استقامت و تحمل کاغذ در برابر تاشوندکی

استقامت تاشوندگی دوام و پایداری کاغذ را هنگام تا شدن های مکرر تحت یک بار ثابت اندازه گیری می­کند، و همچنین تعین میکند که کاغذ تا زمان پاره شدن چندبار تا شدن را تحمل کرده است. استحکام تاشوندگی به دو برابر تا شدن ها گفته می­شود و استقامت تاشوندگی log 10 از تعداد دو برابر تا شدن ها است. این تست ابتدا روی کاغذهایی که مکررا مورد استفاده قرار می­گیرند مثل پول (اسکناس بانکی)، نقشه ها و کاغذهای بسته بندی، انجام میشود. خصوصیات فرسودگی یک کاغذ را می­توان توسط اندازه گیری استقامت تاشوندگی قبل و بعد از فرسودگی کاغذ تعیین کرد.

استقامت تاشوندگی (استاندارد TAPPI T511) تحمل کاغذ در برابر تعداد دوبرابر تاشوندگی یک قطعه کاغذ با پهنای 15 میلی متر است قبل از اینکه استحکام کششی آن کمتر از یک مقدار استاندارد (معمولا 1 کیلوگرم) باشد. این معیار، قدرت و انعطاف پذیری کاغذ را اندازه گیری می کند. از آنجایی که تنها یک سطح بسیار کوچک (در حدود 15 میلی متر مربع) اندازه گیری می شود، اختلاف زیادی بین اندازه گیری های همان قطعه کاغذ وجود دارد. استقامت تاشوندگی MIT در شکل 2.18 نشان داده شده است. روش Schopper در استاندارد T423 شرح داده شده است. به دلیل اینکه در طول آزمایش گرما ایجاد می­شود و استقامت تاشوندگی وابستگی زیادی به رطوبت کاغذ دارد (جدول 2.4)، برای هدایت هوا به سطح آزمایش در طول آزمایش از یک فن (پنکه) (تولید شده در ماشین های جدیدتر) استفاده می­شود.

آزمایش کننده­ ی ساییدگی

آزمایش سایش (ساییدگی) توسط مالش یک چرخ گردان به سطح کاغذ انجام می­شود. میزان کاهش وزن اندازه گیری می­شود. دستگاه آزمایش ساییدگی در شکل 2.19 نشان داده شده است.

شکل 2.18 آزمایش کننده­ی تاشوندگی MIT. چندین نمونه در بالا نگه داشته شده و یک بار آزمایش می شوند.

شکل 2.19 آزمایش کننده ­ی ساییدگی

پارگی

مقاومت در برابر پارگی داخلی، انرژی مورد نیاز برای گسترش پارگی اولیه از طریق چندین ورق کاغذ برای یک فاصله­ی ثابت را اندازه‌گیری می‌کند. این مقدار به صورت g-cm/sheet بیان می­شود. اختلاف انرژی پتانسیل آونگ قبل و بعد از آزمایش با زاویه ای در امتداد آونگ اندازه گیری می­شود. شکل 2.20 دستگاه Elmendorf را نشان میدهد (استاندارد TAPPI T414). پارگی لبه توسط روش Finch طبق استاندارد T470 اندازه گیری می­شود. کاغذهای جهت دار همانطور که در استاندارد T496 شرح داده شده اندازه گیری می شوند. مقاومت پارگی لبه­ی کاغذ توسط روش لبه-پارگی در استاندارد T470 شرح داده شده است.

شکل 2.20 آزمایش کننده های پارگی مکانیکی (سمت چپ) و الکترونیکی (سمت راست). بالا نمونه برش اولیه و پایین نمونه پارگی اولیه را در طول آزمایش نشان می­دهد.

