Χαρτί και Φυσική

Το χαρτί των 200 γραμμαρίων

Ένα φύλλο χαρτιού επιφάνειας 1 m² ζυγίζει 200 γραμμάρια κι αυτό σημαίνει ότι έχει μάζα 200 g. Μιλάμε τότε για χαρτί 200 γραμμαρίων. Το πάχος του φύλλου είναι 0,1 του χιλιοστού, άρα σύμφωνα και με τη Γεωμετρία ο όγκος του είναι 1 m².0,1 mm = 100 cm³ . Εφόσον η μάζα του είναι 200 g, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η πυκνότητά του είναι 2 g/ cm³, διπλάσια δηλαδή από την πυκνότητα του νερού.

Αν όμως κόψουμε ένα κομματάκι χαρτί και το αφήσουμε στην επιφάνεια του νερού , το χαρτάκι θα επιπλέει , μολονότι έχουμε μάθει στο σχολείο πως όσα συμπαγή αντικείμενα είναι από υλικό με πυκνότητα μεγαλύτερη από εκείνη του νερού βυθίζονται. Τι ακριβώς συμβαίνει;

Παίρνουμε ένα φύλλο τετραδίου το τσαλακώνουμε και το αφήνουμε πάνω από την ελεύθερη επιφάνεια του νερού που έχουμε βάλει σε ένα δοχείο. Σοβούμε κι ένα μικρό κομμάτι από χαρτί τουαλέτας και κάνουμε το ίδιο το αφήνουμε δηλαδή πάνω στην επιφάνεια του νερού. Τι θα συμβεί;

Υγρασία του αέρα

Όσο περισσότεροι υδρατμοί βρίσκονται στον αέρα τόσο πιο δύσκολη γίνεται η εξάτμιση του νερού. Όταν αυξάνεται η ποσότητα των υδρατμών στον αέρα, λέμε ότι αυξάνεται η υγρασία. Όταν λέμε ότι ο αέρας είναι κορεσμένος εννοούμε ότι «ΥΠΑΡΧΕΙ ΑΠΑΓΟΡΕΥΤΙΚΟ» ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΞΑΕΡΩΣΗ έστω και της παραμικρής ποσότητας νερού

Σύμφωνα με αυτά που λένε οι φυσικοί η έννοια «υγρασία του αέρα» είναι μέγεθος, μπορούμε δηλαδή να τη μετρήσουμε.

Η λεγόμενη απόλυτη υγρασία του αέρα είναι το «πόσα γραμμάρια υδρατμών» βρίσκονται σε ένα κυβικό μέτρο αέρα, ενώ

η σχετική υγρασία είναι ο λόγος της μάζας των υδρατμών που βρίσκονται σε ορισμένο όγκο αέρα προς τη μάζα των υδρατμών που θα υπήρχαν εάν ο αέρας ήταν κορεσμένος.

Σε πιο αυστηρή γλώσσα Φυσικής η σχετική υγρασία του αέρα που υπάρχει σε ένα δωμάτιο ορισμένης θερμοκρασίας είναι ίση με τον λόγο της μερικής πίεσης των υδρατμών που υπάρχουν στο δωμάτιο προς τη μερική πίεση που θα είχαν οι υδρατμοί -στη θερμοκρασία του αέρα του δωματίου- εάν ήταν κορεσμένοι. Η μερική αυτή πίεση των κορεσμένων υδρατμών – η λεγόμενη και «τάση των κορεσμένων υδρατμών»- για κάθε θερμοκρασία έχει μία συγκεκριμένη τιμή η οποία αυξάνεται μόνο εάν αυξηθεί η θερμοκρασία

Εάν η σχετική υγρασία είναι ίση με 1, λέμε ότι η υγρασία είναι 100%, ο αέρας είναι κορεσμένος με υδρατμούς και ΕΙΝΑΙ ΑΔΥΝΑΤΗ η οποιαδήποτε μορφή εξαέρωσης νερού. Σε μια τέτοια περίπτωση ο ιδρώτας μας όχι απλώς δυσκολεύεται να εξατμιστεί, αλλά κυριολεκτικά δεν εξατμίζεται.

