Определение внутреннего строения бумаги (просвет, направленность, слоистость)

Просвет бумаги характеризует равномерность распределения волокон в бумаге и определяется степенью равномерности прохождения света через бумагу. Просвет бумаги оценивают визуально в проходящем свете при равномерном освещении. Бумага имеет равномерный (сомкнутый) просвет при равномерной ее текстуре и плохой (облачный) просвет, если волокна распределены неравномерно.

Направленность волокон определяют следующим образом:

- по характеру надрыва бумаги в различных местах. Надрыв, сделанный в продольном направлении, имеет ровную чистую линию, а в поперечном – волокнистую;

- из листа бумаги в продольном и поперечном направлениях вырезаются несколько полосок одинаковой ширины. При сгибании под тяжестью собственного веса полоски бумаги в продольном направлении покажут меньший угол сгиба, нежели полоски бумаги в поперечном направлении;

- определение направления скручивания бумаги после ее увлажнения с одной стороны. При увлажнении лист стремится больше расширится в поперечном направлении, чем в продольном. Из листа образуется цилиндр, ось которого параллельна продольному направлению.

Слоистость характеризует число слоев материала или способность его к расслоению. Это свойство устанавливается с помощью препоровальных игл или путем микроскопического исследования поперечных срезов бумаги.

Различие бумажных клочков по способности к расслаиванию исключает их принадлежность к одному листу.

Определение состава бумаги по волокну. Определение волокнистого состава бумаги и картона является одним из важнейших испытаний, необходимых для сравнительного исследования. В зависимости от назначения бумага имеет различный состав (композицию) по волокну. Одни сорта бумаги состоят из смеси тряпичных и целлюлозных волокон, другие - из 100% целлюлозы, третьи - из смеси целлюлозы и древесной массы и т.д.

Рассмотрим классификацию происхождения волокон, образую­щих композицию бумаги.

Тряпичная полумасса

А. Волокна растительного происхождения: волокна семенных волосков (хлопок, ваточник и др.); лубяные волокна (лен, пенька, джут и др.); волокна листового происхождения (манильская пень­ка, новозеландский лен и др.).

Б. Волокна животного происхождения: шерсть разных живот­ных; сорта натурального шелка.

Целлюлоза

А. Целлюлоза, получаемая из древесины многолетних растений:

- деревьев хвойных пород (ель, сосна и др.);

- древесины лиственных пород (осина, тополь, береза и др.). Б. Целлюлоза, получаемая из однолетних растений:

- целлюлоза из соломы злаков, тростника и камыша (рожь, пшеница, овес, речной тростник, камыш и др.);

- целлюлоза из других растений (льняная и пеньковая костра, хлопчатник и др.).

Древесная и соломенная масса

A. Белая и белимая древесная масса.

Б. Бурая и химическая древесная масса.

B. Соломенная и тростниковая масса.

Прочие волокнистые материалы — кожа, асбест, торф, стекло, синтетические волокна.

Исследование волокнистых компонентов бумаги производится путем микроскопического изучения приготовленных из нее препа­ратов. При этом устанавливается композиция бумаги по волокну, помол волокна, вид целлюлозы или древесной массы, степень про­варки и отбелки целлюлозы, отмечается количественное соотноше­ние различных волокон.

Для приготовления препаратов берутся соскобы волокна с раз­личных участков бумаги, помещаются на предметное стекло в кап­лю дистиллированной воды, разделяются на отдельные волоконца с помощью препаровальных игл и накрываются покровным стек­лом. Если возникает необходимость окрасить препарат соответ­ствующим реактивом, то волокна предварительно осушают промоканием фильтровальной бумагой, обрабатывают 3-4 каплями реактива, вновь равномерно распределяют и накрывают покров­ным стеклом. Избыток реактива необходимо удалить при помощи фильтровальной бумаги.

