Особенности структуры и свойств печатных бумаг

Как уже неоднократно упоминалось в различных публикациях, бумага оказывает огромное влияние на качество и рентабельность в современной полиграфии. Правильно подобранная бумага обладает комплексом свойств, определяющих качество данной полиграфической продукции в соответствии с условиями ее использования.

Давайте, для начала, кратко определимся, что такое бумага? Это многокомпонентная система, состоящая из специально обработанных растительных волокон, тесно переплетенных между собой и связанных химическими силами сцепления различного вида. Это капиллярно-пористый материал. Помимо волокнистых компонентов, формирующих структуру бумаги и ее основные свойства, в состав бумаги могут вводиться минеральные наполнители (проклеивающие вещества, красители и др. специальные добавки). Основными волокнистыми полуфабрикатами являются: древесная целлюлоза, получаемая химической обработкой древесины и древесная масса, то есть механически измельченная древесина - дешевый и широко используемый компонент бумаги. Особое место занимает бумага из хлопковых и синтетических волокон.

Бумага различается по толщине или по массе одного квадратного метра (г/м2). По принятой классификации масса 1 м2 печатной бумаги может составлять от 40 до 250 грамм. Более 250 г/м2 - это уже картон.

Один из важнейших технических показателей бумаги, от которого зависят многие основные свойства, такие как прочность, упругость, пластичность, светостойкость и другие - это композиция бумаги. Отечественные бумаги по композиции подразделяются на группы по номерам: №1, №2, №3.

Бумага №1 - это чистоцеллюлозная бумага. Как правило, такие бумаги готовятся только из целлюлозных волокон. Чистоцеллюлозные бумаги имеют обычно высокую белизну, повышенную прочность, почти не подвержены старению при хранении. Такие бумаги используются для изготовления высокохудожественной продукции, словарей, энциклопедий, официальных справочных изданий.

Бумага №2 дешевле бумаги №1 и может содержать до 50% древесной массы. Надо отметить, что древесная масса придает бумаге ряд полезных качеств - улучшаются печатные свойства, стабильность размеров при изменении климатических условий, снижается масса листа и т.д.

И, наконец, бумага №3 состоит полностью из древесной массы. Это дешевая бумага невысокого качества, используемая для изданий с небольшим сроком службы и применяется только для типографской (высокой) печати.

По способу печати бумага обычно подразделяется на офсетную, типографскую и для глубокой печати. Другие способы печати, например, литографский, флексографский, трафаретный и пр. мы в этой статье рассматривать не будем.

Печатные свойства бумаги - это свойства, определяющие ее поведение до печати (т.е. прохождение ее через бумагопроводящую систему печатной машины), во время печати (взаимодействие бумаги с печатной краской и процесс закрепления изображения) и после печати (операции фальцовки, брошюровки, подрезки, а также эксплуатационные характеристики готовой продукции). Все эти свойства, можно объединить в следующие группы:

геометрические: гладкость, толщина и масса 1 м2, плотность и пористость;

оптические: белизна, непрозрачность, лоск (глянец);

показатели однородности структуры, бумаги: равномерность просвета, разносторонность;

механические (прочностные и деформационные): прочность поверхности к выщипыванию, разрывная длина или прочность на разрыв, прочность на излом, влагопрочность, мягкость и упругость при сжатии и т.д.;

сорбционные: гидрофобность (стойкость к действию воды), впитывающая способность растворителей печатных красок.

Все эти показатели имеют тесную зависимость друг от друга и степень их влияния на оценку печатных свойств различна для разных способов печати.

Бумагу часто классифицируют по степени отделки поверхности. Это может быть бумага без отделки - матовая, бумага машинной гладкости и глазированная (каландрированная) бумага, которую дополнительно обрабатывали в суперкаландрах для придания ей высокой плотности и гладкости.

Что же это за свойства?

Геометрические свойства бумаги

Гладкость бумаги, микрорельеф ее поверхности определяет "разрешающую способность" бумаги - т.е. способность передавать без разрывов и искажений тончайшие красочные линии, точки и их комбинации. Это одно из важнейших печатных свойств бумаги. Чем выше гладкость бумаги, тем больше контакт между ее поверхностью и печатной формой, тем меньшее давление нужно приложить при печатании, тем выше качество изображения. Гладкость бумаги определяется в секундах с помощью пневматических приборов или с помощью профилограмм, дающих наглядное представление о поверхности бумаги.

Различные способы печати предъявляют к бумаге разные требования по гладкости. Так каландрированная типографская бумага должна иметь гладкость от 100 до 250 сек., а офсетная бумага той же степени отделки может иметь гладкость гораздо ниже - 80-150 сек. Бумага для глубокой печати отличается повышенной гладкостью, которая составляет от 300 до 700 сек. Газетная бумага не может быть гладкой из-за пористости. Существенно улучшает гладкость поверхности нанесение любого покровного слоя, - поверхностная проклейка, пигментирование, мелование (которое, в свою очередь, может быть различным, - односторонним и двухсторонним, однократным, многократным и т.д.).

