Относится к: макропорам, размеру пор, объему пор, бумаге и мелованной бумаге.
Понимание свойств бумаги, таких как размер и объем пор, а также то, как они изменяются при нанесении покрытия, проливает свет на способность бумаги к печати, а также на растекание и проникновение чернил. Поскольку поры имеют микронный размер, ртутная порометрия, выполняемая с помощью приборов Anton Paar PoreMaster, хорошо подходит для структурной характеристики бумаги.
1 Введение
Ртутная порометрия является полезным методом для определения характеристик широкого спектра пористой мелованной и немелованной бумаги, поскольку она может предоставить структурную информацию, такую как:
- распределение пор по размерам
- объем пор
- процент пористости
- объемная плотность
Техника внедрения ртути основана на том факте, что несмачивающая жидкость, такая как ртуть, не проникнет в поры (или пустоты) пористого материала, если на нее не воздействует давление, достаточно большое, чтобы вызвать проникновение. Уравнение, управляющее этим поведением, и рабочее уравнение ртутной порометрии представляет собой уравнение Уошберна:
d = -4 γ cosθ / P
где d — диаметр пор, γ — поверхностное натяжение жидкости внедрения, θ — контактный угол, образованный жидкостью внедрения на твердом теле, а P — давление, приложенное к жидкости внедрения. Поверхностное натяжение ртути принято за константу, а контактный угол образованный ртутью на широком спектре твердых тел, составляет примерно 140 градусов [1]. Уравнение Уошберна предсказывает давление, необходимое для проникновения несмачивающей жидкости, такой как ртуть, в поры заданного диаметра. Метод внедрения ртути использует эту взаимосвязь для получения информации о размере пор и использует изменение объема внедренной ртути в интервалах небольшого давления (диаметра) для получения информации о распределении пор по размерам.
Ртутная порометрия может предоставить ценную информацию о специальной бумаге, используемой в полиграфии. Такие свойства, как растекание, проникновение и впитывание чернил (пригодность для печати), сильно коррелируют с распределением пор и объемом пор бумаги и бумажного покрытия. Поскольку целью многих производителей и переработчиков бумаги является оптимизация этих свойств для конкретного применения в печати, ртутная порометрия может помочь в разработке продукта.
2 Измерение и обсуждение
Ряд мелованных и немелованных (базовых) бумаг был проанализирован с использованием приборов PoreMaster, и полученные распределения размеров пор показаны на рисунке 1. Красная кривая на рисунке 1 показывает распределение размеров пор образца бумаги-основы. Распределение является бимодальным, с пиком в центре 14,7 мкм и другим пиком в центре 0,14 мкм. Зеленая кривая показывает результирующее распределение размера пор для той же бумаги-основы после этапов покрытия и каландрирования. Результирующее распределение является таким же бимодальным, но сдвинутым в сторону меньших размеров пор: один пик приходится на 1,5 мкм, а другой — на 0,11 мкм. Эти кривые ясно иллюстрируют уменьшение размера пор в результате нанесения покрытия.
Рисунок 1: Распределение размеров пор образцов бумаги-основы и бумаги с покрытием. (основа = красный; покрытие = зеленый)
Общий объем пор, связанный с порами в диапазоне размеров от 0,0036 до 950 мкм, также был определен экспериментально. Бумага-основа имела общий объем пор 1,70 см3/г, а мелованная бумага имела общий объем пор 1,64 см3/г (рис. 2). На рис. 2 показано, что две бумаги имеют одинаковый общий объем пор, о чем свидетельствует приближение обеих кривых к одному и тому же нормализованному объему. Два образца сильно различаются тем, как этот объем пор распределяется в порах заданного размера. Большая часть общего объема пор бумаги-основы представлена порами размером более 1 мкм, тогда как большая часть общего объема пор бумаги с покрытием представлена порами размером менее 1 мкм.
Рисунок 2: Совокупный объем пор образцов бумаги-основы и бумаги с покрытием. (основа = красный; покрытие = зеленый)
Это можно количественно определить по среднему размеру пор (на основе объема), который, согласно измерениям ртутной порозиметрии, составляет 7,5 мкм для бумаги-основы и 0,12 мкм для бумаги с покрытием. На основании этих значений можно сделать вывод, что 50 % общего объема пор бумаги-основы приходится на поры размером более 7,5 мкм, в то время как для мелованной бумаги только около 10% общего объема пор приходится на поры размером более 7,5 мкм. Эти данные показывают интересное уменьшение размера пор бумаги с покрытием по сравнению с бумагой без покрытия, как показано распределением пор по ртутной порометрии (рис. 1), но сохранение общего объема пор (рис. 2) для этих двух видов бумаги.
3 Выводы
Пригодность бумаги для печати частично зависит от взаимодействия чернил с пористой структурой бумаги и покрытия. Было показано, что осаждение чернил сильно коррелирует с объемом и размером пор, и была установлена аналогичная взаимосвязь между структурой пор бумаги, используемой в печати, и ее оптическими и печатными свойствами. Таким образом, ртутная порометрия является полезным инструментом для характеристики бумаги с покрытием, используемой в полиграфии.
4 Использованная литература
1. S. Lowell, J.E. Shields, M.A. Thomas, M. Thommes. Characterization of Porous Solids and Powders, Springer, 2006.