Количественное соотношение волокон, входящих в композицию бумаги, определяется путем микроскопического исследования пре­паратов. Препараты изучаются в нескольких направлениях при ма­лых увеличениях (не выше 56^х). Волокна подсчитываются или по методу счета или по методу точек. В первом случае определяется число волокон, находящихся в поле зрения микроскопа, а во втором - число волокон, пересекающих определенную линию в поле зрении микроскопа.

Вид волокнистых компонентов определяется по морфологичес­кому строению и результатам микрохимических реакций - обработ­ке волокон специальными реактивами, окрашивающими волокна в зависимости от их состава в различные цвета (в частности, реакти­вом хлор-цинк-йод). Метод окрашивания реактивом хлор-цинк-йод является основным и регламентируется ГОСТом.

Реактивом хлор-цинк-йод волокна окрашиваются в цвета, ука­занные в табл. 1

Морфологическое строение волокнистых материалов

1. Целлюлоза

А. Целлюлоза из деревьев хвойных пород характеризуется нали­чием широких лентовидных, длинных волокон с окаймленными порами;

Б. Целлюлоза из лиственных пород деревьев специфична сосу­дами с мелкими порами.

В. Целлюлоза из соломы содержит эпителиальные клетки пилообразно-зазубренной формы и паренхимные клетки огуречной формы.

2. Древесная масса

А. Белая и белимая древесная масса характеризуется наличием сердцевинных лучей, направленных перпендикулярно к волокнам и образующих подобие решеток.

Б. Бурая и химическая древесная масса по своему строению при­ближается к целлюлозе и состоит из отдельных длинных волокон, соединенных в пучки.

3. Соломенная масса

Соломенная масса, в отличие от соломенной целлюлозы, содер­жит большее количество зазубренных эпителиальных клеток. Часто эти клетки в бумаге соединены в широкие ленты.

Строение указанных волокнистых материалом приведено на рис. 2.

Рис.2. Строение волокнистых компонентов: а) элементы строения хвойной целлюлозы (1 - трахеиды; 2 - цилиндрическое волокно; 3 - окаймленные поры; 4 - расширенные поры); б) элементы строения лиственной целлюлозы (1 - подокно либриформа; 2 - волокнистые трахеиды; 3 - сосудистые трахеиды; 4 - сосуд; 5 - древесная паренхима; 6 - клетки сердцевинных лучей); в) элементы строения соломенной целлюлозы (1 - проземхимные клетки луба; эпителиальные клетки; 3 - паренхимные клетки; 4 - сосуды); г) строение хвойной древесинной массы (1 - сердцевинные лучи; 2 - окаймленные поры)

Определение характера помола. По степени разработаннос­ти различают очень жирный, жирный, и тощий помол, по длине - длинный, средний, короткий (рис. 3).

Рис. 3. Степени помола волокон: а - тощий, длинный и средний помол; б - тощий и короткий помол; в - жирный помол; г - очень жирный помол

Определение степени помола волокнистых компонентов произ­водят микроскопическим исследованием при 75-80^х увеличении. При этом вид помола характеризуется следующими признаками:

- волокна тощего помола - не расщеплены на фибриллы;

- волокна жирного помола - расщеплены на фибриллы;

- волокна очень жирного помола - доведены до слизи;

- волокна длинного помола - занимают по длине больше, чем одно поле зрения;

- волокна среднего помола - занимают 1/2 -2/3 поля зрения;

- волокна короткого помола - занимают 1 /4 поля зрения.

Определение зольности. В рамках экспертного исследования бумаги определяют зольность. Зольность бумаги относится к основному признаку, указывающему на ее вид. Для определения зольности исследуемый образец размером не менее 10x10 мм высушивают в сушильном шкафу до постоянного значения массы, а затем озоляют в муфельной печи в течение 20 мин при температуре 800°С. Полученный остаток, состоящий из минеральных веществ, снова взвешивают. По разности в значении массы вычисляется зольность бумаги по формуле:

где З – зольность, %

М₁ – масса тигля до высушивания бумаги, г;

М₂ – масса тигля с воздушно-сухой бумагой, г;

М₃ – масса тигля без золы, г;

М₄ – масса тигля с золой, г.