10 - 2001

Бумажная кухня

Николай Дубина, vedi@d-s.ru

Древесное сырье

Механический метод

Механико-химический метод

Химический метод

   Сульфитная обработка

   Сульфатная обработка

   Макулатура и другое вторичное сырье

Волокнистая масса и добавки

   Волокнистая масса

   Добавки

Процесс производства бумаги

   Влажная зона

   Сухая зона

   Суперкаландрирование

   Покрытие

   Нарезка

Выбор бумаги

   Бумага без покрытия

   Бумага с покрытием

   Направление волокон

   Проблемы, проблемы...

   Претензии

   Испытания бумаги

   Основные параметры печатных бумаг

   Методы испытаний этикеточных бумаг

Заключение

В нашем журнале регулярно публикуются статьи о бумаге. Однако для человека, впервые приобщающегося к этой теме, подобные статьи кажутся разрозненными и не имеющими практической ценности. Для желающих восполнить пробелы в своих знаниях и получить стройное представление о производстве, свойствах, хранении и потреблении бумаги и предназначена эта статья.

Как я уже не однажды писал, рассылая проект «ВЕДИ», время от времени раздаются голоса со стороны подписчиков-дизайнеров типа «Зачем нам эти статьи о бумаге? Даешь рассказы о крутости современного дизайна!». И я постоянно отвечаю: «Если хочешь быть профессионалом, то необходимо иметь знания не только по своей непосредственной специальности, но и по смежным областям, так или иначе соприкасающимся с дизайном и версткой». В частности, зная свойства тех же бумаг, можно «забабахивать крутой дизайн» — неповторимый в прочих равных условиях, но без ориентации на бумагу. Примером может служить календарь «Регент-Арт» на 2001 год, выполненный студией «ДизайнДепо» на бумаге GMUND. Кто видел, тот поймет, о чем я веду речь...

Очень важно иметь хотя бы общее представление о том, как изготавливается бумага, поскольку тогда вы сможете оценить качество различных ее сортов. Принципы производства бумаги можно описать просто: в качестве сырья используют измельченную древесину, которая превращается в жидкую волокнистую массу механическим и/или химическим способом. В эту массу добавляется некоторое количество химических добавок, придающих конечному продукту прочность и устойчивость.

В дальнейшем масса подается на движущиеся сетки бумагоделательной машины. Здесь из нее удаляются излишки воды, а волокна смешиваются и переплетаются, образуя бумажное полотно. Далее все еще влажное полотно (находящееся на поддерживаемом его суконном полотне) пропускается через большие прессовые валы, в которых под действием давления и температуры удаляются остатки влаги. А на выходе формируется бумажный рулон, который впоследствии может быть нарезан на меньшие рулоны или на листы.

Казалось бы, все просто. Но каждый из этапов производства бумаги имеет свои особенности, и мы постараемся рассмотреть их более подробно.

Древесное сырье

Основным сырьем при производстве бумаги являются натуральные растительные волокна, которые составляют основу всех растительных тканей. Они представляют собой длинные тонкие трубчатые нити, состоящие из трех основных компонентов: целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Для производства важны составляющие на целлюлозной основе, а лигнин должен быть удален.

Волокна могут быть различными. Их свойства — длина, прочность и текстура — имеют определяющее значение для получения различных сортов бумаги. Древесные волокна подразделяются на две разновидности: из мягких хвойных пород (ель, пихта, сосна) и из твердых пород (эвкалипт, береза, дуб, тополь, клен).

У мягкой древесины волокна длинные (около 3,5 мм), из них получают прочную и плотную бумагу. У твердой древесины волокна более короткие (около 1,5 мм), и из них получают более мягкие сорта бумаги.

Получение волокнистой массы — первый этап. Его итогом является извлечение волокон и удаление примесей. Если в качестве сырья используется древесина, необходимо отделить волокна целлюлозы от окружающего их лигнина и получить гомогенную водяную суспензию волокон.

Для получения однородной волокнистой массы из древесного сырья используются три метода: механический, химический и механико-химический.

Механический метод применяется для производства сортов газетной и книжной бумаги. При химическом методе на выходе мы получаем чистую целлюлозу, пригодную для изготовления бумаги высокого качества. Механико-химический метод позволяет получать бумагу среднего качества.

Древесное сырье обычно перерабатывается на целлюлозных фабриках. Для переработки макулатуры, как правило, требуется отдельное производство, которое располагается на той же фабрике, где производят готовую бумагу. Переработка целлюлозы и бумагоделательное производство могут быть объединены в рамках одного предприятия, которое уже будет являться комбинатом.

На целлюлозно-бумажных комбинатах (с объединенным производством) готовая волокнистая масса сохраняется в жидком виде и перекачивается в зону подготовки сырья для дальнейшего рафинирования и окончательной очистки.

На фабриках (с раздельным производством) готовая масса высушивается, отжимается и формируется в кипы для транспортировки.

Механический метод

Этот метод является основным при обработке мягкой древесины (в основном хвойных пород). Деревья рубятся, отбираются, распиливаются на бревна стандартной длины, которые загружаются для очистки от коры в открытый вращающийся барабан. После этого древесина измельчается вращающимися жерновами и перемешивается с горячей водой. Полученная таким образом смесь пропускается через целый ряд сеток, каждый раз со все более мелкими отверстиями, в результате чего происходит удаление крупных кусков или щепок. В конце процесса получается однородная жидкая древесная масса. Далее эта масса размалывается в барабанной мельнице.

Выше мы уже говорили, что для получения качественного промежуточного сырья волокна древесины необходимо отделить от окружающего их лигнина полностью, что сложно сделать механическими средствами. Поэтому в готовой смеси обязательно остается значительное количество примесей лигнина, а сами волокна при этом оказываются поврежденными и разорванными, из-за чего смесь получается мягкой и дряблой. Бумага, получаемая из такой волокнистой массы, может быть использована только для производства низкокачественной газетной бумаги. Причем полученная масса не может быть использована в чистом виде, а должна быть смешана с более качественной массой в отношении 5:1 — только тогда бумага будет достаточно прочной. Низкокачественные сорта бумаги с присутствием таких примесей, как лигнин и частицы коры, обычно довольно быстро желтеют.

Если же масса предназначена для получения бумаги более высокого качества (например, для книг), то ей необходима дополнительная обработка, включающая в себя очистку и отбеливание. В качестве отбеливающих веществ используются сода или перекись водорода. И хотя отбеливание улучшает цвет волокнистой массы (а следовательно, и бумаги), оно не защищает от изменения цвета бумаги в дальнейшем.

Итак, для очистки от недоразмолотых частей древесины волокнистая масса пропускается через ряд сеток со все более мелкими отверстиями. По завершении этого процесса полученная масса отбеливается и уплотняется путем удаления излишков воды. Если весь процесс происходит на комбинате, где помимо переработки древесины имеется производство бумаги, то все еще влажная, масса подается в бумагоделательную машину. Если же для производства бумаги массу необходимо транспортировать в какое-либо другое место, то она высушивается, прессуется, нарезается и собирается в кипы с последующей воздушной сушкой (с влажностью около 10%).

При механическом способе производства из тонны древесины получается до 900-940 кг сухой волокнистой массы.

Механико-химический метод

Если говорить более точно, то для получения более качественной волокнистой массы используются самые различные технологии. При применении всех этих способов в качестве исходного материала применяются древесные стружки, а не целые бревна. Сначала на строгальном станке из бревен получают мелкую (несколько миллиметров) стружку, после чего ее пропускают через рафинеры (дисковые рафинирующие машины), в результате чего получают мелкие древесные частицы, которые в дальнейшем просеиваются и отбеливаются.

