3.8.3 Папір і картон

Папір – це пористо-капілярний матеріал, із масою квадратного метра до 250г, що складається переважно із рослинних волокон, пов'язаних між собою силами поверхневого зчеплення, в якому можуть міститися проклеювальні речовини, мінеральні наповнювачі, хімічні й натуральні волокна, пігменти й барвники.

Картон – це багатошаровий матеріал, що містить переважно рослинні волокна і відрізняється від паперу більшою товщиною і масою квадратного метра.

Виробництво паперу – трудомісткий процес, який передбачає виготовлення паперової маси, відлив та обробку паперу.

Однією із найважливіших технологічних операцій цього процесу є розмелюван­ня–оброблення маси волокнистого напівфабрикату в розмелювальній апаратурі з метою розщеплення його волокон, зменшення розмірів та їх гідратації. Ступінь розмелювання характеризується довжиною волокна та ступенем фібрилювання. Залежно від довжини отриманих волокон, розмол може бути довгим (2,5–1,5 мм) і коротким (менше 1 мм), залежно від ступеня розмелювання – масним і пісним. При масному розмелюванні майже всі волокна розщеплено на фібрили, і на дотик маса здається "масною". Вплив розмелювання на властивості паперу є значним. Утворення великої кількості фібрил надає волокнам гнучкості та пластичності. Збільшення загальної кількості поверхні волокон сприяє ліпшому їх з'єднанню та переплетенню. Тому масне розмелювання використовують для виготовлення міцного, щільного, гладкого та дрібнопористого паперу. При пісному розмелюванні волокон отримують пухкий, пористий папір (наприклад, газетний, фільтрувальний).

Розмелені волокнисті напівфабрикати змішуються у певному співвідношенні (відповідно до складу даного виду паперу) у регуляторах композиції. Потім паперова маса, залежно від вимог до якості готової продукції, може йти на відлив, або в її композицію додатково вводять проклеювальні речовини, наповнювачі, барвники тощо. Для осадження на волокнах компонентів, що додають у паперову масу, вико­ристовують сірчанокислий алюміній, поліакриламід чи інші домішки.

Підготовлену паперову масу регулюють за концентрацією, акумулюють у масних чи машинних басейнах. Перед подачею паперової маси на машину, де відливається папір, її розбавляють, очищують від шкідливих домішок і подають через спеціальні потокорозподілювачі в напірний пристрій, а далі на формуючий пристрій. Останній складається з однієї чи декількох рухомих незакінчених сіток, де відбувається видалення основної частини води й формування (чи відлив) необхідної структури паперового чи картонного полотна, яке далі в інших частинах машини підлягатиметься пресуванню, сушінню, охолодженню, машинній обробці й намотці.

Залежно від вимог готової продукції, вона може бути додатково каландрована на суперкаландрах. Готовий папір й картон розрізають на рулони заданого формату, пакують й направляють на склад готової продукції. У випадку необхідності папір і картон розрізають на бобіни чи аркуші. Вони можуть крейдуватися, можуть підлягатися тисненню чи іншій обробці.

Паперовий і картонний брак, що обов'язково утворюється в процесі вироб­ництва, знову перетворюється в паперову масу і повертається в технологічний процес (рис. 3.17).

Рисунок 3.17 – Загальна технологічна схема виготовлення паперу та картону

Виробництво картону в загальних рисах мало відрізняється від виробництва паперу. Різниця в тому, що картон є багатошаровим композиційним матеріалом, тому для його внутрішніх шарів використовують дешевші волокнисті матеріали, ніж зовнішні. Інколи доводиться розділяти потоки оборотних вод картоноробної машини: на води для поверхневого шару із білених напівфабрикатів і для внутрішніх шарів із макулатурної маси і небілених напівфабрикатів. Якщо ж білизна зовнішнього шару картону не нормується, то оборотні води можуть йти загальним потоком для всіх шарів.

Друкарські властивості паперу – це властивості, що визначають поведінку паперу до друкування (тобто проходження його через паперопровідну систему друкарської машини), під час друкування (взаємодія паперу з друкарською фарбою) та після друкування (операції фальцювання, брошурування, підрізання, а також експлуатаційні характеристики готової продукції). Тому актуальним та важливим є висвітлення найбільш важливих параметрів паперу, які слід враховувати при закупівлі і використанні. До основних з них можна віднести: показники структури, молекулярно-фізичні, механічні, оптичні та інші властивості. Вони повинні відповідати умовам даного технологічного процесу і характеру друкарської продукції, для якої призначено папір.