Η τιμή της σχετικής υγρασίας του αέρα επηρεάζεται από τη θερμοκρασία του.
Σε θερμοκρασία 10 βαθμών Κελσίου σχετική υγρασία 100% σημαίνει 9,4 γρ. νερού σε κάθε κυβικό μέτρο αέρα. Αν αυτός ο αέρας θερμανθεί στους 20⁰ C, τότε η σχετική του υγρασία πέφτει στο 50%, αφού η απορροφητικότητα του αέρα σ' αυτή την θερμοκρασία φτάνει τα 17,3 γρ. ανά κυβικό.

Η ισορροπία στην υγρασία αλλάζει συνεχώς με τις διάφορες αλλαγές στην θερμοκρασία. Εάν για οποιονδήποτε λόγο η θερμοκρασία του αέρα αυξηθεί , η τιμή της τάσης των κορεσμένων υδρατμών- άρα και η δυνατότητα του αέρα στο να συγκρατεί περισσότερους υδρατμούς απορροφητικότητας - αυξάνεται. Έτσι και εφόσον ο αέρας δεν υγραίνεται τεχνητά, τότε παίρνει την υγρασία που απαιτείται από τα διάφορα υλικά που βρίσκονται στο ίδιο περιβάλλον.

Αν βρεθούμε σε ένα ζεστό δωμάτιο με ορισμένη υγρασία και ανοίξουμε ένα παράθυρο , ο κρύος αέρας που μπαίνει στον χώρο απ' έξω, έστω κι αν έχει υψηλή σχετική υγρασία, όταν θερμαίνεται αποκτά χαμηλή σχετική υγρασία. Αποτελεί λοιπόν ουτοπία να πιστεύουμε ότι ανοίγοντας το παράθυρο και αφήνοντας υγρό και κρύο αέρα να μπει μέσα, έτσι αυξάνουμε την σχετική υγρασία στον χώρο.


Χαρτί χωρίς νερό δεν υφίσταται

Η έννοια υγρασία δεν αναφέρεται μόνο στον αέρα. Ένα φύλλο χαρτιού εφόσον περιέχει νερό θεωρούμε ότι έχει και ορισμένη υγρασία. Και το χαρτί εκ κατασκευής περιέχει νερό. Η ποσότητα λοιπόν του νερού που περιέχει περιγράφεται με την τιμή της υγρασίας του.
Η βασική πρώτη ύλη για το χαρτί είναι οι φυτικές ίνες και οι φυτικές ίνες - συγκροτούμενες κυρίως αλλά όχι μόνο από κυτταρίνη - επηρεάζονται από την υγρασία του περιβάλλοντος. Το χαρτί απορροφά ή δίνει νερό στον αέρα μέχρι να επιτευχθεί μια ισορροπία. Αν για παράδειγμα ο αέρας του περιβάλλοντος είναι ξηρότερος από το χαρτί που είναι αποθηκευμένο εκεί, τότε ο αέρας θα απορροφήσει υγρασία από το χαρτί. Αυτός είναι ο απλός μηχανισμός ξήρανσης. Αν θέλουμε να μην ξηρανθεί το αποθηκευμένο υλικό, είναι αναγκαίο να διατηρήσουμε μια ισορροπία μεταξύ της περιεκτικότητας σε υγρασία του αέρα και αυτής του υλικού.

Η περιεκτικότητα σε υγρασία του χαρτιού εξαρτάται πολύ από τον τύπο του υλικού από τον οποίο είναι κατασκευασμένο. Για παράδειγμα, ο μηχανικός πολτός ξύλου απορροφά περισσότερη υγρασία από την κυτταρίνη. Η λιγότερη απορρόφηση συντελείται στο χαρτί από πρώτη ύλη το βαμβάκι και το λινό.
Επιπλέον, η ποιότητα της πρώτης ύλης του χαρτιού έχει και αυτή επίδραση στην περιεκτικότητα σε νερό. Αυξανόμενης της ποιότητας, αυξάνεται η συμμετοχή της κυτταρίνης η οποία απορροφά περισσότερο νερό από τα υπόλοιπα συστατικά του.

