Ж. М. Адилов академик, доктор экономических наук, профессор

●
 Технические науки 
 
90                                                
№2 2014 Вестник КазНТУ
 
  
 
УДК 655.3 
 
М.Т. Сайфудинова, Ш.Е. Саимбетова, А.Г. Тягунов,  Ж.Е. Ибраева 
(Казахский национальный технический университет имени К.И.Сатпаева 
Алматы, Республика Казахстан, 
УрФУ им.Б.Н.Ельцина, г.Екатеринбург, Российская Федерация) 
 
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ, ОПТИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БУМАГИ 
ДЛЯ ОФСЕТНОЙ ПЕЧАТИ 
 
Аннотация.  В  настоящее  время  на  рынке  бумаги  представлены  несколько  видов  бумаг  различных 
производителей. В  процессе исследования  изучен волокнистый состав бумаги для  офсетной  печати  от разных 
производителей  –  бумажной  фабрики  «Сывтывкар»  (Россия),  компании  «Берег»,  Stora  Enso  и  UPM 
(Финляндия),  исследованы  их  оптические  и  механические  свойства.  Приведен  сравнительный  анализ 
волокнистого  состава  и  его  влияния  на  свойства  бумаги.  Показаны  сравнения  прочностных  свойств  бумаг 
разного производства. Даны рекомендации по выбору печатных бумаг для офсетной печати.  
Ключевые слова: волокнистый состав, белизна, разрывная длина, предел прочности при растяжении 
 
Основным  компонентом  бумаги  являются  волокнистые  полуфабрикаты,  сырьем  для 
производства  которых  служит  древесина.  В  мире  вырабатывается  около  95%  волокнистых 
материалов.  Оставшаяся  часть  вырабатывается  из  макулатуры  и  таких  растений,  как  тростниковый 
сахар, багасса, бамбук, конопля, хлопок и лен, а также из синтетических волокон [1]. 
Наибольшее  применение  в  целлюлозно-бумажной  промышленности  находят  волокна 
древесной  целлюлозы.  Деревья  подразделяются  на  две  основные  группы:  хвойная  и  лиственная. 
Более  прочную  и  плотную  бумагу  получают  из  целлюлозы  хвойных  пород,  имеющих  длинные 
волокна  в  пределах  2,5-3  мм  и  при  этом,  небольшую  ширину  –  в  среднем  0,03-0,04  мм.  Волокна 
лиственной  целлюлозы  более  короткие.  Их  длина  составляет  от  0,7  до  1,2  мм,  что  не  позволяет 
изготавливать из них высокопрочную  бумагу. В составе лиственной целлюлозы наряду с  широкими 
волокнами  имеется  много  узких  длинных  волокон,  но  не  более  1,6  мм.  Поэтому  она  уступает  по 
прочностным  свойствам  хвойной  целлюлозе.  Обычно  лиственную  целлюлозу  применяют  в 
композиции с хвойной, что позволяет изготовить прочную бумагу с более равномерной структурой и 
высокой непрозрачностью. 
Бумага  является  капиллярно-пористым  материалом,  доступным  для  проникновения  воздуха, 
влаги, полиграфических красок. Это своеобразный каркас, образованный из целлюлозных или других 
волокон, прочно соединенных между собой водородными связями. Длина растительных волокон, из 
которых  образована  бумага,  1-2  мм  при  диаметре  около  25  мкм.  Поры  могут  быть  частично 
заполнены  наполнителями  (каолин),  проклейкой  (канифоль)  и  обязательно  некоторым  количеством 
(7%)  влаги.  При  недостатке  влаги  бумага  становится  жесткой,  хрупкой,  при  ее  избыточном 
количестве  теряет  прочность,  становясь  чрезмерно  пластичной.  При  этом  ухудшаются  ее  печатные 
свойства [2]. 
При  воздействии  на  бумагу  маслом  или  керосином  прочность  бумаги  почти  не  меняется,  т.к. 
известно, что водородные связи не чувствительны к действию углеводородов и масел, но полностью 
разрушаются водой. 
Изменением условий массного размола, наполнения, проклейки, режима отлива бумаги на БДМ 
или  каландрирования,  можно  получить  из  небольшого  количества  волокнистых  полуфабрикатов 
различные виды бумаги, отличающиеся структурой и физико-механическими свойствами [3]. 
Существенное  влияние  на  конечный  продукт  (бумагу)  оказывает  вид  помола,  который  бывает 
тощим и жирным. Таким образом, на структуру, механические и оптические свойствабумаги большое 
влияние  оказывает  волокнистый  состав  бумаги.  Целью  настоящего  исследования  является  изучение 
механических  и  оптических  свойств  печатных  бумаг,  и  разработка  рекомендаций  по  выбору  бумаги 
для офсетной печати на основе этих свойств.  
 