Часто перед рафинированием стружка обрабатывается паром, вследствие чего лигнин размягчается, а волокна меньше повреждаются. Получаемая термомеханическая масса обладает большей прочностью и используется при производстве бумаги для печати книг.

А если перед рафинированием помимо обработки паром масса обрабатывается еще и химическими составами для удаления лигнина, то получаемая масса называется химико-термомеханической. Бумага, полученная из такой массы обладает довольно высоким качеством. Получение химико-термомеханической массы стоит дороже, но и полученная из такой массы бумага желтеет не так быстро. Готовая волокнистая масса может находиться либо в жидком виде — для объединенных производств, либо в виде брикетов — если она будет отправляться в другое место.

Химический метод

Химическая обработка применяется для уменьшения содержания лигнина в древесине. При таком методе волокна более тщательно отделяются друг от друга, а в массе присутствует минимум примесей.

Химический способ позволяет получить более прочную и чистую целлюлозную массу, чем два предыдущих. При химической обработке не используются механические операции, из-за которых волокна перепутываются и деформируются, поэтому бумага получается более плотной, прочной и упругой.

После рубки и обработки бревна нарезаются на мелкие части вдоль волокон древесины, после чего измельчаются роторными молотилками.

Для химической обработки выбирают один из двух способов: сульфитный (кислотный) или сульфатный (щелочной).

Сульфитная обработка

Как уже было сказано, это процесс протекающий в кислотной среде и применяется в основном для обработки мягкой древесины.

Древесные опилки помещаются в автоклавную башню, после чего заливаются водным раствором бисульфита кальция и диоксида серы. Полученная масса запаривается на 6-24 часа, а затем просеивается и промывается.

В процессе такой обработки основные примеси (лигнин, смола, гемицеллюлоза) исчезают, но остаются чистые волокна целлюлозы, которые необходимы для получения качественной бумаги.

Отметим, что выход готового продукта (беленой сульфитной целлюлозы) при таком способе весьма небольшой — около 50% от веса сухих древесных опилок.

Сульфитный способ в настоящее время применяется все реже и реже, так как он сопровождается большими выбросами вредных веществ в окружающую среду.

Сульфатная обработка

Щелочной процесс иногда еще называется крафт-процессом. В общем и целом технологически он похож на сульфитную обработку, только применяемые химикаты иные. Это каустическая сода, сульфид натрия и сульфат натрия. После 2-3 часов обработки волокна легко отделяются, сохраняя практически полную свою длину, — это и есть основное преимущество процесса, используемого для получения прочной целлюлозной массы. Затем продукт промывается, просеивается и отбеливается.

Отбеливание выполняется в несколько этапов, пока не будет достигнута нужная степень белизны. В качестве химикатов используют хлор, кислород, перекись водорода, бисульфит магния.

Выход готового продукта (беленой сульфатной целлюлозы) — около 65-70% от веса древесных опилок.

Макулатура и другое вторичное сырье

Кроме древесины используются волокна из другого растительного сырья, такого как хлопок или пенька (одно время экспериментировали даже с соломой), а также сама бумага в форме отходов. Макулатура имеет такую же целлюлозную структуру, что и первичные волокна, поэтому может быть использована в качестве сырья для производства бумаги.

Чистые (незапечатанные) отходы поступают от дилера (занимающегося сбором вторсырья) либо от фабрики в виде обрезков.

Чистые отходы, для получения волокнистой массы, растворяются, от них отделяются примеси. При необходимости производятся очистка и отбеливание.

Макулатура (запечатанные отходы) требуют сложного цикла удаления краски, отбеливания и химической обработки. Она используется в виде добавочных компонентов для получения некоторых сортов газетной бумаги.

Волокнистая масса и добавки

Волокнистая масса

В зависимости от требований предъявляемых к бумаге, изготовитель использует тот или иной вид волокнистой массы. Он также решает, какие химикаты необходимо добавлять в качестве наполнителей и связующих элементов.

Каковы характеристики различных волокнистых масс?

Механическая масса: низкая стоимость; при добавлении 20% целлюлозы подходит для изготовления газетной бумаги; со временем желтеет.

Механико-химические массы:

• рафинированная: качество выше, чем у механической массы, но со схожими свойствами; та же область применения;
• термомеханическая: используется для получения бумаги среднего качества (при смешивании с целлюлозой), со временем желтеет;
• химико-термомеханическая: самая высококачественная из получаемой механическим способом; используется для производства бумаг с хорошими характеристиками по печатным свойствам и непрозрачности.

Химические волокнистые массы:

• из мягкой древесины: длинные волокна; используется для изготовления качественной и прочной бумаги; хороша для печати, гладкая поверхность;
• из твердой древесины: короткие волокна; бумага плотная и непрозрачная;
• масса из вторичного сырья: бывает различных сортов, в зависимости от типа изначально используемой бумаги.

Выбрав какой-либо вид волокнистой массы, изготовитель должен ввести в нее определенные химические добавки для достижения необходимого качества готовой бумаги.

Добавки

Проклеивающие вещества: добавляются для улучшения водостойкости и уменьшения впитывания краски в поверхность бумаги.

Обычно используют сульфат алюминия и канифоль. Сульфат алюминия — это слабая кислотная субстанция, однако в настоящее время от него отказываются в пользу синтетических химически нейтральных добавок. Бумага с использованием этих добавок называется бумагой с нейтральной проклейкой.

Сам процесс добавки проклеивающих веществ к волокнистой массе называют машинной, или внутренней, проклейкой.

Наполнители для гладкости и непрозрачности: основным наполнителем является каолин, который химически нейтрален и может использоваться вместе с кислотными проклеивающими добавками.

Мел (карбонат кальция) используется как заменитель каолина для придания непрозрачности, но он может применяться только с синтетическими нейтральными проклеивающими добавками, поскольку вступает в реакцию с кислотными проклеивающими добавками. Мел грубее по консистенции и делает поверхность бумаги более абразивной.

Диоксид титана — очень эффективная добавка, но, во-первых, он довольно дорог, а во-вторых, экологически опасен.

Наполнители для придания оттенка и белизны: различные оттенки бумаги получают в результате добавления красящих веществ — органических и неорганических, а также специальных химикатов для придания яркости и белизны.

В зависимости от вида и сорта бумага может содержать от 5 до 30% наполнителей.

Процесс производства бумаги

Итак, волокнистая смесь выбрана; выбраны и необходимые наполнители. Теперь надо подготовить смесь для подачи в бумагоделательную машину.

Хорошо, если целлюлозно-бумажное производство — объединенное. Тогда готовая волокнистая масса в жидком виде перекачивается в зону подготовки бумажной массы, а затем смешивается с наполнителями.

Если же волокнистая масса приходит на фабрику из другого места в брикетах, то она должна быть заново превращена в жидкую форму. Обычно это делается в гидропульпаторе — большом круглом металлическом баке, брикеты растворяются и смешиваются с водой, после чего добавляются проклеивающие вещества, наполнители, красители и пр. Этот процесс называется расщеплением, и в итоге получается однородная масса, готовая для дальнейшего производства.

После этого начинается процесс рафинирования: смесь перекачивается через несколько рафинирующих устройств. Внутри этих конических контейнеров находится ряд металлических ножей, подвижных (вращающихся на центральной оси) и неподвижных. Проходя через каждое рафинирующее устройство, смесь перемалывается лезвиями. При этом волокна становятся ворсистыми, отделяются и фибриллируются. Стенки волокон разрушаются и распадаются на фрагменты. После этого волокна занимают большее пространство и лучше поглощают воду, — это, в свою очередь, делает их более пригодными к обработке на сетках бумагоделательной машины на следующем этапе.

