CC BY
7
УДК 621.9: 663
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-5-492-495
АНАЛИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО СОСТАВА БУМАГИ ПРИ ВЫБОРЕ КОМПОНЕНТОВ ДЛЯ ЕЕ ХАРАКТЕРИСТИК
А.С. Комаров
В статье изучены свойства древесины необходимой для создания бумаги и влияющих на ее качество, произведены расчеты для выбора компонентов древесины с помощью метода Шеффе, и построен графики соответствующих зависимостей.
Ключевые слова: бумага, свойства, метод Шеффе.
Всемирное развитие, порождает спрос на широкий ассортимент печатной продукции, увеличивая спрос в печатной продукции одним из материалов которых является бумага.
Бумага - фиброзный материал с включением в него минеральных добавок, полученный путем переработки целлюлозы или за счет обогащения макулатуры. Предназначается в виде листов для письма, рисования, печати, упаковки и прочего. В мире есть тенденция избавления от пластика в повседневной жизни, одной из альтернатив в упаковке является бумага [1, 2].
Усовершенствование различных параметров приводит к модернизации техники, технологий.
Одним из параметров является впитывание краски в бумагу, характеристики связанные с впитываемостью можно разделить на 2 группы:
обусловленные природой или физика-механическими свойствами бумаги и краски, а вторая группа это физические свойства печатного процесса (давление печати, скорость, время и т.д.).
Для получения лучших печатных свойств, требуется баланс между этими группами.
Так как процесс печати состоит в том, что происходит перенос краски с формы на печатный материал под действием давления, то очевидно что качество печати зависит от материала на который переносят и краски.
В данной статье мы рассмотрим различное материалы для печати состоящие из различных видов целлюлоз и рассмотрим как они влияют на свойства бумаги.
В производстве бумаги под целлюлозным волокном, понимают единичную клетку, полученного из древесины или его сырья. В сырье растительного происхождения клетки целлюлозы соединены лигнином, поэтому для расщепления используется 3 основных способа: химический, механический, комбинированный (табл. 1).
Помимо способов получения целлюлозы немало важную роль играет различные сорта древесины: пихта, ели, сосны, тополя, буки, дубы, лиственницы и т.д.
Таблица1
Классификация способов производства волокнистых полуфабрикатов
из древесного сырья
Механический Комбинированный Химический
Производство волокон за счет механической энергии. Производство волокон комбинацией химической и механи- ческой обработок. Производство волокон химической обработкой.
Древесина необходима в производстве многих сортов бумаги, примером является лиственные породы так как содержание в них лигнина 15-24%, у хвойных пород это около 25-32% за счет этого делигнифицирование происходит быстрее, еще у лиственных пород деревьев большее содержание гемицеллюлоз.
492
Рассмотрим различные виды сырья и содержание в них целлюлозы (табл 2.).
Таблица 2
Содержание целлюлозы в деревьях_
Виды сырья Содержание целлюлозы, % Содержание лигнина , %
Пихта 50,32 27,11
Сосна 51,8-52,96 27
Бук 41,38 22,09
Тополь 48,06 17,78
Но у пород деревьев относящихся к лиственным есть свои минусы большего содержания гнили на древесине, что очень сильно влияет на характеристики пород. При добавлении целлюлозы из лиственницы повышает такие свойства бумаги как: однородность, гладкость, прозрачность, увеличение поверхности, шероховатость.
Изучение печатных свойств можно оценить по моделям бумаг представленных в табл. 3.
Чтобы определить свойства многокомпонентного состава бумаги по влиянию ее на печатные свойства были проанализированы две модели и определены их характеристики.
модель 1 - 65% лиственной и 35% хвойной целлюлозы;
модель 2 - 70% лиственной и 30% хвойной целлюлозы.
Из табл. 3 видно, что если немного увеличить средний диаметр отверстий и об-бьем изделий, то это приведет к уменьшению впитываемости, т.е. краски будут закрепляться меньше. Это мы можем увидеть с помощью моделей за счет того, что в 1 модели гораздо больше лиственной целлюлозы чем во второй это показывает, что лиственная целлюлоза имеет лучшие характеристики такие как впитываемости и способность краски задерживаться на поверхности крепче.
Таблица 3
Характеристики моделей ___
Модель Толщина бумаги, мм Плотность, г/см3 Средний диаметр отверстий, мкм Скорость поглощения клея, с Сопротивление продавливанию, кгс/см2 Влагопрочность, %
1 0,012 0,80 0,105 14,1 13,6 8,98
2 0,010 0,73 0,095 18,4 15,2 19,6
Мы рассмотрели модели, имеющие две составляющие, но в основном используются образцы где составляющих больше (сложных систем), рассмотрим образцы где сложных систем 3 и попробуем их рассчитать с помощью методики Шеффе [3, 4]. Для расчета мы возьмем третий порядок по плану Шеффе и будем считать, что минимальная доля смеси это 1/3, а количество компонентов равно 3, отсюда мы получим (табл.
4).
Уравнение Шеффе будет иметь такой вид:
3 3 3 3
У = Х Ьгхг + X Ьг]хгх] + X сух\х ] (х1 ~ х] ) + X Ьукх\х]хк
I=1 /<1</ /<1</ ¡<\<1<к
Тогда мы получим коэффициенты
Ь1 = У1; Ь2 = У2; ь3 = У3; ь12 = 27/8*(У4 +У5 -У1 -У2); ь13 = 27/8*(У6 +У7 -У1 -У3);
Ь23 = 27/8 *(У8 + У9 - У2 - У3); С12 = 27/8 * (3У4 -3У5 - У1 + У2 X С13 =
= 27/8 * (3уб - 3у7 - У1 + У3 );
С23 = 27/8 * (3у8 -3у9 - У2 + У3); Ь123 = 27 * уш - 27/8 *(У4 + У5 + Уб + У7 + У8 + У9) +
+ 21/4*(у1+у2+У3)
Таблица 4
Таблица значений плана^Шеффе с 3 компонентами_
Yi X1 X2 X3
Y1 1/3 1/3 1/3
Y2 0 1/3 2/3
Y3 1/3 2/3 0
Y4 2/3 1/3 0
Y5 2/3 0 1/3
Y6 1/3 0 2/3
Y7 0 1/3 2/3
y8 1 0 0
Y9 0 0 1
Y10 0 1 0
График коэффициентов значений плана Шеффе с 3 компонентами: а — график;
б — построение
С помощью программы Triangle построил график, он позволяет визуализировать показатели плана Шеффе. Из рисунка можно определяем композиционный состав, он является оптимальным и хорошо слаженным, чтобы это определить его находим область оптимальных значений, соединяем центр осей расположенных параллельно осям координат, направление координат проиллюстрированы стрелками по краям.
Таким образом, чтобы создать качественную бумагу, необходимо изучить свойства многих компонентов древесины, произвести анализ полученных данных и определиться с оптимальны составом.
Список литературы:
1. Пантюхина Е.В., Котляров В.С., Пантюхин О.В.. Перспективные технологии изготовления пищевой упаковки, Тула: Изд-во ТулГУ, 2018 20-100 с.
2. Давыдов И.Б., Красная И.А., Пантюхина Е.В. Особенности, основные виды и область применения пищевой упаковки на основе бумаги// Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. № 2. С. 388-394.
3. Виды моделей при планировании эксперимента по методике Шеффе. Методика расчета коэффициентов аппроксимирующих полиномов. Выделение локальных областей [Электронный ресурс] URL: https://studfile.net/preview/7646383/page:24/ (дата обращения: 01.06.22).
4. Пример выполнения аппроксимации полиномами. [Электронный ресурс] URL: https://megaobuchalka.ru/3/30492.html (дата обращения: 01.06.22).
Комаров Антон Сергеевич, магистр, antonio.komarov20@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF THE COMPOSITION OF PAPER WHEN SELECTING COMPONENTS
FOR ITS CHARACTERISTICS
A.S. Komarov
The article studied the properties of wood necessary for the creation ofpaper and affecting its quality, made calculations for the selection of wood components with the power of the Sheffe method, and built graphs of the corresponding dependencies.
Key words: paper, properties, Scheffe method.
Komarov Anton Sergeevich, master, antonio.komarov20@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
