Печатные свойства бумаг с введением синтетических полимеров

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПЕЧАТНЫЕ СВОЙСТВА БУМАГ С ВВЕДЕНИЕМ СИНТЕТИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРОВ

Ешбаева Улбосин

доктор технических наук, факультет полиграфии Ташкентский институт текстильной и легкой промышленности

Джалилов Анвар

старший преподаватель, полиграфический факультет Ташкентский институт текстильной и легкой промышленности

PRINTED PROPERTIES OF PAPER WITH THE INTRODUCTION OF SYNTHETIC POLYMERS

Аннотация: В данной статье изложены результаты определения печатных показателей бумаг, содержащих в композиции хлопковую целлюлозу, отходов синтетического волокна нитрона и отходы натурального шелка. Показана целесообразность использования этих волокнистых материалов для погиргафической промышленности.

Ключевые слова: Хлопковая целлюлоза, полиакрилонатрильные ПАН-волокна, синтетическое волокно-нитрон, отходы натурального шелка.

Yeshbaeva Ulbosin,

Abstract: This article presents the results of the determination of printed indicators of papers containing cotton pulp in the composition, waste of synthetic fiber nitron and waste of natural silk. The feasibility of using these fibrous materials for the printing industry.

Key words: Cotton cellulose, polyacrylonatrile PAN-fibers, synthetic fiber-nitron, waste of natural silk.

Введение

К началу 21 века объём мирового производства различных видов бумаги превысил 370 миллионов тонн, при величине её потребления на душу в среднем по миру свыше 50 кг в год [1].

Быстрые темпы развития, которые обусловлены непрерывно возрастающим спросом на бумажную продукцию, имеют ряд серьезных трудностей. Древесная целлюлоза является одним из важнейших исходных материалов в бумажной промышленности. Однако, в условиях Республики Узбекистан древесная целлюлоза является дефицитным сырьем, отсутствуют достаточные площади с хвойными и лиственными деревьями. Получение целлюлозы или целлюлозной массы из древесины связано со значительным расходом воды [2-3].

В Узбекистане нет достаточных запасов древесины, что определяет актуальность производства волокнистых полуфабрикатов из недревесного растительного сырья в бумажной промышленности. Хлопок - древнейшее культурное растение. В Узбекистане ежегодно образуется на хлопковых полях до 4 млн. тонн стеблей хлопчатника [4]. В хлопкоочистительных производствах выделяется 100120 тыс. тонн отходов, которые могут служить ценным сырьем для различного назначения [5].

Технология изготовления бумаги в промышленных масштабах из хлопковой целлюлозы экономически нецелесообразна. Добавление в бумажную массу отходов текстильной и химической промышленностей позволит решить проблему эффективного и рационального использования сырьевых ресурсов, сэкономить дорогостоящую хлопковую целлюлозу, снизив себестоимость бумаги, значительно сократить потребность в завозе бумаги извне.

Как известно, в Республике Узбекистан ежегодно выпускается более 14 тыс. тонн синтетического полиакрилонитрильных ПАН-волокна «нитрон», которое вырабатывается из тройного сополимера (92,5% акрилонитрила, 6,0% метилакрилата, 1,5% итаконовой кислоты) мокрым роданидным способом в виде штапельного волокна и жгута. При этом 25% выпускаемых волокон используется в народном хозяйстве республики, остальные 75% экспортируются [6]. Нитрон широко используется в производстве текстильных полотен, пряжи, трикотажных изделий, применяющихся для изготовления верхнего трикотажа, ковров, плательных и костюмных тканей. В производстве из-за нарушений в технологическом регламенте, при пуске и наладке оборудования, а также по другим причинам накапливается определенное количество брака - отходов полиакрилонатрильных ПАН - волокна. Использование отходов бумажной промышленности поможет решить также важную экологическую проблему утилизации этих отходов.

В данной работе разработан комплекс научнотехнических и технологических работ по созданию новых видов бумаг, содержащих отходы хлопкоочистительной и текстильной промышленности Узбекистана.

Исследование данной проблемы: Изготовление опытных партии бумаги и оценку их качества проводили в ООО ИИ «JUHL QALIN QOG OZ» по утвержденному технологическому регламенту.

