
Все эти показатели взаимосвязаны, и степень их влияния на оценку печатных свойств различна для разных способов печати.
Бумагу часто классифицируют по степени отделки поверхности. По этому признаку бумага делится на матовую, машинной гладкости и глазированную (каландрированную, то есть дополнительно обрабатываемую в суперкаландрах для придания ей высокой плотности и гладкости).
Геометрические свойства бумаги
Гладкость бумаги, микрорельеф ее поверхности определяет «разрешающую способность» бумаги — способность передавать без разрывов и искажений тончайшие красочные линии, точки и их комбинации. Это одно из важнейших печатных свойств бумаги. Чем выше гладкость бумаги, тем лучше контакт между ее поверхностью и печатной формой, тем меньшее давление нужно приложить при печатании и тем выше качество изображения. Гладкость бумаги определяется в секундах с помощью пневматических приборов или с помощью профилограмм, дающих наглядное представление о поверхности бумаги.
Различные способы печати предъявляют к бумаге разные требования по гладкости. Так, каландрированная типографская бумага должна иметь гладкость от 100 до 250 с, а офсетная бумага той же степени отделки может иметь гладкость гораздо ниже — 80-150 с. Бумага для глубокой печати отличается повышенной гладкостью — от 300 до 700 с. Газетная бумага не может быть гладкой из-за пористости. Гладкость поверхности существенно улучшается путем нанесения любого покровного слоя (поверхностная проклейка, пигментирование, мелование). Покровный слой может быть односторонним и двусторонним, однократным и многократным и т.д.
Поверхностная проклейка — это нанесение на поверхность бумаги тонкого слоя проклеивающих веществ (масса покрытия — до 6 г/м2) для обеспечения высокой прочности поверхности бумаги, предохранения ее от выщипывания отдельных волокон липкими красками, а также для уменьшения деформации бумаги при увлажнении и обеспечения точного совпадения красок при многокрасочной печати. Особенно это важно для офсетной и литографской печати, когда бумага в процессе печати подвергается воздействию воды.
Пигментирование и мелование бумаги различаются только массой наносимого покрытия. Так, считается, что масса покровного слоя в пигментированных бумагах не превышает 14 г/м2, а в мелованных бумагах достигает 40 г/м2. Меловой слой отличается высокой степенью белизны и гладкости. Высокая гладкость — одна из наиболее важных характеристик мелованных бумаг. Их гладкость достигает 1000 с и более, а высота рельефа не превышает 1 мкм. Показатель гладкости не только обеспечивает оптимальное взаимодействие бумаги и краски, но и улучшает оптические свойства поверхности, воспринимающей красочное изображение.
Важным свойством бумаги является пористость, от которой зависит ее впитывающая способность (способность воспринимать печатную краску) и которая вполне может служить характеристикой структуры бумаги. Бумага является пористо-капиллярным материалом, при этом различают макро- и микропористость. Макропоры (или просто поры) — это пространства между волокнами, заполненные воздухом и влагой. Микропоры (капилляры) — мельчайшие пространства неопределенной формы, пронизывающие покровный слой мелованных бумаг, а также образующиеся между частичками наполнителя или между ними и стенками целлюлозных волокон у немелованных бумаг. Капилляры есть и внутри целлюлозных волокон.
Все немелованные, не слишком уплотненные бумаги (например, газетная) относятся к макропористым. Общий объем пор в таких бумагах достигает 60% и более, а средний радиус пор составляет около 0,16-0,18 мкм. Благодаря своей рыхлой структуре такие бумаги хорошо впитывают краску.
К микропористым (капиллярным) относятся мелованные бумаги. Они также хорошо впитывают краску, но уже под действием сил капиллярного давления. Здесь пористость составляет всего лишь 30%, а размер пор не превышает 0,03 мкм.
Остальные бумаги занимают промежуточное положение. Плотность печатных бумаг колеблется от 0,5 г/см3 — для рыхлых (пористых) и до 1,35 г/см3 — для высокоплотных капиллярных бумаг.
 |
|
Оптические свойства бумаги
Особое значение придается оптическим свойствам бумаги — белизне, непрозрачности и лоску (глянцу).
Белизна — это способность бумаги отражать свет рассеянно и равномерно во всех направлениях. Поскольку четкость и удобочитаемость издания зависит от контрастности запечатанных и пробельных участков оттиска, желательно, чтобы бумага обладала высокой белизной.
Цветовая точность изображения, ее соответствие оригиналу возможны только при печати на действительно белой бумаге. Для повышения белизны в дорогие высококачественные бумаги добавляют так называемые оптические отбеливатели — люминофоры, а также синие и фиолетовые красители, устраняющие желтоватый оттенок, присущий целлюлозным волокнам. Этот прием называют подцветкой. Мелованные бумаги без оптического отбеливателя имеют белизну не менее 76%, а с оптическим отбеливателем — уже не менее 84%. Печатные бумаги с содержанием древесной массы должны иметь белизну не менее 72%, а вот газетная бумага может быть недостаточно белой, ее белизна составляет около б5%.
Еще одним важным (особенно при двухсторонней печати) свойством печатной бумаги является ее непрозрачность. Для повышения непрозрачности подбирают композицию волокнистых материалов, комбинируют степень их помола, вводят наполнители.
К оптическим свойствам бумаги относится также ее лоск, или глянец. Лоск является результатом отражения поверхностью бумаги падающего на нее света. Естественно, это тесно связано с гладкостью бумаги. Обычно с повышением гладкости увеличивается и лоск. Однако надо помнить, что гладкость определяется механическим способом, а лоск является оптической характеристикой. Глянец глазированной бумаги может составлять 75-80%, а матовой — до 30%.
