Гигроскопичность бумаги и методики определения ее влажности

Министерство образования и науки Российской Федерации

Московский государственный университет печати им. Ивана Федорова

 

 

Институт принтмедиа и информационных технологий

Специальность: Материаловедение и технология новых материалов

Форма обучения: очная

Кафедра: Технологии полиграфического производства

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине: Материалы полиграфических и упаковочных производств

Тема проекта: Гигроскопичность бумаги и методики определения ее влажности

Студент: Насибуллина Галия Николаевна

 

Курс: 5 группа: ДТмт-5-1

 

Дата сдачи законченного проекта на кафедру:

«____»_______________2013 г.

 

Руководитель

Сретенцева Т.Е., доцент, к.т.н

 

«___»_______________2013 г.

 

 

 

 

Москва 2013 г.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Московский государственный университет печати им. Ивана Федорова

 

 

Институт принтмедиа и информационных технологий

Специальность: Материаловедение и технология новых материалов

Форма обучения: очная

Кафедра: Технологии полиграфического производства

 

ЗАДАНИЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Студент: Насибуллина Г.Н.   курса: 5     группы: ДТмт-5-1

1. Дисциплина: Материалы  полиграфических и упаковочных  производств

2. Тема проекта: Гигроскопичность  бумаги и методики определения ее влажности

3. Срок защиты проекта: __________________________________

4. Исходные данные к  проекту:

5. Содержание проекта:

6. Календарный план выполнения  работы:

№ п/п	Наименование этапов проекта	Срок выполнения	Примечание

 

7. Дата выдачи задания: «___»_____________2013 г.

Руководитель проекта ______________ к.т.н., доцент Сретенцева Т.Е

8. Задание принял к  исполнению_________________________________

 

Москва, 2013 г.

 

РефератВ данной работе содержится: 22 страниц, 5 изображений, 4 использованных источника.

Ключевые слова: бумага, влажность, гигроскопичность, целлюлоза,  плотность, пористость, влагомер.

 

 

 

Содержание

Введение 5

1. Влажность бумаги в  полиграфии:

1.1. Общие сведения о  бумаге         6  
 1.2. Определение равновесной влажности       6  
 1.3. Влияние влажности бумаги на ее свойства       7

2. Причины гигроскопичности  бумаги:

2.1 Сорбционные свойства  целлюлозы:        9

3. Факторы, влияющие на  влажность бумаги         12 
4. Способы и оборудование для измерения влажности бумаги      18

Заключение              21 
Список использованной литературы           22           
 
 
Введение

Основным сырьем при изготовлении бумаги являются целлюлозные волокна, которые в силу своей гигроскопичности выделяют – либо поглощают воду в зависимости от влажности окружающего воздуха. Бумага впитывает влагу до тех пор, пока не достигнет равновесного состояния относительно воздуха окружающей среды (равновесного влагосодержания), отчасти меняя при этом свои свойства.

Особенно важно учитывать эти факты в полиграфической и бумажной промышленности, так как от содержания влаги в бумаге зависят ее прочностные показатели, устойчивость размеров и формы листов, подверженность обработке и переработке.

Контроль за приводкой, скручиванием, короблением, статическим электричеством, образованием морщин и складок невозможен без контроля за влажностью бумаги и ее изменением. Часто именно содержание влаги или её изменения определяют указанные дефекты бумаги.

Поэтому полиграфисту следует знать как можно больше о влажности, ее влиянии на бумагу и печатный процесс, а также представлять себе методики ее измерения и корректировки.

 

 

 

1. Влажность бумаги в полиграфии. 

 
1.1. Общие сведения о бумаге.

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).

Свойства бумаги зависят от волокнистого состава, природы растительных волокон, характера их обработки, содержания наполнителя, проклейки, а также технологии отлива и отделки. 

1.2. Определение  равновесной влажности бумаги.

Относительная влажность воздуха выражается в процентах и характеризуется отношением количества водяных паров, находящихся в воздухе при данных условиях, к количеству, необходимому для достижения состояния насыщенности воздуха влагой. Каждой температуре и давлению воздуха соответствует свое максимально возможное содержание влаги — такой воздух называется насыщенным.

