Свойства бумаги: теория и практика

Белизна

При­бор­ное опре­де­ле­ние белиз­ны мате­ри­а­лов зада­ча тех­ни­че­ски слож­ная. Слиш­ком мно­го вли­я­ю­щих фак­то­ров, кото­рые име­ют тех­ни­че­скую неопре­де­лён­ность. Суще­ству­ет, напри­мер, про­бле­ма под­дер­жа­ния и повер­ки эта­ло­нов, ста­биль­но­сти источ­ни­ков све­та — все они “ста­ре­ют” и най­ти два с оди­на­ко­вы­ми харак­те­ри­сти­ка­ми почти невоз­мож­но, суще­ству­ет про­бле­ма чув­стви­тель­но­сти изме­ри­тель­ных при­бо­ров при изме­ре­ни­ях бума­ги раз­но­го цве­та и т.д.

На изме­ре­ния в види­мой части спек­тра вли­я­ет и неви­ди­мое, корот­ко­вол­но­вое, уль­тра­фи­о­ле­то­вое излу­че­ние. Стро­го гово­ря, для оцен­ки опти­че­ских харак­те­ри­стик мате­ри­а­ла надо опре­де­лять весь его спектр отра­же­ния. Одна­ко прак­ти­че­ски удоб­нее, срав­ни­вая образ­цы, срав­ни­вать две циф­ры, что не поз­во­ля­ет делать срав­не­ние непре­рыв­ных спек­тров.

• белиз­на (Brightness), как коэф­фи­ци­ент отра­же­ния волн в диа­па­зоне 457 нм;
• белиз­на CIE (Whitness), рас­счи­тан­ная по коор­ди­на­там цветности;
• свет­ло­та CIE, опре­де­ля­е­мая в коор­ди­на­тах цвет­но­сти L, a^*, b^*.

https://www.youtube.com/watch?v=HSxJkKiHXbw

Стан­дарт­ная белиз­на (Brightness), бума­ги — это коэф­фи­ци­ент диф­фуз­но­го отра­же­ния поверх­но­сти бума­ги при осве­ще­нии её опре­де­лён­ным источ­ни­ком све­та, изме­рен­ный при длине вол­ны 457 нм.

Белиз­на изме­ря­ет­ся фото­мет­ра­ми, спек­тро­фо­то­мет­ра­ми. Так белиз­на изме­ря­ет­ся по стан­дар­там раз­лич­ных стран и по меж­ду­на­род­но­му стан­дар­ту. При изме­ре­ни­ях по ГОСТ 30113, сов­па­да­ю­ще­му со стан­дар­том ИСО 2470, белиз­на может при­вы­шать 100 процентов.

При изме­ре­ни­ях белиз­ны (как и при дру­гих цве­то­вых изме­ре­ни­ях) важ­но ого­ва­ри­вать источ­ник осве­ще­ния при кото­ром про­во­дят­ся изме­ре­ния. Таких источ­ни­ков исполь­зу­ет­ся, как пра­ви­ло, четы­ре: “А”, “В”, “С”, “Д65”. Источ­ник “А” вос­про­из­во­дит усло­вия сред­не­го иску­ствен­но­го осве­ще­ния элек­три­че­ски­ми лам­па­ми нака­ли­ва­ния, “В” — нар­ма пря­мо­го сол­неч­но­го цве­та, “С” — флю­о­рес­цент­ной ртут­ной лам­пы, “Д65” — днев­но­го све­та.

Так как изме­ре­ния по это­му мето­ду про­во­дят­ся в узком диа­па­зоне спек­тра (око­ло 457 нм), а глаз чело­ве­ка видит весь спектр от 400 до 700 нм, кор­ре­ля­ция с визу­аль­ной оцен­кой не все­гда хорошая.

Белиз­на CIE (Whitness), рас­счи­ты­ва­ет­ся по коор­ди­на­там цвет­но­сти и коор­ди­на­там цве­та (для это­го опре­де­ля­ет­ся зна­че­ние CIE- отте­нок (CIE- Tint) вели­чи­на даёт впе­чат­ле­ние о сте­пе­ни белиз­ны образ­ца, содер­жа­ще­го ООВ и эле­мен­ты отте­ноч­но­го кра­си­те­ля. Это даёт доволь­но точ­ную кор­ре­ля­цию с гла­зом чело­ве­ка и явля­ет­ся одним из луч­ших мето­дов изме­ре­ния белизны.

