Бумага – очень древнее изобретение. Её знали в Древнем Китае. Отцом бумаги считают китайца Пай Луня, который придумал бумагу в 105 году новой эры. Делали её тогда так: клочки шелковой ваты, тряпье, старые рыболовные сети измельчали и бросали в чан с водой, взбалтывали, пока не получалась однородная, водянистая кашеобразная масса, которую черпали бамбуковой сеткой. Осадок, оставшийся лежать ровным слоем на сетке, просушивали. Этот принцип работает и сегодня, изменились только средства производства, масштабы, скорости и сырье.
В России бумага появилась в XIV веке. До этого времени писали на пергаменте.
Бумага – это тонкие и ровные листы или ленты материала, состоящего в основном из целлюлозных волокон (древесная целлюлоза, древесная масса, волокна хлопка, льна, макулатурная масса и некоторые другие вспомогательные добавки). Длина растительных волокон, из которых образована бумага, 1-2 мм при диаметре около 25 мкм. Масса одного квадратного метра бумаги достигает 250 грамм.
По определению, бумага – это пористо-каппилярный плоскостной искусственно созданный материал, доступный для проникновения воздуха, влаги и красок. При размачивании в воде обычные сорта бумаги теряют свою механическую прочность, при пропитке керосином или маслами прочность бумаги не меняется. Это убеждает в том, что целлюлозные волокна в бумаге соединены между собой главным образом водородными связями.
Свойства бумаги зависят от волокнистого состава, природы растительных волокон, характера их обработки, содержания наполнителя, проклейки, а также технологии отлива и отделки, благодаря чему бумага получается с разными свойствами.
Состав и технология изготовления бумаги
Размолотое целлюлозное волокно, древесная масса, отбеленный и измельченный каолин, клей, подцветку смешивают в нужных пропорциях.
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. Оксид цинка используется как наполнитель для специальных видов бумаги.
Благодаря наполнителям бумага становится ровной, гладкой, непрозрачной, пластичной, капиллярной и менее пористой.
Бумагу отливают из бумажной массы на бумагоделательной машине, работающей со скоростью до 800 м/мин и состоящей из четырех составных частей:
1. сеточная часть: бумажная масса потоком поступает на сетку машины. Формирующийся из кашеобразной массы тонкий волокнистый слой постепенно освобождается от воды на сеточной части.
2. прессовая часть: здесь вода отжимается давлением прессов.
3. сушильная часть: бумажная лента, прижимаясь к сушильным цилиндрам, доводится до сухости 95%. В сушильной части встраивают клеильный пресс для поверхностной проклейки бумаги, что необходимо для бумаг, используемых для печати с применением увлажнения (литография, фототипия, офсетная печать).
4. отделочная часть с накатом бумаги (намотка в рулоны): три-восемь полированных чугунных цилиндров уплотняют бумагу, делая её поверхность ровнее.
В процессе изготовления бумаги, когда бумажная масса потоком поступает на движущуюся сетку бумагоделательной машины, волокна, увлекаемые потоком, принимают преимущественно расположение, когда их оси совпадают с направлением движения сетки машины. Поэтому свойства бумажного листа в продольном и поперечных направлениях будут несколько различны, а именно – прочность бумаги будет выше в продольном направлении.
Приём определения направления волокон бумаги
1) Если мы разорвем бумагу по длине и по ширине листа, то разрыв по направлению движения сетки бумагоделательной машины будет ровным, а в поперечном направлении разрыв будет неровным (драным). Направление ровного разрыва бумаги и есть направление отлива бумаги.
2) отрезать одинаковые полоски по длине листа и по его ширине. Положить одну полоску на другую. Выравнить. Взять в руку большим и указательным пальцами. Вытянуть руку под прямым углом перед собой. Та полоска, которая свисать будет меньше и определяет направление отлива бумаги.
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.
То есть бумага ортотропна: её свойства несколько отличаются во всех трех измерениях – по ширине, длине и лицу/обороте.
Всё это необходимо учитывать при подготовке бумаги к печатанию и при обработке оттисков в брошюровочно-переплетных и отделочных целях (при разрезке, фальцовке, шитье, высечке и тиснении).
Требования к качеству печатной бумаги
1. достаточная механическая прочность, обеспечивающая нормальные условия выполнения процесса печатания тем или иным способом (отсутствие обрывов бумажного полотна при печатании, минимальность застреваний листов и подачи двойных листов, продолжительное использование печатной продукции без заметного разрушения).
