Факторы, влияющие на степень проклейки

Категория:
Полуфабрикаты из бумаги


Факторы, влияющие на степень проклейки

На конечную степень проклейки бумаги влияют многие важные факторы. Очень интересно и полезно изучить каждый из факторов в отдельности, хотя для практических целей обычно применяют эмпирические методы испытания, как наиболее удобные для определения степени проклейки.

Все эмпирические методы испытания проклейки зависят от ряда факторов. Многие из этих факторов относятся к свойствам применяемой при испытании жидкости, как например, ее вязкость, температура и коллоидные свойства. Другие факторы относятся к физическим свойствам бумаги. На степень проклейки влияет столько различных свойств бумаги, что два образца бумаги одной и той же степени проклейки могут иметь совершенно различные физические свойства.

Влияние поверхностного натяжения

Смачивающая способность жидкости, с которой бумага вступает в контакт, и способность ее растекаться играют важную роль в определении степени проклейки. Для того чтобы любая жидкость могла растекаться по поверхности волокон, поверхностное натяжение жидкости должно быть меньше, чем сцепление ее с волокном, или, иными словами, сродство между молекулами жидкости должно быть меньше, чем притяжение молекул жидкости к волокну. Это значит, что поверхностное натяжение волокна должно быть больше, чем сумма поверхностных натяжений жидкости и натяжения в межфазовом пространстве; лишь в этом случае жидкость может растекаться и давать однородную пленку. Если поверхностное натяжение волокна меньше, чем сумма поверхностных натяжений самой жидкости и в межфазовом пространстве, между жидкостью и волокном возникает определенный краевой угол смачивания; величина этого угла будет зависеть от разности поверхностных натяжений.

Проклеивающие вещества увеличивают краевой угол смачивания бумаги водой. Таким образом, определение этого угла представляет довольно простое, надежное средство и, вместе с тем, очень важное для установления степени проклейки.

Скорость проникновения жидкости в бумагу зависит от соотношения между поверхностным натяжением жидкости и краевым углом смачивания бумаги жидкостью. Поверхностное натяжение, или, как иногда выражаются, капиллярное всасывание, представляет собой силу, стремящуюся втянуть жидкость в капилляры бумаги. Краевой угол смачивания определяет слагающую силы капиллярного всасывания, которая действует вдоль оси капилляра, или, иными словами, часть силы, стремящейся втянуть жидкость в бумагу. Так как проклеивающие вещества увеличивают угол смачивания, они уменьшают ту часть капиллярной силы, которая втягивает жидкость внутрь капилляров. При угле смачивания 180° капиллярное всасывание становится нулевым и жидкость совсем не проникает в бумагу. При добавлении смачивающих веществ к проникающей жид-ости краевой угол смачивания уменьшается, в связи с чем усиливается проникновение, но в то же время уменьшается поверхностное натяжение (капиллярное всасывание), что приводит к ослаблению проникновения. Таким образом, добавление смачивающих веществ и способствует и препятствует проникновению жидкости внутрь бумаги. В качестве примера Вильсон и Дастон установили на непроклеенных бумагах (т. е. при нулевом угле смачивания), что добавление смачивающих веществ к воде уменьшает проникновение вследствие снижения поверхностного натяжения. С другой стороны, в результате добавления смачивающих веществ значительно повышается степень проникновения в проклеенных бумагах вследствие влияния этих веществ на уменьшение краевого угла смачивания.

В большинстве случаев химик-бумажник больше заинтересован в скорости проникновения жидкости в бумагу, чем в скорости протекания сквозь бумагу. Между этими двумя свойствами имеются значительные различия. На начальное проникновение сильно воздействует степень смачивания волокон проникающей жидкостью. Однако, если поверхность волокна смочена, вода проходит сквозь бумагу гораздо легче, чем при начальном проникновении, и количество протекающей жидкости зависит от скорости удаления ее с противоположной стороны бумаги.