Длительность процесса рафинирования очень важна для приобретения бумагой необходимых свойств. Если рафинирование занимает довольно длительное время, то значительно уменьшается как длина волокон, так и содержание в них воды, и при дальнейшей обработке на сетках между волокнами остается мало воздуха, а бумага становится как бы жиронепроницаемой. Если рафинирование непродолжительно, то при обработке на сетках волокна переплетаются и перепутываются, а бумага становится гораздо более водопроницаемой.

После рафинирования волокнистая масса проходит через целую серию центробежных чистящих устройств, после чего подается в бумагоделательную машину.

Если вы внимательно следили за ходом моего изложения, то, вероятно, заметили, что до этого момента мы могли повлиять на будущие свойства бумаги — выбором волокнистой массы, химических и иных добавок, а также продолжительностью рафинирования волокон. Все дальнейшие процессы позволяют уже определить способ формирования готовой бумаги.

При соблюдении технологических процессов возможно получение готового бумажного полотна с равномерной поверхностью и регулярными воздушными промежутками между волокнами. В противном случае мы получаем продукт с нерегулярным расположением волокон, то есть с так называемой облачностью (на просвет будут видны пятна).

Производство бумаги осуществляется на бумагоделательных машинах, состоящих из двух технологических зон: влажная зона (состоит из секции сеток и прессов) и сухая зона (состоит из сушильных устройств и каландров).

Влажная зона

Полученная волокнистая масса поступает в напорный ящик бумагоделательной машины. В этот момент она состоит на 99,5% из воды и включает лишь 0,5% твердых составляющих. Из напорного ящика масса поступает на поверхность сеток — быстро движущейся, вибрирующей непрерывной ленты из прочной пластмассы, ширина которой определяет ширину формируемого рулона бумаги. Ширина бумагоделательных машин составляет от трех до восьми (и более) метров.

Из массы, поступившей на сетку, быстро удаляется вода, после чего, в результате быстрого перемещения сетки и ее вибрации, волокна переплетаются и сцепляются вместе. При этом они выстраиваются в направлении продвижения бумажной массы в машине (машинное направление).

В самом конце сеточной секции находится ровнитель, который сжимает и сглаживает волокна, а также задает бумаге какой-либо узор. Эгутеры (стандартные ровнительные валики) имеют поверхность с фактурой, напоминающей тканевое плетение. Так, например, валики типа «верже» оставляют на бумаге параллельные линии поперек ширины полотна, где они пересекаются под прямым углом более широкими цепными линиями и формируют традиционный для бумаги «верже» узор. Таким же способом создаются различные водяные знаки.

По мере того как бумажная масса движется по сетке, из нее удаляется не только влага, но и некоторое количество волокон и наполнителей, которые скапливаются на нижней стороне бумажного полотна, из-за чего оно имеет различные характеристики нижней и верхней сторон. Такую бумагу еще называют двусторонней.

А некоторые машины имеют также одну дренажную сетку, которая движется вдоль верхней поверхности полотна и поглощает с нее влагу. При этом полотно формируется с более однородными свойствами поверхностей. Но еще большей однородности бумажного полотна можно добиться на двухсеточных машинах, где используются две сетки, каждая из которых обрабатывает отдельное полотно бумаги. Потом эти два полотна накладываются друг на друга в прессовой секции, образуя двухслойное полотно.

Многоуровневый головной ящик позволяет подавать в машину сразу три слоя влажной массы один за другим, формируя трехслойное полотно. Этим достигается возможность производить слои различной структуры для краев и центра полотна.

После сетки полотно приглаживается гауч-валом, а затем проходит через ряд шерстяных сукон, которые поддерживают полотно и направляют его в прессовую секцию.

Прессовая секция состоит из ряда цилиндрических валиков, которые выжимают остатки воды из полотна по мере прохождения бумаги между ними.

Содержание воды на этом этапе составляет около 80%.

Сухая зона

После прессовой секции бумажное полотно поступает в секцию сушки — ряд барабанов с паровым нагревом, через которые проходит полотно, размещенное на сукне. В барабанах за счет сжатия и нагрева происходит последовательная сушка полотна.

В середине секции сушки, как правило, имеется проклеивающий пресс — устройство, которое осуществляет покрытие поверхности бумаги нанесением аэрозольного слоя или погружением полотна в пропиточную ванну. Такой процесс называется поверхностным проклеиванием (или внешним), в дополнение к внутреннему проклеиванию.

Поверхностное проклеивание придает поверхности бумаги стойкость к проникновению воды, а также увеличивает жесткость поверхности. Чаще всего для проклеивания поверхности используется крахмал, а иногда наносится небольшой слой каолина, чтобы получить бумагу с гладким покрытием.

Теперь бумажное полотно поступает в каландры. Каландр представляет собой группу горизонтальных валиков (обычно стальных) с хорошо отполированной поверхностью. Регулируя степень давления валиков, можно получать более или менее гладкую поверхность бумаги. Если в конце линии находится каландр, работающий с наибольшим давлением, то его называют машинным оконечным устройством. Он дает возможность получить бумагу с умеренно гладкой поверхностью, пригодную для печати растровых изображений.

После каландров бумажное полотно сматывается в большой рулон, готовый к нарезке листов или более мелких рулонов.

В этот момент бумага должна содержать не более 4-6% воды.

Суперкаландрирование

Собственно, суперкаландр может и отсутствовать в линии по производству бумаги, но бумага тогда получается шероховатой или, в лучшем случае, с умеренной гладкостью.

Для получения бумаги с гладкой поверхностью, пригодной для печати изображений с мелкими штрихами, можно использовать суперкаландрирование (при котором осуществляется полировка поверхности бумаги до блеска) или покрытие (при котором используется нанесение на поверхность бумаги тонкого гладкого слоя, позволяющего при дальнейшей полировке получить матовую или глянцевую бумагу для художественных работ).

Суперкаландрирование осуществляется так: готовый рулон пропускают через группу суперкаландров, которые за счет трения и давления осуществляют полировку поверхности бумаги.

Если было произведено только каландрирование без нанесения покрытия, то бумага приобретает твердую, гладкую, глянцевую поверхность. Такая бумага называется суперкаландрированной и используется достаточно редко.

Покрытие

Покрытие может осуществляться как в бумагоделательной машине, так и вне ее. В любом случае, смесь, используемая для покрытия, представляет собой каолин или мел (карбонат кальция) в суспензии с жидкими синтетическими смолами.

Каолин используется для покрытия художественной бумаги (матовой или глянцевой) и получения гладкого, мягкого и гибкого покрытия, легко воспринимающего краситель.

Мел (карбонат кальция) в последнее время получил очень широкое распространение. Он имеет нейтральную щелочную реакцию рН, но требует применения нейтральных проклеивающих добавок. К тому же мел имеет более абразивную текстуру, чем каолин, которая может привести к стиранию краски на отпечатанных листах.

Устройства для покрытия представляют собой несколько модернизированные проклеивающие прессы. Они наносят тончайшие слои покрытия (не более 4 г/м² с каждой стороны) с помощью валиков или движущихся лопастей во время прохождения полотна через цилиндры секции сушки бумагоделательной машины. В результате получается бумага с легким покрытием. При необходимости покрытие может быть и более толстым (до 10 г/м²). Оно может быть нанесено устройством дозированной подачи, которое работает по принципу шаберного мелования.

Нанесение покрытия вне бумагоделательной машины обычно используется для получения плотной бумаги с покрытием, матовой и глянцевой мелованной бумаги.

Бумага, на которую наносят покрытие, называется бумагой-основой. Она должна быть тщательно откалибрована и иметь одинаковую влажность. Предварительное нанесение покрытия может осуществляться формовочным прессом бумагоделательной машины, как и при нанесении легкого покрытия.