В связи с более широким применением различных компонентов для достижения определенных печатных свойств, следует: в связи с исследованием вопросов возникает необходимость изучения зависимости ее печатно-технических свойств от вида волокна с целью получения оптимального композиционного состава. Особое значение приобретает установление взаимосвязи между печатными и физико-механическими свойствами бумаги. Качество бумаги для печати оценивается по ряду показателей, основные из которых - разрывная длина, излом, гладкость, белизна, равномерность и впитыва- емость. Поэтому целью следующих исследований была оценка влияния волокнистого состава опытных образцов бумаги на показатели, характеризующие печатные свойства бумаги.

Результаты и обсуждение: В данной работе для выяснения влияния физико-механических свойств бумаги на качество печати выбрали оптимальные варианты образцов бумаг с различными свойствами. Для изучения печатных свойств бумаги отобраны восемь вариантов (табл. 1).

Таблица 1

Объекты исследования

Результаты испытаний показали, что природа химического волокна, соотношение компонентов в композиции бумаги влияет на все физико-механические и печатные свойства бумаги (табл. 2).

Таблица 2

Зависимость физико-механических свойств экспериментальных бумаг от состава композиции ОН

Результаты исследования физико-механических свойств бумаги показали, что при использовании акриловой эмульсии улучшаются прочностные показатели. Прочность межволоконных связей зависит от плотности переплетения волокон. Чем ближе располагаются волокна относительно друг друга, тем более прочные связи возникают между ними. С добавлением в бумажную композицию АЭ излом увеличивается на 180% по сравнению с бумагой №2 и бумагой с канифольным клеем №1.

Гладкость определяется свойствами всех элементов, входящих в композицию, образующих граничный слой на поверхности бумаги [7]. Проклеивающие вещества придают бумаге равномерную структуру, повышают гладкость поверхности (рис.1). Определение микрогеометрии поверхности основан на установлении времени (с), необходимого для прохождения определенного объема воздуха (10 см³) между поверхностью бумаги и стеклянной полированной пластинкой и выполняется на аппарате Б-1 при растяжении 0,5 ат и давлении на бумагу 9,81-10² Па, (ГОСТ 12795-78 и 7317-78, п.4.3).

Приведенные значения гладкости свидетельствуют, что гладкости всех образцов бумаг с введением химических волокон лучше, чем бумаги из №4. Однако, при замене канифольного клея на АЭ (№2) и ПАПЭТФ (№3) эмульсии, приводит к увеличению показателей гладкости на 20%. Введение в состав бумаги ОНШ с ОН в соотношении 1:1 (№7) повышает гладкость на 10%.

Рис. 1. Диаграмма изменения гладкости от состава бумаги

Данные по гладкости, определенные по Бекку, полученные для всех экспериментальных образцов, находятся в пределах, допустимых для офсетной бумаги (ГОСТ 12795).

Показатели белизны оказывают значительное влияние на качество получаемых оттисков [8]. Чем выше белизна, тем контрастнее изображение и тем лучше восприятие цвета (табл.1). Определение белизны бумаг производили на фотоэлектрическом измерителе коэффициента яркости «Macbeth RD 914». по ГОСТ Р51256-99, ИСО 11958 при температуре окружающей среды 21-22⁰С, Wотн=55-60%.

Показатели белизны у исследуемых бумаг колеблются в диапозоне от 81 до 86%. Однако, при замене канифольного клея на АЭ (№2) и ПАПЭТФ (№3), приводит к увеличению показателей белизны на ~6%. Все образцы бумаги имеют достаточно высокие показатели белизны, удовлетворяющие требованиям многокрасочной печати (ГОСТ 7690).

Разрывная длина характеризует прочность бумаги. Как видно из полученных данных (рис. 2), введение ОН в композицию бумаги №4 при проклейке канифольным клеем, уменьшает разрывную длину на 10 %.

Введение в состав бумаги ОНШ повышает механическую прочность на 2%. Лучшими свойствами обладают все бумаги, особенно МОН, ГОН и проклеенные в массе АЭ и ПАПЭТФ.

Печатные свойства экспериментальных бумаг зависят от состава композиции и значительно превосходят нормативные значения. В этой связи по-66 Wschodnioeuropejskie Czasopismo Naukowe (East European Scientific Journal) #5(45), 2019 BISSS лученные результаты печатных свойств экспериментальных бумаг можно считать положительными (ГОСТ 13525.1).

Рис. 2. Диаграмма изменения прочности от состава бумаги

Пористость непосредственно влияет на впитывающую способность бумаги, то есть на ее способность воспринимать печатную краску и вполне может служить характеристикой структуры бумаги [9].

