سایر آنالیزهای شیمیایی کاغذ

تعداد زیادی تست دیگر برای کاغذ وجود دارد. برای مثال، تست های استاندارد TAPPI برای تعیین مقدار رزین (T408 به وسیله­ی آنالیزهای تعیین وزن اتانول)، خاک (T437)، رزین ملامین (T493) و سایر اجزای کاغذ استفاده می شود. pH سطح توسط T529، در آب گرم توسط T435 یا در آب سرد توسط T509 اندازه گیری می شود. آنالیز فیبر کاغذ و مقوا توسط T401 توصیف شده است. آنالیزهای کیفی پرکننده های معدنی و روکش ها توسط میکروسکوپ نوری و آنالیزهای شیمیایی در استاندارد TAPPI T421 شرح داده شده که شامل چنیدن عکس میکروسکوپی است.

2.6 تست های بصری پایه روی کاغذ

مقدمه

خصوصیات بصری کاغذ ممکن است پیچیده تر از آنچه که تصور می­کنیم باشد. در اینجا تنها برخی از مفاهیم ابتدایی و اولیه ارائه شده، اما خواننده باید بداند که مطالعات این زمینه از آنچه در اینجا ارائه شده پیچیده تر است.

رنگ

رنگ معیار سنجش ظاهر و شکل یا خلوص منعکس شده از کاغذ است. رنگ را نمی­توان در قالب اعداد بیان کرد، و معمولا رنگ را به عنوان آبی یا قرمز بیان می­کنند. رنگ را می­توان به صورت سه عدد در سیستم بین المللی (کمیسیون بین المللی روشن سازی، CIE) به صورت x، y و z بیان کرد. بازتاب طیف رنگ­ها، انتقال و رنگِ کاغذ به عنوان تابعی از طول موج (چند رنگه) در استاندارد T442 اندازه­گیری می­شود. تست های مرتبط نیز در استاندارهای T524 و T527 توصیف شده است. مشاهده و درک رنگ به منبع نور استفاده شده برای مشاهده­ی جسم بستگی دارد.

روشنایی

روشنایی و درخشندگی میزان سفیدی کاغذی است. این روش ها روی کاغذهای رنگی که با تست های بالا توصیف شده اند قابل اجرا نیست. به طور دقیق تر روشنایی، درصد نور منعکس شده از لبه­ی ضخیم کاغذ تا نور مرئی به طول موج 457 نانومتر است. این روشنایی با R_¥  و طول موج 457 نانومتر در طیف نور آبی قرار داده می­شود، اما کاغذ متمایل به زرد به جای انعکاس این نور، آن را جذب می­کند. به همین علت روشنایی شاخص خوبی از میزان زردی یا سفیدی کاغذ است. اگر یک جسم سیاه را پشت ورقه­ی کاغذ قرار دهیم، مقدار بازتاب نوری که به دست می آید کمتر از مقداری است که جسم سیاه در پشت آن قرار ندارد و آن را R می­نامیم (مگر اینکه کاغذ مات باشد). اگر یک صفحه با میزان بازتاب 0.89 (یا 89%) در پشت کاغذ قرار داده شود، نتیجه را R_0.89 می­نامیم. از دو نوع وسیله استفاده شده است. در روشنایی G.E. (استاندارد TAPPI T452)، نشان داده شده در شکل 2.23، نور را با زاویه­ی 45 درجه روی کاغذ می­تاباند و میزان نور منعکس شده 0 درجه اندازه گیری می­شود. (اگر از منبع فرابنفش استفاده شود، درخشندگی های نوری نیز به دلیل تاثیر رنگهای فلورسنت ممکن است اندازه گیری شوند). در این روش برای جبران تغییرات جزئی که در میزان خروجی منبع نور بوجود آمده از یک سلول مرجع استفاده می­شود. روش کار بدین صورت است که توسط یک روزنه مقداری نور را از منبع نور به سمت سلول مرجع هدایت می کند، اما این روش به دلیل نداشتن یک مسیر نوری یکسان برای پرتو مرجع مانند آزمایش الرفو، مطلوبیت کمتری دارد.

شکل 2.23 سنجش روشنایی با جهت بازتاب (روشنایی G.E.)