استحکام پیوند درونی مقوا، کشش z-Direction، آزمایش پیوند اسکات

تصویر 2.3 آزمایش پیوند اسکات را برای اندازه گیری مقاومت کششی z-Direction (جهت مقاومت کاغذ) نشان میدهد (استاندارد TAPPI T541). این فشار با کشیدن سطح های بالا و پایین کاغذ در جهات مخالف اعمال می­شود. این کار توسط یک نوار چسب دو طرفه­ی حساس به فشار در هر دو طرف نمونه آزمایش با ابعاد 1 در 1 اینچ مربع انجام می­شود. برای پیوند دو نوار، نمونه بین دو لایه قرار داده شده است. و در حالی که انرژی لازم برای شکست نمونه را تحت نظر داریم صفحات تحت فشار از هم جدا می شوند.

ضریب اصطکاک استاتیک

ضریب اصطکاک استاتیک برای بسیاری از کاغذهای بسته بندی دارای اهمیت است. وجود اصطکاک کافی برای جلوگیری از جدا شدن جعبه ها از یکدیگر هنگام حمل و نقل ضروری است. این مورد توسط روش صفحه­ی شیب دار اندازه گیری می شود (شکل 2.21)، این مقدار برای سطوحی که بینشان حرکت کشویی وجود دارد به صورت تانژانت زاویه بیان می­شود. استاندارد T503 برای کیسه های کاغذی، T548 برای کاغذهای پرینت و نوشتن و T815 برای ورق فیبر آجدار استفاده می­شود. روش صفحه افقی (به عنوان مثال استاندارد TAPPI T816) نتایج یکسانی ارائه می د­هد. اصطکاک کاغذ را در طول فرآیند تولید را می­توان توسط پردازش صفحه افزایش داد.

استحکام سطح، آزمایش موم

استحکام سطح توسط آزمایش موم (استاندارد TAPPI T459) اندازه گیری میشود که در تصویر 2.4 نشان داده شده است. موم های مختلف با سطح چسبندگی های متفاوت برای تعیین کمیت استحکام سطحی کاغذ استفاده می­شود. موم های ذوب شده هنگام خنک شدن روی کاغذ فشار می آورند. سپس موم چسبیده شده را از کاغذ جدا می­کنند. موم هایی که قدرت چسبندگی بالایی دارند الیاف سطح کاغذ را جدا می­کنند.

تصویر 2.3 آزمایش پیوند اسکات. شل دستگاه آزمایش و نوار دو طرفه را نشان می­دهد. آزمایش را قبل از شکست نشان می­دهد.

شکل 2.21 ضریب اصطکاک (تست صفحه شیب دار). تصویر پایینی نشان می‌دهد که سنگینی کاغذ شروع به پایین رفتن میکند.

تصویر 2.4 آزمایش موم

تست های دیگر

تعداد زیادی تست ار تست های مختلف تحت استاندارد TAPPI یا تحت استانداردهای دیگر وجود دارد. برخی از آزمایش های متداول تر دراین فصب مورد بررسی قرار می­گیرند.

آنالیز شیمی کاغذ

اکثر آنالیزهای شیمیایی که روی کاغذ اعمال می­شود میتوان در پالپ کاغذ مورد استفاده قرار داد. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد آنالیزهای فصل 1 بخش 2 و سایر آنالیزهای شیمیایی روی پالپ ها، باید مشورت و مطالعه شود.

حجم خاکستر، سیلیس

پسماند مواد معدنی پس از سوختن کامل مواد آلی، میزان خاکستر را نشان می دهد. این یک معیار از پرکننده­ی کاغذهای حاوی خاک رس، کربنات کلسیم یا پرکننده های دی اکسید تیتانیوم و کربنات سدیم در کاغذهای قهوه­ای است. این روش با چندین تغییر استفاده شده است. حجم خاکستر (استاندارد TAPPI T413) با وزن کردن پسماند پس از سوختن کاغذ در دمای 900 درجه سانتی گراد تعیین می­شود. استاندارد T244 مقدار خاکستر را پس از استخراج اسید توصیف می کند و نمک های فلزی را از بین می­برد و عمدتا سیلیس و سیلیکات را باقی می­گذارد.