Бумага является пористо-капиллярным материалом; важной печатной характеристикой верхнего слоя бумаги, влияющего на прочность закрепления красочного слоя, считается пористость (рис.3).

Рис. 3. Диаграмма изменения пористости от состава бумаги

Введение в композицию бумаги отходов синтетических волокон резко изменяет ее структуру, что сказывается и на объемных прочностных свойствах.

Полученные данные показывают, что бумаги №2 и №3 имеют микропористую структуру, так как пористость имеет значения до 35%, остальные бумаги обладают среднепористой структурой, так как значения пористости размещаются в области до 50%.

Показатель пористости влияет на оптические свойства бумаги. Чем выше пористость, тем больше происходит рассеяние света в поверхностном слое бумаги. Проклеивающие вещества, адсорбируясь в виде полидисперсных частиц на поверхности волокон, способствуют уменьшению пор на поверхности бумаги. По принятым нормативам общий объем пор в офсетных бумагах достигает до 60% [О'^г 1114:2006].

Такие бумаги хорошо впитывают краску, благодаря своей рыхлой структуре, то есть сильноразвитой внутренней поверхности. В этой связи полученные результаты пористости экспериментальных бумаг можно считать положительными.

Впитывающая способность бумаги влияет как на прочность красочного слоя и однородность печати, так и на цветовые характеристики оттиска. Поэтому показатели, характеризующие взаимодействие бумаги с жидкостями можно отнести также к печатно-техническим свойствам [10]. Это особенно актуально, если используется способ офсетной печати. Для процесса закрепления красок большое значение имеет показатель впитывающей способности по ксилолу. Определение показателей впитывающей способности по ксилолу производили согласно описанию на приборе ПВБ. Практически для всех красок офсетной печати первичное закрепление красок связано с впитыванием связующих в поры бумаги. Анализ полученных результатов приведен на рис. 4.

Рис. 4. Диаграмма изменения впитывающей способности по ксилолу от состава бумаги

Как видно из данных рис. 4 образцы экспериментальных бумаг имеют разное время впитывания ксилола. Впитывающая способность бумаги по отношению к печатной краске уменьшается с введением бумажную массу синтетических полимеров, (бумаги №2 и №3) за счет уменьшения пористости и размеров капилляров.

С другой стороны, на впитывание жидкости влияет не только размер пор, но и природа синтетического полимера. Пористость бумаги №4 содержащей ОН высокая, но впитывающая способность по ксилолу хуже, чем бумаги из чистой ХЦ. Видимо, оказывает влияние олиофильно-олиофобное взаимодействие молекул волокон и впитываемого вещества. Следует отметить, что наряду с красковос- приятием существенной характеристикой печатных свойств бумаги является время закрепления краски на оттиске. Закрепление краски на бумаге обычно связывают с ее впитывающей способностью. Красковосприятие экспериментальной бумаги различается не только процентным соотношением в композиции ОН и ХЦ, но и определяется молекулярной и структурной природой бумаги.

Важным свойством бумаг является способность сохранять форму и геометрические размеры в процессе деформации. Упругие свойства бумаги проявляются после действий приложенной силы, вызывающей деформацию. Выпрямление волокон сдерживается силами связи между ними. Таким образом, деформация бумаги зависит не только от деформационных свойств волокон, но и от характера образованной ими структуры. При неоднородности структуры листа по влажности возникает необходимость ее последующей переработки [1112].

В табл. 3 приводятся изменения линейных размеров экспериментальных образцов бумаг после намокания и высушивания. Определение линейной деформации экспериментальных композиций оценивали по ГОСТ 13525.19-71.

Приведенные данные свидетельствует о том, что с введением в бумажную композицию синтетических полимеров влага проникает в упорядоченные участки и не превышает допустимых норм, в машинном направлении деформация несущественна.

Таблица 3

Деформация бумаг после их увлажнения и высушивания

Деформационные свойства экспериментальной бумаги при сжатии-возрастающей нагрузке. В процессах полиграфического производства деформационные свойства бумаги имеют большое значение, как для нормального протекания различных технологических процессов, так и для эксплуатационных характеристик готовых изделий [13].