Недо­стат­ки этой систе­мы измерения: 

• В каче­стве офи­ци­аль­но­го он может исполь­зо­вать­ся толь­ко для срав­не­ния образ­цов, испы­тан­ных одним спек­тро­фо­то­мет­ром и в одно вре­мя. Это свя­за­но с отли­чи­я­ми при­бо­ров и источ­ни­ков света;
• Изме­ря­е­мый обра­зец дол­жен быть доста­точ­но белым. Газет­ная бума­га, напри­мер, даёт оши­боч­ные резуль­та­ты. Тём­но-голу­бой отте­нок завы­ша­ет зна­че­ния белиз­ны CIE.

Свет­ло­та CIE, опре­де­ля­ет­ся в сово­куп­но­сти с коор­ди­на­та­ми цвет­но­сти а* и b*. И пред­став­ля­ет собой раз­ни­цу меж­ду чёр­ным и белым. Для иде­аль­но бело­го L = 100. Для иде­аль­но чёр­но­го — 0.

В каче­стве иллю­стра­ции раз­ли­чий в опре­де­ле­нии белиз­ны бума­ги в зави­си­мо­сти от мето­да и исполь­зо­ван­ных при­бо­ров, при­ве­дём несколь­ко обра­бо­тан­ные дан­ные из докла­да сде­лан­но­го на кон­фе­рен­ции Тех­ни­че­ской ассо­ци­а­ции бумаж­ной инду­стрии (PITA) в Ман­че­сте­ре в октяб­ре 1997 года А. Тин­да­лем (фир­ма “Кла­ри­ант”) “Про­из­вод­ство и изме­ре­ние белизны”.

Изме­ре­ния одно­го и того же образ­ца бума­ги про­из­во­ди­лись тре­мя спектрофотометрами:

• Elrepho 2000 с исполь­зо­ва­ни­ем ком­пью­тер­ной про­грам­мы фир­мы “Кла­ри­ант”;
• Datacolor Spectraflash 500;
• Minolta CM-2002 .

Белизна бумаги

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

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

На бумажных фабриках крашение
бумаги осуществляется двумя способами:

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

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

Многочисленные
группы красителей и отбеливающих
веществ различаются по своему строению и химическому
составу, поэтому они по-разному окрашивают
волокна бумаги. Подбор красителей и пигментов —
дело достаточно сложное и для получения
оптимального эффекта требует правильного
смешения цветов.

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

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

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

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

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

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

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

Взаимодействие бумаги с краской

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

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

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

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

Краскоперенос в контактных
видах печати определяется давлением, под
которым находится бумага в процессе
печати. В офсетной печати оно
минимальное, а в глубокой может
доходить до 800 кг/см2 (высокая печать
по этому параметру занимает среднее
положение).

Давление сглаживает
макронеровности бумаги и обеспечивает
надлежащий контакт ее поверхности с печатной
формой. Когда печатная форма давит на
бумагу, то краска или с усилием
внедряется в промежутки между волокнами
бумаги (в ее поры), или — при их
отсутствии (мелованная и сильно
каландрированная немелованная бумага) —
выдавливается с поверхности печатающего
элемента.

Данный эффект особенно заметен во
флексографской печати и в случае
эластичности печатающих элементов. По этой
причине на глазированной мелованной бумаге
печатают, по возможности, тонкими слоями,
более вязкими насыщенными красками, при
оптимальном давлении печатного цилиндра.
При печати на впитывающей макропористой
бумаге такой эффект заметен менее всего.

Четкость печатающих элементов на
оттиске зависит прежде всего от
микрогеометрии (гладкости) поверхности
бумаги, ее пластичности и от
реологических свойств красок. Например,
максимальная линиатура растровых
изображений напрямую зависит от гладкости
немелованной бумаги.

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

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

Пористость,
капиллярность и гладкость бумаги влияют
и на закрепление краски на оттисках. Под
давлением печатного цилиндра из красочного
слоя на оттиске выдавливается значительное
количество связующего, которое мгновенно
впитывается в бумагу. Этому способствует
вакуум, образующийся в порах и капиллярах
бумаги после того, как оттиск выходит из
печатной пары (печатный цилиндр —
формный или офсетный цилиндр).