Методы отдельного нанесения покрытия различаются в зависимости от конструкции используемых устройств. Чаще применяется шаберное кроющее устройство, в котором полотно пропускается через покровную смесь, а излишек смеси соскабливается с поверхности гибким металлическим скребком. Другие устройства используют воздушный нож (сильную струю воздуха) для распределения покровного слоя. В некоторых устройствах предусмотрены обе эти возможности.

Обе стороны полотна могут быть покрыты одновременно или раздельно, либо одна сторона покрывается на одном устройстве, а другая — на другом устройстве. Плотность покрытия может составлять 12-24 г/м² на каждую сторону в зависимости от веса основной бумаги. Некоторые устройства обеспечивают двухслойное покрытие (одно после другого), что характерно для бумаги с двойным покрытием.

Окончательная отделка поверхности определяется типом пигмента покровного слоя, методом его нанесения и степенью каландрирования. Плотная бумага с покрытием практически не подвергается каландрированию. Матовая и глянцевая художественная бумага пропускается через секцию суперкаландрирования, и ее поверхность тщательно полируется, в результате чего получается однородная поверхность с равномерным рассеянием света (для матовой бумаги) или блестящего и зеркального (для глянцевой).

Нарезка

Казалось бы все, но мы забыли упомянуть о последней стадии процесса производства бумаги, когда большой рулон перематывается и нарезается на рулоны меньшего размера. Если необходимо получить листы, то рулоны отправляются в цех раскроя или на другое предприятие, которое специализируется на резке.

Если предполагается использование бумаги для рулонной офсетной печати, то раскрой и перемотка должны производиться с постоянным натяжением, а все соединения и сращивания полотна должны выполняться аккуратно, чтобы они не повредили офсетные цилиндры печатной машины во время печати.

Нарезка листов обычно выполняется на высокоточных режущих станках. Четыре (или более) рулона разматываются и накладываются друг на друга, после чего нарезаются гильотинными ножницами. После нарезки листы собираются в стопы, подсчитываются и упаковываются.

Готовая бумага отправляется в типографию.

Надеюсь, что чтение всех этих подробностей было не очень скучным и что вы дочитали все до данного абзаца, а потому ощущаете себя почти специалистом. Однако разговор о бумаге не был бы полным, если бы мы не поговорили о том, как надо правильно подбирать бумагу для своих производственных нужд.

Выбор бумаги

Для того чтобы не разбрасываться, предлагаю поговорить о частном случае выбора бумаги для книгопечатания. Бумага, как мы уже знаем, бывает без покрытия (для текста и штриховых иллюстраций) и с покрытием (для печати однокрасочных и цветных полутоновых изображений). Также надо учитывать такую характеристику, как масса одного квадратного метра бумаги. Этот показатель для книгопечатания может находиться в пределах от 25 до 150 г/м². Выбирая, вы должны определиться с затратами на пересылку, ориентировочной стоимостью книги, характеристиками печатных и фальцовочных машин и т.д.

Итак, какие же факторы следует учитывать?

1. Толщина бумаги. Если вы издаете книгу небольшого объема, то вполне может быть, что она будет лучше смотреться на толстой бумаге, а если книга предполагается довольно объемная, то может статься, что стоит использовать тонкую бумагу.
2. Белизна бумаги (оттенок). Как известно, контраст между насыщенным черным шрифтом и слишком белой бумагой утомляет глаза читателя, поэтому не стоит стремиться выбирать бумагу с излишне белым оттенком. Возможно, что гораздо лучшим выбором будет использование бумаги с сероватым, кремовым или другим оттенком.
3. Специфика содержимого. Текст и штриховые рисунки могут быть напечатаны на бумаге с шероховатой поверхностью, а вот полутоновые или цветные иллюстрации требуют гладкой бумаги с твердой поверхностью (суперкаландрированной или мелованной). Для книг с одним текстом или с текстом и штриховыми рисунками вполне подойдет бумага без покрытия.

Бумага без покрытия

Бумагу без покрытия можно условно разделить на следующие категории: механического помола (толстая газетная, бумага улучшенного механического помола); книжная бумага (отбеленная бумага механического помола, бумага с частичным механическим помолом, бумага без древесной массы); бумага для офсетной печати (с частичным механическим помолом, со специальной структурой, без древесной массы) и бумага для художественных изданий. Еще раз подчеркну, что это разделение весьма условное.

Бумага механического помола. Как мы знаем, масса, получаемая механическим путем, может быть различных типов. В зависимости от технологии бумага механического помола может иметь разный внешний вид и разнообразные характеристики прочности и белизны. Бумага самого плохого качества — это стандартная газетная бумага и бумага с улучшенным механическим помолом. Лучшей из худших можно считать отбеленную бумагу механического помола.

Толстая газетная бумага. Этот сорт печатной бумаги механического помола очень широко используется для производства книг в бумажной обложке. Структура ее практически такая же, что и у бумаги, используемой для печати газет, но она делается из более стабильных составляющих и гарантирует объем книги. Содержание древесных механических частиц обычно составляет около 75%. Выпускается она нескольких видов: 48, 53 и 60 г/м². Поставляется только в рулонах, обладает шероховатой поверхностью (без поверхностной проклейки). ISO (значение белизны) составляет 64/65.

Бумага с улучшенным механическим помолом. Это несколько более качественная бумага по сравнению с толстой газетной. Содержание механических волокон чуть меньше 70%, а степень белизны (за счет отбеливания) может составлять 70 ISO.

Такая бумага более тщательно обрабатывается. За счет каландрирования поверхность этой бумаги обычно более гладкая и блестящая. По массе бывает обычно 55-65 г/м². Поставляется в рулонах для офсетной печати без сушки или высокой печати на ротационных машинах. Используется для качественных книг в обложке и обеспечивает привлекательный внешний вид при небольшой стоимости.

Книжная (волюметрическая) бумага. Представляет собой традиционную для данного вида работ бумагу и должна иметь строго заданный объем.

Подобную бумагу — с шероховатой поверхностью, недостаточной белизной или кремовым оттенком —называют бумагой Antique.

Состав волокон у этой бумаги может быть различным: от механического помола (с отбеливанием) до смешанного (частичного механического помола) и чистого (не содержащего частиц древесины). Каждая из этих групп отличается своими параметрами, свойствами для печати и пр.

Отбеленная бумага механического помола. На 65% (или более) состоит из частиц, полученных механическим помолом (иногда смешанных с более качественными составляющими). После отбеливания имеет довольно высокую степень белизны (до 75 ISO), поэтому хорошо выглядит даже при сравнении с более дорогими сортами, но высокое содержание механических составляющих приводит к быстрому пожелтению бумаги. По массе 1 м² отбеленной бумаги составляет от 60 г/м² и выше (70, 80, 90 г/м² и даже выше).

Книги на отбеленной книжной бумаге могут печататься на листовых или рулонных печатных машинах. Но если бумага не проклеена, то для листовых печатных машин требуется регулировка липкости красок. На листовых машинах также могут возникать проблемы с подачей толстых листов с рыхлой структурой.

Эта бумага хорошо подходит для книг в переплете или для технической литературы, где срок службы книг предполагается не слишком большим, а стоимость ограничена.

Бумага с частичным механическим помолом. Такую бумагу иногда называют бумагой, содержащей частицы древесины, либо бумагой со смешанной структурой, чтобы отличать ее от чистых сортов, не содержащих частиц древесины.

Для ее получения используются различные виды волокнистой массы и их смеси, начиная с 50% содержания механической массы (для самых дешевых сортов) до 20% (для более дорогих сортов). Могут использоваться и бумажные отходы. Прочность такой бумаги прямо пропорциональна количеству механических составляющих в структуре.