2. незасоренность, характеризующаяся допустимым числом соринок площадью 0,1-0,5 кв.мм каждая в 1 кв.м бумаги
3. толщина, плотность, структура и другие свойства бумаги должны быть однородными не только у листов одной и той же партии, но и внутри каждого листа.
4. влагосодержание бумаги должна быть в пределах 6-8%.
5. листы бумаги должны иметь строго прямоугольную форму. Косина листа не должна превышать 0,2%. Волнистость листов в кипах при их распаковке не допускается.
Свойства бумаги
Допечатные свойства бумаги, как правило, связаны с влажностью, упаковкой и хранением бумаги. Свойства бумаги, называемые печатными, включают характеристики, определяющие прохождение бумаги через бумагопроводящую систему печатной машины, а также свойства, определяющие качество печатного оттиска.
Печатные свойства обеспечивают получение высококачественного оттиска. Основные печатные свойства бумаги:
- белизна
- гладкость
- упругоэластичность
- пластичность
- впитываемость
- непрозрачность
- незасоренность
- прочность поверхностного слоя
- плоскостность.
Эти свойства должны соответствовать условиям того или иного способа печати.
Послепечатные свойства бумаги определяют процессы разрезки, фальцовки, шитья, высечки и тиснения, а также условия и требования прессования полуфабрикатов и их хранения и сушки.
Белизна бумаги:
Высокая степень белизны печатной бумаги весьма желательна, так как четкость, удобочитаемость издания зависят от контрастности запечатанных (текст, иллюстрации) и пробельных участков оттисков.
Степень белизны бумаги зависит от её возможно более полного и равномерного отражения лучей различной длины по всему спектру дневного рассеянного белого света. Чтобы повысить белизну бумаги, устранить возможный желтоватый оттенок, бумагу в процессе изготовления подкрашивают синими и фиолетовыми красителями или вводят в её состав оптические отбеливатели.
Степень белизны некоторых видов бумаги:
Мелованная с оптическим отбеливателем – 84%
Мелованная без оптического отбеливателя – 78%
Чистоцеллюлозная печатная бумага с оптическим отбеливателем – 83%
Тоже самое без – 78%
Печатная бумага с белой древесной массой – 72%
Газетная бумага – 65%
Гладкость бумаги:
Зависит от микрогеометрии поверхности бумаги, то есть рельефа, образованного выступами и впадинами между растительными волокнами и частичками наполнителя.
Глянцевитость или матовость бумаги также зависит от микрогеометрии её поверхности. Очень гладкие бумаги будут глянцевыми, шероховатые – матовыми.
Упругоэластичность:
Под действием рабочего органа машины бумага деформируется, однако в зависимости от степени механического напряжения и целей технологических операций возникают деформации разного характера: упругие, эластические и пластические.
Свойство материала мгновенно изменяет свою форму и размеры под действием соответствующей нагрузки, и после прекращения её действия также мгновенно восстанавливать их называется упругостью. Следовательно, упругие – это мгновенно возникающие, полностью обратимые деформации. Эластичность – это свойство материала изменять форму и размеры под действием нагрузки в течение некоторого времени и постепенно полностью восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия. Свойство же материала сохранять полученную деформацию после снятия механического воздействия, вызывающего его, называется пластичностью.
Упругоэластические свойства положительно сказываются на процессе печатания, но зачастую они бывают недостаточными для надлежащего выравнивания поверхности бумаги в процессе печатания и компенсации неровностей, как печатной формы, так и самой бумаги. Пластические деформации бумаги технологически необходимы при фальцовке, биговке, тиснении.
Эти противоречивые требования к свойствам бумаги решаются созданием различных видов и сортов бумаги. Ведь выбор бумаги для воплощения той или иной идеи на 50% определяет качество её исполнения.
Впитываемость:
Надлежащая впитывающая способность бумаги – важное условие своевременного и полного закрепления краски. Впитывание краски в бумагу определяется её пористо-капиллярным строением.
Впитывающая способность бумаги особенно важна для способов печати и лакирования, где закрепление краски и лака в основном определяется впитыванием, например, глубокая печать, флексографская печать на бумаге, лакирование дисперсионными лаками.
Режим высушивания бумаги на бумагоделательной машине влияет на пористость бумаги. Так при высокотемпературном режиме сушки пористость бумаги возрастает.
Прочность:
Это свойство особенно важно для иллюстрационной, многокрасочной печати.