У випадку застосування офсетного способу друку важливими показниками є міцність поверхні паперу і характер взаємодії його з вологою. Папір повинен мати високий рівень проклеювання, а стан поверхні (гладкість) суттєвої ролі не відіграє через те, що тиражування зображення виконується за допомогою офсетного циліндра. Папір, призначений для рулонного друку або для друкування за один процес, не рекомендується застосовувати для декількох прогонів на друкарській машині, оскільки він не нормується за значенням лінійної деформації. Важливо також врахувати наявність сушильних пристроїв у рулонних машинах. За їх відсутністю можна обмежитися папером машинної гладкості, пористим, але некрейдяним.

На відміну від офсетного способу, високий друк є дуже чуттєвим до характеру поверхні паперу. Залежно від ступеня обробки поверхні друкарський папір може бути машинної гладкості, глазурований і високоглазурований. У способі високого друку перенесення інформації з форми забезпечує тиск, під дією якого вирівнюється поверхня паперу. Тому значна шорсткість паперу вимагає збільшеного тиску, що погіршує якості відбитка. Друкарський папір машинної гладкості призначений для друкування текстової продукції, глазурований – ілюстраційно-текстової з тоновими зображеннями з лініатурою растра до 40лін/см. Відтворення складних штрихових і тонових ілюстрацій з лініатурою растра до 48 лін/см рекомендується здійснювати на високоглазурованому папері під час друкування на аркушевих машинах, враховуючи дещо сповільнене закріплення фарби на відбитках через структуру поверхні.

Папір для глибокого друку повинен мати високу здатність до вбирання, що забезпечить сприйняття малов'язкої фарби із заглиблень друкарської форми.

Отже, особливості самого процесу одержання якісних відбитків у різних способах друку зумовлює специфічність властивостей друкарського паперу. Разом із тим папір має відповідати вимогам, які є загальними для всіх видів паперу, а саме:

– достатня механічна міцність, що забезпечує нормальні умови процесу дру­кування та довговічність використання друкарської продукції без помітного її руйнування;

– незасміченість, що характеризується допустимим числом смітинок площиною 0,1– 0,5 мм² на 1 м² паперу;

– товщина, щільність, структура та інші властивості паперу мають бути однорідними не лише у папері однієї партії, але й усередині кожного аркуша (різка зміна властивостей паперу – суттєвий його недолік);

– вологість у межах 6–8%;

– аркуші паперу повинні мати чітку прямокутну форму. Косина аркуша не має перевищувати 2 мм; обріз країв паперу має бути чистим і рівним;

– аркуші паперу не повинні мати складок, зморшок, плям, смужок, отворів, надривів та інших пошкоджень.

В процесі поліграфічної технології папір вступає в контакт з рідкими матеріалами, що входять до складу друкарських фарб, клеїв, лаків та ін. Під час використання полігра­фічної продукції папір також може підлягатися дії різних рідин і, перш за все, води. Особливі вимоги до вологостійкості паперу висувається під час виготовлення офсетного, картографічного, форзацного, обкладинкового, етикеткового паперу. Тому ми розглядає­мо вбирну здатність паперу у відношенні до друкарських фарб та специфічну дію води на папір.

Особливими властивостями паперу, які здійснюють безпосередній вплив на якість віддрукованої продукції, а також на вибір фарб для друкування тієї чи іншої продукції чи умов обробки є властивості паперу вбирати фарбу. Правильний вибір паперу з оцінкою вбирання фарби означає виконання умови своєчасного і цілковитого закріплення фарби і як результат отримання якісного відбитка.

Здатність паперу вбирати фарбу залежить, в першу чергу, від капілярних властивостей паперу. Якщо зобразити структуру паперу у вигляді шкали, то на одному її кінці розмістяться макропористі сорти паперу, що складаються цілком з деревної маси, наприклад, газетні. Другий кінець шкали, відповідно, займуть целюлозні мікропористі сорти паперу, наприклад, крейдяні. Дещо лівіше розміститься целюлозний некрейдяний папір, також мікропористі. А решта займуть проміжок, що залишився.

Макропористий (або пористий) папір настільки швидко вбирає фарбу, що вона може проникнути на зворотну сторону аркуша. У цьому випадку може мати місце ще один дефект друкування, який називають осипанням. Причиною цього є те, що пігмент лишається на поверхні паперу без достатньої кількості в'яжучої речовини для утворення плівки. У випадку мікропористого (капілярного) паперу фарба майже не проникає в середину паперу, що може спричинити появу чорнишів.