Стандартная толщина и масса 1 м² такая же, что и у бумаги механического помола (80 г/м²).

Эта бумага несколько дороже, чем бумага механического помола, зато обладает большей прочностью и лучшей печатной поверхностью. Используется для издания художественной литературы и для технических изданий в переплете, а также для иллюстрированных книг в обложке.

Бумага без частиц древесной массы. Производится из массы, не содержащей частиц древесины. Бумага не желтеет и отлично ведет себя при печати. Хотя отметим, что все же допускается содержание в ней до 10% механической массы.

Бумага имеет те же параметры, что и стандартная бумага с частично механическим помолом, — 80 г/м² (реже 90 г/м²). Чаще всего предлагается белая и кремовая бумага.

Используется для хорошо оформленных изданий, не относящихся к беллетристике, обладающих высокой долговечностью и стойкостью к износу.

Бумага для офсетной печати. Этим термином обозначают различные сорта печатной бумаги без покрытия, легкую печатную бумагу, банковскую и деловую бумагу, плотную офсетную бумагу и двухслойную бумагу.

Бумага машинной гладкости. Является многоцелевой бумагой для печати большинства книг с текстовым материалом, учебников, справочников и других изданий. Понятие машинной гладкости имеет отношение к процессу каландрирования. Такая бумага обычно не содержит частицы древесины — наибольшее допустимое содержание механических частиц (или веществ утилизированных бумажных отходов) составляет 12–15%. Ее, как правило, изготавливают из мягких пород деревьев с последующим отбеливанием.

Выбирая бумагу машинной гладкости, необходимо оценить степень ее непрозрачности. Чаще всего содержащиеся в бумаге элементы механического помола, а также толщина самой бумаги обусловливают высокую степень непрозрачности — 94-95%. Если в такой бумаге имеется малое содержание элементов механического помола, то при каландрировании толщина бумаги снижается и соответственно уменьшается непрозрачность. Это устраняется добавлением специальных наполнителей, например диоксида титана (что одновременно увеличивает стоимость бумаги).

Легкие (тонкие) бумаги. Относительно непрозрачные, машинной гладкости, с массой от 25 до 55 г/м², не содержащие частиц древесной массы. Могут быть белыми или тонированными. Используются при издании справочников большого объема. Такие сорта бумаги достаточно дороги.

Офсетные плотные бумаги. Имеют высокую непрозрачность. Параметры — от 90 до 200 г/м² (и выше). Почти идеально подходит для детских книг, альбомов и пр.

Двухслойная бумага. Довольно дорога, но незаменима, если предъявляются особые требования к ровной и гладкой поверхности.

Суперкаландрированная бумага. По своему виду похожа на полуматовую бумагу и имеет сходное использование — для книг с тонкими штриховыми рисунками, полутоновыми и цветными иллюстрациями.

Обладает плотной, твердой поверхностью. Применяется для иллюстрированных журналов, хотя в этих случаях чаще используется бумага с покрытием, которая лучше принимает краску и обходится дешевле.

Бумага с покрытием

Бумага с покрытием предполагает плотность покрытия не менее 3,7 г/м² на каждую сторону, а само покрытие полируется различными способами. Основа может быть различной — от дешевой механического помола до дорогой, не содержащей частиц древесины, что сказывается на качестве бумаги. На практике, как правило, выбирают между бумагой с матовым и глянцевым покрытием.

Бумага с матовым покрытием. Бумага с нанесенным слоем покрытия после каландрирования приобретает матовую поверхность. При этом основа может быть с частичным механическим помолом либо не содержащей частиц древесины. Большинство сортов этой бумаги характеризуются высоким значением белизны.

Бумага с тонким слоем покрытия, которое наносится в бумагоделательной машине проклеивающим прессом, назвается бумагой с машинным покрытием. При очень тонком слое покрытия (до 4 г/м² для каждой стороны) получается бумага с легким покрытием или пигментированная. Бумагу с более толстым покрытием (до 10 г/м² с каждой стороны) получают с помощью устройства дозированной подачи, которое действует подобно устройству шаберного покрытия.

А если толстый слой покрытия наносится на машинах, не входящих в состав бумагоделательной машины, то бумага называется бумагой с внемашинным покрытием.

Бумага с машинным покрытием хорошо подходит для книг с небольшим количеством полутоновых иллюстраций, а с внемашинным покрытием — для книг с большим количеством иллюстраций и для книг в цвете.

Выбирая бумагу, ориентируйтесь в первую очередь на качество основы. Основа с механическим или частичным механическим помолом будет желтеть быстрее, чем бумага без частиц древесины, и никакое покрытие не может компенсировать этот эффект.

Масса бумаги с матовым покрытием может быть в широком диапазоне — от 90 до 150 г/м² (или выше). Наиболее часто используют бумагу 100, 115 и 125 г/м².

Гладкие плотные матовые бумаги имеют меньшую толщину, что скажется на объеме книжного блока.

Большинство сортов бумаги с покрытием являются абразивными, поэтому позаботьтесь о пробной печати и тестах на прочность закрепления краски. Кстати, такие сорта бумаги требуют особой тщательности при транспортировке отпечатанной продукции — во избежание стирания и смазывания краски.

Глянцевая бумага с покрытием. Это бумага с покрытием, подвергнутая каландрированию для полировки поверхности и придания ей блеска. Имеет более одного слоя покрытия. Например, может быть покрыта слоем с плотностью 4 г/м² на каждую сторону при обработке на бумагоделательной машине, затем — следующий слой с плотностью 8 г/м² на каждую сторону на машине предварительного покрытия и, наконец, окончательным слоем покрытия с плотностью около 20 г/м² на сторону, который наносится на отдельном устройстве вне машины.

По основным характеристикам, связанным с процессом печати переплета, глянцевая бумага аналогична матовой: поверхность ее гладкая, степень зернистости аналогична, однако глянцевая бумага несколько более скользкая.

Использование глянцевой бумаги целесообразно в тех случаях, когда высококачественные иллюстрации размещаются отдельно от текста: обложки книг, отдельные тетради иллюстраций, фронтисписы и т.д. Книги, отпечатанные на глянцевой бумаге с покрытием, читать довольно неудобно: бумага тяжелая и слишком блестящая.

Направление волокон

Что еще необходимо знать при подборе бумаги?

Нельзя не упомянуть о том, как нужно выбрать направление волокон бумаги.

Как правило, волокна располагаются по направлению движения полотна (если бумага формируется на сетках бумагоделательной машины). Рулон, раскроенный из большого рулона бумаги на конце бумагоделательной машины, будет всегда иметь такое направление волокон, которое совпадает с направлением размотки рулона. А вот листы, получаемые в при раскрое большого рулона в направлении по длине или по ширине, могут иметь продольное или поперечное направление волокон. Здесь важно обратить внимание на два обстоятельства.

Первое — бумага лучше складывается по волокнам, чем против волокон, то есть сопротивляется при попытке сложить лист поперек волокон. В итоге каждая сброшюрованная тетрадь или книга, в которой волокна располагаются от верхней части страницы к нижней, будет самопроизвольно раскрываться. При поперечном расположении волокон в открытом состоянии книги действуют силы в сторону ее закрытия. Поэтому желательно, чтобы выбранное направление волокон исходной бумаги в готовом издании было направлено сверху вниз.

Второе — непостоянство размеров. Дело в том, что при изменении влажности лист бумаги будет иметь тенденцию к растяжению в поперечном направлению волокон направлении, а не в продольном. И если вы взяли лист с продольным расположением волокон, то максимальное растяжение будет по короткой стороне, а если лист с поперечным направлением волокон, то максимальное растяжение будет по длинной стороне.

