Papier należy do najstarszych materiałów wytwarzanych i użytkowanych przez człowieka, a mimo rosnšcej konkurencji ze strony mediów elektronicznych Đ wcale nie traci na znaczeniu [1]. Swš wielkš siłę przetrwania zawdzięcza takim zaletom, jak: praktycznie niewyczerpalnym, bo odtwarzalnym rolinnym surowcom służšcym do jego wyrobu, biorozkładalnoci, łatwoci spalania nieprzydatnych do przerobu odpadków papierowych, względnej lekkoci i przyjemnemu dotykowi, a co najważniejsze Đ możliwoci przerobu makulatury ponownie na papier.
Jakoć współczesnych papierów stymulowana jest przez dwie różne grupy czynników. Grupa pierwsza, majšca wpływ na podwyższenie jakoci papierów, to rozwój nowych technologii wymuszony przez ochronę rodowiska naturalnego, wprowadzanie nowych materiałów włóknistych lub cišgłe obniżanie gramatur wytworów papierniczych. Druga grupa czynników jest zwišzana z rozwojem maszyn drukujšcych objawiajšcym się głównie ich wyższš wydajnociš, czyli drukowaniem z wysokimi prędkociami oraz coraz wyższymi wymaganiami co do jakoci uzyskiwanych druków. Powyższe czynniki wymuszajš na producentach papieru produkcję nowych jego rodzajów lub podwyższanie wskaników jakociowych dotychczas produkowanych wytworów papierniczych.
Niezależnie od techniki, jakš papier ma być zadrukowany, jednš z najważniejszych cech jest jego jednorodnoć. Warunek dotyczy wszystkich istotnych dla procesu drukowania właciwoci papieru. Do drukowania na maszynach offsetowych produkowane sš papiery z odpowiednio dobranych surowców włóknistych, szczególnie odporne na działanie wody [2]. Właciwoci higroskopijne papieru, takie jak zachowanie się wobec wody i zmieniajšcej się wilgotnoci powietrza oraz odpornoć na zwilżanie i przenikanie cieczy cile wišżš się ze stopniem zaklejenia papieru. Papier o odpowiednio wysokim stopniu zaklejenia wykazuje zmniejszonš chłonnoć i przesiškliwoć, a także okrelonš zwilżalnoć, zarówno w stosunku do wody, jak i farb drukarskich [3-6].
Z uwagi na to, że w technice offsetowej |zadrukowywany materiał ma bezporedni kontakt z wodš i farbami, niezmiernie ważna staje się ocena właciwoci chłonnych papierów przeznaczonych do zadrukowywania tš metodš. Równomiernoć absorpcji farby i zwilżalnoć papieru majš bowiem ogromny wpływ na prawidłowe odwzorowanie rysunku w procesie drukowania.
Metodyka badań
Do badań wybrano pięć marek handlowych dostępnych na rynku papierów offsetowych o gramaturze 80 g/m2, które oznaczono numerami 1 Đ Amber, 2 Đ Polset, 3 Đ Maestro Print, 4 Đ Maestro Print +, 5 Đ Symbio Graphics bronze. Podstawowe właciwoci papierów, tj.: stopień zaklejenia, szorstkoć, redni promień porów, chłonnoć powierzchniowš oznaczono według ogólnie przyjętych metod [7] i zestawiono w tabeli 1. Oznaczenie dynamiki penetracji wody i roztworu nawilżajšcego Imago stabil o stężeniu 2% z dodatkiem lub bez alkoholu izopropylowego (IPA) wykonano z użyciem aparatu PDA (Penetration Dynamics Analyzer) firmy Emtec Electronic GmbH. Jest to urzšdzenie, za pomocš którego można ledzić przebieg wnikania cieczy w głšb papieru od momentu jej kontaktu z powierzchniš do dowolnego etapu penetracji [8, 9]. Krzywe penetracji badanych papierów sporzšdzono dla dwóch przedziałów czasu: w zakresie od 0 do 1 s, w którym można zaobserwować zachowanie się papieru w chwili kontaktu z cieczš nawilżajšcš jego powierzchnię, oraz od 0 do 60 s Đ równoważnym z czasem pomiaru najczęciej stosowanej metody oznaczania stopnia zaklejenia papieru Cobb60.