Рисунок 3.18 – Класифікація паперу за пористостю

Підвищення вологості навколишнього середовища або намочування у воді змінює лінійні розміри аркуша. Однією з причин цього явища є набрякання волокон. При зволоженні рослинні волокна, з яких складається папір, набрякають, внаслідок чого змінюються розміри аркуша.

Ступінь лінійної деформації паперу – це зміна лінійних розмірів аркуша паперу (за довжиною й шириною) під дією зміни вологості навколишнього середовища.

Неоднорідність структури паперу й орієнтація волокон у машинному напрямку є причиною деформації у різних напрямках. Деформація має більшу величину в поперечному напрямку, оскільки при набряканні кожне волокно більше розширюється, ніж видовжується. Найбільшої деформації зазнає папір із зімкнутою структурою, меншої – пористий, у якому через значну кількість пор набухання менше впливає на розмір аркуша. Звідси стає зрозумілим, що наповнювач й каніфольна проклейка, які збільшують пористість, ведуть до зменшення деформації паперу, а крохмальна проклейка підвищує зімкнутість паперу і спричиняє збільшення його деформації після зволоження.

Деформація паперу виникає не тільки при його зануренні у воду. Вона має місце й при зміні вологості навколишнього середовища. Щоб уникнути деформації паперу при зволоженні, передбачають його акліматизацію. Для цього отриманий зі складу папір витримують у цехах протягом деякого часу, щоб він набув показників вологи й температури відповідних до умов цеху. У приміщеннях друкарських цехів рекомендується підтримувати такі кліматичні умови: у холодну пору року – температура 18–22 °С при відносній вологості повітря 45%; у теплу пору року – температура 19–23 °С і відносна вологість близько 53%.

Папір у виробах, незалежно від їх питомої ваги, несе в основному інформаційне навантаження, а картон, окрім цього, є ще основою певної конструкції. Картон – це листовий, багатошаровий матеріал, маса 1 м² якого понад 250 г. Картон відрізняється від паперу більшою товщиною (0,5 до 3 мм).

Для виробництва картону використовують такі типи волокнистої маси, які відрізняються за способами виробництва:

– хімічна целюлоза;

– деревна маса (подрібнена деревина, спресована подрібнена деревина, очищена деревна маса, спресована очищена деревна маса, бура деревна маса, термомеханічна деревна маса);

– перероблена (макулатурна) волокниста маса.

Процес підготовки маси для відливу картону не відрізняється від процесу підготовки паперової маси. Відлив картону здійснюють на машинах, які за будовою подібні до машин для відливання паперу. Вони дають змогу з'єднати елементарні волокнисті шари для отримання картону необхідної товщини і маси. Наприклад, у палітурному картоні послідовно нашаровуються та з'єднуються сім елементарних волокнистих шарів.

Для друкування важливим фактором у картоні є крейдяна поверхня. Колір його поверхні досягається за допомогою пігментів, в'яжучих, аддитивів і води.

Нині одним із основних методів крейдування є шаберне крейдування, оскільки таким способом можна домогтися найгладкішої поверхні. Зазвичай цього досягають у два етапи: попереднє крейдування згладжує волокнисту поверхню лицьового боку (лайнера) і готує основу для верхнього крейдування. У картонах із перероблених волокон для досягнення ними найкращих друкарських властивостей останнім часом застосовують тришарове крейдування. Покриття з білим пігментом накладають у рідкій формі на один або на два боки в залежності від продукту, пригладжують лезом і висушують. Продукт у цьому випадку вирізняється білизною, рівномірністю забарвленням, всотуваністю лаку і гладкістю. Щоб домогтися однорідних і постійних показників поверхні, картон обробляють полірувальним пензлем або каландруванням, що дає змогу досягти максимального ефекту при друкуванні і лакуванні.

Кожен виріб ставить свої специфічні вимоги до картону і при виборі ці вимоги мають бути пов'язані з характеристиками картону. Наприклад, пакувальний картон має захистити вміст упаковки від зовнішнього середовища, в тому числі від різних чинників протягом обробки, екстремальних значень температури і вологості, а також сприяти просування продукту на ринку, створювати привабливий зовнішній вигляд. Вимоги до просування і фізичного захисту відображуються як картон, наприклад, гладкості, жорсткості, витривалості.