W In­sty­tu­cie Pa­pier­nic­twa i Po­li­gra­fii PŁ opra­co­wa­no no­wa­tor­skie urządze­nie, dzi­ęki które­mu mo­żli­we będzie efek­tyw­ne mie­rze­nie wła­ści­wo­ści hy­dro­fo­bo­wych pa­pie­ru. Dr hab. Kon­rad Olej­nik i dr inż. Pa­weł Pe­łczy­ński opo­wia­da­ją o pra­cach nad in­no­wa­cyj­nym wy­na­laz­kiem oraz je­go za­sto­so­wa­niach.

Ja­kie zna­cze­nie dla wy­ro­bów pa­pie­ro­wych ma­ją wła­ści­wo­ści hy­dro­fo­bo­we?

Pa­pier jest ma­te­ria­łem po­ro­wa­tym, skła­da­jącym się w prze­wa­ża­jącej części z ro­ślin­nych włókien ce­lu­lo­zo­wych o wła­ści­wo­ściach hy­dro­fi­lo­wych. Po­sia­da zło­żo­ną i nie­jed­no­rod­ną struk­tu­rę ka­pi­lar­no­-po­ro­wa­tą. Ce­chy te po­wo­du­ją, że ma­te­ria­ły pa­pie­ro­we wy­two­rzo­ne bez środ­ków hy­dro­fo­bi­zu­jących sil­nie chło­ną wo­dę, za­rów­no z fa­zy cie­kłej, jak i ga­zo­wej. Naj­częściej jest to zja­wi­sko nie­ko­rzyst­ne. Przy­kła­do­wo: pod­czas pro­ce­su dru­ko­wa­nia, cząst­ki far­by po­win­ny zo­stać osa­dzo­ne do­kład­nie tam, gdzie zo­sta­ły na­nie­sio­ne, bo od te­go za­le­ży do­bra re­pro­duk­cja ko­lo­rów, ostro­ść obra­zu i mo­żli­wo­ść uzy­ska­nia wy­so­kiej roz­dziel­czo­ści na­dru­ku. Nad­mier­ne wchła­nia­nie cie­czy wi­ąże się naj­częściej ze sła­bym od­wzo­ro­wa­niem obra­zu. Po­nie­waż współcze­sne pro­ce­sy dru­ko­wa­nia są re­ali­zo­wa­ne z bar­dzo du­ży­mi pręd­ko­ścia­mi (np. 100.000 od­bi­tek na go­dzi­nę), na­wet nie­du­ża różni­ca we wła­ści­wo­ściach hy­dro­fo­bo­wych mo­że skut­ko­wać du­żą różni­cą w ja­ko­ści na­dru­ku. War­to też do­dać, że pa­pier nie po­sia­da struk­tu­ry in­ert­nej. Wchła­nia­nie cie­czy po­wo­du­je zmia­nę je­go wy­mia­rów i po­gor­sze­nie wła­ści­wo­ści me­cha­nicz­nych, co ma zna­cze­nie np. dla pa­pierów na opa­ko­wa­nia. Z użyt­ko­we­go punk­tu wi­dze­nia, pa­pier po­wi­nien wi­ęc cha­rak­te­ry­zo­wać się ści­śle okre­ślo­ną hy­dro­fo­bo­wo­ścią. Stąd kon­tro­la tej wła­ści­wo­ści na­le­ży do naj­wa­żniej­szych me­tod oce­ny cech użyt­ko­wych pa­pieru. Nie­ste­ty pre­cy­zyj­ny po­miar wni­ka­nia cie­czy do po­wierzch­ni pa­pieru oraz prze­ni­ka­nia cie­czy przez je­go struk­tu­rę jest sto­sun­ko­wo trud­ny do re­ali­za­cji ze względu na wszech­obec­ną nie­jed­no­rod­no­ść ma­te­ria­łu. Wszyst­kie te ce­chy po­wo­du­ją, że na­wet dla jed­ne­go ro­dza­ju pa­pieru, w za­le­żno­ści od miej­sca na je­go po­wierzch­ni, ciecz za­wsze będzie wni­ka­ła i prze­ni­ka­ła w nie­co in­ny spo­sób. Zło­żo­no­ść te­go zja­wi­ska jest tak du­ża, iż wci­ąż nie jest ono do ko­ńca po­zna­ne i opi­sa­ne.

Jak dzia­ła urządze­nie stwo­rzo­ne przez Pa­ństwa?

