Papirna gradiva

Papirus:

  • 3500 p.n.š. - 1000 n.š.
  • je vrsta papirju podobnega materiala, narejen iz papirusnega trsa Cyperus papyrus, ki se prav tako imenuje papirus.
  • Iz stržena trstike so narezali trakove, jih preložili pravokotno, z ozirom na smer rasti vlaken. Preložene plasti so tolkli s tolkači, da so povečali iztok soka. Površino so gladili s kamnitimi likali in nato papiruse sušili v senci.

Rastlina papirus{#fig:papir_papyrus height=500px}

Knjiga mrtvih, napisana na papirus.{#fig:papir_knjiga_mrtvih}

Košček prevoda "Knjige razsvetljenja" v stari grščini. Košček razkriva, da je pri številki zveri 666 (v hebrejščini), res šlo za kodiranje imena "Neron Cesar", saj je ta koda v stari grščini 616 (XIC). {#fig:papir_knjiga_razsvetljenstva height=400px}

Pergament:

  • 270 p.n.š. - 15st n.š.
  • je nebarvana oguljena živalska koža, obdelana tako, da je primerna za pisanje
  • draga, zamudna izdelava
  • kakovostnejši pergament -> VELUM
  • Velum je najpogosteje pripravljen iz telečje kože

Listina iz leta 1638 s pečatom.{#fig:papir_pergament height=400px}

Papir:

  • pričetek Kitajska l.: 105 našega štetja,
  • razširi se počasi v preostali del sveta
  • izdelovanje Sicilija, Španiji cca 10. stoletju
  • izdelovanje v Nemčiji l.: 1400 …

Pomen papirnih gradiv

  • dostopen material za shranjevanje zapisov
  • zapisi pomembnih zakonitosti, načel…
  • kronološki vpogled v vzorce podatkov (enostavno beleženje podatkov)
  • razvoj, širjenje znanosti
  • pojav knjižnice
  • splošno izobraževanje ljudi
  • razvoj človeške skupnosti

Surovine in sredstva za pridobivanje papirja

Osnovne surovine

  • celuloza
  • lesovina
  • papirna vlakna
  • stare krpe
  • tekstilni odpadki

Celulozo pridobivamo iz surovin kot so:

  • Les:
    • smreka, jelka, bor do 50-60 % celuloze,
      • iglavci imajo daljša vlakna (traheide)
    • bukev 30-40 % celuloze,
    • topol 40-50 % celuloze
  • Stebelna vlakna:
    • lan, konoplja: 80 % celuloze
  • Trava:
    • slama: 30 % celuloze
  • Semenska vlakna:
    • bombaž: 90 % celuloze

Polnila:

  • do 25% (več jih je v tiskarskem papirju, manj pisarniški)
  • zmanjšana prosojnost (kalcijev-karbonat, glina),
  • povečana vpojnost barvila za tisk,

Lepila:

  • zmanjšamo vpojnost barvil (lahko tudi vode)
  • povečajo trdnost papirja (embalaža)
  • včasih škrob, danes sintetična lepila

Barvila:

  • zmanjševanje rumenega tona (recikliran papir)

Posebni dodatki:

  • mehčanje
  • za večjo upojnost
  • večje izolacijske sposobnosti
  • proti vlagi, plesnobi, insektom

Pomožna sredstva:

  • luženje
  • belila

Voda

  • potrebna pri vezavi vlaken

Izdelava papirja

Proces izdelovanja papirja.{#fig:papir_proizvodnja}

Največkrat v ločenih obratih potekajo trije ključni procesi pri izdelavi papirja:

  1. Izdelovanje papirne kaše
  2. Izdelava papirja
  3. Končna obdelava papirja

Izdelava papirne kaše

  • hlodovino očistijo lubja
  • hlodovino predelajo v sekance
    • (odrezki, odpadki pri lesni industriji)
  • sekance zmeljejo
  • kemijsko s kislinami odstranijo lignin
    • s tem ločijo lesna vlakna - traheide
    • zmes (brez lignina) ni več les -> papirna kaša
  • odstranjevanje kisline
    • vlaknena mehka kaša
  • z beljenjem odstranimo morda preostali lignin
    • preprečimo porumenjevanje papirja na UV svetlobni

  • kašo osušijo in pripravijo polizdelek za nadaljnjo izdelavo papirja

  • Oglej si video proizvodnje.
  • Oglej si animacijo proizvodnje.