Затем
следует постепенная капиллярная пропитка
бумаги низковязкими и низкомолекулярными
компонентами связующего (избирательное
впитывание). Чем умереннее подача краски и выше
давление печатного цилиндра, тем лучше
краска закрепляется на бумаге. Повышение
температуры и понижение влажности в печатных
цехах также способствуют лучшему
закреплению красок.

Гладкость (шероховатость)

Гео­мет­рия поверх­но­сти бума­ги харак­те­ри­зу­ет­ся пока­за­те­лем глад­ко­сти или шеро­хо­ва­то­сти.

“Гео­мет­рия поверх­но­сти” бума­ги опре­де­ля­ет­ся не толь­ко мик­ро­не­ров­но­стя­ми, но и мак­ро­не­ров­но­стя­ми. Пер­вые обу­слов­ле­ны мик­ро­гео­мет­ри­ей, вто­рые рас­пре­де­ле­ни­ем мас­сы по площади.

Суще­ству­ет груп­па наи­бо­лее рас­про­стра­нен­ных мето­дов, в кото­рых глад­кость изме­ря­ет­ся с помо­щью пото­ка воздуха.

Наи­бо­лее рас­про­стра­не­ны мето­ды изме­ре­ния на при­бо­ре Бендт­се­на Шеф­фил­да и Пар­ке­ра (шеро­хо­ва­тость). Бек­ка (глад­кость).

Сущ­ность мето­да Бек­ка заклю­ча­ет­ся в изме­ре­нии вре­ме­ни, необ­хо­ди­мо­го для про­хож­де­ния воз­ду­ха опре­де­лен­но­го объ­е­ма в ваку­ум­ную каме­ру меж­ду поверх­но­стя­ми испы­ту­е­мо­го образ­ца и стек­лян­ной поли­ро­ван­ной пла­сти­ны опре­де­лен­ной пло­ща­ди, при­жа­тых с опре­де­лен­ным дав­ле­ни­ем. Глад­кость изме­ря­ет­ся в секун­дах. Чем выше глад­кость, тем боль­ше зна­че­ние показателя.

Стро­гих зави­си­мо­стей меж­ду зна­че­ни­я­ми пока­за­те­лей глад­ко­сти (шеро­хо­ва­то­сти), изме­рен­ных раз­ны­ми мето­да­ми, нет. Суще­ству­ет каче­ствен­ная зави­си­мость меж­ду зна­че­ни­я­ми глад­ко­сти по Бек­ку и шеро­хо­ва­то­сти по Бендт­се­ну.

На при­бо­рах Бендт­се­на, Шеф­фил­да изме­ря­ет­ся поток воз­ду­ха, про­хо­дя­щий при посто­ян­ном дав­ле­нии меж­ду поверх­но­стью коль­ца и листом бумаги.

Шеро­хо­ва­тость по Бендт­се­ну выра­жа­ют в мл/мин, по Шеф­фил­ду в еди­ни­цах Шеффилда.

На рисун­ках при­ве­де­ны каче­ствен­ные зави­си­мо­сти меж­ду пара­мет­ра­ми, опре­де­лён­ны­ми раз­ны­ми мето­да­ми. Они поз­во­ля­ют оце­нить харак­тер изме­не­ния одно­го пара­мет­ра в зави­си­мо­сти от изме­не­ния дру­го­го и могут помочь при срав­не­нии пока­за­те­лей глад­ко­сти и шеро­хо­ва­то­сти образ­цов, изме­рен­ных раз­ны­ми мето­да­ми.

Метод Пар­ке­ра (PPS) слу­жит для изме­ре­ния шеро­хо­ва­тость бума­ги и кар­то­на в усло­ви­ях близ­ких к усло­ви­ям печат­ной маши­ны. Резуль­тат изме­ре­ния шеро­хо­ва­то­сти по Пар­ке­ру выра­жа­ет­ся в микронах.

Гладкость бумаги

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

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

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

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

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

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

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

В полиграфическом производстве
бумага, проходя различные технологические
процессы, испытывает разного рода
воздействия и дефор­мации. Так, при
высокой печати на бумагу давят рельефные
печатающие элементы формы, в брошюровочно-переплетном
производстве бумага фальцуется в тетради
и прессуется.

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

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

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

В полиграфии необходимы как упруго-эластические,
так и пластические (остаточные)
деформации. Упруго-эластические свойства
положительно сказываются на процессе
печатания, но зачастую бывают
недостаточными для надлежащего
выравнивания поверхности бумаги и компенсации
неровностей как печатной формы (офсетного
полотна), так и самой бумаги.