Резюмируя вышеизложенное, скажем, что растяжение бумаги будет минимальным, если лист имеет продольное расположение волокон. Поскольку совмещение красок при работе с цветом очень важно, надо помнить, что использование листов с продольным расположением волокон сводит к минимуму риск ошибок при совмещении.

Проблемы, проблемы...

Производство бумаги имеет промышленные масштабы, и конечный продукт должен удовлетворять всем требованиям, обеспечивающим его практическое использование для типографских целей, допуская лишь незначительные отклонения параметров.

Однако проблемы возникают даже в хорошо отлаженном механизме. Давайте рассмотрим наиболее характерные случаи.

Оттенок. Разные партии одного и того же сорта бумаги должны быть одного оттенка. Но что делать, если это не так?

Небольшие вариации оттенка допустимы, хотя в большинстве случаев это создает проблемы. Если различия в оттенках слишком заметны, то следует произвести сортировку бумаги так, чтобы при изготовлении одной книги не была использована бумага двух разных оттенков.

Поставка и хранение. Бумага — весьма нестабильный материал. Если окружающая среда более теплая и влажная, чем сама бумага, то бумага будет поглощать влагу и коробиться, а если окружающая среда более холодная и менее влажная, то бумага будет выделять влагу и истончаться.

Бумага поставляется в запечатанной упаковке, и если температура на складе отличается от температуры упаковки, то всю партию следует выдержать, пока ее температура не сравняется с температурой окружающей среды.

Волнообразность краев. Если температура в помещении выше, чем температура бумаги (при вскрытии упаковки), или окружающая среда более влажная, то влага теплого воздуха в помещении будет конденсироваться вокруг более холодных краев пачки, что приведет к загибанию внешних краев. А поскольку внутреннее содержимое пачки не реагирует на изменение температуры, то края пачки будут скручиваться наружу и станут волнистыми, в то время как центральная часть останется нормальной.

Уплотнение краев. Если температура в помещении ниже, чем температура бумаги, или воздух в помещении более сухой, то края листов в пачке отдают влагу в окружающую среду и уплотняются, внешние края растягиваются, а центр пачки вспучивается.

Воздействие влаги обязательно скажется в процессе печати: если бумага имеет волнообразные края, то возможны загибы или смятие краев на входе либо на выходе печатной машины, при захвате или выводе листов. При уплотненных краях возможно смятие в центре листа. (Описанные проблемы возникают при поставке бумаги в рулонах.) Следует обеспечить неизменность таких параметров, как температура и влажность в помещении, где хранится бумага, чтобы предотвратить ее растяжение и удлинение.

Дефекты упаковки. Если бумага поставляется в листах, то часто встречаются дефекты, связанные с заусенцами при обрезке или надрывом некоторых листов в пачке, повреждения в местах сращивания (соединения между рулонами при раскрое и перемотке), а также излишнее скопление пыли на краях. Обратите внимание, что первые два дефекта могут привести к повреждению офсетного цилиндра или вызвать появление пятен.

Если бумага в рулонах, то проблемы чаще возникают при повреждении краев рулона или из-за дефектов, возникающих при перемотке рулона на новую бобину. Увеличение натяжения по мере протяжки рулона через печатную машину говорит о краевых дефектах (вмятинах или надрывах), что может привести к обрыву полотна во время печати.

Пористая бумага. Пористые сорта приводят к затруднениям при подаче листов в печатную машину: механизм каскадной подачи бумаги иногда будет захватывать более одного листа за раз. Такое случается с легкими сортами газетной бумаги (небольшой вес и относительно большая толщина).

Качество поверхности бумаги. Такие проблемы выявляются, когда оттиски уже готовы. Если вы используете бумагу без покрытия, то эти проблемы чаще связаны с качеством поверхностной проклейки. В листовых печатных машинах значения давления и растяжения больше, чем в рулонных машинах, поэтому сложности чаще возникают при использовании бумаги без покрытия именно при листовой печати. Если же используется бумага с покрытием, то дефекты обычно связаны с самим покровным слоем, который отслаивается или имеет неровную структуру.

Посторонние частицы. Как правило, встречаются при использовании бумаги без покрытия. Дефекты проявляются в виде непропечатки (темные точки, окруженные белым ореолом). С ними можно справиться, если уменьшить подачу краски, снизить скорость печати, чаще смывать офсетные полотена или увеличить подачу воды на форму.

Непропечатка встречается также при использовании бумаги с покрытием. Частицы покрытия отрываются от поверхности и вместе с фрагментами краски оставляют на изображении белые участки. В этом случае надо уменьшить липкость краски.

Просвечивание. Если понижена непрозрачность бумаги, то напечатанное изображение просвечивает с противоположной стороны листа. Можно попробовать уменьшить подачу краски или сменить тип бумаги.

Стирание краски. В начале данной статьи мы уже говорили о том, что сорта бумаги с покрытием, наносимым вне бумагоделательной машины, имеют плотную и абразивную поверхность. Поэтому иногда, если краска сохнет медленно или над отпечатанным материалом выполняются какие-либо действия, абразивная поверхность способствует стиранию краски и переносу ее на соседние страницы на развороте. Решить проблему можно использованием сушащих добавок в краску или использованием другого типа красок.

Пробивание. Проникновение краски с одной стороны листа на другую через капилляры в структуре бумаги вызывается слишком большим давлением при печати или использованием абсорбирующей бумаги. Следовательно, решить проблему можно уменьшением силы давления при переносе краски на бумагу.

Претензии

Если у вас возникают проблемы с бумагой, то вы всегда можете предъявить претензии поставщикам или производителям. Надо сказать, что на бумажных фабриках выполняют множество тестов для выпускаемой продукции и фиксируют результаты проверок для каждой партии, которые предоставляются в случае предъявления претензий к качеству бумаги.

Как минимум, фиксируются масса (г/м²), толщина, непрозрачность, белизна, наличие древесины.

Масса. Допустимое отклонение для бумаги с массой 1 м² 40 г (и выше) составляет плюс-минус 5%.

Толщина. Допускается плюс-минус 7,5% для бумаги свыше 100 мкм.

Непрозрачность. Измеряется по шкале отражения от 0 до 100%. Для офисной бумаги 80 г/м² непрозрачность составляет 87%, для бумаги машинной гладкости 80 г/м² — 94%, для бумаги 100 г/м² с матовым покрытием — 93%.

Белизна. Измеряется по шкале ISO с помощью специального инструмента. Для газетной бумаги ISO составляет 65, для непрозрачной печатной бумаги машинной гладкости — ISO 85.

Наличие древесной массы. Определяется с помощью хлорида бериллия. Капнув раствором на бумагу, смотрят: если пятно красного цвета — значит древесина в массе есть, если остается желтого цвета — бумага не содержит частиц древесины.

Испытания бумаги

В прошлых номерах «КомпьюАрт» мы уже затрагивали тему испытаний бумаг. Однако для полноты информации, повторим некоторые основные сведения. (Автор благодарит фирму «Берег» за предоставленные данные об основных методах испытаний печатных бумаг.)

Поскольку все бумаги поглощают или выделяют влагу (в зависимости от относительной влажности окружающей среды), испытания бумаги всегда проводят в стандартной окружающей среде с фиксированными температурой и влажностью (обычно при относительной влажности 50% и температуре 23 °С), чтобы получать стандартные значения.

Основные параметры печатных бумаг

Древесная масса. Присутствие. Качественно на присутствие древесной массы указывает окраска испытательного участка непосредственно раствором флороглюцина. Если бумага приобретает красную окраску, то это свидетельствует о наличии древесной массы. Для получения количественных данных образец волокна из пробы бумаги окрашивают раствором хлора/цинка/йода, а затем подсчитывают с помощью микроскопа количество окрашенных волокон древесной массы.

