Struktura

Fyzikální vlastnosti papíru

Fyzikální vlastnosti papíru

 

Fyzikální vlastnosti papíru závisí na celé řadě faktorů, především ale na složení papírů (buničina, polobuničina, dřevovina, obsah celulózy) a jeho technologickém postupu výroby, který vnese do papíru jeho specifické fyzikálně – chemické vlastnosti.

 

Důležité vlastnosti papírů

  • plošná hmotnost
  • tloušťka
  • objemová hmotnost
  • vlhkost
  • dvoustrannost
  • rozměrová stálost
  • hladkost
  • zaklížení
  • bělost
  • opacita
  • lesk
  • světlostálost

 

Plošná hmotnost

Plošná hmotnost neboli slangově gramáž patří mezi základní kritéria při výběru tiskového substrátu. Je udávána číslem, které určuje, kolik gramů váží 1 m2 papíru. K určení plošné hmotnosti papíru lze použít tzv. kvadrantové váhy. Tiskové substráty papírové povahy dělíme dle plošné hmotnosti do tří skupin:

  1. tiskové papíry (50–160 gm2)
  2. kartony (170–350 gm2)
  3. lepenky (nad 350 gm2)

Při výběru plošné hmotnosti papíru zohledňujeme požadované funkční a estetické vlastnosti tiskového produktu. Například příbalový leták k lékům bude nutné několikrát překládat tak, aby byl jeho výsledný rozměr co nejmenší. Proto volíme papír s co nejnižší plošnou hmotností. Naopak papír pro výrobu obálek publikací nebo třeba vizitek musí vykazovat dobrou odolnost vůči mechanickému opotřebení, a proto zde volíme plošnou hmotnost vyšší.

 

Tloušťka papíru

Tloušťka papíru vyjadřuje kolmou vzdálenost mezi protilehlými povrchy papíru.  Její hodnota má zcela zásadní vliv na tuhost papíru. Parametr tloušťky papíru používají v praxi nejčastěji tiskaři, a to zejména k správnému nastavení tiskového tlaku. Přesnou tloušťku papíru lze zjistit speciálním tloušťkoměrem. Při měření je vložen mezi dva dorazy papír, který je poté jimi sevřen pod tlakem cca 100  kPa. Výslednou hodnotu tloušťky pak zobrazuje stupnice na těle měřicího zařízení, nejčastěji v mikrometrech (µm). Tloušťka tiskových papírů a kartonů se v praxi pohybuje v rozmezí 0,04–0,25 mm. Je třeba poznamenat, že vztah mezi tloušťkou a plošnou hmotností papíru nemusí být díky různorodosti povrchové úpravy (nátěru) papíru vždy lineární. Nemusí tedy platit silnější papír = větší hmotnost. Například nenatíraný karton 200 gm2 může mít shodnou tloušťku jako natíraný karton 300 gm2. Rozdíl v plošné hmotnosti způsobí vrstva nátěrové hmoty (plnidel).

 

Obr. 1: Tloušťka papíru

 

Objemová hmotnost papíru - volumen

Objemová hmotnost papíru (volumen) představuje podíl hmotnosti daného materiálu k danému objemu a je uváděna v g/cm³ nebo v kg/m³. Objemová hmotnost závisí na typu a stupni mletí, druhu a obsahu plniv, kalandrování, případně další povrchové úpravě papíru. Papír je přitom složen z vláknitých i nevláknitých materiálů, kde část jeho objemu je vyplněna vzduchem. Proto lze pomocí ukazatele objemové hmotnosti papíru určit míru pórovitosti papíru, tedy poměru pevných částí a vzduchu. Objemová hmotnost tiskových papírů se pohybuje v rozmezí 0,7–1,4 g/cm³, čemuž odpovídá pórovitost cca 13–50 %. Nejvyšší pórovitost vykazují papíry nenatírané s volumenem cca 0,5–0,6 g/cm³.

 

Dvoustrannost papíru

Dvoustrannost u papíru charakterizuje rozdíl mezi povrchem vrchní a spodní strany papíru. Rozdílnost způsobuje samotný princip výroby a nelze ji zcela odstranit. Při výrobě papíru natéká papírovina na papírenské síto, které zanechává na spodní straně papíru svoji nepatrnou strukturu. Spodní strana papíru (sítová) bývá proto vždy drsnější a pórovitější. Pokud je rozdíl výraznější, nutně se projeví ve výsledné kvalitě tiskové produkce! Nové moderní papírenské stroje používají dvou sítové technologie (horní + spodní), které eliminují dvoustrannost papíru na přijatelnou úroveň.