PAPER SPECIMEN: کاغذ نمونه، REFLECTED LIGHT: بازتاب نور، DETECTOR: آشکارساز، INCIDENT LIGHT: نور تابیده شده، LIGHT SOURCE: منبع نور، REFERENCE DETECTOR: آشکارساز منبع

در آزمایش الرفو (استاندارد TAPPI T525)، منبع نور پراکنده (غیرمتمرکز) است و نور بازتاب شده در زاویه­ی 90 درجه از سطح کاغذ اندازه گیری می شود (شکل 2.24، تصویر 2.5). این منبع نور پراکنده یک کره­ی پوشانده شده با دی اکسید تیتانیوم است که در آن نور از دو لامپ بازتاب می­شود. سلول نوری مرجع نور را در روی سطح سفید در نزدیکی نمونه اندازه گیری می­کند. به دلیل اینکه سلول نوری مرجع، تغییرات میزان نور را مشخص می­کند، تغییرات بزرگ در منبع نور تاثیر چندانی بر روشنایی کاغذ ندارد. در مقایسه با درخشندگی G.E. این روش بسیار مقاوم است. (یکی از لامپ ها مورد آزمایش قرار گرفته و اختلاف روشنایی در حد 0.2 درصد بوده است). با این وسیله انواع مختلفی از فیلترها را می­توام استفاده کرد، اما فیلتر 457 نانومتری رایج­تر از دیگر فیلترها است.

شکل 2.24 سنجش روشنایی توسط انعکاس نور پراکنده (روشنایی G.E.) با استفاده از روشنایی سنج الرفو

تصویر 2.5 آزمایش کننده­ی روشنایی. فضای نمونه­ی آزمایش را با منبع نور از هر دوو سمت نشان می­دهد.

تاری و تیرگی

تیرگی، توانایی کاغذ برای پنهان کردن یک رنگ یا شیء در پشت ورق است. تیرگی زیاد در کاغذهای چاپ برای شما این امکان را فراهم می­کند که قسمت جلوی صفحه را بدون اینکه تصاویر پشت صفحه حواستان را پرت کند بخوانید. تیرگی در چاپ و TAPPI در زیر تعریف شده است. هرچه تیرگی بیشتر باشد قدرت پنهان کردن بهتر خواهد بود، و کاغذهای مات تیرگی 100 درصد دارند.

استاندارد TAPPI T425، اندازه­گیری تیرگی R_0.89 را شرح می­دهد، و بعضی وقتها تیرگی چاپگر هم نامیده می­شود. استاندارد TAPPI T519 برای تیرگی پراکنده بکار می­رود (پشت کاغذ).

تیرگی یکی از خصوصیات بسیار مهم در کاغذهای چاپ است. و لازم است خصوصیاتی را که به تیرگی کاغذ کمک می­کند در نظر بگیریم. هنگامی که مسیر نور به صورت منحنی شود، پراکندگی نور در جهات مختلف باعث تیرگی می­شود. زمانی این اتفاق رخ می­دهد که نور از یک ماده با یک ضریب شکست به ماده ای با ضریب شکست متفاوت منتقل می­شود. مثال قدیمی از شکست نور این است که یک عصای چوبی را با زاویه در آب شفاف قرار دهیم؛ اینطور به نظر می­رسد که چوب در آب خم شده است. سطوح ناصاف و غیر هموار به پراکندگی نور در جهات مختلف کمک می­کند. از آنجا که سلولوز نسبتا خالص است، سلفون از لحاظ ساختار شیمیایی تقریبا ساختار یکسانی با کاغذ دارد. برخلاف کاغذ سلفون به دلیل خالص بودن، ظاهری شفاف و دو سطح یکنواخت و موازی دارند. فضاهای هوا در کاغذ علت پراکندگی نور هستند. به همین دلیل کاغذهای حجیم نسبت به کاغذهای ضخیم و کلفت تیرگی بیشتری دارند. چون اتصال فیبر به فیبر در کاغذهای حجیم ضعیف تر است، متاسفانه این نوع کاغذها کمتر از کاغذهای ضخیم مورد استفاده قرار می­گیرند. از آنجا که تصفیه و خالص سازی، پیوند فیبر به فیبر را افزایش می­دهد و منجر به متراکم­تر شدن کاغذ می­شود، در نتیجه با افزایش خالص سازی تیرگی کاهش می­یابد. کاغذهای گلاسین (شیشه نما) به میزان زیادی خالص سازی شده و بسیار شفاف هستند (به حدی شفاف هستند که اجازه­ی عبور حجم زیادی از نور را می­دهند، اما تصاویر به اندازه­ی کافی شفاف نیستند). پالپ های رقیق و صاف شده ناهممواری و شکل های نامنظم زیادی دارند، که باعث تیرگی بیشترشان می­شود. پالپ هایی که عملیات شیمیایی روی آنها انجام نشده تیرگی زیادی دارند. پرکننده ها تمایل به ضریب شکست زیاد دارند و همچین پراکندگی های نور را نیز متمرکز می­کنند. تیتانیوم ضریب شکست بالایی دارد، و این باعث می­شود که کاغذهای نازک نسبت به کاغذهای انجیل (بسیار نازک) میزان تیرگی بیشتری داشته باشند.