Izdelava papirja

  • zmeljejo papirno kašo
  • dodajanje kaše iz recikliranega papirja
    • s kemijskim postopkom odstranijo barvila
  • molekule celuloze je potrebno povezati med seboj. V tej vlogi nastopi polarni značaj etrske vezi $-O-$, ki dobro privlači vodo.

![Molekula celuloze1.](/TP-2/Skripta/slike/Cellulose-Ibeta-from-xtal-2002-3D-balls.png){#fig:Cellulose-Ibeta-from-xtal-2002-3D-balls}

  • kašo razredčijo z vodo -> viskozna zmes celuloze
  • z oblikovalnimi česali bolj ali manj uredijo in prepletejo vlakna
    • bolj prepletena vlakna -> bolj trden papir
  • dodajo polnila, lepila, barvila in druge dodatke
  • ustvarijo redko vodno zmes (voda pomaga molekulam celuloze, da se kemijsko povežejo)
    • cca 100 L vode za 1 kg papirja (nujen zaprt vodni sistem)

Vodikova vez med dvema molekulama celuloze.{#fig:papir_vezava_celuloze}

  • vstop vodne zmesi v papirni stroj
  • odcejevanje vode (head-box)
  • iztisni valji
  • pivnanje vode z valji in trakovi iz klobučevine
  • iztisni valji (kovinski)
    • končna vsebnost vode po tem postopku je še vedno 50%

  • sušilni valji (pri 100°C)

  • stiskanje papirja na točno debelino
  • nanos površinske obloge (z nanosnimi valji)
    • barvila

Pisarniški papir pred nanosom površinske obloge ...{#fig:papir_pisarniski_coating}

... in pisarniški papri po nanosu površinske obloge.{#fig:papir_pisarniski_no_coating}

  • sušenje obloge
  • navijanje pairja na končne kolute
    • dimenzije 80km x 8.5m
    • masa 120 T

Končna obdelava papirja

  • na papir lahko dodajo še dodate površinske obloge…

  • postopki so različni - odvisno od potrebe papirja

  • formatni razrez
  • transport

Formati in vrste papirja

Formati:

  • A (pisemski papir, tisk, risanje):
    • A0-841x1189
    • A1-594x841
    • A2-420x594
    • A3-297x420
    • A4-210x297
    • A5-148x210
    • A6-105x148
    • …A8-52x74
  • B (tiskarski papir pri knjižnem tisku):
    • B0-1000-1414, B1, B2,…B10
  • C (mape, ovojnice):
    • C0-917x1297, C1, C2,…C10
  • K karton, lepenka:
    • K7-71x101, K8-81x101
  • E (embalažni papir v listih in polah):
    • E0-90x126, E1-63x60

Povezave

Lastnosti in preizkušanje papirnih gradiv

  • MD-machine direction (v smeri potovanja sita)

  • CD- cross direction (prečno na smer potovanja sita)

  • Različne lastnosti:
    • Togost, natezna trdnost, tlačna trdnost (ring crush) večje v MD
    • Žilavost (pregibanje) in odpornost proti trganju boljša prečno na vlakna!
    • Svetlost/opaciteta in koef. trenja/lepenja se spreminja po smeri!
    • Pri sušenju se papir zvije v rolice, kjer je os vzporedna z MD.
    • Poves večji v CD smeri kot pa v MD (večja togost).
    • Natezna trdnost večja v MD, % raztezka večji v CD, papir bolj elastičen v CD.
    • Bolj zanesljivo merjenje sile kot raztezka!

Gramatura

| Kategorija papairja | gramatura [g/m^2] | |——————–:|:—————–:| | Svileni papir | 10 - 40 | | Pisarniški papir | 50 - 200 | | Karton | 150 - 600 | | Lepenka | 225 - 1000 | Table: Razdelitev papirja po gramaturi. {#tbl:gramatura}

Debelina

  • ena od bolj pomembnih lastnosti
  • pomembno vpliva na upogibno trdnost
  • pogosto nujna majhna toleranca v tehnoloških procesih (tiskarne)
  • pogosto se merijo pole papirja ne le en sam list

Gostota

  • Na gostoto vpliva vrsta vlaken in kako so vlakna povezana med seboj.
  • Od tega pa je odvisno več ostalih fizikalnih lastnosti:
    • stisljivost papirja (ni želena pri paketih)
    • sušenje in higroskopičnost
    • upogibna trdnost
    • trganje papirja (ločevanje vlaken)

Zračna prepustnost

  • pomembna pri zračnih filtrih (filter za klimo)
  • prepustnost tekočine je pomembna pri filtrih za kavo

Hrapavost

NALOGA: Preskus hrapavosti

Določi koeficient lepenja za MD in CD smer pisarniškega papirja

  • Večji papir na ravnini, ki jo nagibamo
  • Z manjšim ovijemo utež
  • Dimenzije uteži 90x100 mm, masa 1300g;
  • Ravnino počasi dviguje (1.5° (±0.5°)/sekundo
  • Statični koeficient trenja (koeficient lepenja);
  • Kinetični koeficient trenja: koeficient trenja ob enakomernem premikanju (drsenju) po klancu navzdol!

Preskus hrapavosti.{#fig:papir_hrapavost}

\(k_L = \frac{F_d}{F_x} = \frac{m\ g\ sin(\alpha)}{m\ g\ cos(\alpha)} = tg(\alpha)\){#eq:papir_kl}

Natezna trdnost

Tlačna trdnost

  • vzdolž vlaken

Primer razplastitve zaradi plačne obremenitve.{#fig:papir_razplastitev}

Odpornost trganja

Delovni postopki ročne obdelave

  • Rezanje:
    • Škarje,
    • Nož za papir, karton, lepenko
    • Sekanje
  • Pregibanje:
    • Zgibanje papirja, glajenje
    • Žlebni zgib
    • Zarezni zgib (zarežemo na zunanji strani zgiba za 1/3 debeline)
  • Lepljenje:
    • lepila na vodni osnovi (PVA)
    • na osnovi topil:
      • bencina, acetona (Cinaokol),
      • naravni kavčuk (Neostik),
    • brez topil (UHU stick)
  • Vezanje v pole
    • nerazstavljivo
      • lepljenje
      • žebljanje
    • razstavljivo
      • šivanje
      • žičenje
      • oblikovni spoji (puzzle)

Profiliranje

Preveri naslednje trditve:

  • Z zgibanjem papirja spremenimo odpornost profila
  • Z zgibanjem papirja v profile utrdimo papirna vlakna.
  • Usmerjenost vlaken v papirju ni odločilna pri obremenitvi profila.
  • Papir gramature 280 g/m2 je že dovolj trden za enostavne konstrukcije.
  • Barva papirja ne vpliva značilno na trdnost, sta pa okrogli in kvadratni profil ustrezno močnejša.
  • Oblika profila vpliva na funkcionalnost izdelka in s tem na uporabo.
  • Za zaključek papirne vložne mape uporabimo U-profil, medtem ko pri gradnji papirnega mostu je bolj primeren L-profil.
  • Z žlebnim zgibom navadno vlakna značilno oslabimo, da naredimo pravilen rob.

  1. Vir: https://en.wikipedia.org/wiki/Cellulose ↩