 

Směr vláken papíru

Směr vláken papíru nebo také dráha papíru udává směrovou orientaci vláken v papíru. Směr uložení vláken významně ovlivňuje i některé další vlastnosti, například rozměrovou stálost a pevnost papíru. Při výrobě papíru jsou vlákna ukládána převážně ve směru chodu papírenského stroje. Zatímco role papírů pro kotoučový tisk mají směr vláken dán automaticky, archy papíru mohou být vyřezány z kotouče příčně nebo i podélně. Podle toho, jak je arch z mateřské role vyříznut, jsou vlákna rovnoběžně s delší nebo kratší stranou archu. Na základě toho rozlišujeme u archů úzkou dráhu (Schmalbahn – SB) a širokou dráhu (Breitbahn – BB). Při volbě dráhy papíru zohledňujeme také dokončující zpracování tiskoviny, zejména respektujeme směr vlákna při ohybu papíru. Vlákno musí být orientováno ve stejném směru jako ohyb, jinak se v místě ohybu zlomí a na hřbetu obálky nepříjemně popraská.

 

Vliv směru vláken papíru na tiskový produkt

 

Směr vláken lze zjistit z označení na obalu palety papíru nebo také následujícím způsobem. Z archu papíru vystřihneme kolmo na sebe dva proužky o délce cca 150 mm a šířce 15 mm. Oba proužky položené na sebe uchopíme na jednom konci mezi palec a ukazovák a nastavíme do vodorovné polohy. Následně ruku v zápěstí otočíme o 180 o – spodní proužek je nyní na horním. Mohou nastat dva případy. Spodní proužek se ohýbá více než horní, nebo případ druhý, kdy proužky leží na sobě. Proužek vyříznutý v příčném směru se bude ohýbat více díky menšímu podílu vláken orientovaných v tomto směru.

 

 

Obr. 2: Postup při určení směru vláken v papíru

 

Vlhkost papíru

Papír patří mezi materiály hygroskopické, tj. materiály přizpůsobující se vlhkosti okolního prostředí. Papír ve vlhkém prostředí vlhkost přijímá a naopak v suchém se jí zbavuje do té míry, než dosáhne rovnovážného stavu s okolním prostředím. Standardní hodnota vlhkosti papíru se pohybuje v rozmezí  5–10 %. Výrazné změny vlhkosti papíru způsobují změnu jeho rozměrů vlivem smrštění či uvolnění pnutí vláken papíru. Rozměrová nestabilita papíru pak způsobuje problémy při soutisku vícebarevných tiskovin. Změny vlhkosti papíru bývají často spojeny s jeho transportem od dodavatele. Prudké změny teplot (zejména v zimním období) v kombinaci s rychlým odstraněním obalu papíru zapříčiní srážení vlhkosti na jeho hraně. Důsledkem může být kromě již zmíněné rozměrové nestability také nevratné zvlnění papíru. Abychom předešli takové deformaci, je nutné zajistit postupné vyrovnávání teplot mezi papírem a okolním prostředím. Hovoříme o tzv. aklimatizaci papíru. Změny vlhkosti papíru způsobují také nevhodné podmínky ve skladu papíru. Zde máme na mysli příliš nízkou (pod 45 %) nebo naopak příliš vysokou (nad 60 %) hodnotu relativní vlhkosti vzduchu. Pokud hovoříme o činitelích stojících za změnou vlhkosti papíru, nesmíme zapomenout ani na samotný proces ofsetového tisku. Určité množství vlhčícího roztoku „vstupuje“ do papíru prostřednictvím ofsetového válce. Naopak při procesu sušení potištěných archů v tiskovém stroji je papír mnohdy vystaven krátkodobě vysokým teplotám a část své vlhkosti ztrácí. Papír představuje tedy materiál více či méně rozměrově nestabilní. Míra stability respektive nestability je ovlivňována aditivy a nátěry, které zabraňují přílišnému vstupu vlhkosti do kapilární struktury papíru. Kvalitní a bezproblémový tisk  vyžaduje, aby zpracovávaný substrát vykazoval co nejvyšší míru rozměrové stability.

 

Rozměrová stálost papíru

Označovaná také jako hygrostabilita je schopnost papíru odolávat nepříznivým vlivům spojených především se změnou relativní vlhkosti vzduchu, kdy může docházet k rozměrovým změnám papíru (viz. Vlhkost papíru). Hygrostabilitu stanovujeme na základě změny rozměrů kontrolních proužků papíru, které byly vystaveny působení předepsané vlhkosti vzduchu. Rozměrová stálost představuje důležité kritérium při výběru papíru pro vícebarevný tisk (CMYK), kde jakékoliv roztažení papíru způsobí nepřesnosti v soutisku (neostrý tisk, změna barevného podání aj.).

 

Hladkost papíru

Hladkost papíru představuje míru rovinatosti povrchu papíru. Výslednou hladkost či drsnost papíru ovlivňuje především složení papíroviny a způsob výroby v papírenském stroji. Míra hladkosti charakterizuje stupeň kontaktu papíru s tiskovou formou a barvou. Papír s dostatečnou hladkostí umožňuje rovnoměrný přenos barvy s minimálním nárůstem tiskového bodu. Umožňuje rovněž věrnou reprodukci tisku – lze využít vyšší lineaturu sítě. Hladkost se měří nejčastěji dvěma podobnými metodami – podle Bekka a podle Bendtsena. Hladkost dle Bekka udává čas v sekundách (s) potřebný k proniknutí určeného množství vzduchu mezi povrchem papíru a hladkou skleněnou destičkou. Hladkost dle Bendtsena vyjadřuje množství vzduchu v mililitrech za minutu (ml/min), které působením určeného přetlaku pronikne mezi povrchem papíru a přiléhajícím kovovým prstencem.

