okladka10_2011 druk.cdr

PRACE NAUKOWO - BADAWCZE
Wpływ skrobi na właściwości optyczne
i starzenie papierów białych
The influence of starch on optical properties
and ageing of white papers
Agnieszka Wysocka-Robak
Celem niniejszej pracy było określenie wpływu zaklejania powierzchniowego papieru roztworem skrobiowym na trwałość jego właściwości optycznych. Papier zaklejany w masie zawierał różne dodatki
skrobi kationowej. Badania wykonano dla papierów niepoddanych
oraz poddanych procesowi przyspieszonego starzenia. Badania
wykazały, że preparaty skrobiowe stosowane do zaklejania papieru
zarówno w masie, jak i zaklejania powierzchniowego, powodują
zmianę barwy tych papierów w kierunku żółtym i przyczyniają się
do większego ich żółknięcia w wyniku starzenia.
Słowa kluczowe: papier, zaklejanie powierzchniowe, skrobia kationowa, starzenie
The purpose of this study was to determine the effect of paper surface
sizing with starch solution on fastness of paper optical properties.
Stuff sized paper contained different dosages of cationic starch. The
tests were made for samples treated and untreated with accelerated
ageing. The tests showed that the starch products used both in stuff
and surface sizing changed the colour of those papers towards yellow
hues and increased their yellowing as a result of ageing.
Keywords: paper, surface sizing, cationic starch, ageing
Wprowadzenie
Jak wiele innych materiałów, papier podczas przechowywania
ulega starzeniu naturalnemu pod wpływem działania czynników
zewnętrznych. Proces ten prowadzi do nieodwracalnych zmian
o charakterze destrukcyjnym (1). Starzenie wytworów papierowych spowodowane jest głównie działaniem światła, ciepła,
wilgoci i gazów zawartych w atmosferze, przy czym każdy z tych
czynników może wpływać na trwałość papieru oddzielnie, jak
i w połączeniu z innymi czynnikami (2).
W celu przewidywania zmian zachodzących w czasie w wytworach papierowych stosuje się sztuczne starzenie papieru.
Metodę tę należy traktować jako wygodną, porównawczą metodę
badawczą, która umożliwia natychmiastowe uzyskanie niezbędnych informacji. Badanie stopnia lub szybkości utraty właściwości
papierów w trakcie przyśpieszonego starzenia są, jak dotąd,
jedynym sposobem nabycia wiedzy o ich trwałości (3).
Dr inż. A. Wysocka-Robak, Instytut Papiernictwa i Poligrafii, Politechnika
Łódzka, ul. Wólczańska 223, 90-924 Łódź
632
Odporność na starzenie jest bardzo ważną właściwością
papierów drukowych przeznaczonych do długotrwałego przechowywania. Do wytwarzania wysokojakościowych papierów
drukowych o dużej wytrzymałości i dobrej drukowności najkorzystniejsze jest stosowanie tzw. zaklejania kombinowanego:
w masie i powierzchniowo.
Zaklejanie powierzchniowe umożliwia otrzymanie papierów
o zróżnicowanej chłonności cieczy bez konieczności zmian stopnia zaklejenia w masie. Pozwala to na dostosowanie właściwości
papieru do wymagań odbiorcy i szybką zmianę asortymentu
produkowanych papierów, co jest korzystne ze względów ekonomicznych (4).
Cel i metodyka badań
Celem pracy było zbadanie wpływu zaklejania powierzchniowego preparatami skrobiowymi na trwałość właściwości optycznych
papierów białych.
Zakres pracy obejmował papiery zaklejane w masie za pomocą
różnych dodatków skrobi kationowej. Badania wykonano dla
papierów niepoddanych oraz poddanych procesowi przyspieszonego starzenia.
Do sporządzania próbnych arkusików papieru wykorzystano
masę siarczanową bieloną iglastą o białości ISO 94%. Masę
poddawano mieleniu do smarności 30°SR w warunkach laboratoryjnych w holendrze Valleya, zgodnie z normą PN-ISO
5264-1:1999 (5). Do 2,5-procentowej zawiesiny zmielonej masy
dodawano roztwór skleikowanej skrobi kationowej w następujących dawkach: 0,5%, 1%, 1,5% i 3% suchej skrobi w stosunku
do suchej masy. Temperatura zawiesiny wynosiła ok. 20oC, pH
ok. 7,5. Arkusiki papieru o gramaturze ok. 80 g/m2 wykonywano
w warunkach laboratoryjnych na aparacie Rapid-Köthen, zgodnie
z normą PN-EN ISO 5259-2:2001 (6). Arkusiki papieru zaklejano
powierzchniowo na laboratoryjnej prasie zaklejającej typ SP
4905 firmy Werner Mathis AG (Szwajcaria). Do zaklejania powierzchniowego stosowano 7-procentowy roztwór wodny estru
hydroksypropylowego skrobi ziemniaczanej. Gramatura warstwy
skrobiowej wynosiła od 3 do 4 g/m2 na stronę.
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 67 · PAŹDZIERNIK 2011
PRACE NAUKOWO - BADAWCZE
Przyspieszone starzenie przeprowadzano w suszarce przewiewowej w temperaturze 105oC w ciągu 288 godzin.
Przed badaniem arkusiki klimatyzowano zgodnie z normą PNEN 20187: 2000 (7). Parametry barwy oznaczano na aparacie
SpectroEye firmy GretagMacbeth (iluminant normalny C, obserwator standardowy 2°) zgodnie z normą TAPPI T 524 om-94 (8).
Białość ISO oznaczano wg normy ISO 2469:1996 (9), natomiast
białość CIE (CIE whiteness) wyliczano wg PN-ISO 11475:2002
(10). Różnice barwy ΔE* w systemie CIELab oznaczano wg
normy PN-EN ISO 105-A05:1997 (11) oraz wizualnie, stosując
jako wzorzec porównawczy tzw. szarą skalę, wg normy PN-EN
20105-A02:1994 (12) (tabela 1).
Wyniki badań
W wyniku badań stwierdzono, że zwiększenie udziału skrobi
kationowej w masie powoduje nieznaczny spadek białości ISO,
natomiast zaklejanie powierzchniowe obniżało tę białość średnio
o ok. 2% (rys. 1). Takie efekty są spowodowane zmniejszeniem
wnikania skrobi podczas zaklejania powierzchniowego do wnętrza
papieru bardziej zaklejonego w masie. Spadek białości ma niewątpliwie związek z większym wypełnianiem porów na powierzchni
papieru i zmniejszeniem ilości faz granicznych włókno-powietrze.
W efekcie obniżało to stopień rozpraszania światła odbitego. Wynikiem tego zjawiska odbicie rozproszonego światła jest mniejsze,
wskutek czego i białość papieru jest mniejsza.
Zwiększenie udziału skrobi kationowej w masie spowodowało
również zmianę białości ISO papierów poddanych sztucznemu
starzeniu. W odniesieniu do białości papierów niepoddanych
starzeniu spadek ten wynosił średnio 5%. Zaklejanie powierzchniowe spowodowało dalszy spadek białości papierów sztucznie
starzonych. W tym przypadku średni spadek białości mieścił się
w granicach ok. 7% w stosunku do białości przed starzeniem
papierów niezaklejanych powierzchniowo. Papier zawierający
największą ilość skrobi kationowej i zaklejany powierzchniowo
miał najniższe wartości białości ISO po starzeniu. Oznacza to, że
nie tylko papier zmienia swą barwę po sztucznym starzeniu, ale
także skrobia zastosowana do zaklejania powierzchniowego.
Rysunek 2 przedstawia wpływ dodatku skrobi kationowej
do masy celulozowej oraz zaklejania powierzchniowego estrem
skrobiowym na białość CIE. Białość CIE jest wyliczana z wartości
chromatycznych barwy, a więc jej zmiana oznacza zmianę barwy
papieru. Z rysunku 2 wynika, że większe zaklejenie papieru w masie powodowało nieznaczne obniżenie białości CIE, natomiast
zaklejanie powierzchniowe obniżało białość CIE średnio o 2%
w stosunku do papierów niezaklejanych powierzchniowo o takim
samym stopniu zaklejenia w masie.
Po sztucznym starzeniu wyraźnie widoczny był spadek wartości tej właściwości optycznej. Sztuczne starzenie spowodowało
obniżenie białości CIE średnio o 16 jednostek, a w papierach
dodatkowo zaklejanych powierzchniowo spadek ten był jeszcze
o 2% większy.
Zmniejszenie wartości białości ISO i białości CIE oznacza
przesunięcie barwy w kierunku barw żółtych. Obrazuje to rysunek
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 67 · PAŹDZIERNIk 2011
Tabela 1. Stopniowanie różnic barw
Różnica barw
ΔE* < 0,40
0,40 ≤ ΔE* < 1,25
Stopnie
szarej
skali
5
4,5
1,25 ≤ ΔE* < 2,1
4
2,1 ≤ ΔE* < 2,95
3,5
2,95 ≤ ΔE* < 4,1
1 ≤ ΔE* < 5,8
5,8 ≤ ΔE* < 8,2
8,2 ≤ ΔE* < 11,6
ΔE* > 11,6
3
2,5
2
1,5
1
Postrzeganie różnicy barw
- różnica barw niezauważalna
- różnica barw bardzo mała, zauważalna
tylko przez doświadczonego obserwatora
- różnica barw średnia, rozpoznawalna
także przez niedoświadczonego
obserwatora
- wyraźna różnica barw
- bardzo duża różnica barw
Rys. 1. Wpływ zaklejania w masie i zaklejania powierzchniowego na białość
ISO przed i po sztucznym starzeniu
Rys. 2. Wpływ zaklejania w masie i zaklejania powierzchniowego na białość
CIE przed i po sztucznym starzeniu
3, na którym przedstawiono przykładowo współrzędne barwy
niektórych z badanych papierów. Różnice barwy badanych
papierów w stosunku do wzorca, jakim był papier niezaklejany
przed sztucznym starzeniem, przedstawiono w tabeli 2.
Białość papierów miała związek z ich barwą – im bielszy był
papier, tym bardziej jego barwa była przesunięta w kierunku
punktu achromatycznego 0,0, a jasność L była wyższa (rys.
3). Zarówno wzrost stopnia zaklejenia w masie, jak i zaklejanie
powierzchniowe przesunęły barwę papieru w kierunku żółtym
(współrzędna chromatyczna b* była bardziej oddalona od punktu
achromatycznego 0,0), co spowodowało spadek wartości białości
633
PRACE NAUKOWO - BADAWCZE
Tabela 2. Zmiana barwy papierów zaklejanych w masie i powierzchniowo
preparatami skrobiowymi w stosunku do papieru niezaklejanego przed
sztucznym starzeniem
Dodatek skrobi
kationowej
w%
0
0,5
1
1,5
3
0
0,5
1
1,5
3
Zaklejanie
powierzchniowe
roztworem wodnym estru skrobi
ziemniaczanej
nie
tak
Różnica barw
Przed
Po sztucznym
sztucznym
starzeniu
starzeniem
ΔE*
Stopnie
szarej
skali
ΔE*
Stopnie
szarej
skali
0
0,2
0,2
0,2
0,5
1,1
1,2
1,4
1,5
1,7
5
5
5
5
4,5
4,5
4,5
4
4
4
2,7
2,7
2,8
3,3
3,6
3,3
3,5
3,6
3,8
4,1
3,5
3,5
3,5
3
3
3
3
3
3
3
CIE. Proces sztucznego przyspieszonego starzenia spowodował
bardzo duże przesunięcie barw w kierunku żółtym wszystkich
badanych papierów, przy czym największe przesunięcie zaobserwowano w papierze z największym do masy dodatkiem
skrobi kationowej i zaklejanym powierzchniowo. Potwierdza to
wniosek, że nie tylko papier żółknie po sztucznym starzeniu, ale
także skrobia zastosowana do zaklejania powierzchniowego,
która przy największym stopniu zaklejenia w masie pozostaje
na powierzchni papieru.
Podsumowanie
Preparaty skrobiowe stosowane do zaklejania papieru zarówno
w masie, jak i zaklejania powierzchniowego, powodują zmianę
barwy tych papierów w kierunku żółtym i przyczyniają się do
większego ich żółknięcia w wyniku starzenia. Należy to zawsze
uwzględnić przy zastosowaniu białych papierów drukowych
przeznaczonych do długotrwałego przechowywania.
Literatura
1. Łojewski T., Pietrzyk Z. [red]: „Kwaśny papier. Zagrożenie zbiorów bibliotecznych i archiwalnych”, Księgarnia Akademicka, Kraków 2001.
2. Śmigielska K., Leśniowska M.: „Badania nad odpornością na starzenie
papierów drukowych o wysokiej zawartości ścieru”, Przegl. Papiern. 28,
12, 408-411 (1972).
Rys. 3. Wpływ zaklejania w masie i zaklejania powierzchniowego na współrzędne trójchromatyczne papierów przed i po przyspieszonym starzeniu
3. Hernadi S.: „Przewidywanie trwałości papieru”, Przegl. Papiern. 39, 1,
22-24 (1983).
4. Drzewińska E.: Zaklejanie powierzchniowe papieru”, Przegl. Papiern. 58,
1, 21-26 (2002).
5. PN-ISO 5264-1:1999 Masy włókniste. Mielenie laboratoryjne. Metoda
holendra Valleya.
6. PN-EN ISO 5259-2:2001 Masy włókniste. Przygotowywanie arkusików
laboratoryjnych do badań fizycznych. Część 2: Metoda Rapid-Köthen.
7. PN-EN 20187:2000 Papier, tektura i masy włókniste – Znormalizowane
warunki klimatyzowania i badania oraz sposób sprawdzania warunków
i klimatyzowania próbek.
8. TAPPI T 524 om-94 Color of paper and paperboard (d/0o geometry).
9. ISO 2469:1996 Paper, board, and pulps – Measurement of diffuse
reflectance factor.
10. PN-ISO 11475:2002 Papier i tektura. Oznaczanie białości CIE, D65/100
(światło dzienne zewnętrzne).
11. PN-EN ISO 105--A05:1997 Tekstylia. Badania odporności wybarwień.
Część A05: Instrumentalna ocena zmiany barwy i jej wyrażanie w stopniach szarej skali.
12. PN-EN 20105-A02:1994 Tekstylia. Badania odporności wybarwień.
Szara skala do oceny zmiany barwy.
Opracowanie w ramach projektu badawczego MNiSW
nr N N508 410837
Wszystkie publikacje w dziale Prace naukowo-badawcze są recenzowane.
All scientific and research articles are reviewed.
634
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 67 · PAŹDZIERNIK 2011