  Экспериментальная часть 
  Материалы 
  Для  проведения  исследований  выбраны  образцы  бумаг  для  офсетной  печати  4-х 
производителей с различной массой 1м
2
. В таблице-1 приведена их краткая характеристика. 

●
 Техникалық ғылымдар 
 
ҚазҰТУ хабаршысы №2 2014                                            
91 
 
Таблица 1. Характеристика исследуемых образцов бумаг 
 
№ 
Производитель 
Сорт 
Масса 1 м2, г/м2 
Характеристика 
1 
2 
3 
4 
5 
1 
Бумажная фабрика 
«Сывтывкар», Россия 
Бумага 
офсетная  
65, 80, 120, 160 
Чистоцеллюлозная бумага без 
покрытия. Белизна по CIE 145±3% 
2 
Компания «Берег» 
(поставщик) 
Бумага 
офсетная 
70, 100, 115, 130 
Чистоцеллюлозная бумага без 
покрытия. Обладает высокими 
показателями белизны. Оптическая 
яркость ISO 2470 – 92% 
3 
Stora Enso, 
Финляндия  
Media Print 
Gloss 
90, 100, 115,130, 
150, 200, 250 
Мeлованная чистоцеллюлозная бумага, 
белизна CIE 122% 
4 
UPM, Финляндия 
Finess Gloss 
90, 100, 115,130, 
150, 200, 250 
Мелованная чистоцеллюлозная бумага, 
белизна CIE 130%, яркость ИСО 98% 
 
Методы исследований 
Микроскопическое исследование состава бумаги 
 
Микрофотографии  волокнистого  состава  выбранных  образцов  бумаги  были  сняты  на 
микроскопе  Axioskop  A1  марки  AxioCam.MRc  на  проходящем  свете  при  увеличении  200 
(максимальное  увеличение  аппарата  100)  в  лаборатории  инновационных  технологий  КазНТУ 
им.К.И.Сатпаева.  
 
Определение белизны бумаги 
Лейкометром  измеряли  белизну  выбранных  образцов  по  стандартному  методу  при 
эффективной длине волны 457 нм со стандартным образцом (эталоном). 
В  качестве  стандартных  поверочных  эталонов  использовали  прессованные  таблетки  сульфата 
бария  (BaSO
4
)  с  белизной  94%,  диоксида  титана  (TiO
2
)  с  белизной  94%  и  оксида  цинка  (ZnO)  с 
белизной  99%.  Также  использовали  поверочную  пластину  из  матового  стекла  с  белизной  80%. 
Белизна выбранных эталонов близка к белизне испытуемых образцов. 
Свет  от  лампы  накаливания  собирательной  линзой  и  полым  вогнутым  зеркалом  направляется 
на  полупрозрачную  плоскопараллельную  пластинку.  Часть  светового  потока  проходит  через 
пластинку и призмой направляется на испытуемый образец, закрывающий отверстие в нижней части 
шара  Ульбрихта.  Отраженный  образцом  свет  многократно  отражается  стенками  шара  и  попадает  на 
измерительный фотоэлемент. Яркость белой поверхности шара, следовательно, и величина фототока, 
будут зависеть от белизны образца. 
Перед  каждой  серией  измерений  прибор  необходимо  настроить  по  рабочей  поверочной 
пластине, белизна которой наиболее близка к белизне испытуемых образцов.  
Пять  испытуемых  образцов  бумаги  или  картона  складывают  в  стопу.  Стопа  должна  быть 
светонепроницаемой, что характеризуется тем, что дальнейшее увеличение количества листов в стопе 
не  влияет  на  величину  измеряемого  показателя  белизны.  Для  этого  под  стопу  подкладывают  такое 
количество листков той же бумаги или картона, при которой стопа становится светонепроницаемой. 
Вместо  поверочной  пластины  устанавливают  испытуемую  стопу  образцов  бумаги,  кнопку 
выключателя  вдавливают  в  корпус  и,  вращая  измерительный  барабан,  добиваются  совмещения 
проекции  нити  электрометра  с  центром  двойного  штриха.  Затем  списывают  показания  белизны  с 
измерительного барабана. 
Сначала  измеряют  белизну  верхнего  образца  стопы.  По  мере  измерений  верхний  образец 
перекладывают вниз стопы, измеряют белизну следующего образца и т.д. 
Белизну бумаги и картона выражают в процентах. За результат испытаний принимают среднее 
арифметическое белизны пяти образцов, округленное до первого десятичного знака. 
Если  белизна  превышает  100%,  то  при  этом  на  измерительной  шкале  лейкометра 
устанавливают значение n на 10-20% ниже действительного значения белизны рабочего эталона.  
 
 
 

●
 Технические науки 
 
92                                                
№2 2014 Вестник КазНТУ
 
  
 
  Измеренное значение белизны умножают на коэффициент K равный: 
 
                                                       
                                                                    (1)          
 
  где W
пл
 – действительное значение белизны рабочего эталона, %; 
          n – значение белизны, установленное на измерительной шкале прибора при настройке, %. 
Исследование  проводилось  в  УрФУ  имени  Б.Н.Ельцина  (г.Екатеринбург)  на  кафедре 
полиграфии и веб-дизайна и в исследовательской лаборатории УГЛТУ на кафедре химии древесины 
и технологии целлюлозно-бумажного производства. 
 
  Определение прочности бумаги на разрыв и удлинения при растяжении 
   
Разрывную  длину  исследуемых  образцов  бумаги  измеряли  на  разрывной  машине 
Эксперименты проводились согласно [4]. 
Принцип  действия  основан  на  изменении  угла  отклонения  маятника  от  вертикали  под 
действием  усилия,  прилагаемого  к  испытуемому  образцу.  Данные  машины  отличаются  от  машин 
аналогичного  назначения  высокой  точностью  отсчета  величины  удлинения  испытуемого  образца  в 
момент  разрыва,  большим  диапазоном  регулирования  скорости  опускания  нижнего  зажима, 
сокращением продолжительности цикла испытания.  
Разрывная машина состоит из маятникового силоизмерителя, механизма измерения удлинения 
и  регулируемого  электропривода  с  магнитным  усилителем.  Органы  управления  работой  разрывной 
машины  расположены  на  пульте.  На  маятнике  машины  устанавливают  груз,  при  котором  значение 
разрушающего  усилия  при  испытании  образцов  должно  быть  не  ниже  10  %  предельного  значения 
шкалы.  
Разрывная длина бумаги рассчитывается по формуле: 
 
                                                                           
 ,                                                                  (2) 
 
где P – разрушающее усилие Н (кг×с); 
       l
0 
– длина полоски между зажимами (мм); 
       m – средняя масса полоски, г. 
Результаты округляются до 50 м. 
Пределы прочности при растяжении вычисляются по формуле: 
 
                                                                           
                                                                 (3) 
 
  где Р – разрушающее усилие Н (кг×с); 
         b – ширина образца (мм); 
        h – толщина образца (мм). 
Результаты округляются до 1,0 МПа (0,1 кгс/мм
2
). 
Исследование  проводилось  в  УрФУ  имени  Б.Н.Ельцина  (г.Екатеринбург)  на  кафедре 
полиграфии и веб-дизайна и в исследовательской лаборатории УГЛТУ на кафедре химии древесины 
и технологии целлюлозно-бумажного производства. 
   
  Результаты и их обсуждение 
 
  При  проведении  микроскопического  исследования  образцов  бумаги  были  получены 
микрофотографии волокон, представленные на рисунке 1. 
 

●
 Техникалық ғылымдар 
 
ҚазҰТУ хабаршысы №2 2014                                            
93 
 
 
 
 
                                  А                                                                                  Б     
 
  
 
 
                                   Г                                                                               В 
 
А) образец №1 – Сыктывкар, 80г/м
2
; Б) образец №2 – Берег, 70г/м
2
;  
В) образец №3 – МедиаПринт, 90г/м
2
; Г) образец №4 – Файнесс, 90г/м
2
. 
 
Рис. 1. Микрофотография волокон исследуемых образцов бумаги 
 
Анализ  микрофотографий  показал,  что  образцы  бумаги  различны  по  волокнистому  составу,  а 
именно, по диаметру, виду помола. В образцах №1 и 2 были замечены волокна толщиной от 10 до 50 
мкм,  а  в  образцах  №3  и  4  от  10  до  40  мкм.  Образцы  №3  и  4  плохо  представляются  на 
микроскопическом  снимке,  что  говорит  о  том,  что  в  них  наибольшее  количество  наполнителей,  об 
этом  свидетельствует  плотная,  микропористая  поверхность  образцов,  повышенная  гладкость  и 
непрозрачность.  Образцы  №1  и  №2  более  впитываемы  и  прозрачны,  чем  образцы  №3  и  4.  Для 
офсетной  печати  подходят  все  исследуемые  образцы  бумаг,  однако,  для  получения  качественного 
изображения  в  образцах  №3  и  4  следует  учитывать  характеристики  печатных  красок  с  подбором 
твердых смол в сочетании с маловязкими растворителями в их составе. 
Исследование волокнистого состава исследуемых образцов проводились согласно [5]. 
Исследованы  механические  свойства,  как  разрывная  длина  и  предел  прочности  при 
растяжении. Эксперименты  проводились согласно [4]. 
 Зависимость  разрывной  длины  от  массы 
бумаги показана на рисунке 2. 
Зависимость  разрывной  длины  от  массы  бумаги  показал,  что  чем  больше  масса,  тем  ниже 
показания прочности. Это говорит о том, что наполнители повышают белизну бумаги, но снижает ее 
прочность.  Об  этом  свидетельствует  кривая  образца  №4.  А  образец  №1  значительно  прочнее. 
Образцы №2 и 3 по разрывной длине не сильно отличаются. На прочность бумаги оказывают влияние 
большое  количество  переменных  факторов,  в  том  числе  прочность  и  длина  исходных  волокон, 
структура  листа,  которая  характеризуется  степенью  и  характером  переплетения  волокон  между 
собой, степенью  уплотнения, а также наличие в бумаге веществ неволокнистого характера, которые 
могут  увеличивать  или  уменьшать  прочность  бумажного  полотна.  Возможно,  в  образцах  №2  и  №3 
сила  сцепления  волокон  между  собой  ниже,  чем  должно  быть  или  же  в  них  присутствует  вещества 
неволокнистого характера. 

●
 Технические науки 
 
                                                    
№2 2014 Вестник КазНТУ  
                    
94 
 
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
0
50
100
150
200
250
р
аз
р
ы
вн
ая
 д
л
и
н
а,
 м
масса бумаги, г
бумага фабрики 
"Сывтывкар"
бумага, поставляема
я компанией "Берег"
бумага 
"Медиапринт"
бумага "Файнесс"
 
 
1-бумага, производимая фабрикой Сывтывкар, Россия; 2-бумага, поставляемая компанией «Берег»; 3-
мелованная бумага Медиапринт, Финляндия; 4-мелованная бумага Файнесс, Финляндия. 
 
Рис. 2. Зависимость разрывной длины от массы бумаги 
 
  Образцы  бумаг  подверглись  испытаниям  по  опредению  белизны  на  лейкометре.  Работы 
проводились в соответствии с ГОСТ 30113-94. «Метод определения белизны» [6]. 
  Белизну  бумаги  и  картона  выражают  в  процентах.  За  результат  испытаний  принимают 
среднее арифметическое белизны пяти образцов, округленное до первого десятичного знака. 
  Если  белизна  превышает  100%,  то  при  этом  на  измерительной  шкале  лейкометра 
устанавливают значение n на 10-20% ниже действительного значения белизны рабочего эталона.  
  Результаты измерений показаны на рисунке 3. 
 
108
110
112
114
116
118
120
122
124
126
0
50
100
150
200
250
б
е
л
и
зн
а,
 %
масса бумаги, г
бумага фабрики 
Сывтывкар
бумага, поставляем
ая компанией 
"Берег"
бумага 
"Медиапринт"
 
 
Рис. 3. Зависимость белизны от массы бумаги 
 
   

●
 Техникалық ғылымдар 
 
ҚазҰТУ хабаршысы №2 2014  
 
95
  Повышенная  гладкость  и  белизна  достигаются  большим  количеством  наполнителя. 
Представленный  график  показал,  что  немелованные  бумаги  отличаются  высокими  показателями 
белизны  в  отличие  от  мелованных,  хотя  в  мелованных  бумагах  имеется  наибольшее  количество 
наполнителей, которые повышают степень белизны. Возможно, это связано с тем, что с увеличением 
количества  оптических  отбеливателей  до  определенного  предела  белизна  бумаги  понижается,  что 
связано  с  поглощением  видимого  фиолетового  света.  Кроме  того,  в  целлюлозе  должны  быть 
ограничены  содержание  смолы,  зольность  и  зольный  состав.  Последнее  ограничение  связано  с  тем, 
что  некоторые  элементы  зольного  состава  (например,  соединения  железа)  оказывают  вредное 
влияние  на  светочувствительный  слой,  вызывая появление  в  нем  черных  точек,  и  снижают  белизну 
бумаги.  Это  также  может  означать,  что  дорогая,  наиболее  плотная  и  гладкая,  приятная  на  ощупь 
бумага – не показатель качества.  
  
ЛИТЕРАТУРА 
1.  Буланов  И.А.  Разработка  рекомендаций  по  выбору  системы  бумага-краска  для  офсетной  печати                  
// Диссертация на соис. науч. ст. канд. техн. наук. 
2. Технология целлюлозно-бумажного производства. Справочные материалы. В 3-х томах. Том 2. Часть 
2. Основные виды и свойства бумаги, картона, фибры и древесных плит – СПб.: Политехника, 2006. – 499с. 
3.  Вураско  А.В.,  Агеев  А.Я.,  Агеев  М.А.  Технология  получения,  обработки  и  переработки  бумаги  и 
картона: учеб. пособие.  Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2010.  272 с. 
4. ГОСТ 13525.1-79. Прочность на разрыв и удлинение при растяжении. 
5. ГОСТ 7500-85 Бумага и картон. Методы определения состава по волокну. 
6. ГОСТ 30113-94 (ИСО 2470-77) Бумага и картон. Метод определения белизны. 
 
REFERENCES 
1.  Bulanov  I.A.  Razrabotka  rekomendatsiy  po  vyboru  sistemy  bumaga-kraska  dlya  ofsetnoy  pechati  // 
Dissertatsiya na sois. nauch. st. kand. tekh. nauk. 
2.  Tekhnologiya tsellyulozno-bumazhnogo proizvodstva. Spravochnye materialy. V 3-h tomah. Tom 2. Chast' 
2. Osnovnye vidy i svoystva bumagi, kartona, fibry i drevesnykh plit – Spb.: Politekhnika, 2006. – 499s. 
3.  Vurasko  A.V.,  Ageyev  A.Ya.,  Ageyev  M.A.  tekhnologiya  polucheniya,  obrabotki  i  pererabotki  bumagi  i 
kartona: ucheb. posobie. – Yekaterinburg: Ural. lesotekhn. un-t, 2010. – 272s. 
4.  GOST 13525.1-79. prochnost' na razryv i udlineneie pri rastyazhenii. 
5.  GOST 7500-85 Bumaga i karton. Metody opredeleniya sostava po voloknu. 
6.  GOST 30113-94 (ISO 2470-77) Bumaga i karton. Metody opredeleniya belizny. 
 
Cайфудинова М.Т., Саимбетова Ш.Е., Тягунов А.Г., Ибраева Ж.Е. 

жүктеу/скачать 38,33 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: