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.

{#fig:papir_papyrus height=500px}

{#fig:papir_knjiga_mrtvih}

{#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

{#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

{#fig:papir_proizvodnja}

Nejvečkrat 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

{#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)

{#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

{#fig:papir_pisarniski_coating}

{#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 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

• Izdelava papirne kaše in papirja
• Izdelava popirne kaše in papirja
• Ročna izdelava papirja
• Ročna izdelava papirja

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!

{#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

• Preskus natezne trdnosti.
• pomembna pri načrtovanju raztržnih linij

Tlačna trdnost

• vzdolž vlaken

{#fig:papir_razplastitev}

• po debelini(manj pomembno)
• obročni test
• robni test
  • Robni test kartona.
  • Obročni preskus

Odpornost trganja

• zelo pomembna lastnost papirja (zelo dobro definiran preskus)
• Odpornost trganja.
• Elmendorf-ov preskus

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 ↩