Зольность. Содержание золы определяется как остаток после сжигания бумаги и охлаждения. Эта величина дает представление о количестве неорганических веществ, в частности наполнителей и пигментов, содержащихся в бумаге.

Определение: DIN 54370. Значение: процентное содержание по массе.

Толщина, плотность. Толщина — это расстояние по вертикали между двумя параллельными поверхностями бумаги при заданном давлении на поверхности. Толщина (мм) и масса квадратного метра (г/м²) используются для расчета плотности (г/м3).

Определение: DIN 53105, часть 1 —с использованием микрометра при заданном давлении на поверхности. Значение: мм (толщина), г/м3 (плотность).

Прочность на изгиб. Это сопротивление бумаги упругому изгибу. При этом испытании бумагу не изгибают слишком сильно, чтобы она не разорвалась. Сопротивление бумаги изгибу определяют либо динамическим методом (метод длины собственной частоты), либо статическим (метод стержня).

Определение: DIN 53123, часть 1 — метод длины собственной частоты; DIN 53121 — метод стержня. Значение: Н/мм.

Разрывная длина. Разрывная длина — это расчетная предельная длина полоски бумаги или картона постоянной ширины, причем при превышении этой длины полоска, которая была бы подвешена за один конец, разорвалась бы под действием собственного веса.

Определение: DIN 53112, часть 1. Значение: м.

Сопротивление выщипыванию в сухом и влажном состояниях. Данные значения описывают сопротивление бумаги выдергиванию частиц с поверхности бумаги при офсетной печати. Это произойдет, если способность к схватыванию самой краски (ее липкость) больше, чем способность к схватыванию между покровным слоем и бумагой-основой либо всей волокнистой структуры.

Краска для испытания на выщипывание в сухом состоянии наносится на сухую бумагу с помощью испытательной печатной машины. Во время испытания скорость печати непрерывно повышается. Измеряется значение скорости, необходимое для выдергивания частиц.

Краска для испытания на выщипывание во влажном состоянии наносится на слегка увлажненную бумагу при постоянной скорости с помощью испытательной печатной машины. Измеряется значение визуальной оценки степени выдергивания частиц по шкале от 1 (выщипывание отсутствует) до 6 (очень сильное выщипывание).

Сопротивление излому. Определяется прочность бумаги при перегибе на 180° при заданном растягивающем усилии до ее разрушения.

Собственное сопротивление разрыву. Эта величина показывает сопротивление бумаги разрыву после начального надрыва.

Удлинение при разрыве (прочность при растяжении). Удлинение при разрыве — это измеренное удлинение в момент разрушения испытательной полоски бумаги или картона, причем условия растяжения определяются стандартным методом испытаний. Обычно оно выражается в процентах от первоначальной длины образца.

Прочность при растяжении — это максимальное растягивающее усилие на единицу ширины, которое бумага или картон могут выдерживать перед разрушением, при условиях, определенных в стандартном методе испытаний. Если известны прочность при растяжении (N), соотношение между массой и площадью (г/м²) и ширина (мм), можно рассчитать разрывную длину (м).

Машинное направление (направление волокон). Машинное направление бумаги — это преобладающее направление волокон. Его может определить и неспециалист.

Испытание 1. Увлажните одну сторону листа бумаги. Бумага изогнется в направлении, перпендикулярном направлению волокон, поскольку в этом направлении волокна могут расширяться легче всего.

Испытание 2. Надорвите бумагу на двух сторонах, находящихся под прямыми углами друг к другу. Та сторона, где разрыв бумаги происходит по более-менее прямой линии, показывает машинное направление. Это связано с тем, что бумага рвется параллельно направлению волокон. В поперечном направлении бумагу разорвать труднее, а сам разрыв будет неровным и изогнутым, поскольку он воздействует на волокна вертикально.

Испытание 3. Проведите оба края бумаги между ногтями большого и среднего пальцев. В машинном направлении легкое давление ногтя не окажет никакого воздействия, тогда как в поперечном направлении оно вызовет появление слабой волнистости.

Степень белизны. Эта величина показывает отражение света при действующей длине волны 457 Нм (синяя часть спектра). Она измеряется как коэффициент отражения R 457 с помощью рефлектометров.

Глянец. Эта визуальная характеристика, которая все еще не поддается точному измерению или физическому описанию. Эффект глянца в большой степени определяется воспринимаемой областью отражения, в отличие от диффузной области. Воспринимаемая область может быть измерена для ряда различных углов освещения или наблюдения.

Непрозрачность. Непрозрачность определяется как непроницаемость данной бумаги для света.

Гелио-испытание. Это испытание позволяет оценить результат печати, в частности отсутствие точек и пятен, то есть видимых белых точек вследствие несовершенной печати полу- и четверть-тонов.

Определение: с помощью устройства IGT с гелио-тестером. Значение: длина испытательного участка (в мм), которая содержит 20 пропущенных точек. Если на нем содержится менее 20 точек, то вместо этого подсчитывают их количество по всей длине испытательной полоски.

Гладкость/шероховатость. Данные параметры описывают равномерность поверхности бумаги. Согласно Бекку гладкость зависит от формы, общего объема и распределения неравномерных участков, образующихся между поверхностью бумаги и идеальной плоскостью, при заданных условиях контакта между ними. Измеряется значение времени, необходимое для извлечения определенного количества воздуха при заданном перепаде давлений из области между поверхностью бумаги и тщательно отполированной почти идеально плоской стеклянной поверхностью.

Гидрорасширение, продольное/поперечное. Испытание на гидрорасширение проводится для определения того, как изменяется длина бумаги в результате изменения влажности окружающей среды. Значения измеряются в машинном направлении и/или перпендикулярно ему.

Проникновение краски — это скорость, с которой жидкие компоненты краски проникают в материал. Проникновение краски частично зависит и от пористости материала, и от состава связующего в краске.

Определение: проникающая краска печатается на бумаге с помощью испытательной печатной машины Пруфбау. Через заданное время отмаранную печать наносят на стандартную испытательную бумагу. Значение: выражается через плотность окраски или показания рефлектометра для запечатанных участков.

Сопротивление истиранию. Эта величина описывает сопротивление истиранию бумаги или краски на бумаге. Испытания могут проводиться для сухого или слегка увлажненного запечатанного испытательного отрезка.

Описание: используется устройство для испытания на истирание Пруфбау, Картант или Озер; затем визуально определяется степень истирания.

Методы испытаний этикеточных бумаг

Этикеточные бумаги, в частности для пивных бутылок, должны обеспечивать высокий уровень печати и наклейки этикеток. Эти критерии лишь частично могут быть проверены стандартными испытательными методами. В последние несколько лет разработаны специальные методы испытаний, представляющие основу для всего, что связано с использованием этикеток, то есть с производством бумаги, печатью, разливом по бутылкам, упаковкой и производством этикеточных машин и клеев. Подобные методы предназначены для улучшения оценки качества этикеточных бумаг.

Перечислим наиболее важные методы испытания этикеточных бумаг.

Проницаемость для щелочи. Важно, чтобы этикетки быстро и полностью сходили с бутылок многократного использования в щелочном растворе моечной установки. Если такой процесс происходит слишком медленно, то это может помешать действию последующих этапов мойки. Определив проницаемость для щелочи, можно рассчитать время удаления этикетки при мойке.

В процессе испытаний, загнув край испытуемого образца 7×7 см, делают бумажную лодочку, которую помещают мелованной стороной вниз в чашку Петри, наполненную щелочным раствором (1% NaOH, нагретый до 80 °С, к которому прибавлен растворимый краситель). Измеряется время (в секундах), когда окрашенный щелочной раствор пропитает бумагу в нескольких местах, образовав сплошные участки. Очевидно, что оценка будет зависеть от субъективного восприятия лиц, проводящих это испытание.

Такое же испытание может быть проведено для запечатанных и даже покрытых лаком этикеток, поэтому можно оценить скорость, с которой сходит этикетка, в зависимости от печатной краски и от лака.

Стойкость к воздействию щелочей. В случае неингибированного процесса мойки в щелочном растворе этикеточная бумага должна обладать достаточной стойкостью к воздействию щелочи, то есть она не должна разрушаться в растворе ни частично, ни полностью. Иначе щелочной раствор будет быстро загрязняться, а сопла моечной машины могут оказаться забитыми.

При испытании 150 мл раствора каустической соды (при концентрации щелочи 2%) прибавляют к двум прямоугольным испытательным образцам 6×9 см в полиэтиленовых колбах (объемом 750 мл) при 80 °С. Затем колбы плотно завинчивают и встряхивают в течение 15 мин. на вибраторе с частотой 300 горизонтальных оборотов в минуту. Затем все содержимое этих колб выливают в химический стакан и классифицируют состояние этих двух образцов следующим образом: А — испытательный образец не изменился; В — покрытие явно отслоилось; С — испытательный образец начинает разрушаться; D — испытательный образец полностью разрушен.

Конденсированная влага и ее влияние. Низкая температура при разливе по бутылкам, а также высокая влажность в помещении для разлива и хранения приводят к значительной конденсации — как если бы происходило испарение с поверхности бутылок. Вследствие этого этикетки могут коробиться, смещаться, а в некоторых случаях — при вымывании клея — отпадать с бутылок.

Испытания проводятся в климатической камере при температуре 30 °С и относительной влажности 85%, причем параметры поддерживаются постоянными во время всего испытания. Пивные бутылки с этикетками испытываются в камере, в которой расположен охлаждающий агрегат, представляющий собой шланги, в которых непрерывно циркулирует вода при температуре 2 °С. Предварительно на этикетки машиной для клейки наносится слой клея, что гарантирует воспроизводимость заданной толщины клеевого слоя, а затем этикетки приклеиваются вручную. В конце результаты испытаний сравнивают с документально заданными величинами для данных практических условий испытаний.

Такой же метод воздействия конденсированной воды может использоваться для испытания различных клеев или изменения степени обработки бутылок. В каждом случае испытания должны оставаться постоянными все переменные (бумага, клей, обработка бутылки).

Закручивание вследствие влажности. При наличии разницы между относительным влагосодержанием бумаги и относительной влажностью в помещении, где бумага обрабатывается, этикетки могут покоробиться, что сделает невозможной их наклейку. Тенденцию к закручиванию этикеточной бумаги можно определить, подвергая ее воздействию различных условий относительной влажности.

C помощью солевых растворов в нескольких климатических камерах создают различные уровни относительной влажности воздуха — от 40 до 90%. В каждую камеру помещают испытательные образцы бумаги размером около 10×10 см, которые через 24 часа оцениваются визуально. Таким образом, необходимо визуально и субъективно определить, в каком диапазоне относительной влажности образец остается плоским, а в каком нет. Но можно также отметить угол закручивания при данной относительной влажности, а затем сравнить его с закручиванием другой бумаги при тех же условиях.

Снижение непрозрачности. Деформация при сжатиях и толчках во время транспортировки на конвейере может приводить к появлению пятен, которые остаются и после высыхания этикеток. Снижение непрозрачности можно рассчитать в результате следующего испытания.

Полоску этикеточной бумаги шириной 5 см погружают в водопроводную воду при температуре около 20 °С на 5 секунд. Затем ее помещают на черную стеклянную пластинку и измеряют показатель отражения RU в соответствии с DIN 53145, часть 1. По полоске проводят испытательный валик 80 раз в течение 40 секунд без приложения давления. Следует пользоваться валиком с шарикоподшипником, с ручкой, шириной 32 мм и весом 5,37 кг. Через 20 секунд измеряют коэффициент отражения там, где проходит валик.

Поведение при штамповке. Когда этикеточные бумаги штампуют или обрезают по размерам, они не должны соединяться вместе. Наоборот, этикетки должны легко разделяться, не склеиваясь на краях.

Пока еще нет надежного лабораторного метода для испытания этикеток на слипание. Чтобы получить представление об этом, кипу этикеточных бумаг штампуют специальным штампом для этикеток сложной формы (желательно с внешними линиями, направленными внутрь, как рукава пальто). Затем штампованную пачку сдвигают сбоку или раздвигают рукой, как веер. Даются следующие оценки бумаги: 0 — не слипается; 1 — слегка слипается; 2 — достаточно прочное слипание; 3 — очень прочное слипание.

Прохождение клея. Важно, чтобы клей не проходил сквозь бумагу, то есть после наклейки на лицевой стороне не должно быть видно пятен и полос.

Этикетки или соответствующие образцы бумаги проклеиваются с обратной стороны и присоединяются к стеклянной пластине. Затем на испытуемые образцы помещают два листа влажной фильтровальной бумаги, которые покрываются другой стеклянной пластинкой. Все это оставляют на 2 часа в сушильной камере при температуре 70 °С. Все еще накрытые этикетки сушат при нормальной комнатной температуре и проверяют наличие пятен клея. Поскольку эти пятна зависят также от типа клея, то важно использовать на протяжении всего испытания один и тот же клей.

Такая же процедура может проводиться для испытания различных типов клея при заданном сорте бумаги.

Абсорбция воды. Остается ли этикетка на месте, зависит, в частности, от глубины проникания клея на обратную сторону этикетки, а следовательно, и от водоотталкивающих свойств этикеточной бумаги. Эту величину можно определить по значению абсорбции воды при использовании в качестве стандарта DIN 53132.

Абсорбция воды — это количество воды, абсорбированное одной стороной бумаги в течение заданного времени. Затем измеряют наблюдаемое увеличение веса в г/м². Только практика может показать в конкретных случаях, при каком значении (в зависимости от типа клея) этикетка будет надежно оставаться на месте.

Непрозрачность во влажном состоянии. Иногда темные бутылки просвечивают сквозь влажные этикетки, что может быть нежелательным. Этого можно избежать повышением непрозрачности этикеток во влажном состоянии.

Для измерения этой величины испытуемый образец бумаги погружают в водопроводную воду при температуре около 20 °С на 5 минут. После стряхивания воды обратная сторона этикетки помещается на темную стеклянную пластинку. Затем определяется непрозрачность во влажном состоянии в соответствии с DIN 53146, где значение для сухого образца принято за величину R.

Прочность при растяжении во влажном состоянии (влагопрочность). Достаточная влагопрочность обеспечивает отсутствие разрывов и повреждений этикеток при значительной механической деформации, например, при транспортировке на конвейере цеха разлива.

Образцы с заданными размерами и заданным уровнем влагосодержания растягиваются в устройстве для испытания на растяжение до их разрушения.

Все рассмотренные выше характеристики печатных бумаг влияют на качество конечной полиграфической продукции. К сожалению, как было сказано выше, существует ряд методик определения объективных параметров печатных бумаг, которые далеко не всегда дают сравнимые результаты.

Заключение

Горячо приветствую читателей, сумевших одолеть сей опус! Затратив некоторое количество времени на его прочтение, вы можете чувствовать себя как минимум на голову выше, и вас уже просто так не смутить всякими мудреными словами, типа «фибриляция» или «каландрирование».

Следующий наш материал расскажет о новинках в ассортименте ведущих российских поставщиков бумаги и картона для полиграфии за прошедший с «ПолиграфИнтер 2000» год. Читайте, если хотите быть в курсе мировых новшеств в производстве бумаги и картона.

КомпьюАрт 10'2001