 

Zaklížení papíru

Zaklížení papíru zvyšuje odolnost papíru proti smáčení vodou a vodnými roztoky. Papír má z povahy svého složení vysokou míru hydrofility – snadno se smáčí vodou. Ta proniká kapilárně pórovitou strukturou do hmoty papíru, kde způsobuje bobtnání vláken a v důsledku rozměrové změny papíru. Klížením měníme hydrofilní charakter vláken na hydrofobní a tím zvyšujeme odolnost papíru vůči působení vody. Dosahuje se tak určitého stupně zaklížení, který ovlivňuje savost, vsákavost a nasáklivost papíru. V praxi zjistíme stupeň zaklížení nejčastěji čárovou metodou pomocí tzv. Nollova (inkoustového) pera. Předmětem zkoumání je maximální šířka čáry bez známek rozpíjení a prorážení inkoustu na druhou stranu vzorku.

 

Bělost papíru

Bělost papíru je definována jako reflektivita (odrazivost) povrchu a odvozuje se od oxidu hořečnatého, jehož odrazivost je 100 %. Nic bělejšího z fyzikálního hlediska neexistuje. Měříme reflektometry nebo spektrofotometry při vlnové délce 475 nm. Při měření přístroj snímá světelný tok odražený kolmo k rovině vzorku. Bělost papírů je jednou z hlavních estetických charakteristik mající vliv na kontrast tisku a jeho výslednou kvalitu. Nažloutlé až okrové zabarvení papíru u lidí zpravidla vzbuzuje pocit stáří papíru. Zákazníci proto dávají častěji přednost papírům s lehce namodralým zabarvením, které považují za bělejší a tím pádem i novější.

 

Opacita papíru

Opacita papíru vyjadřuje v procentech neprůsvitnost papíru. Stoprocentní opacita znamená, že papír má dokonalou neprůsvitnost. Měří se jako poměr odrazivosti listu papíru podloženého černou podložkou k odrazivosti listu papíru bez černé podložky. U papírů s nízkou opacitou dochází k prosvítání tiskové barvy na druhou stranu. S vyšší plošnou hmotností papírů se zvyšuje i jeho opacita a opadají problémy s prorážením tiskové barvy. Opacitu bereme na zřetel zejména při oboustranném tisku na papíry s nižší plošnou hmotností.

 

Lesk papíru

Lesk papíru představuje schopnost papíru odrážet co největší podíl dopadajícího světla v úhlu přibližně stejném jako je úhel dopadu a způsobovat tak zrcadlení. Na výsledný lesk papíru má vliv technologický postup výroby a především jeho povrchová úprava, tj. kalandrování a natírání. Povrch vysoce lesklých papírů je vícenásobně kalandrován (hlazen) a natírán.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr. 3: Matný x lesklý povrch papíru

 

Světlostálost papíru

Světlostálost papíru udává schopnost papíru odolávat působení světla. Zde máme na mysli změnu jeho bělosti nebo zabarvení. Změny bělosti papíru způsobuje zejména lignin obsažený v dřevovině, proto čím větší podíl dřevoviny v papírovině, tím bude papír méně odolávat působení zejména UV spektra. U barevných papírů může docházet působením světla k postupné destrukci molekul pigmentů a barviv – papír bledne. V případě, že tiskový produkt bude vystaven častému působení slunečního záření, volíme vždy nejvyšší míru světlostálosti.

 

 

Zdroje

  • KAPLANOVÁ, Marie a kol. Moderní polygrafie. Praha: Svaz polygrafických podnikatelů, 2010, 391 s. ISBN 978-80-254-4230-2
  • PANÁK, Ján, Michal ČEPPAN, Vladimír DVONKA, Ĺudovít KARPINSKÝ, Pavel KORDOŠ, Milan MIKULA a Stefan JAKUCEWICZ. Polygrafické minimum. 2. doplněné vydání. Bratislava: TypoSet, 2000, 264 s. ISBN 80-967811-3-8.

Obrázky

  • Archiv autora

Obrázek

Content dscn2489

Obr. 4: Tloušťkoměr/mikrometr

Obrázek

Content dscn2482

Obr. 5: Kvadrantové váhy - určování plošné hmotnosti papíru

Obrázek

Content dscn2473

Obr. 6: Zvlnění papíru v důsledku zvýšené vlhkosti

Kontrolní otázka

1.Vyjmenuj základní fyzikální vlastnosti papíru.

2. Které vlastnosti ovlivňují rozměrovou stabilitu papíru? 

3. Proč je důležitá znalost směru výroby (dráhy) papíru?

4. Vysvětli pojem dvoustrannost papíru.

Logolink