Каждому значению относительной влажности воздуха соответствует свое строго определенное содержание влаги в бумаге. Количество влаги (в бумаге), находящееся в равновесии с данной относительной влажностью воздуха, называется равновесной влажностью бумаги. Равновесная влажность зависит от состава бумаги. При одной и той же относительной влажности воздуха бумага, содержащая в своем составе древесную массу, из-за большей пористости всегда имеет большую влажность, чем чисто целлюлозная.

Влажность бумаги характеризуется отношением массы воды, содержащейся в бумаге, к массе исходного образца и выражается в процентах. Для бумаги разных видов ГОСТом нормируется влажность 6+ 1 %.

1.3. Влияние влажности  бумаги на ее свойства.

Колебания влажности бумаги приводят к изменению многих ее рабочих свойств и вызывают осложнения в процессе печатания. При увлажнении набухают волокна, ослабевают водородные связи, что приводит к увеличению размеров бумаги (особенно в поперечном направлении) и к резкому снижению ее прочности.  

При высушивании бумаги уменьшаются ее размеры, повышается жесткость, снижается электропроводность. Пересушенная бумага — очень жестка, легко рвётся в печатной машине. При печатании на сухой бумаге требуется большее давление, а при повышении давления снижается тиражестойкость печатной формы. Уменьшение электропроводности при пониженной влажности бумаги приводит к накапливанию зарядов статического электричества на поверхности бумаги, что вызывает отрыв мелких частиц, образующих пыль (пылимость бумаги). Кроме того, бумага становится как бы намагниченной, происходит слипание бумажных листов, что осложняет работу самонаклада печатной машины и вызывает необходимость установки на машину дополнительных устройств — нейтрализаторов зарядов статического электричества.

Изменение содержания влаги в бумаге при колебании атмосферных условий в печатных цехах вызывает волнистость бумаги, скручивание, образование морщин на оттиске и несовмещение красок при многокрасочной печати. Поэтому в цехах необходимо поддерживать постоянные атмосферные условия — температуру и относительную влажность воздуха.

Чтобы предотвратить или свести к минимуму деформацию бумаги при увлажнении, предусматривается ее акклиматизация. Поступившую со склада бумагу выдерживают в цехе в течение некоторого времени с тем, чтобы она приобрела постоянные показатели влажности и температуры, соответствующие влажности и температуре воздуха в печатном цехе.

 

2. Причины гигроскопичности бумаги:

2.1. Сорбционные  свойства целлюлозы

Изобилие гидроксильных групп в целлюлозной системе обуславливает ее значительное тяготение к дипольным молекулам воды. Целлюлоза и ее производные, будучи окруженными атмосферой, содержащей пары воды, поглощают их до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие.

Существуют два типа явлений, объединяемых под общим названием сорбции: 1) адсорбция — поглощение поверхностью твердых тел газов, паров или растворенных веществ и 2) абсорбция — растворение адсорбированного вещества в поглотителе, т. Е. переход его с поверхности внутрь последнего.

Сорбционные свойства целлюлозы очень важны и в теоретическом и в практическом отношении. Ход сорбции характеризует структуру волокна. Присутствие сорбированных жидкостей меняет химическое поведение, механические свойства и электрические характеристики целлюлозы. От субмикроскопической структуры целлюлозного материала и его химического состава зависит не только количество адсорбированного вещества материалом, но также путь и степень, в какой адсорбция влияет на химическое и механическое поведение системы. Так как целлюлозные волокна обычно имеют постоянный химический состав, то в определении хода сорбции превалирующее значение имеет субмикроскопическая структура.