Po­miar opie­ra się na zna­nym zja­wi­sku prze­ni­ka­nia za­bar­wio­nej cie­czy na dru­gą stro­nę kart­ki pa­pie­ru. Oczy­wi­ście szyb­ko­ść prze­ni­ka­nia za­le­ży od stop­nia hy­dro­fo­bi­za­cji ma­te­ria­łu. Na­sze urządze­nie wy­ko­rzy­stu­je optycz­ne me­to­dy po­mia­ro­we oraz me­to­dy ana­li­zy obra­zów cy­fro­wych. Pa­pier ma do­bre pa­ra­me­try optycz­ne, od­bi­ja wi­ęk­szo­ść świa­tła pa­da­jące­go na je­go po­wierzch­nię. W mia­rę wni­ka­nia cie­czy do pa­pie­ru od stro­ny prze­ciw­nej do oświe­tlo­nej po­wierzch­ni zmie­nia się je­go zdol­no­ść od­bi­jania świa­tła. Prób­ka pa­pie­ru zo­sta­je w urządze­niu oświe­tlo­na i jed­no­cze­śnie pod­da­na od­dzia­ły­wa­niu cie­czy wy­pe­łnia­jącej ru­cho­me na­czyn­ko. Re­ali­zo­wa­ny w tym cza­sie po­miar ilo­ści od­bi­te­go świa­tła po­zwa­la za­ob­ser­wo­wać dy­na­mi­kę pro­ce­su prze­ni­ka­nia. W przy­pad­ku cie­czy bez­barw­nej mo­żli­we jest ta­kże wy­ko­na­nie po­miaru w świe­tle prze­cho­dzącym przez pa­pier. Na­sze urządze­nie po­sia­da ze­staw oświe­tla­czy LED oraz oświe­tlacz la­se­ro­wy, co po­zwa­la na wy­ko­na­nie obu ro­dza­jów po­miaru. W cha­rak­te­rze czuj­ni­ka świa­tła zo­sta­ła za­sto­so­wa­na ka­me­ra cy­fro­wa po­łączo­na z kom­pu­te­rem, co da­je mo­żli­wo­ść nie tyl­ko po­miaru ilo­ści świa­tła, ale też je­go roz­kła­du na po­wierzch­ni pa­pie­ru. W re­zul­ta­cie je­ste­śmy w sta­nie oce­nić jed­no­rod­no­ść struk­tu­ry i wła­ści­wo­ści hy­dro­fo­bo­wych pa­pie­ru. W rze­czy­wi­sto­ści urządze­nie jest po­łącze­niem mechaniczno-optycz­nej części po­mia­ro­wej – którą mo­żna okre­ślić ja­ko har­dwa­re – i sys­te­mu ste­ro­wa­nia oraz al­go­ryt­mów prze­twa­rza­nia obra­zu za­war­tych w opro­gra­mo­wa­niu (so­ftwa­re).

Na czym po­le­ga in­no­wa­cyj­no­ść opra­co­wa­ne­go przez Pa­ństwa urządze­nia?

Bu­do­wa apa­ra­tu po­zwa­la na za­sto­so­wa­nie wie­lu tech­nik po­mia­ru pro­ce­su prze­si­ąka­nia pa­pie­ru, co da­je mo­żli­wo­ść ba­da­nia sze­ro­kiej ga­my pa­pie­rów różni­ących się znacz­nie gra­ma­tu­rą, bar­wą oraz wła­ści­wo­ścia­mi fi­zycz­ny­mi. Za­sto­so­wa­nie ka­me­ry, za­miast fo­to­ko­mór­ki uży­wa­nej w po­dob­nych urządze­niach po­mia­ro­wych, roz­sze­rza do­dat­ko­wo za­kres za­sto­so­wa­nia, po­zwa­lając na ana­li­zę lo­kal­nych zja­wisk za­cho­dzących w pa­pie­rze i oce­nę je­go jed­no­rod­no­ści me­to­da­mi obra­zo­wy­mi. W tej chwi­li tr­wa­ją jesz­cze pra­ce nad do­pra­co­wa­niem al­go­ryt­mów prze­twa­rza­nia obra­zu, me­to­da­mi ka­li­bra­cji. Wszyst­ko po to, aby apa­rat stał się jak naj­bar­dziej przy­ja­zny dla użyt­kow­ni­ka. Sy­stem mo­co­wa­nia po­szcze­gól­nych ele­men­tów po­mia­ro­wych w urządze­niu jest na ty­le ela­stycz­ny, że ist­nie­je mo­żli­wo­ść do­da­wa­nia no­wych mo­du­łów zwi­ąza­nych z po­mia­ra­mi in­nych wła­ści­wo­ści pa­pie­ru. Ma­my już kil­ka no­wych po­my­słów, które być mo­że po­zwo­lą stwo­rzyć ro­dzaj „kom­baj­nu” do ba­dań ma­te­ria­łów pa­pie­ro­wych.