Рис. 5. Диаграмма относительной деформации при сжатии от состава бумаги. Напряжение сжатия Р=5105 н/м2

Однако, при увеличении давления возрастает вероятность растискивания краски, что вызывает искажения градационных и цветовых характеристик оттисков. На рис. 5. приведена зависимость относительной деформации под напряжением сжатия 5-10⁵ н/м² от вида бумаги. Полученные зависимости согласуются с данными по пористости бумаг. При добавлении ОН возрастает пористость, соответственно увеличивается величина относительной деформации при сжатии.

Использование полимерных проклеивающих веществ уменьшает пористость на 38% и относительную деформацию при сжатии на 15%. Наличие химически совмещаемых функциональных групп в составе использованных полимеров, как с целлюлозой, так и с ОН способствует появлению новых межмолекулярных связей, лучшему переплетению разнородных волокон и уплотнению структуры бумаги в целом.

полиграфия бумага целлюлоза хлопковый

Заключение

Синтетические полимеры адсорбируются в виде полидисперсных частиц на поверхности волокон, что способствует уменьшению пор на поверхности бумаги (на 30-45%). За счет уменьшения пористости впитывающая способность бумаги по отношению к печатной краске нормализуется, одновременно уменьшается относительная деформация (5-10⁵ н/м²) бумаги.

Установлено, что бумага, полученная с применением АЭ или ПАПЭТФ отличается повышенной белизной (на 6%) и гладкостью (на 21%). С увеличением кристалличности и однородности улучшаются физико-механические свойства бумаги (на 1520%). Белизна и гладкость положительно влияют на цветовые характеристики, оптическую плотность оттиска, красковосприятие.

Впитывающая способность бумаги по отношению к печатной краске уменьшается с введением в бумажную массу синтетических полимеров за счет уменьшения пористости и размеров капилляров. Красковосприятие бумаги различается не только соотношением в композиции ОН и ХЦ, но и определяется молекулярной и структурной природой бумаги.

Наличие химически совмещаемых функциональных групп в составе использованных полимеров, как с целлюлозой, так и с синтетическими волокнами способствует появлению новых межмолекулярных связей, лучшему переплетению разнородных волокон и уплотнению структуры бумаги в целом.

Литературы

1. Исследование рынка бумаги. Электронный ресурс. / http://www.vniki.ru/

2. http://www.podrobno.uz.

3. Ешбаева У.Ж., Рафиков А.С. Бумага из альтернативного и вторичного сырья. Монография. - Ташкент: Tafakkur gulshoni. 2015.-112 с.

4. Тиллашайхов М.С., Сайфутдинов Р. Мир- камилов Ш.М. Измение структуры стеблей хлопчатника в процессах его переработки на целлюлозу // Тез. докл.Респ.конф.молодых учен, и спец. - Ташкент. 1988.- С.85

5. Анохин.А.П. Бессернистые методы выделения целлюлозы из стеблей хлопчатника и возможности ее использования: Автореф. на соис. уч. степ. канд. тех. наук. - Ташкент. 1984. -16 с

6. Гутман Б. Б., Янченко Л. Н., Гуревич Л. И., Бумага из синтетических волокон. - Москва. МГУП, 1971. -128 с.

7. Варепо, Л.Г., Голунов, А.В. Влияние геометрии поверхности бумаги на цветопередачу оттиска // Advanced Materials Research. - М. 2011.-Р. 366-369.

8. Кулак М.И., Медяк Д.М. Взаимосвязь структуры и оптических свойств бумаги // Актуальные проблемы прочности. Матер. Междунар. науч. - техн. конф. - Витебск: ВГТУ, 2004. - С. 184 - 189.

9. Остреров М.А., Товстошкурова Д.У., Окунева Т.К. Методы оценки качества печатных видов бумаги по ГОСТ и ISO. // Целлюлоза. Бумага. Картон. - Москва, 1994. № 3-4. -С. 20-22.

10. Климова Е.Д., Азарова И.Н. Материалове- дение-Москва. МИПК им. И.Федорова.2006.-304с.

11. Комаров. В.И. Деформация и разрушение волокнистых целлюлозно-бумажных материалов. - Архангельск, 2002. - 440 с.

12. Ешбаева У.Ж., Рафиков А.С. Микрострук- турные свойства бумаг с введением химических полимеров // Полиграфия. - Москва, 2016. - №2. - С.44-46.

13. Хюн Ю.А. Разработка методики тестирования упаковочного картона применительно к различным условиям печатного процесса: Дисс.на соис. уч. степ. канд.тех.наук. - Москва. МГУП. 2005. -120 с.

Размещено на Allbest.ru