حجم عناصر انتخاب شده

استاندارهای TAPPI بسیاری برای اندازه گیری میزان عناصر کاغذ موجود است. استاندارد T266 میزان سدیم، کلسیم، مس، آهن و منگنز را در پالپ و کاغذ به وسیله­ی طیف سنجی جذب کننده­ی اتمی، آهن محلول در اسید را از بین می­برد و طبق استاندارد TAPPI T434) اندازه گيري مي شود. سدیم به دلیل بازیافت شیمیایی اش مورد توجه است، در حالی که آهن و مس ممکن است باعث تغییر رنگ و اختلال در رنگها شوند. سیلیس و سیلیکا توسط روش خاکستر مرطوب (استاندارد T245) مشخص می­شوند. پرکننده های کادمیوم و روی در رنگدانه های بسیار مات استفاده می شوند و طبق استاندارد T438 اندازه گیری می شوند. نیتروژن آلی با روش Kjeldahl (استاندارد T418) تعیین می­ شود.

میکروسکوپ الکترونی روبشی با آنایزهای عنصری

SEM با آنالیز اشعه­ی ایکس ابزاری مفید برای آنالیز کیفی و نیمه کیفی عناصر با عدد اتمی 13 یا بالاتر (آلومینیوم و سنگین تر) روی سطح کاغذ است. چون الکترون ها قدرت نفوذ بسیار کمی دارند، فقط روی سطح مشخص می شود. برای مشاهده و توزیع عناصر روی ضخامت کاغذ ایجاد یک سطح مقطع بسیار مفید است. هنگامی که عنصرها تحت بمباران الکترونی قرار می­گیرند، پرتوهای X را در فرکانس های مشخص منتشر می­کنند (فرکانس ها در واحد الکترون ولت اندازه گیری شده اند). تحت یک کالیبراسیون مناسب، تعداد پرتوهای X منتشر شده متناسب با مقدار نسبی آن ماده است.

شکل 2.22 آنالیز یک یادداشت 3M مربوط به سال 1987 را نشان می­دهد (قبل از اینکه اکثر کارخانه ها به سمت تولید قلیایی بروند). ورق پایه­ی حاوی آلومینیوم (احتمالا با رزین آهارزنی شده و به عنوان کمک برای نگهداری)، سیلیکون و مقادیر کمی منیزیم است (خمیر این کاغذ احتمالا با هیدروژن پراکسید سفید شده است و از منیزیم و سیلیکات برای محافظت از فیبر استفاده شده است). ورق روکش دار علاوه بر روی و کلرید دارای این عناصر نیز هست (احتمالا از اکسید روی). از آنجا که چسب فقط حاوی عناصر نوری (C، H و O) است و مقداری الکترون را قبل از اینکه به عناصر دیگر برسند جذب می­کند، چسبی که بالای روکش است طیف را تغییر نمی­دهد، اما باعث تضعیف سیگنال می­شود.

شکل 2.22 میکروسکوپ الکتر.نی روبشی. آنالیز ابتدایی سه منطقه در 3M

این روش کاربرد گسترده ای در آنالیز مقادیر پسماند، تولیدات فاسد شده دارد. این روش ساده، سریع و قابل اعتماد است.

نشاسته

در کاغذ استفاده از انواع مختلف نشاسته برای افزایش استحکام و افزایش قابلیت نگه داری، پرکننده ها و دیگر مواد اهمیت بسیاری دارد. برای این کار معمولاً از نشاسته های کاتیونی استفاده می شود. نشاسته از لحاظ کیفی توسط محلول ید دار و از لحاظ کمی توسط هیدروژن کلراید و پس از آن توسط ید رنگ سنجی می­شود (استاندارد TAPPI T419). مصرف نشاسته در تخته­ی موجدار توسط هیدرولیز آنزیمی اندازه گیری می شود، و هیدرولیز آنزیمی یا توسط تعیین وزن جامدات محلول (استاندارد TAPPI T531) یا روش رنگ سنجی گلوکز تجزیه شده (استانداردTAPPI T532) اندازه گیری می شود.