Paperin kosteuspitoisuus

Paperin kosteuspitoisuus

Paperin kosteuspitoisuus vaikuttaa painamiseen merkittävästi. Jos kosteustaso on liian alhainen, paperi haurastuu ja on altis staattiselle sähkölle tulostuksen aikana. Jos kosteuspitoisuus on liian korkea, musteen kuivuminen vaikeutuu. Kosteuspitoisuuden muutokset vaikuttavat myös suuresti paperin eri ominaisuuksiin. Kun kosteus vaihtelee, sen neliöpaino, vetolujuus, joustavuus ja taittumiskestävyys muuttuvat. Paperi voi myös laajentua tai supistua kooltaan, ja siinä voi jopa olla käpristymistä, reunan kohoamista, rypistymistä tai aaltoilua.

Jokaisella paperityypillä on optimaalinen kosteuspitoisuus, jolla sen suorituskyky on parhaimmillaan. Valetulle-päällystetylle paperille ja valetulle-päällystetylle valkoiselle kartongille optimaalinen kosteuspitoisuus on 7 % ± 2 %; valkoiselle korttipaperille se on 4–7 %; ja yksipuoleisella-valkoisella kartongilla se on 8 % ± 2 %. Nämä arvot viittaavat kosteuspitoisuuteen tehtaalta toimitushetkellä.

Painolaitoksessa varastoinnin aikana paperi voi hygroskooppisena materiaalina imeä kosteutta ilmasta. Imeytymisnopeus riippuu ilman suhteellisesta kosteudesta ja lämpötilasta. Paperi voi myös vapauttaa kosteutta ilmaan, ja kosteushäviön nopeus riippuu paperin kosteuspitoisuudesta sekä ympäristön lämpötilasta ja kosteudesta. Kun kosteuden imeytymisnopeus on yhtä suuri kuin kosteushäviön nopeus, paperi ja ilma saavuttavat tasapainon ja paperin kosteuspitoisuus pysyy vakiona. Tätä tilaa kutsutaan nimellätasapainokosteuspitoisuuspaperista.

Suhteellisella kosteudella tarkoitetaan tietyssä lämpötilassa olevan ilman kosteuden määrän suhdetta enimmäismäärään kosteutta, jonka ilma voi pitää kyseisessä lämpötilassa kylläisenä. Samantyyppisen paperin tasapainokosteuspitoisuus vaihtelee eri suhteellisissa kosteusolosuhteissa.

Tasapainoinen kosteuspitoisuus

Lisäksi tasapainokosteuden vaihtelulla on seuraavat ominaisuudet:

1. Paperin ominaisuuksien vaikutus
Samalla suhteellisella kosteudella paperilla, jolla on korkeampi hydrofiilisyys, on korkeampi tasapainokosteuspitoisuus ja päinvastoin. Lisäaineita sisältämättömällä paperilla on yleensä korkeampi tasapainokosteus, kun taas täyteaineita, liimausaineita tai päällysteitä sisältävällä paperilla on taipumus olla alhaisempi tasapainokosteus. Samantyyppisillä papereilla paksummilla tuotteilla on yleensä korkeampi tasapainokosteus kuin ohuemmilla, koska niissä on suurempi osuus imukykyisempaa pohjapaperia.

2. Lämpötilan vaikutus
Samalla suhteellisella kosteudella noin 15 asteen lämpötilan muutos johtaa maksimitasapainokosteuden vaihteluun noin 0,5 %. Kuitenkin tulostuksessa, erityisesti värien rekisteröinnissä, kosteusvaihtelua on säädettävä ±0,1 %:n sisällä, muuten se vaikuttaa kohdistustarkkuuteen. Siksi väripainotyöpajoissa suhteellista kosteutta säädettäessä lämpötilan vaihtelu tulisi myös pitää ±3 asteen sisällä.

3. Tasapainopolun vaikutus (absorptio vs. desorptio)
Kun paperi saavuttaa tasapainon absorboimalla kosteutta alemmalta kosteudelta, sen tasapainokosteuspitoisuus on pienempi kuin silloin, kun se saavuttaa tasapainon desoroimalla kosteutta korkeammalta kosteudelta samassa suhteellisessa kosteudessa. Tämä ilmiö tunnetaan nimellähystereesi vaikutuspaperin kosteuden imeytymisestä.

Paperin alkuperäisen kosteuspitoisuuden palauttamiseksi on käytettävä korjaavaa lähestymistapaa. Esimerkiksi jos paperi, joka on saavuttanut tasapainon tietyllä suhteellisella kosteudella, imee kosteutta korkeammassa kosteudessa, palatakseen alkuperäiseen tasapainokosteuspitoisuuteen, se on sijoitettava ympäristöön, jossa suhteellinen kosteus on aiempaa alhaisempi ja päinvastoin.

Lisäksi imeytymis- ja desorptionopeudet vaihtelevat, ja desorptio on hitaampaa. Molemmissa tapauksissa prosessi on alussa nopeampi ja hidastuu lähestyessään tasapainoa. Tähän prosessiin vaikuttavat myös paperin laatu ja ilmankierto. Tavallisissa lämpötila- ja kosteusolosuhteissa yksittäinen savukepaperiarkki voi saavuttaa 5,8 %:n tasapainokosteuspitoisuuden noin 35 minuutissa; painopaperit vaativat yleensä 2–4 tuntia saavuttaakseen 5–8 %; pahvipakkaus kestää vielä kauemmin. Tämä suhteellisen kosteuden ja paperin kosteuspitoisuuden muutosten välinen viive voi johtaa viivästyneisiin muodonmuutosvaikutuksiin.

4. Paperin suuntaavuuden vaikutus
Suuntautumisella tarkoitetaan eroa kosteuden tasapainokäytössä paperin konesuunnan (MD) ja poikkisuunnan (CD) välillä. Laajeneminen ja supistuminen poikkisuunnassa ovat paljon suurempia kuin konesuunnassa, eli poikittaismuodonmuutos on merkittävämpi. Testit osoittavat, että yksittäisen kuidun poikittaislaajeneminen voi olla noin 20 kertaa pitkittäislaajeneminen.

Kuitenkin, koska paperin sisällä olevat kuidut on järjestetty eri suuntiin (vaikka enemmän taipumus kohdistua koneen suuntaan), laajenemisero ei ole käytännössä niin suuri. Esimerkiksi kun suhteellinen kosteus muuttuu 50 %:sta 60 %:iin, pituus- ja poikittaislaajenemisen suhde on noin 3:7 (noin 2,3 kertaa). Tämä suhde vaihtelee kuitujen suunnan mukaan-mitä vahvempi suunta on, sitä suurempi suhde. Epäsäännöllisen kuitujen kohdistuksen vähentäminen paperinvalmistuksen aikana on avainasemassa poikittaisen laajenemisen minimoimiseksi ja virheellisen kohdistuksen estämiseksi tulostuksessa.

5. Paperin kaksipuolisuuden vaikutus-
Jopa hyvin litteä paperiarkki reagoi ympäristön muutoksiin imemällä tai vapauttamalla kosteutta. Kosteuden imeytymisen aikana takapuoli pyrkii laajenemaan enemmän kuin etupuoli, jolloin paperi käpristyy etuosaa kohti. Kosteuden häviämisen aikana takapuoli kutistuu enemmän, jolloin paperi käpristyy takaosaa kohti.

Käpristymissuunnasta riippumatta se tapahtuu tyypillisesti koneen suunta-akselilla. Tämä johtuu eroista kuitujen orientaatiossa paperin kahden puolen välillä. Tämä vaikutus on erityisen voimakas kartongissa.