Влияние пористости

Бумагу можно рассматривать как капиллярную систему взаимосвязанных пор, различных по величине и по форме. Эта система состоит из относительно крупных пор между волокнами и значительно меньших пор и щелей, которые находятся внутри самих волокон. Для того чтобы жидкость проникала в бумагу, она должна пройти сквозь эту систему капиллярных пор; следовательно, пористость является важным фактором, влияющим на степень проклейки. Наибольшее проникновение, несомненно, происходит сквозь поры между волокнами, так как размеры этих пор больше размеров пор внутри волокна. Однако и внутренние поры имеют некоторое значение, так как большинство волокон лежит в плоскости листа, и следовательно, эти поры оказываются на пути прохождения жидкости, как только она вступает в контакт с бумагой.

Эффективность проклейки достигается при малых размерах капиллярных пор, так как капиллярное всасывание обратно пропорционально эффективному диаметру пор (скорость протекания обратно пропорциональна диаметру) . Согласно Вильсону и Дастону колебание в диаметре пор между 1—30. свидетельствует о том, что капиллярное всасывание при нулевом краевом Угле смачивания могло бы изменяться в пределах от 3000 до 100 см Давления водяного столба.

Влияние толщины бумаги

Толщина бумаги является важным фактором, влияющим на продолжительность полного проникновения данной жидкости сквозь бумагу. Теоретически время проникновения должно возрастать пропорционально квадрату толщины бумаги, но в случае проникновения воды это положение правильно только для слабо и умеренно проклеенных бумаг, а не для сильно проклеенных . В бумаге, подвергающейся сильной проклейке, степень проклейки увеличивается пропорционально кубу толщины бумаги; это, вероятно, обусловлено тем, что в данном случае более значительная часть воды проникает сквозь поры внутри волокон. С другой стороны, сопротивление бумаги проникновению маслянистых растворителей изменяется пропорционально квадрату толщины листа .

Результаты большинства испытаний степени проклейки значительно улучшаются по мере увеличения толщины бумаги. Вильсон установил, что единственным методом определения степени проклейки, зависящим от толщины бумаги, является впитывание воды до равновесного состояния. При изучении влияния толщины бумаги на степень проклейки следует помнить, что между бумагами, изготовленными на столовой длинносеточной или на многоцилиндровой машине, существует разница, так как во втором случае бумаги состоят из нескольких слоев, которые иногда содержат различное количество канифольного клея. В некоторых видах ка :тона все слои хорошо проклеивают для того, чтобы воспрепятствовать какому-либо слою служить фитилем, всасывающим воду в лист, что приводит к общему ослаблению картона. В других видах картона, например мелованном картоне, внутренние слои проклеивают слабо или совсем не проклеивают, тогда как наружные слои сильно проклеивают, так как обычно только внешние слои могут подвергаться воздействию воды.

На скорость проникновения сильно влияет температура жидкости главным образом вследствие снижения вязкости жидкости К°и высоких температурах. При изучении проникновения воды изоляционный картон Уинк и Ван ден Аккер обнаружили, что выдерживание в течение 1 часа при температуре 54° равноценно выдерживанию в течение 3 часов при температуре 49°, или выдерживанию в течение 16 часов при температуре 38°.

Проклейка бумаги для придания ей водостойкости

Целлюлозные волокна всегда содержат некоторое количество воды, от которой бумага никогда не бывает совершенно свободной. Водопоглотительная способность является положительным качеством бюварной и полотенечной бумаги. Действительно, наличие некоторого количества воды (влаги) желательно во всех бумагах, так как чрезмерно сухие волокна хрупки и бумага, состоящая из таких волокон, недостаточно прочна и гибка. С другой стороны, слишком большое содержание воды в бумаге нежелательно, так как при этом бумага становится мало упругой и недостаточно прочной.

Вода в зависимости от ее количества может находиться в бумаге в трех состояниях: коллоидном, капиллярном ив виде воды впитывания (имбибиционной). Свойства воды в готовой бумаге не зависят от того, абсорбирована ли она в виде жидкости или пара, так как в последнем случае пар, конденсируясь в капиллярах бумаги, действует таким же образом, как вода, абсорбированная в жидком виде. При любой относительной влажности в равновесных условиях бумага в пределах гистерезиса будет содержать соответствующее этим условиям количество влаги.