Χαρτί και υγρασία του αέρα

Τα ερωτήματα.
Πως αντιδρά το χαρτί αν βρεθεί σε περιβάλλον με χαμηλή υγρασία;
Ποια είναι η ιδανική περιεκτικότητα του χαρτιού σε νερό;

Οι απαντήσεις

Το χαρτί εύκολα απορροφά και ελευθερώνει υγρασία. Και οι δύο αυτές λειτουργίες αλλάζουν τις ιδιότητές του . Όταν το χαρτί απορροφά νερό, διαστέλλεται, ενώ όταν ελευθερώνει νερό συστέλλεται.

Αν δεν υπάρχει ισορροπία μεταξύ της υγρασίας του χαρτιού και του περιβάλλοντος, τότε η εκτύπωση θα συναντήσει αρκετές δυσκολίες, όπως η ηλεκτροστατική φόρτιση του χαρτιού, διακυμάνσεις στις διαστάσεις του οι κυματισμοί στα χαρτιά και ιδίως στις άκρες, η υψηλή περιεκτικότητα του αέρα σε σκόνη.
Συνήθως ν γίνεται προσπάθεια να παράγεται χαρτί με υψηλή περιεκτικότητα σε υγρασία.

Το σημαντικό επόμενο στάδιο είναι το χαρτί να μεταφερθεί σε ένα περιβάλλον με ελεγχόμενη υγρασία το συντομότερο. Η ιδανική σχετική υγρασία κυμαίνεται ανάλογα με το είδος του χαρτιού.
Συνεχής παρακολούθηση της σχετικής υγρασίας του χαρτιού και του αέρα προσφέρει την καλύτερη προστασία απέναντι στις δυσάρεστες εκπλήξεις. Είναι φυσικό ότι με υγραντήρες του αέρα μπορούμε να πετύχουμε υψηλότερες συνθήκες υγρασίας από αυτές που συνήθως συναντάμε στις αποθήκες χαρτιού. Μετρήσεις έχουν δείξει ότι για εκτυπώσεις κομμένου χαρτιού, χαρτιά με απόλυτο περιεχόμενο σε υγρασία 7% είναι τα ιδανικά. Αυτή η τιμή είναι υψηλότερη από τη τιμή του συνήθως αποθηκευμένου χαρτιού και μπορεί να επιτευχθεί με την βοήθεια υγραντήρων.

Αν το χαρτί από την χαμηλή θερμοκρασία της αποθήκης μεταφερθεί στο πιο ζεστό περιβάλλον της εκτύπωσης , η θερμοκρασία του αέρα που έρχεται σε άμεση επαφή με το χαρτί πέφτει. Αυτό έχει σαν συνέπεια η σχετική υγρασία αυτού του αέρα να αυξάνεται. Αν η συσκευασία του χαρτιού αφαιρεθεί αμέσως, τότε οι άκρες του χαρτιού απορροφούν υγρασία, επιμηκύνονται και έτσι το χαρτί παρουσιάζει κυματισμούς. Αν ένα ρολό χαρτιού αυτού του είδους χρησιμοποιηθεί για εκτύπωση, το αποτέλεσμα δεν θα είναι καλό. Βέβαια εάν το χαρτί παραμείνει για αρκετό διάστημα στο χώρο εκτύπωσης, θα συντελεστεί κάποια εξάτμιση και η υπερβάλλουσα υγρασία στις άκρες του θα ελαττωθεί , αλλά η ισορροπία υγρασίας μεταξύ των άκρων και του κέντρου δεν θα ξαναεπιτευχθεί.
Είναι λοιπόν σημαντικό η αεροστεγής συσκευασία να αφαιρείται μόλις το χαρτί αποκτήσει την θερμοκρασία του χώρου εκτύπωσης. Αυτό δεν είναι αναγκαίο αν η σχετική υγρασία στους δύο χώρους είναι ίδια.

Γεγονός πάντως είναι ότι η επίδραση της υγρασίας κατά την διάρκεια της αποθήκευσης, της επεξεργασίας και της εκτύπωσης χαρτιού είναι ακόμη και σήμερα, σε αρκετές περιπτώσεις, μάλλον υποτιμημένη.

Ελληνική χαρτοποιία