براقی و درخشندگی

براق بودن معیاری برای درخشندگی یا پولیش (جلای) کاغذ است. برای این کار در یک زاویه­ی بسیار کوچک به کاغذ نور می­اندازیم و انعکاس آن را در یک زاویه­ی کوچک مشابه میسنجیم.

2.7 برش ورق های کاغذ

مقدمه

نقسیم ورق اشاره به جداسازی کاغذ در محور z دارد. در این فرآیند لایه لایه سازی، قسمت بالای ورق از قسمت پایین آن جدا می­شود. انجام این کار بدون این که در ورق تغییری به وجود آید همیشه دشوار بوده، چون بسیاری از جنبه های آن را نمی­توان مورد مطالعه قرار داد. روش های گذشته، وقت گیر یا پیچیده بوند و فقط برای ناحیه های کوچک کاربرد داشتند. با وجود اینکه SEM ممکن است ابزاری ساده­تر، کم هزینه تر و در دسترس تر باشند، اما این روش ابزاری مهم برای آنالیز پرکننده های ضخامت ورق است. اولین روش تقسیم ورق استفاده از تیغ برنده است. یک روش دیگر برای انجام این کار استفاده از یک خردکن دقیق است که بخش مورد نظر از کاغذ را جدا می­کند. توسط یک میز خلا ورقه را به سمت پایین نگه می­داریم تا تغییر نکند. روش دیگر استفاده از یک نوار چسب دو طرفه در دو طرف کاغذ است. یک طرف چسب را به کاغذ و طرف دیگر را به یک سطح می چسبانیم و کاغذ را برش می­دهیم. سپس از تولوئن برای حل کردن نوار استفاده می­کنیم تا کاغذ (تا حدی) دست نخورده باقی بماند.

برش دهنده ­ی Beloit

در سال 1963 شرکت مهندسی لیبرتی آنچه را که امروزه به آن برش دهنده­ی Beloit می­گویند اختراع کرد. طرز کار این روش (استاندارد TAPPI UM576، شکل 2.25) به این صورت است که کاغذ را در آب می خیسانند و سپس آن را درون یک چنگال فلزی که در زیر نقطه­ی انجماد آب سرد شده قرار می­دهند. هر طرف کاغذ به سمت یکی از چنگالها منجمد شده و بی حرکت می­ماند، و به این صورت برش داده می­شود. متاسفانه با این روش کاغذ تغییر زیادی پیدا می­کند، اما استفاده از این روش برای تهیه­ی مواد معدنی مفید است.

شکل 2.25 برش دهنده­ ی Beloit

روش Minter

Minter روشی را توسعه داد (شکل 2.26) که دو قطعه نوار چسب دو طرفه را به لبه­ی پیشگام (اولین لبه ای که از دستگاه کاغذسازی خارج می­شود) می چسباند. سپس کاغذ در محل تلاقی بین دو رول لاستیکی قرار می­گیرد. هر طرف کاغذ به یک رول جداگانه متصل می­شود و سپس فرآیند شکافته شدن آغاز می­شود. این رول به صورت نامحدود در  حال چرخش است. پهنای رول، طول CD تقسیم شده را تعیین می­کند، و محیط رول طول MD را تعیین می­کند. با اینکه فشار برش بالا نیست، اما باید آن را به خوبی تنظیم کنیم تا بهترین تقسیم را داشته باشد تا کاغذ بدون تغییر به دو قطعه تقسیم شود. استحکام، آهارزنی، مواد باقی مانده و بسیاری تست های دیگر را می­توان برای برش کاغذ استفاده کرد. اما باید اثبات شود که این کار یک روش ارزشمند برای برش دادن دو طرفه­ی کاغذ و یک خصوصیت مهم برای ماشین های کاغذسازی است. نقطه ضعف این روش این است که در هر لحظه فقط یک برش انجام می­شود.

شکل 2.26 برش دهنده­ ی Minter

VARIABLE PRESSURE: فشار متغیر، CRANK: هندل، TAPE: نوار