Бумага, изготовленная из необработанных целлюлозных волокон, оказывает очень малое сопротивление прохождению воды, так как волокна гидрофильны и имеют пористую структуру. В этом случае пригодность бумаги ограничена, так как она будет впитывать воду, теряя прочность, жесткость и т. д. Поэтому для уменьшения водопроницаемости большинство товарных бумаг проклеивается канифольным клеем.

Проклейка канифольным клеем незначительно уменьшает пористость бумаги и в основном изменяет способность волокон смачиваться, результатом чего является большое увеличение краевого угла смачивания бумаги водой. В процессе канифольной проклейки клей при осаждении фиксируется на волокнах, делая их гидрофобными (водоотталкивающими). При парафиновой проклейке частицы парафина коагулируются и фиксируются на волокнах, также увеличивая гидрофобность волокон. Полного покрытия волокон в этом случае не достигается, но при хорошей проклейке осажденные частицы располагаются настолько близко, что задерживают смачивание волокон водой. Чем больше содержится в бумаге проклеивающих веществ, тем значительнее площадь покрытия волокон и тем медленнее вода проходит между осажденными на волокне частицами проклеивающих веществ и смачивает поверхность волокон. В слабопроклеенных бумагах проклейка действует менее эффективно, так как отдельные частицы проклеивающих веществ находятся слишком далеко друг от друга, чтобы достаточно защитить волокна от воды; в результате вода проходит довольно легко между частицами канифоли. Если поверхность волокон влажная, вода образует нулевой краевой угол смачивания, несмотря на хорошую первоначальную проклейку волокон. На количество абсорбированных водяных паров или степень абсорбции воды осажденный клей оказывает сравнительно небольшое влияние даже в сильно проклеенных бумагах.

Важным фактором проклейки является влияние, оказываемое водой на набухание волокон в бумаге. При изучении проникновения водных растворов в бумаги с поверхностной проклейкой Винсент обнаружил, что вначале наблюдается высокая степень проникновения, но затем она быстро падает почти до нуля за счет набухания волокон и проклеивающих веществ, которое уменьшает эффективный радиус пор.

Проклейка бумаги для придания ей стойкости против органических жидкостей

Канифольная проклейка увеличивает краевой угол смачивания поверхности волокон водой, так как вода — вещество полярное, а осажденный на волокнах канифольный клей — относительно неполярное, и, следовательно, оба стремятся оттолкнуться друг от друга. Совершенно иной результат получается, когда проклеенные канифолью бумаги вступают в контакт с относительно неполярными жидкостями, как например толуолом, спиртами, бензолом и маслами, так как с проклеенными канифолью бумагами эти жидкости образуют нулевой краевой угол смачивания. Имеются сведения , что канифольный клей действительно облегчает проникновение типографской краски, приготовленной на масляной основе. Таким образом, если желательно уменьшить проникновение типографской краски или других веществ, приготовленных на масле, следует применять другие методы проклейки, исключая проклейку канифолью. Обычно в таких случаях рекомендуется поверхностная проклейка, которая рассматривается в следующей главе. Проникновение типографской краски рассматривается в главе о печатании (глава XIX)*.

Как правило, спиртовые и другие неводные растворы проникают в бумагу в большей степени, чем водные растворы, даже если бумага не проклеена, так как влага вызывает расширение или сжатие волокон, воздействуя тем самым на пористость бумаги. Следовательно, если при определении проникновения пользоваться водными растворами, содержание влаги в бумаге должно быть постоянным, для чего перед испытанием бумагу следует выдержать атмосфере с постоянной относительной влажностью.

Проклейка бумаги для придания ей стойкости против коллоидных растворов

Проклейка бумаги для придания ей стойкости против коллоидных растворов (писчих чернил или крови) совершенно отлична от проклейки для придания водостойкости, так как на проникновение коллоидных растворов в бумагу воздействуют факторы, не влияющие на проникновение воды. Проклейка бумаги для придания ей стойкости против коллоидных растворов охватывает такой сложный вопрос, как коагуляция дисперсных частиц раствора и уменьшение проникновения жидкости или водной фазы. Следовательно, между проникновением воды и проникновением коллоидных растворов зависимости не существует, поэтому бумагу надо испытывать на сопротивление проникновению тех жидкостей, с которыми она может приходить в контакт при ее использовании. Писчие бумаги часто испытывают на стойкость к писчим чернилам, а обертку для мяса — на стойкость к крови или кровяной сыворотке . Можно предполагать, что между сопротивляемостью проникновению чернил и крови имеется зависимость, и на многих фабриках, вырабатывающих обертку для мяса, применяется испытание сопротивляемости проникновению чернил, причем отдельные образцы периодически контролируют путем определения сопротивляемости против крови.

В писчих бумагах проклейка необходима для удержания чернил на поверхности и предупреждения чрезмерного впитывания или растекания их по поверхности бумаги. Добиваться того, чтобы бумага совершенно не пропускала чернил, нет необходимости, так как это может быть достигнуто коагуляцией красящих частиц. Таким образом, хотя молекулы воды проникают в бумагу быстро, расплывания чернил все же не будет, если красящее вещество-чернил коагулируется на поверхности бумаги или близко от ее поверхности. Эта способность бумаги коагулировать коллоидные частицы является важным фактором для тех видов бумаги, которые приходят в соприкосновение с кровью, поверхностно проклеивающими веществами, некоторыми проявляющими растворами или Другими подобными коллоидными растворами. По Вильсону , способность сильно проклеенной бумаги закреплять или коагулировать коллоидные частицы превосходит в 10 раз ее способность Удерживать жидкость.

Коагуляция коллоидных частиц может быть вызвана электростатическими зарядами на волокнах или действием ионов алюминия, которые присутствуют на волокнах, проклеенных канифолью. Так как на проникновение воды эти явления не оказывают влияния, в случае необходимости можно повысить сопротивляемость бумаги чернилам, увеличивая добавление в массу канифольного клея или сернокислого глинозема. Степень проклейки при испытании определялась флотационным методом. Результаты испытаний показывают, что сопротивляемость проникновению воды достигает максимума очень быстро при добавлении около 1% канифоли, тогда как сопротивляемость проникновению чернил непрерывно растет по мере увеличения содержания канифольного клея.

При нанесении на бумагу писчих чернил содержащиеся в них красящие частицы коагулируются вблизи поверхности бумаги, тогда как прозрачная жидкость чернил стремится пройти сквозь бумагу . Если лист бумаги, плававший на поверхности чернил, разорвать точно в тот момент, когда прозрачная жидкость достигнет верхней стороны бумаги, то обнаружится, что верхняя часть листа не содержит чернил. Таким образом, если для определения времени полного проникновения водных чернил употребляется сухой индикаторный порошок, проходящая сквозь бумагу вода изменит цвет порошка прежде, чем красящие частицы чернил достигнут поверхности. Если же за конечное состояние проникновения чернил принять появление красящих частиц на наружной поверхности бумаги, получается совершенно иное время проникновения. Это иллюстрирует важность выбора надлежащего метода определения степени проклейки, которая должна быть установлена в соответствии с назначением бумаги.

Важным фактором в проникновении коллоидных растворов является набухание бумаги. При соприкосновении бумаги с чернилами вода и чернила вначале проникают в бумагу очень быстро, но по мере набухания волокон бумаги в воде и уменьшения размеров пор процесс проникновения замедляется. Наибольшее набухание происходит на той поверхности листа, на которой волокна дольше находятся в контакте с жидкостью; в результате происходит сжатие пор, уменьшающее количество чернил, которые могут пройти сквозь бумагу.

Проклейка бумаги для придания ей стойкости против грубых суспензий

Отфильтровывание грубодисперсного материала на поверхности бумаги вначале зависит больше от плотности или пористости бумаги, чем от степени проклейки. Это происходит в том случае, когда растворитель проникает в бумагу относительно свободно, но суспендированный материал слишком груб для прохождения в поры бумаги.


Реклама:



Читать далее:



Статьи по теме:


Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум