21a. Tiskové papíry.

21a. Tiskové papíry. Historie výroby papíru, vláknité suroviny pro výrobu papíru, jednoleté a víceleté rostliny, chemické složení dřeva, výroba primárních a sekundárních vláknin, bělení vláknin a chemická úprava papíroviny, výroba papíru na papírenském stroji, druhy a vlastnosti tiskových papírů, obecné, fyzikální a optické vlastnosti papírových materiálů a jejich analýza, příklad na chemický výpočet.


Papír je plošný materiál vytvořený uložením rostlinných, živočišných nebo syntetických organických i anorganických vláken. Podle ČSN má papír zpravidla plošnou hmotnost do 150 g.m².

Věda, která se zabývá historií vývoje materiálu na psaní, se nazývá palografie. Podle doby a místa vzniku materiálů na psaní je možné tyto materiály rozdělit do dvou významných období a to na ty, které se používaly v době antického Říma tzv. Latinská paleografie a na ty, které mají svůj původ ve staré Číně tzv. Čínská paleografie. Latinská paleografie: V antickém Římě je doloženo psaní na lýko, na dřevo, na destičky z různého materiálu (např. bronzu) potažené vrstvou vosku. Za nejběžnější psací materiál v Římě je právem považován papyrus. Papyrus je materiál na psaní rostlinného původu, které se vyráběl ze šáchoru papyrového, což je rostlina pěstovaná na Deltě Nilu,z této rostliny se odstranila dřeň a řezala se na proužky, které se vlastní šťávou lepili k sobě a sušili. Tak vznikali svitky. Svitky ukládali do kožených pouzder. Papyrus byl znám Egypťanům od r.400pr.n.l. A první kniha napsaná na papyrusu je Kniha mrtvých. Mladší než papyrus je pergamen. Pochází ze 4 st. n.l., je živočišného původu, vyráběl se ze zvířecích kůží. Kůže se zbavovali chlupů. Máčely se ve vápenné vodě, popřípadě se dále upravovali(bělení,barvení). U nás byl výsadou především vysokých vrstev. Pergamen byl postupně vytlačován papírem. Jeho původ je nutné hledat v Číně. Čínská paleografie: papír byl vynalezen v roce 105 n.l. konfuciánský knížetem Chaj Lungem. Byl lehký a pevný. Výroba se udržela v tajnosti až do r.600 n.l. kdy se s ní seznámila Korea a Japonsko. Papír se nejdřív vyráběl z lněných a konopných hadrů a až od 13.st. Z buničiny. Až ve 14 st. se dostává výroba k nám, diky Karlu IV., který povolal 1.papírníky z Itálie. Nejstarší papírna u nás vznikla ve Zbraslavi. Nejvíce se papír rozšiřuje po vynalezení knihtisku.

K výrobě papíru se v současnosti využívají prakticky všechna dostupná vlákna. Z nich převládají vlákna z rostlinných surovin a v našich podmínkách vlákna z dřevin. Vlákna, která se používají k výrobě papíru je možné rozdělit na rostlinná vlákna, tj. vlákna z jednoletých a víceletých rostlin jako je len, konopí, bavlna, hadry, dřeviny, mechanické, chemicko-mechanické a chemické buničiny dřevin a rostlin. Dále jsou to živočišná vlákna jako vlna, srst, koželužský odpad. Dále nerostná přírodní vlákna (azbestová) a nerostná syntetická vlákna (skleněná, keramická apod.) a chemická vlákna z přírodních polymerů jako vlákna z regenerované celulozy (viskozová, měďnatá), vlákna

z derivátů celulozy (acetátová, chemicky modifikovaná buničinová vlákna), vlákna formovaná
z živočišných bílkovin (kolagenová, kazeinová) a vlákna z rostlinných bílkovin (sojová, z podzemnice olejné) a chemická vlákna ze syntetických polymerů existují polyamidová, polyesterová, polyethylenová, polyvinylová, polyvinylidenová, polyuretanová apod.
Z těchto vláken mají dominantní postavení vlákna z jednoletých a víceletých rostlin. Jednoleté rostliny ty, které vyrostou během jednoho roku, resp. za jedno vegetační období. Jednoleté rostliny se dělí na zbytky zemědělských plodin, rostliny pěstované speciálně pro výrobu papíru a na rostliny volně rostoucí. Mezi zbytky zěmědělských plodin, ze kterých se vyrábí papír patří sláma. Zpracovává se samostatně nebo s jinou vlákninou. V nebělené podobě se z ní vyrábí obaly, balící papíry, lepenka a deske. V bělené podobě poskytuje kvalitní grafický papír. Do této skupiny patří také cukrová třtina. Výroba papíru z této suroviny je typická pro tropy a subtropy. Při úprávě v ní zůstává tzv. lignin, který způsobuje žlutnutí papíru, vzniká tak nekvalitní papír používaný pouze pro novinovou výrobu.

Mezi rostliny pěstované speciálně pro výrobu papíru patří určitě bavlna. Obsahuje semena bavlnovníku, která jasou složena z jednotlivých vláken, která obsahují čistou alfacelulózu, jsou tvrdší a hůře se opracovávají. Z bavlny se dá vyrobit celkem objemný papír s menší pevností. Z pracovává se chemickým způsobem. Indii a Pákystánu se vyrábí papír z konopí, odkud se jeho výroba rozšířila do celého světa. Papír se vyrábí pouze z konopí, které není vhodné na zpracování textílií. Zpracovává se chemickým způsobem. Dále sem patří juta, vyrábí se z ní papír v Indii a Pákystánu, její vlákna dobře bobtnají a poskytuje kvalitní grafický papír.
Mezi rostliny, které slouží k výrobě papíru a rostou volně, patří např. Sabaj. Poskytuje kvalitní grafický papír, je to druf trávy, jejíž vlákna mají silnou buničnou stěnu. Zpracovávají se chemickým způsobem. V tropických a subtropických oblastech se vyrábí papír také z bambusu, které se zpracovávají chemickým i mechanickým způsobem. Esparto je tráva, která roste v severní Africe a na jihu Španělska, poskytuje kvalitní grafický papír a zpracovává se chemicky. Manila je vláknina izolovaná z listů banánovníku.

Přes celou řadu známých rostlin používaných k výrobě papíru, zůstává v této oblasti stále nejlepší surovinou dřevo jehličnatých stromů jako je smrk, borovice a jedle, méně pak dřevo stromů listnatých jako je bříza, lípa nebo osika, takže víceleté rostliny.

Použitelnost dřeva je určena chemickým složením a vnitřní stavbou dřeva, které obsahuje celulozu, hemicelulozu a lignin, zbytek je tvořen pryskyřicemi, tuky a dalšími chemicky složitými látkami. Celulóza je makromolekulární latka(polysacharid), která obsahuje většinou až 1000 molekul glukózy, umožňuje výrobu papíru ze dřeva. Hemicelulóza je polysacharid, který obsahuje přibližně 200molekul glukozy a jiné hexozy a pentózy. Rozvětvené řetězce hemicelulózy jsou vázany na celulózu a lignin. Snadno bobtnají, usnadňují mletí a poskytují tenké vazebné útvary. Ligninje makromolekulární látka, která obaluje celulózová vlákna a tím snižuje schopnost vytvářet vazby mezi těmito vlákny. Zhoršuje optické vlastnosti tím, že absorbuje UV záření a viditelné záření nižších vln.délek.= papír se jeví jako žlutý.
Při výrobě papíru je tedy nažádoucí především ligninová složka. Proto pokud má být vyroben kvalitní papír, musí být lignin odtraněn.
Vlákniny pro výrobu papíru se zpracovávají mechanickým, chemickým nebo kombinovaným způsobem.

Mechanický proces zpracování dřevin. V první fázi se odstraní kůra což se provádí seřezáváním na pilách, nebo v papírnách na odkorňovacích bubnech.(odkorňování). V další fázi je takto připravená kulatina přivedena na brusný kámen kde je obrušována za současného přítoku vody. Obroušené kousky dřeva tvoří s vodou řídkou suspenzi, která obsahuje úlomky a kousky dřeva, proto nastává v další fázi jemné třídění dřevoviny, které se provádí v trychtýřích, nebo na válcových sítech. Na konec se řídká suspenze zahustí a vzniká dřevovina. Výhody: vysoký výtěžek (kolem 90%). Nevýhody: nízká kvalita vyrobeného papíru, dřevovinu nelze použít samostatně na výrobu papíru(musí se smíchat s buničinou),nekvalitní papír .Používá se na výrobu novinového papíru, balícího, kartonu a lepenky.

Chemické zpracování dřeva je založene na zpracování dřeva na štěpky sekáním a odstraní se lignin chemickými látkami. Tento proces se nazývá delignifikace. Tento pojem také zahrnuje odstranění všech nežádoucích látek ve dřevě. Delignifikace se provádí sulfátovým nebo sulfitovým způsobem. Sulfátový způsob: nejprve dřevo odkorníme a vytřídíme, následuje příprava varné kyseliny, která je složena z hydroxidu sodného a sulfidu sodného. Následuje delignifikace, kdy se dřevěné štepky vloží dovarné kyseliny. Po té se vlákna bělí, třídí, perou, suší a výsledným produktem je sulfátová buničina. Nevýhody: nižší produkce buničiny, je hůř dělitelná. Výhody: regenerace veškerých chemikálií, buničina je pevnější, dá se využít z kteréhokoliv stromu.

Sulfitovy způsob: nejprve dřevo odkorníme a vytřídíme, následuje příprava varné kyseliny,(Mg(HSO3)2+SO2, následuje delignifikace hořečnaté kyseliny, po té se vlákna bělí, třídí, perou, suší a výsledným produktem je sulfitová buničina plus sulfitové výluhy. Nevýhody: nelze regenerovat chemikálie. Výhody: poměrně vysoký výtěžek z buničiny 45-55%, tvrdost buničiny lze ovlivňovat podle potřeby. Jelikož se chemikálie nedají regenerovat vznikají sulfitové výluhy(hnědý roztok), který se využívají jako pojivo při výrobě granulovaného krmiva pro dobytek, jako hnojivo pro zemědělce, sacharidy ze sulfitových výluhů se používají jako krmný kvas nebo přidávají se do keramických výrobků pro zlepšení vlastností.

Kombinovany způsob: kombinuje mechanické i chemické zpracování dřeva. Může probíhat sulfátovým i sulfitovým zpracováním, jako varná kyselina se kombinuje Na2SO3 a NaHCO3. Někdy se říká impregační zpracování. Produktem je polobuničina. Výhody: výtěžek bývá 65-85%, obsahuje 13-19% ligninu. Nevýhody: kvalita vyrobeného papíru není tak vysoká jak u chemického zpracování. Dřevovina, buničina i polobuničina jsou primární vlákniny.
Sekundární vlákniny vznikají z vláknitých materiálů, které se vrací zpět ke zpracování na vlákninu. K výrobě druhotných vláknin lze tedy použít starý papír nebo staré textilie, příp. papírenský a textilní odpad. Opětovné zpracování materiálů se v technické praxi nazývá recyklace. Starý papír obsahuje různé příměsi, jako jsou klížidla, plnidla, syntetické pomocné prostředky, tiskové barvy a je znečištěn ještě dalšími různorodými látkami. K tomu, aby se sekundární vlákniny mohly použít k výrobě širokého sortimentu papíru, musí se nečistot zbavit. K základním technologickým operacím zpracování starého papíru na sekundární buničinu patří rozvolňování, rozvlákňování, oddělování jemných nečistot, třídění a čištění. Připraví se tak buničina vhodná k výrobě šedé a vlnité lepenky, balicí papíry a kartony.
Všechny vlákna je ale nutno bělit. Bělení vláken se provádí chlórem, chlornany, chloritany, oxidem chloričitým, peroxidy, ozónem, elementárním kyslíkem a pomocí opticky zjasňujících prostředků.

Chlór bělí pomocí adice nebo substituce. Chlórnany mamjí bělící účinek pro PH větší než 7, při bělení chlornany dochází k substitučním reakcím, které způsobují bělení vláken. Chloritany se musí před bělením aktivovat, tzn. Musí se okyselit prostředí, protože mají bělící účinky pouze pro PH menší než 7. Peroxidy se používají se na šetrné bělení, nenarušují vlákna, jejich bělící účinnost je však mnohem slabší než u jiných bělících prostředků. Pokud má být bělost trvalá, bělí se v stupních bělení. Používají se k bělení textilií a jiných jemných vláken. Ozón se využívá na bělení do hloubky,může totiž poškodit svým silným účinkem většinu vláken, proto je potřeba bělit ozónem opatrně. Při bělení je potřeba chránit celulózu před oxidací. Má několikrát větší bělící schopnost než elementární chlór. elementární kyslík se už nevyužívá, jelikož reakcí kyslíku s celulózou dochází k poklesu výtažku. Dochází tedy ke snížení (degradaci) počtu polysacharidů. Mechanismus této reakce ještě nebyl vysvětlen.

Buničina, dřevovina ani polobuničina nejsou vhodné přímo na výrobu papíru. Je potřeba nejprve z těchto vláknin vytvořit homogenní hmotu, papírovinu.

Papírovina se připravuje následujícími technologickými operacemi:
Nejprve se provádí mletí: opracovávání vlákna papíru v podélném a příčném směru, v příčném směru je to krácení vláken, v podélném směru je to filcilace. Mletí se provádí na mlecích strojích tzv. holandrech (nejčastěji deskové mlýny). Po mletí následuje plnění, což je částečné zaplnění prostoru mezi vlákny, papír má rovnoměrnější povrch a plnění zvyšuje průsvitnost (opacitu) papíru, bělost a hladkost a naopak snižuje pevnost papíru, nejpoužívanější plnidla jsou: kaolín, C2CO3 (křída), TiO2(titanová křída), BaSO4(baryt) a syntetická plnidla. Po té se provádí klížení, v historii se začalo klížit papír proto, aby se na něm nerozpíjel inkoust. V současné době se klíží papír proto, aby byl odolnější vůči pronikání vody. Klížení navíc zvyšuje tvrdost papíru, nejrozšířenější klížidla jsou na bázi přírodních pryskyřic. Následuje lakování pryskyřice z lýka jehličnatých stromů. Přírodní pryskyřice se využívají ve formě emulze nebo mýdla, kde se navíc přidává síran hlinitý. Klížení se provádí přímo při výrobě ve hmotě, nebo až ke konci výrobního procesu jako doprovodná operace. Poslední operací je barvení, provádí se jak ve hmotě, tak i povrchově na konci v výrobního procesu.U barvení dochází nejen k dosažení barevného tónu, ale i potlačení nechtěného zabarvení papíru. K barvení se používají nitrosobarviva –NO, nitrobarviva – NO2, azobarviva N=N a antrachimonová barviva. Barvení může probíhat ve hmotě, ponorné barvení, barvení pomocí pryžových válců, natíránim, pomocí pigmentů, pojiva a potlačením vybravení. Barvení ve hmotě probíhá před vytvořením papírového listu, po vybarvení se papírovina musí zaklížit a zafixovat. Fixace se provádí síranem hlinitým Al2(SO4)3. Ponorné barvení je barvení potahováním, používá se na jemné papíry (s velkými póry)= např. krepové papíry. Papír se potahuje příslušným roztokem, kde je rozpuštěno barvivo a přebytečné barvivo se odstraní. Pryžové barvení se provádí pomocí pryžových válců, někdy také pomocí rozstřikovacího zařízení. Barvení natíráním se provádí na klížících lisech, barvivo se smíchá i s inkoustem(pro lepší světlostálost). Barvení pomocí pigmentu a pojiva, je potlačení nežádoucího zabarvení papíru modřením. Všechna vlákna mají žlutý odstín, provádí se modrou barvou, pokud vznikne namodralý odstín, odstraní se červenou barvou. Potlačování vybarvení se používá při předávkování barvivem. Je založeno na principu použití doplňkových barev, výsledkem je zvýšené množství šedi, která je méně nápadná než změna intenzitx barvy papíru.
Dnes se papír vyrábí na papírenském stroji, přičemž výroba se skládá ze dvou částí a to je tzv.mokrá část, která obsahuje síťovou část a lisovací část a tzv. suchá část, která obsahuje sušící část Výroba papíru je vlastně kontrolované odvodňování původní papíroviny. Při výrobě papíru je papírovina přiváděna do papírenského stroje přes takzvanou nátokovou skříň, která zajišťuje rovnoměrný přívod suspenze do síťové části. Tato suspenze obsahuje pouze 0,2 – 12% sušiny. Na síťové části dochází ke kontrolovanému odvodňování a formování papíru, kde na konci síťové části je obsah sušiny 15-21%. Ze síta se přivádí mokrý pás papíru do lisovací části, kde se odvodní až na 40-45% sušiny. Slisovaný papír pak přechází do sušící části, kde účinkem vyhřívaných válců dochází k dalšímu odvodnění na 93-94% sušiny. Za sušící částí bývají někdy umístěna i ostatní přídavná zařízení například kalandry, což jsou hladící stroje. Formely jsou zařízení která potlačují dvoustrannost papíru ‚(odlišnost vlastností síťové a lícové strany). Klížící stroje, i ty bývají občas umístěny za papírenským strojem. Lepenky se vyrábějí stejně jako papír, jen s tím rozdílem, že vzniknou slisováním několika vrstev papírového materiálu (přímá výroba by nebyla možná vzhledem k plošné hmotnosti).

Druhy papíru rozlišujeme jednak podle látkového složení se rozeznávají papíry
dřevité, středně jemné, bezdřevé, recyklované. Podle způsobu povrchové úpravy se rozeznávají papíry hladké, hlazené, saténované (kalandrované), natírané lesklé a matné, řezané, samopropisovací, samolepicí. Podle tiskové techniky je možné rozlišovat papíry knihtiskové, ofsetové, hlubotiskové. Nejčastěji se používají LWC – Light Weight Coated – lehce natíraný papír, o plošné hmotnosti 51-70g/m2, jsou převážně s lesklým povrchem, využívá se v ofsetu a hlubotisku, využívá se na ilustrované časopisy a katalogy. ULWC – Ultra Light Weight Coated – velmi lehce natíraný papír,oboustranně natíraný papír využívaný v ofsetu. MWC – Medium Weight Coated – středně natíraný papír, je podobný jako ULWC, vyrábí se i v matném provedení. HWC – Heavy Weight Coated – vysoce natíraný papír, 100-300 g/m2, je to papír oboustranně 3x natíraný, může mít lesklý i matný povrch. Je to papír určený pro archový ofset. SC-A – Super Calander – super hlazený papír, plošná hmotnost 49-65 g/m2, je určený pro kotoučový ofset, je kvalitní, avšak ne tolik jako LWC papíry. Bývá hlazen válečky s tvrdším potahem, takže je hladší než SC-B. SC-B – hlazen válečky s měkčím potahem, proto je méně hladký. Používá se na výrobu novin, nebo časpoisů. NP – News Print – novinový papír a také jsou využívané EKOLOGICKÉ PAPÍRY – papíry vyrobené za 100% sběrového papíru, bez chemických úprav a chlorového bělení.