Пластические деформации бумаги
технологически необходимы при фальцовке,
биговке, штриховке, тиснении. Такие
противоречивые требования к свойствам
бумаги удовлетворяются не путем
компромисса, а посредством создания
различных ее видов и сортов.

Упруго-эластические свойства бумаги во многом зависят от влажности и степени
уплотнения, каландрирования бумаги и силы воздействия на нее. Следует иметь
в виду, что существенно повысить упруго-эластические свойства бумаги не представляется
возможным, а для брошюровочно-переплетных работ это и вовсе нежелательно.

В
то же время задача повышения пластичности легко решаема. Так, бумага, содержащая
древесную массу со сравнительно укороченными, не слишком фибриллированными (разлохмаченными)
волокнами целлюлозы (рис. 4), а также значительное количество
наполнителя и особенно влаги, будет пластичной.

История человечества состоит из историй

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

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

Китайцам
бумага была известна задолго до нашей эры.
Археологи утверждают, что материалы,
напоминающие бумагу, существовали уже в III-IV вв.
до н. э. Есть предположение, что секрет
изготовления этого удивительного
материала китайцы могли перенять у тюрков.

Древние мастера умели изготавливать
тончайший войлок, распуская небольшие
кусочки шерсти в воде. Затем их
отлавливали ситом, отбрасывали на
специальный пресс, отжимали и сушили.
Китайцы заменили шерсть растительными
волокнами (толчеными кусочками коры
тутового дерева, размочаленными стеблями
бамбука) и получили совершенно новый
материал — бумагу.

Официальной датой появления бумаги в Китае считается 105 г.
н. э., когда чиновник Цай Лунь сделал императору официальный доклад о существовании
такой технологии. В VI-VII вв. в Китае уже имели хождение бумажные
деньги «Фэй-Тянь» (летающие монеты).

Это одна история, но есть и другие.

Бумага —
очень древнее изобретение. Появилась она в Китае
19 веков назад. Делали бумагу просто: клочки
шелковой ваты, тряпье, старые рыболовные
сети измельчали и бросали в чан с водой,
затем взбалтывали, пока не получалась
однородная водянистая, кашеобразная масса,
которую черпали бамбуковой сеткой.

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

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

Изготовление бумаги в России
было налажено во времена Ивана Грозного.

Возникновение бумаги стало
важнейшей предпосылкой для развития
книгопечатания.

Классификация печатных бумаг

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

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

Необходимо
подчеркнуть, что самые жесткие требования к
бумаге предъявляет офсетный способ печати
с увлажнением и лакированием
дисперсионными лаками. Поверхностный слой
офсетной бумаги должен слабо впитывать
увлажняющий раствор и при этом не менять
своих линейных размерах, а также не
разрушаться под воздействием густой и очень
липкой краски при многокрасочной печати «по
сырому».

При некоторых
способах печати большую роль играют
структурно-механические свойства бумаг.
Так, при высокой печати под давлением
печатного цилиндра бумага сжимается, а после
прекращения давления возвращается в первоначальное
состояние или сохраняет почти незаметную
для глаз остаточную деформацию,
обусловленную ее пластическими свойствами.

Последнее обстоятельство способствует
повышению четкости границ печатающих
элементов и препятствует выдавливанию
краски за их пределы, а также уменьшает
отмарывание. При достаточной пластичности
поверхность менее гладкой бумаги заметно
выравнивается под действием даже
небольшого давления печатного цилиндра,
что позволяет получать оттиски хорошего
качества.

Однако если давление становится
чрезмерным, то остаточная деформация может
оказаться настолько значительной, что
вызовет появление оборотного рельефа на
оттисках и даже разрыва бумаги. такая
опасность особенно высока для тонких бумаг
в области расположения печатающих
элементов с малыми площадями, например
точек, двоеточий, отдельных тонких штрихов
на изображении, тонких рамок и линий.

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

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

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

Общие требования к печатной бумаге

Существует ряд требований,
обязательных для всех видов печатной
бумаги:

1. Бумага должна иметь достаточную механическую прочность, обес­печивающую
   нормальные условия выполнения процесса печатания применяемым способом, а затем
   продолжительное использование готовой печатной продукции без заметного ее
   разрушения.
2. Печатная бумага должна быть однородной по толщине, плотности, структуре
   и цвету. Эти геометрические и физико-химические параметры во многом
   определяют и качество оттиска. Однородными должны быть все листы одной
   и той же партии. Резких колебаний свойств бумаги не допускается.
3. Содержание воды в связанном виде во
   многом определяет физико-химические и механические свойства печатной
   бумаги. При нормальных атмосферных условиях (температура 20 °С, относительная
   влажность среды 55-60%) в бумаге всегда имеется влага. Вода может быть
   химически связанной, адсорбционной и структурированной. Химически связанная
   вода соединена с целлюлозой посредством водородных связей. Адсорбционная
   вода обволакивает целлюлозные волокна мономолекулярным слоем. Структурированная
   влага конденсируется в порах и капиллярах. Бумага обязательно должна
   содержать около 7-9% влаги в связанном виде: при недостатке влаги она
   становится жесткой и хрупкой, а при избытке теряет прочность, становясь
   чрезмерно пластичной.

   В зависимости от содержания влаги в окружающей среде бумага впитывает
   либо отдает воду. Слабоувлажненная бумага не подвержена остаточным деформациям,
   в ней могут возникать только замедленные эластические деформации. При
   больших напряжениях в структуре бумаги происходит разрыв и скольжение
   отдельных волокон, что и выражается в появлении остаточных деформаций.
   При переувлажнении бумаги между ее волокнами возникают тончайшие (толщиной
   в несколько молекул) водяные прослойки, молекулярные (водородные) силы
   связи между отдельными волокнами ослабевают, вследствии чего
   вся структура приобретает подвижность и остаточную изменчивость.

4. Листы печатной бумаги должны иметь строго прямоугольную форму. Их косина
   не должна превышать 0,2%. Обрез кромок листов должен быть ровным и чистым.
5. На поверхности печатной бумаги не должно быть складок, морщин, залощенных
   и матовых полос, пятен, а также отверстий, надрывов и прочих
   повреждений. Волнистость (нарушение плоскостности) листов также не допускается.
   Повреждения и волнистость поверхности бумаги не только отрицательно сказываются
   на качестве оттиска, но и вызывает частые остановки печатной машины из-за
   застревания в ней листов.

Конкретные показатели качества должны соответствовать нормам, указанным в стандартах
по каждому виду бумаги. Свойства и количество содержания наполнителя в бумаге
влияют на проникновение краски в процессе печати, особенно на обратную сторону
листа.

Глубина проникновения краски в бумагу зависит от сомкнутости волокон
и наполнителя листа бумаги и вязкости краски. В процессе печати на качество
получения печатного изображения при взаимодействии печатной краски с бумагой
влияет также кислотность или щелочность бумаги.

Поэтому в процессе подготовки
бумаги к печатанию тиража необходимо провести комплекс подготовительных работ
по подбору краски, соответствующих конкретному листовому или ротационному печатному
оборудованию, а также правильно подобрать добавки для регулирования липкости,
понижения отмарывания красок, повышения прочности к истиранию, ускорения закрепления
красочного изображения на оттиске — в зависимости от вида использованной бумаги,
технологии и скорости печатания (табл. 2).

Отбор проб

При отбо­ре проб необ­хо­ди­мо соблю­сти после­до­ва­тель­ность операций:

• от пар­тии про­дук­ции отобрать еди­ни­цы продукции;
• от еди­ниц про­дук­ции отби­ра­ют листы;
• из ото­бран­ных листов отби­ра­ют и наре­за­ют листы проб (про­бы);
• в соот­вет­ствии с тре­бо­ва­ни­я­ми стан­дар­тов на мето­ды кон­крет­ных испы­та­ний наре­за­ют образ­цы для испытаний.

Листы не долж­ны иметь мор­щин и скла­док, долж­ны быть плос­ки­ми. Выре­зать­ся они долж­ны из непо­вре­ждён­ных листов про­дук­ции. Кром­ки отби­ра­е­мых листов долж­ны быть парал­лель­ны машин­но­му и попе­реч­но­му направ­ле­нию бума­ги. Листы про­бы долж­ны быть раз­ме­ром при­мер­но ( 300 х 450) мм.

В обра­ще­нии с листа­ми про­бы нуж­но соблю­дать осто­рож­ность защи­щая от воз­дей­ствия сол­неч­но­го све­та, жид­ко­стей, изме­не­ния влаж­но­сти и дру­гих неже­ла­тель­ных воз­дей­ствий (ГОСТ Отбор проб для опре­де­ле­ния сред­не­го качества).

Для при­ве­де­ния усло­вий испы­та­ний в сопо­ста­ви­мые усло­вия образ­цы бума­ги перед испы­та­ни­я­ми при­во­дят в некие стан­дарт­ные усло­вия по влаж­но­сти и тем­пе­ра­ту­ре. Да и сами испы­та­ния про­во­дят в этих усло­ви­ях. Такое при­ве­де­ние образ­цов в стан­дарт­ные усло­вия назы­ва­ет­ся кон­ди­ци­о­ни­ро­ва­ни­ем.

Усло­вия кон­ди­ци­о­ни­ро­ва­ния быва­ют трёх видов, как ука­за­но в таб­ли­це. Чаще исполь­зу­ют­ся усло­вия кон­ди­ци­о­ни­ро­ва­ния при 50% отно­си­тель­ной влаж­но­сти воз­ду­ха. Спе­ци­аль­ные усло­вия исполь­зу­ют­ся, напри­мер, при кон­ди­ци­о­ни­ро­ва­нии банк­нот­ной бумаги.

Образ­цы выдер­жи­ва­ют до дости­же­ния ими рав­но­вес­ной влаж­но­сти, кото­рая счи­та­ет­ся достиг­ну­той, если при двух после­до­ва­тель­ных взве­ши­ва­ни­ях образ­ца, про­ве­ден­ных через 1 ч, послед­няя мас­са отли­ча­ет­ся от преды­ду­щей не более чем на 0,25%.

При хра­не­нии и испы­та­нии образ­цов рав­но­вес­ная влаж­ность не долж­на изме­нять­ся (ГОСТ 13523–78. Метод кон­ди­ци­о­ни­ро­ва­ния образцов).

Плоскостность бумаги

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

Бумага не должна подвергаться негативному воздействию влаги и температурных
колебаний. Заботиться о климатических условиях необходимо потому, что бумага
обладает гигроскопичностью — способностью поглощать влагу из воздуха и отдавать
ее назад.

Если бумага хранится в помещении без упаковки, защищающей ее от атмосферных
воздействий, то она отдает или воспринимает влагу из окружающего воздуха до
тех пор, пока не будет достигнута равновесная влажность. При поглощении влаги
бумагой на ее краях образуется более или менее ярко выраженная волнистость (рис.
5).

Если бумага, наоборот, отдает влагу, то ее края загибаются, то есть
происходит коробление. И в том и в другом случае нарушение плоскостности листов
вызывает проблемы в работе листовых печатных машин, послепечатного и отделочного
оборудования с полистной подачей.

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

Чтобы избежать
возникновения этих трудностей, в типографии
проводят акклиматизацию бумаги, то есть ее
адаптацию к условиям печатного цеха. Бумагу
выдерживают несколько дней при постоянной
температуре и влажности на складе или
непосредственно в помещении, в котором
установлена печатная машина.

При этом не
рекомендуется распаковывать бумагу до тех
пор, пока не сравняются температура
помещения и упакованной бумаги. Стеллажи
уже отпечатанных оттисков, особенно если
при печати использовалась ИК-сушка,
необходимо накрыть пластиковыми чехлами.

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

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

Технология изготовления бумаги

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

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

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

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

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

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

Для каждого вида бумаги существует
определенное оптимальное количество
наполнителя. Каждый наполнитель имеет
специфические особенности как в плане
влияния на свойства бумаги, так и в плане
сцепления в структуре бумажного листа с растительными
волокнами.

Механизм сцепления частиц
наполнителя зависит от формы и размеров
частиц (их оптимальный размер — не более
0,3 мкм). Форма и размеры частиц порошка
также влияют на белизну, лоск, гладкость, на
впитываемость бумагой или картоном
печатных красок и лаков.

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

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

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

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

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

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

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

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

Гипс — минерал класса
сульфатов, порошок белого цвета. В обожженном
состоянии размер частиц уменьшается и белизна
гипса повышается. Средний размер частиц
обожженного гипса около 5 мкм, белизна
85-96%, коэффициент преломления 1,57. Природный
гипс придает бумаге звонкость и жесткость
на ощупь.

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

Мел — природный или
химически осажденный карбонат кальция,
твердое вещество белого цвета,
нерастворимый в воде, растворяется в слабой
кислоте. Средний размер частиц осажденного
мела 0,2-0,4 мкм, плотность 2,-2,9 г/м3,
белизна 80-95%, коэффициент преломления 1,48-1,68.

Мел придает бумаге мягкость, белизну,
непрозрачность, повышает впитываемость
печатных красок и лаков. В производстве
чаще всего применяется не как наполнитель,
а как пигмент для облагораживания бумаги с
целью получения на ней хорошего
визуального восприятия печатного
изображения (мелование бумаги).

Мелованная
бумага, матовая или глянцевая, состоит из
основы с нанесенным на нее покровным слоем,
состоящим из наполнителя и связующего. Цель
мелования — создание на поверхности
листа бумаги или картона ровного, гладкого
и одновременно эластичного слоя с
равномерным просветом.

Мелованный слой
способствует быстрому закреплению краски и лаков,
а также улучшает визуальное качество
оттиска. Мелованный слой должен быть
химически нейтральным, так как избыток
щелочи или кислоты может изменять в процессе
печати цветовые характеристики краски на
листе бумаги.

Наполнители
существенно влияют на свойства бумаги.
Благодаря им после каландрирования бумага
становится ровной, гладкой, непрозрачной,
пластичной, капиллярной и менее пористой.
Все это особенно важно для бумаг,
используемых в высокой и глубокой
печати.

Если бумага изготовлена из белой
древесной массы и небеленой целлюлозы,
наполнитель повышает степень ее белизны.
Однако наполнители несколько снижают
механическую прочность бумаги, так как
ограничивают возникновение водородных
связей между волокнами целлюлозы.

При размачивании в воде обычные
сорта бумаги теряют свою механическую
прочность, при пропитке керосином или
маслами прочность бумаги почти не меняется.
Это говорит о том, что целлюлозные
волокна в бумаге соединены между собой
главным образом водородными связями и в меньшей
степени — силами Ван-дер-Ваальса и трения.

Бумагу отливают на
бумагоделательных машинах, состоящих из
четырех частей:

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

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

Бумажная
масса потоком поступает на сетку
бумагоделательной машины. Формирующийся из
кашеобразной массы тонкий волокнистый слой
постепенно освобождается от воды на
сеточной части. На прессовой части машины
вода отжимается давлением прессов, а в сушильной
части бумажная лента, прижимаясь к сушильным
цилиндрам, доводится до сухости 95%.

В
однородной бумаге вместе с длинными
волокнами присутствует некоторое
количество мелких волокон, в основном
лиственных пород древесины, которые
заполняют свободное пространство между
длинными волокнами. Таким образом
увеличивается общая площадь, на которой
между волокнами устанавливаются прочные
связи, что способствует повышению
механической прочности бумаги.

В сушильной части находится
клеильный пресс.

Существует несколько технологий
проклейки бумажной массы. Офсетную,
картографическую, фототипную, обложечную,
писчую, чертежно-рисовальную и некоторые
другие виды бумаги проклеивают в массе
различными веществами, такими как
канифольный клей, крахмал, карбамидные
смолы, кремнийорганические полимеры и др.

Проклейка в массе делает бумагу более
влагостойкой, затрудняя проникновение в нее
воды, но не препятствуя впитыванию масляных
полиграфических красок. Это особенно важно
для бумаг, используемых в плоской (офсетной)
печати, литографии и фототипии, где при
печати применяют и увлажнение водным
раствором.

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

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

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

В
процессе изготовления бумаги волокна,
увлекаемые потоком бумажной массы,
преимущественно принимают положение, при
котором их оси совпадают с направлением
движения сетки бумагоделательной машины.
Поэтому свойства бумажного листа в продольном
(в направлении движения сетки) и поперечном
направлениях будут несколько различны, а именно:
прочность бумаги будет выше в продольном
направлении, а изменение линейных
размеров при увлажнении будет значительно
больше в поперечном направлении.

Кроме
того, верхняя (лицевая) сторона бумаги, не
соприкасающаяся с сеткой
бумагоделательной машины, будет гораздо
ровнее сеточной. Сеточная сторона имеет
меньше наполнителя, частично уходящего из
бумаги вместе с промывными водами.
Следовательно, бумага ортотропна, то есть
ее свойства несколько различаются во всех
трех измерениях (ширина/ длина и лицо/оборот).

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