Omówienie wyników badań
Wyniki badań przebiegu szybkoci penetracji wody w strukturę badanych papierów przedstawiono na rysunkach 1 i 2 oraz zestawiono w tabeli 2. Analiza krzywych wykrelonych na rys. 1 wskazuje, że w grupie badanych papierów najdłuższy okres nawilżania powierzchni, charakteryzowany algorytmem W, wykazywał papier nr 5. Zjawisko to może wiadczyć o występowaniu na powierzchni badanego papieru otwartych porów zwilżanych przez wodę. Obserwowana długa faza nawilżania nie jest jednoznaczna z szybkim przemakaniem tego papieru, co potwierdza stosunkowo wysoka wartoć wskanika Max, charakteryzujšcego czas osišgnięcia maksimum penetracji (tab. 2). Najkrótszy okres nawilżania wykazywał papier nr 4, co z kolei może wskazywać na występowanie na jego powierzchni niewielkich porów lub porów zamkniętych w wyniku powierzchniowego zaklejenia papieru; potwierdzajš to wysoki stopień zaklejenia metodš Cobb60 i najmniejszy redni promień porów oznaczony dla tego papieru (tab. 1).
Kolejny rysunek ilustruje krzywe uzyskane w przedziale czasu od 0 do 60 s (rys. 2). Wynika z niego, że największš odpornoć na działanie wody wykazywał papier nr 3. Próba ta charakteryzowała się najniższym nachyleniem krzywej oraz najwyższš wartociš wskanika Max (1,919) i najniższš wskanika A60 (9,9) będšcego miarš zdolnoci zatrzymywania cieczy w badanym materiale. Podatne na działanie wody okazały się próby nr 1, 2 i 5 charakteryzujšce się, w grupie badanych papierów, znacznš porowatociš powierzchni oraz wysokimi wartociami wskanika A60 i algorytmu W (tab. 2).
Na rys. 3 przedstawione zostały krzywe penetracji 2% roztworu nawilżajšcego Imago stabil w struktury badanych papierów. Stwierdzono, że najszybciej maksimum nachylenia krzywej, w przedziale czasu od 0 do 1 s, osišgnšł papier nr 4. Okres nawilżania jego powierzchni był najkrótszy, co dla papieru o najniższym promieniu porów (0,049 ľm) i niewielkiej szorstkoci powierzchni (3,4 cm3/m2) oznacza odpornoć na działanie roztworu nawilżajšcego (tab. 1). Niewielka wartoć wskanika A60 uzyskana dla papieru nr 4 koresponduje z wysokim stopniem zaklejenia i jego nieznacznš chłonnociš powierzchniowš (tab. 1). Najdłuższš fazš nawilżania w grupie badanych papierów charakteryzowały się próby nr 2 i 5, jednakże moment ich przemakania nie nastšpił zbyt szybko, o czym wiadczš wysokie wartoci wskanika Max (tab. 2).
Dalszych informacji dostarcza rys. 4, na którym przedstawiono krzywe penetracji badanych papierów w przedziale czasu od 0 do 60 s. Wynika z niego, że najbardziej odporny na działanie 2% roztworu nawilżajšcego Imago stabil okazał się papier nr 3. Wykrelona dla tego wytworu papierniczego krzywa penetracji nachylona była pod najmniejszym kštem, a wskanik A60 uzyskał najniższš wartoć (10,7), potwierdzajšc wysokš odpornoć papieru na wnikanie cieczy nawilżajšcej. Najbardziej podatne na penetrację były próby nr 1, 2 i 5 charakteryzujšce się w grupie badanych papierów najniższym stopniem zaklejenia i znacznš szorstkociš powierzchni.
Niezmiernie istotnym składnikiem każdego roztworu nawilżajšcego jest alkohol izopropylowy, którego działanie polega na obniżeniu napięcia powierzchniowego roztworu nawilżajšcego, a tym samym na polepszeniu nawilżenia formy offsetowej. Na rys. 5 przedstawiono krzywe penetracji uzyskane dla badanych papierów, w przedziale czasu od 0 do 1 s, w obecnoci 2% roztworu nawilżajšcego Imago stabil z 6% dodatkiem IPA. Stosunkowo niewielka iloć alkoholu w cieczy nawilżajšcej była przyczynš znacznych różnic w zachowaniu się badanych papierów i to zarówno w momencie ich kontaktu z cieczš, jak i po upływie dłuższego czasu (rys. 6). Najdłuższym etapem wnikania cieczy w strukturę papieru cechowała się próba nr 3. Wyliczone parametry algorytmu W, A60 i Max wskazujš, że strukturalna degradacja tego papieru następowała bardzo wolno (tab. 3). Najkrótsza faza nawilżania była obserwowana w przypadku papieru nr 4, dla którego algorytm W osišgnšł najniższš wartoć (0,061). Próby nr 2 i 5 uzyskały najwyższe wartoci wskanika A60, co wiadczy o znacznej podatnoci na wnikanie tak przygotowanej cieczy nawilżajšcej w ich strukturę (tab. 3).
Krzywe wykrelone w przedziale czasu 0-60 s zestawiono na rys. 6. Wynika z nich, że najbardziej odporna na działanie 2% roztworu Imago stabil z 6% dodatkiem IPA okazała się Đ podobnie jak w przypadku zastosowania 2% roztworu bez użycia alkoholu Đ próba nr 3. Wskazuje na to nie tylko przebieg krzywej, lecz także wartoci liczbowe wskaników W, Max i A60 zestawione w tab. 3. Najszybciej ciecz wnikała w strukturę papierów nr 2 i 5.
Na rys. 7 przedstawiono krzywe penetracji badanych papierów w przedziale czasu od 0 do 1 s, w obecnoci 2% roztworu nawilżajšcego Imago stabil z 10% dodatkiem IPA. Przebieg krzywych wskazuje, że taka iloć alkoholu powoduje istotne zmiany w szybkoci penetracji badanych papierów. W przypadku prób nr 2, 4 i 5 nie stwierdzono występowania okresu nawilżania powierzchni, o czym wiadczy brak wartoci liczbowych algorytmu W (tab. 3). Może to oznaczać, że dla tych papierów wnikanie cieczy w ich strukturę nastšpiło natychmiast po zetknięciu się badanego papieru z roztworem nawilżajšcym. Potwierdzajš to również doć niskie wartoci wskanika Max uzyskane dla papierów nr 2, 4 i 5.
Najbardziej odporny na działanie tak przygotowanego roztworu nawilżajšcego okazał się papier nr 3; wskazuje na to nie tylko stosunkowo wysoka wartoć wskanika Max i najniższa wskanika A60 (tab. 3), ale również przebieg krzywej penetracji przedstawionej na rys. 8. Najbardziej podatne na działanie roztworu nawilżajšcego okazały się próby nr 2 i 5, dla których przebieg procesu wnikania 2% roztworu Imago stabil z 10% dodatkiem IPA był zbliżony Đ krzywe wykrelone dla tych papierów nakładały się na siebie (rys. 8).
Rysunek 9 ilustruje krzywe penetracji badanych papierów uzyskane w przedziale czasu od 0 do 1 s, w obecnoci 2% roztworu nawilżajšcego Imago stabil z 14% dodatkiem IPA. Cechš charakterystycznš przebiegu krzywych jest brak fazy nawilżania powierzchni papieru wyrażanej liczbowo algorytmem W, co w tym przypadku najprawdopodobniej oznacza natychmiastowš degradację struktury papierów przez ciecz nawilżajšcš. Niewielkie wartoci liczbowe wskanika Max wiadczš o tym, że moment przemakania badanych papierów następował doć szybko. Przebieg procesu penetracji 2% roztworu nawilżajšcego Imago stabil z 14% dodatkiem IPA w przypadku prób nr 3 i 4 był identyczny, co obserwowano na rysunkach 9 i 10 Đ wykrelone krzywe pokrywały się. Najszybciej ciecz wnikała w strukturę papieru nr 2; wiadczy o tym największe nachylenie krzywej przedstawionej na rys. 8 oraz obliczone wskaniki A60 Đ 54,2 (największa wartoć) i Max Đ 0,074 s (najmniejsza wartoć).
Podsumowanie
Zastosowanie powszechnie dostępnych metod pomiarowych i analizatora dynamiki penetracji umożliwiło ocenę szybkoci wnikania wody i cieczy nawilżajšcej w strukturę badanych papierów. Wynika z niej, że badane papiery różniš się odpornociš na wchłanianie w ich strukturę zarówno wody, jak i roztworu nawilżajšcego z dodatkiem IPA.
Analiza krzywych uzyskanych na aparacie PDA wykazała, że w grupie badanych papierów największš odpornociš na wnikanie wody odznaczał się papier nr 3, natomiast podatne na działanie wody okazały się próby nr 1, 2 i 5. W wyniku kontaktu badanych papierów z 2% roztworem Imago stabil najbardziej odporne na penetrację były próby nr 3 i 4, charakteryzujšce się zarówno krótkim okresem nawilżania powierzchni, jak i najmniejszym promieniem porów i szorstkociš oraz najwyższym stopniem zaklejenia. Dodatek alkoholu wpłynšł na prędkoć wnikania cieczy nawilżajšcej w strukturę badanych papierów. Stwierdzono, że już 6% dodatek IPA powodował istotne zmiany w szybkoci penetracji badanych papierów.
Cechš charakterystycznš przebiegu krzywych był brak fazy nawilżania powierzchni papieru wyznaczanej algorytmem W. Niewielkie wartoci liczbowe wskanika Max oznaczajš, że moment przemakania badanych papierów następował doć szybko. Najwolniej przemakanie przebiegało w odniesieniu do próby nr 3, natomiast najszybciej zjawisko to następowało w przypadku prób nr 2 i 5. Stwierdzono, że 14% dodatek IPA powodował natychmiastowš degradację struktury badanych papierów.
Autorka jest pracownikiem Instytutu Papiernictwa i Poligrafii Politechniki Łódzkiej