Jest to jed­no z pierw­szych urządzeń te­go ty­pu. Czy to zna­czy, że wcze­śniej nie by­ło na nie za­po­trze­bo­wa­nia, czy mo­że zmie­ni­ły się wła­ści­wo­ści pa­pie­ru?

Po­mia­ry wła­ści­wo­ści hy­dro­fo­bo­wych ma­te­ria­łów pa­pie­ro­wych – ze względu na swe pierw­szo­pla­no­we zna­cze­nie użyt­ko­we – ma­ją bar­dzo dłu­gą hi­sto­rię. Obec­nie ist­nie­je sze­reg me­tod stan­dar­do­wych opi­sa­nych w wie­lu nor­mach np. ISO, TAPPI, SCAN, DIN itp. Nie­ste­ty wi­ęk­szo­ść z tych me­tod opie­ra się na spo­so­bach po­mia­ru, w których wy­nik uzy­sku­je się po pew­nym, do­ść dłu­gim cza­sie np. 60 se­kun­dach. Tym­cza­sem we współcze­snych pro­ce­sach pro­duk­cyj­nych (np. w ma­szy­nach dru­ku­jących) czas kon­tak­tu far­by z pa­pie­rem to uła­mek se­kun­dy. Za­tem de­cy­du­jącą ro­lę od­gry­wa obec­nie ra­czej po­miar ki­ne­ty­ki wni­ka­nia cie­czy, a nie po­je­dyn­czy wy­nik ko­ńco­wy. Z te­go względu stan­dar­do­we me­tody po­miarowe są w za­sa­dzie ode­rwa­ne od współcze­snych re­ali­ów prze­my­sło­wych. Obec­nie na ryn­ku ist­nie­je prak­tycz­nie jed­no urządze­nie (nie ob­jęte jesz­cze żad­nym stan­dar­dem), które po­zwa­la wy­ko­nać po­miar ki­ne­ty­ki wchła­nia­nia wo­dy przez pa­pier, ale je­go dzia­ła­nie opar­te jest na in­nych zja­wi­skach fi­zycz­nych niż te, które wy­ko­rzy­sta­no w urządze­niu zbu­do­wa­nym w Po­li­tech­ni­ce Łódz­kiej. Apa­rat ten nie po­zwa­la rów­nież na oce­nę niejed­norodności ma­te­ria­łu i ca­łe­go pro­ce­su wchła­nia­nia.

Gdzie znaj­dzie ono za­sto­so­wa­nie?

Od­bior­ca­mi urządze­nia mo­gą być za­rów­no za­kła­dy prze­my­słu pa­pier­ni­cze­go, prze­twór­stwa pa­pier­ni­cze­go, po­li­gra­ficz­ne, jak rów­nież la­bo­ra­to­ria świad­czące usłu­gi na rzecz tych prze­my­słów. Wy­ko­rzy­sty­wać je mo­gą rów­nież ośrod­ki ba­daw­cze.

Na pod­sta­wie in­for­ma­cji Po­li­tech­ni­ki Łódz­kiej

• Prze­czy­taj też: Ep­son na­gra­dza na Fe­sti­wa­lu Fo­to­gra­fii In­du­strial­nej
• Prze­czy­taj też: Schur Fle­xi­bles Gro­up z no­wym lo­go
• Prze­czy­taj też: Sun Che­mi­cal po raz ko­lej­ny po­ma­ga w Wings for Li­fe World Run
• Prze­czy­taj też: VI Kon­fe­ren­cja „Tek­tu­ra fa­li­sta – naj­now­sze tech­no­lo­gie”
• Prze­czy­taj też: 15. „Świa­to­wy Dzień Bez­pie­cze­ństwa i Och­ro­ny Zdro­wia w Pra­cy”
• Prze­czy­taj też: 25 lat dzia­łal­no­ści Kon­fe­de­ra­cji Eu­ro­pej­skie­go Prze­my­słu Pa­pier­ni­cze­go
• Prze­czy­taj też: XXXIX Po­li­gra­ficz­ne Kon­fron­ta­cje: Do­dat­ki do farb i la­kie­rów
• Prze­czy­taj też: No­wa ksi­ążka pt. „Ar­ty­stycz­ne tech­ni­ki gra­ficz­ne” Ja­ku­ce­wi­cza i Kha­dzhy­no­vej
• Prze­czy­taj też: Po­tęguj mo­żli­wo­ści: film o In­sty­tu­cie Pa­pier­nic­twa i Po­li­gra­fii PŁ
• Prze­czy­taj też: Ep­son ba­da za­ple­cze IT w pol­skich biu­rach: wy­daj­no­ść do po­pra­wy