Многие считают, что глянец — это та конечная характеристика, по которой следует выбирать бумагу. Конечно, различные проспекты, этикетки, репродукции картин прекрасно получаются на бумаге с высоким глянцем. Однако глянец нужен далеко не всегда. Так, для текста или штриховых иллюстраций достаточно бумаги с минимальным глянцем (например, бумаги машинной гладкости).
|
|
Механические свойства бумаги
Механические свойства бумаги можно подразделить на прочностные и деформационные. Деформационные свойства проявляются при воздействии на материал внешних сил и характеризуются временным или постоянным изменением формы или объема тела. Основные технологические операции полиграфии сопровождаются существенным деформированием бумаги. Бумага подвергается таким деформирующим воздействиям, как растяжение, сжатие, изгиб. От того, как ведет себя бумага при этих воздействиях, зависит нормальное течение технологических процессов печатания и последующей обработки. Так, при печатании высоким способом с жестких форм при больших давлениях бумага должна быть мягкой, то есть легко сжиматься, выравниваться под давлением, обеспечивая таким образом наиболее полный контакт с печатной формой.
Мягкость бумаги зависит от ее структуры, то есть от плотности и пористости. Например, крупнопористая газетная бумага может деформироваться при сжатии до 28%, а у плотной мелованной бумаги деформация сжатия не превышает 6-8%. Для высокой печати важно, чтобы эти деформации были полностью обратимыми и после снятия нагрузки бумага полностью восстанавливала первоначальную форму. В противном случае на оттиске будут видны следы оборотного рельефа, говорящие о том, что в структуре бумаги произошли серьезные изменения. И наоборот, если бумага предназначена для отделки тиснением, то целью становится остаточная деформация, а показателем качества является ее необратимость, то есть устойчивость рельефа тиснения.
Для офсетной печати на высокоскоростных ротационных машинах очень важными являются прочностные характеристики бумаги: прочность на разрыв, на излом, стойкость к выщипыванию, влагопрочность. Прочность бумаги зависит не от прочности отдельных компонентов, а от прочности самой структуры бумаги, которая формируется в процессе бумажного производства. Это свойство обычно характеризуется разрывной длиной в метрах или разрывным усилием в ньютонах. Например, для мягких типограф-ских бумаг разрывная длина составляет не менее 2500 м, а для жестких офсетных — до 3500 м и более.
Бумаги, предназначенные для плоской печати, должны иметь минимальную деформацию при увлажнении, так как по условиям технологии печатного процесса они соприкасаются с увлажненными поверхностями. Не секрет, что бумага — материал гигроскопичный. При увеличении влажности волокна набухают и расширяются, главным образом по диаметру, в результате чего бумага теряет форму, коробится и морщится. При высушивании происходит обратный процесс: бумага дает усадку, в результате чего меняется формат. Повышенная влажность резко снижает механическую прочность бумаги на разрыв: бумага не выдерживает высоких скоростей печатания и рвется. Изменение влажности бумаги в процессе многокрасочной печати приводит к несовмещению красок и нарушению цветопередачи.
Для повышения влагостойкости бумаги в процессе ее изготовления в состав бумажной массы добавляют гидрофобные вещества (проклейка в массе) или наносят на поверхность уже готовой бумаги проклеивающие вещества (поверхностная проклейка).
|
|
Сорбционные свойства бумаги
И еще одним важнейшим свойством печатной бумаги является ее впитывающая способность. От умения правильно оценить впитывающую способность зависит выполнение условий своевременного и полного закрепления краски и как результат — получение качественного оттиска.
Впитывающая способность бумаги в первую очередь зависит от ее структуры. Прежде чем говорить об этом, необходимо еще раз вспомнить основные типы структур современных печатных бумаг. Если изобразить структуры бумаги в виде шкалы, на одном из ее концов разместятся крупнопористые бумаги, состоящие целиком из древесной массы, а на другом — чистоцеллюлозные микропористые бумаги. Немного левее расположатся чистоцеллюлозные немелованные бумаги, тоже микропористые, а все остальные займут оставшийся промежуток.
Макропористые бумаги хорошо воспринимают краску, впитывая ее как единое целое. Здесь необходимы маловязкие краски. Жидкая краска быстро заполняет крупные поры, впитываясь на достаточно большую глубину. При чрезмерном ее впитывании может произойти «пробивание» оттиска, в результате которого изображение становится видным с оборотной стороны листа. Повышенная макропористость бумаги нежелательна, например, при иллюстрационной печати, когда чрезмерная впитываемость приводит к потере насыщенности и глянцевитости краски. Для микропористых (капиллярных) бумаг характерен механизм так называемого избирательного впитывания, когда под действием сил капиллярного давления в микропоры поверхностного слоя бумаги впитывается преимущественно маловязкий компонент краски (растворитель), а пигмент и пленкообразователь остаются на поверхности бумаги. Именно это и требуется для получения четкого изображения. Так как механизмы взаимодействия «бумага — краска» в этих случаях различны, для мелованных и немелованных бумаг применяются различные краски.
Рассмотренные выше свойства печатных бумаг влияют на качество конечной полиграфической продукции. Поскольку все они взаимосвязаны, не стоит их рассматривать в отдельности. Если выбор бумаги представляет определенные сложности, лучше обратиться за консультацией к специалистам.
Автор благодарит фирму «Берег» за предоставленные материалы при написании данной статьи.
КомпьюАрт 10'2000