В производных целлюлозы следует учитывать не только влияние структуры, но и химический состав. То, что гигроскопичность целлюлозы связана с наличием в ней гидроксильных групп, подтверждается при замещении этих групп гидрофобными остатками (образование сложных и простых эфиров целлюлозы), влекущем за собою уменьшение гигроскопичности. Но гигроскопичность целлюлозы обусловлена не только особенностью ее гидроксильных групп, но и особенностью ее субмикроскопической структуры. Так, даже полное замещение гидроксильных групп ацетильными или другими гидрофобными группами не уничтожает полностью способность целлюлозы удерживать воду. Полагают, что в субмикроскопических капиллярах («межмицеллярных» пространствах), пронизывающих целлюлозную систему, некоторое количество воды удерживается механически за счет капиллярной конденсации.

При низкой относительной влажности количество адсорбированной воды быстро увеличивается. При средних относительных влажностях это увеличение меньше и имеет почти линейный характер до 60% относительной влажности. При достижении давления насыщения количество адсорбированной воды увеличивается значительно быстрее, чем относительная упругость пара, и изотермы становятся почти параллельными оси влагопоглощения. Подобные изотермы поглощения воды были найдены и для других высокополимерпых веществ: натурального шелка, шерсти, полиамидов, казеина, желатины и других протеинов. Поглощение воды серной и фосфорной кислотами имеет, по-видимому, подобный характер.

Изучение сорбционных процессов показывает, что для целлюлозы характерно явление гистерезиса, т. Е. несоответствие хода кривых адсорбции и десорбции. Содержание влаги в данном образце больше в том случае, когда волокно переведено в состояние равновесия от влажного состояния или от более высокой относительной влажности, чем тогда, когда волокно переведено в состояние равновесия из сухого состояния или более низкой относительной влажности.

Удовлетворительное объяснение эффекта гистерезиса для ненабухающих гелей может быть дано на основе теории капиллярной конденсации. Но это объяснение неприложимо к веществам, способным к набуханию, в частности, к целлюлозным волокнам. Вероятно, что при проведении полного десорбционного процесса из волокна удаляется вся влага, втянутая гидроксильными группами целлюлозы в процессе ее роста; в результате этого молекулы целлюлозы стремятся перестроиться по отношению друг к другу для возможно более полного взаимонасыщения гидроксильных групп. Предоставление целлюлозного волокна новому адсорбционному процессу создает стремление адсорбируемой воды нарушить ориентацию поверхности, но замкнувшиеся при сушке цепи препятствуют этому процессу.

Несмотря на обилие литературы, посвященной изучению вопросов сольватации и сорбции, в настоящее время нет ни одной теории, которая дала бы полную картину сорбции воды высокополимерами в различных областях относительной упругости паров.

Различные теории сорбции воды и других паров целлюлозой могут быть разделены на 2 группы. Большинство исследователей рассматривает процесс сорбции паров целлюлозой как процесс поверхностной адсорбции и связывает сорбционную способность волокна с его сильно развитой «внутренней поверхностью». Эта терминология близко связана с классическими коллоидно-химическими представлениями и с исторической картиной волокна, как коллоидной системы.

Другая группа исследователей рассматривает процесс сорбции и набухания как процесс взаимного растворения двух веществ с выделением тепла. Эти исследователи связывают процесс сорбции с процессом молекулярной дисперсии (аналогично растворению одного вещества в другом), а не с поверхностной адсорбцией.

 

3. Факторы, влияющие на  влажность бумаги. Методики их  определения.

Восприимчивость бумаги к влаге обусловлена уже ее структурой и составом, однако ряд других арактеристик также влияют на гигроскопичность бумаги. Рассмотрим их и методики их определения.

Плотность - важнейшая физическая характеристика структуры бумаги как капиллярно-пористого материала. Плотность - масса 1 бумаги. Она определяется отношением массы образца материала к его объему:

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

Бумага является пористо-капиллярным материалом, при этом различают макро- и микропористость. Макропоры, или просто поры, – это пространства между волокнами, заполненные воздухом и влагой. Микропоры, или капилляры, – мельчайшие пространства неопределенной формы, пронизывающие покровный слой мелованных бумаг, также образующиеся между частичками наполнителя или между ними и стенками целлюлозных волокон у немелованных бумаг. Капилляры есть и внутри целлюлозных волокон.