Поверхностная проклейка - это нанесение на поверхность бумаги тонкого слоя проклеивающих веществ ( масса покрытия составляет до 6 г/м2) для обеспечения высокой прочности поверхности бумаги, предохраняющей ее от выщипывания отдельных волокон липкими красками, а также для уменьшения деформации бумаги при увлажнении для обеспечения точного совпадения красок при многокрасочной печати. Особенно это важно для офсетной и литографской печати, когда бумага подвергается увлажнению водой в процессе печати.

Пигментирование и мелование бумаги отличаются только массой наносимого покрытия. Так считается, что масса покровного слоя в пигментированных бумагах не превышает 14 г/м2, а в мелованных бумагах достигает 40 г/м2. Меловой слой отличается высокой степенью белизны и гладкости. Высокая гладкость - одна из наиболее важных характеристик мелованных бумаг. Их гладкость достигает 1000 сек. и более, а высота рельефа не превышает 1 мкм. Показатель гладкости не только обеспечивает наиболее оптимальное взаимодействие бумаги и краски, но и улучшает оптические свойства поверхности, воспринимающей красочное изображение.

Нельзя не упомянуть о такой важной характеристике бумаги, как пористость. Ведь она непосредственно влияет на впитывающую способность бумаги (т.е. 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, а также образующиеся между частичками наполнителя или между ними и стенками целлюлозных волокон у немелованных бумаг. Капилляры есть и внутри целлюлозных волокон.

Все немелованные, не слишком уплотненные бумаги (например, газетная) - макропористые. Общий объем пор в таких бумагах достигает 60% и более, а средний радиус пор составляет около 0.16-0.18 мкм. Такие бумаги хорошо впитывают краску, благодаря своей рыхлой структуре.

Мелованные бумаги относятся к микропористым (капиллярным) бумагам. Они тоже хорошо впитывают краску, но уже под действием сил капиллярного давления. Здесь пористость составляет всего лишь 30%, а размер пор не превышает 0.03 мкм.

Остальные бумаги занимают промежуточное положение. Плотность печатных бумаг колеблется, в среднем, от 0.5 г/см3 для рыхлых (пористых) и до 1.35 г/см3 для высокоплотных капиллярных бумаг.

Оптические свойства бумаги

Совершенно особое место занимают оптические свойства, то есть белизна, непрозрачность и лоск (глянец).

Белизна - это способность бумаги отражать свет рассеянно и равномерно во всех направлениях. Высокая белизна желательна, так как четкость, удобочитаемость издания зависит от контрастности запечатанных и пробельных участков оттиска.

При многокрасочной печати, цветовая точность изображения, ее соответствие оригиналу возможны только при печати на действительно белой бумаге. Для повышения белизны в дорогие высококачественные бумаги добавляют так называемые оптические отбеливатели - люминофоры, а также синие и фиолетовые красители, устраняющие желтоватый оттенок, присущий целлюлозным волокнам. Этот прием называют подцветкой. Мелованные бумаги без оптического отбеливателя имеют белизну не менее 76%, а с оптическим отбеливателем уже не менее 84%. Печатные бумаги с содержанием древесной массы должны иметь белизну не менее 72%, а вот газетная бумага может быть недостаточно белой. Ее белизна составляет около б5%.

Еще одним важным свойством печатной бумаги является ее непрозрачность. Это особенно важно при двухсторонней печати. Для повышения непрозрачности подбирают композицию волокнистых материалов, комбинируют степень их помола, вводят наполнители.

К оптическим свойствам бумаги относится также ее лоск или глянец. Лоск, или глянец - это результат отражения поверхностью бумаги падающего на нее света. Естественно, это тесно связано с гладкостью бумаги. Обычно с повышением гладкости лоск тоже увеличивается. Но это не догма, - надо помнить, что гладкость определяется механическим способом, а лоск - это оптическая характеристика. Глянец глазированной бумаги может составлять 75-80%, а матовой - до 30%.

Многие считают, что глянец это та конечная характеристика, по которой следует выбирать бумагу. Однако глянец нужен далеко не всегда. Так, для текста или штриховых иллюстраций достаточно бумаги с минимальным глянцем (например, бумага машинной гладкости). А вот различные проспекты, этикетки, репродукции с картин прекрасно получаются на бумаге с высоким глянцем.

Механические свойства бумаги

Следующая группа - это механические свойства бумаги, которые можно подразделить на прочностные и деформационные. Деформационные свойства проявляются при воздействии на материал внешних сил и характеризуются временным или постоянным изменением формы или объема тела. Основные технологические операции полиграфии сопровождаются существенным деформированием бумаги. Бумага подвергается различным деформирующим воздействиям: растяжению, сжатию, изгибу. От того, как ведет себя бумага при этих воздействиях, зависит нормальное течение технологических процессов печатания и последующей обработки. Так, при печатании высоким способом с жестких форм при больших давлениях бумага должна быть мягкой, то есть легко сжиматься, выравниваться под давлением, обеспечивая наиболее полный контакт с печатной формой.

Мягкость бумаги связана с ее структурой, то есть с ее плотностью и пористостью. Например, крупнопористая газетная бумага может деформироваться при сжатии до 28%, а у плотной мелованной бумаги деформация сжатия не превышает 6-8%. Для высокой печати важно, чтобы эти деформации были полностью обратимыми, чтобы после снятия нагрузки, бумага полностью восстанавливала первоначальную форму. В противном случае, на оттиске будут видны следы оборотного рельефа, говорящие о том, что в структуре бумаги произошли серьезные изменения. И наоборот, если бумага предназначена для отделки тиснением, то целью становится остаточная деформация, а показателем качества является ее необратимость, то есть устойчивость рельефа тиснения.

Для офсетной печати на высокоскоростных ротационных машинах очень важными являются прочностные характеристики бумаги: прочность на разрыв, излом, стойкость к выщипыванию, влагопрочность. Прочность бумаги зависит не от прочности отдельных компонентов, а от прочности самой структуры бумаги, которая формируется в процессе бумажного производства. Это свойство характеризуется обычно разрывной длиной в метрах или разрывным усилием в ньютонах. Например, для мягких типографских бумаг, разрывная длина составляет не менее 2500 м, а для жестких офсетных, до 3500 м и более.

Бумаги, предназначенные для плоской печати, должны иметь минимальную деформацию при увлажнении, так как по условиям технологии печатного процесса, они соприкасаются с увлажненными поверхностями. Не секрет, что бумага - материал гигроскопичный. При увеличении влажности ее волокна набухают и расширяются, главным образом по диаметру, бумага теряет форму, коробится и морщится. А при высушивании происходит обратный процесс: бумага дает усадку, в результате чего меняется формат. Повышенная влажность резко снижает механическую прочность бумаги на разрыв, бумага не выдерживает высоких скоростей печатания и рвется. Изменение влажности бумаги в процессе многокрасочной печати приводит к несовмещению красок и нарушению цветопередачи.

Для повышения влагостойкости в состав бумажной массы, при изготовлении, добавляют гидрофобные вещества (проклейка в массе) или проклеивающие вещества наносятся на поверхность уже готовой бумаги (поверхностная проклейка).

Сорбционные свойства бумаги

И, наконец, важнейшее свойство печатной бумаги - ее впитывающая способность. Умение правильно оценить впитывающую способность, означает выполнение условий своевременного и полного закрепления краски и, как результат, получение качественного оттиска.

Впитывающая способность бумаги, в первую очередь, зависит от ее структуры. Прежде чем говорить об особенностях этого взаимодействия в тех или иных случаях, необходимо еще раз вспомнить основные типы структур современных печатных бумаг. Если изобразить структуры бумаги в виде шкалы, то на одном из ее концов разместятся крупнопористые бумаги, состоящие целиком из древесной массы. Другой конец шкалы займут чистоцеллюлозные микропористые бумаги. Немного левее расположатся чистоцеллюлозные немелованные бумаги, тоже микропористые. А все остальные займут оставшийся промежуток.

Макропористые бумаги хорошо воспринимают краску, впитывая ее как единое целое. Здесь необходимы маловязкие краски. Жидкая краска быстро заполняет крупные поры, впитываясь на достаточно большую глубину. Причем чрезмерное ее впитывание может даже вызвать "пробивание" оттиска, то есть изображение становится видным с оборотной стороны листа. Повышенная макропористость бумаги нежелательна, например, при иллюстрационной печати, когда чрезмерная впитываемость приводит к потере насыщенности и глянцевитости краски. Для микропористых (капиллярных) бумаг характерен механизм так называемого "избирательного впитывания", когда под действием сил капиллярного давления в микропоры поверхностного слоя бумаги впитывается, преимущественно, маловязкий компонент краски (растворитель), а пигмент и пленкообразователь остаются на поверхности бумаги. Именно это и требуется для получения четкого изображения. Так как механизм взаимодействия бумага-краска в этих случаях различен, для мелованных и немелованных бумаг готовят различные краски.

Все рассмотренные выше свойства печатных бумаг оказывают немалое влияние на качество конечной полиграфической продукции. Не стоит их рассматривать в отдельности, - все они взаимосвязаны. Если выбор бумаги представляет для вас определенные сложности, то лучше проконсультируйтесь со специалистами из фирм, занимающихся производством и продажей бумажной продукции.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://center.fio.ru/