Способ определения пористости бумаги
METHOD OF DETERMINATION OF THE PAPER POROSITY

Изобретение относится к методам исследования материалов, а именно к исследованию пористости бумаги.
Пористость является важной гидромеханической характеристикой бумаги, определяющей ее характеристики, например, как фильтровального элемента, а также при использовании бумаги для иных целей, при которых важно значение ее пористости.
Известен способ определения пористости по авторскому свидетельству СССР №900170, заключающийся в фильтрации рабочей среды через образец с постоянной объемной скоростью, введении в нее на входе индикатора и регистрации момента его появления на выходе. При этом на входе образца поддерживают постоянную концентрацию индикатора, затем изменяют ее значение на входе, регистрируют изменение концентрации на выходе, определяют среднее время пребывания частиц индикатора в образце, а пористость рассчитывают по формуле.
Известен спектроскопический способ определения пористости материалов (выбранный за прототип) по патенту РФ №2310188, включающий изготовление образца исследуемого материала, размещение его перед источником излучения, регистрацию спектра. При этом вначале изготавливают эталоны пористости из монолитного материала, имеющего ту же химическую природу, что и исследуемый образец, затем эталоны пористости помещают перед источником ИК-излучения, в зарегистрированном спектре выбирают интенсивную полосу поглощения, определяют коэффициент поглощения и градуировочную зависимость, по которой определяют пористость исследуемого образца с учетом его коэффициента поглощения.
Известными способами определяют пористость плоских материалов, в том числе бумаги.
Недостатками известных способов является их сложность, необходимость использования специального оборудования.
Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением - упрощение способа определения пористости бумаги.
Заявляемый технический результат достигается тем, что в способе определения пористости бумаги, включающем нанесение одной или нескольких капель каменноугольной смолы на исследуемый лист бумаги, сопоставление диаметра проявившегося центрального однотонного пятна каменноугольной смолы с эталонным значением диаметра центрального пятна, соответствующим конкретному размеру пор бумаги, при этом эталонное значение диаметра центрального пятна, соответствующего конкретному размеру пор бумаги, заранее определено согласно прямо пропорциональной зависимости диаметров центральных пятен каменноугольной смолы от размеров пор эталонных листов бумаги.
Для осуществления заявляемого способа необходимо иметь эталонные значения диаметров центральных пятен, проявившихся на листах бумаги от капель каменноугольной смолы. При этом эталонные значения диаметров центральных пятен получены на листах бумаги с заранее известными размерами пор.
Для удобства использования эталонных значений диаметров проявившихся пятен каменноугольной смолы строят график зависимости диаметров центральных кругов, проявившихся на каждом листе пятен смолы, от заранее известных размеров пор бумаги (фиг. 1).
Установлено, что при нанесении на лист бумаги с конкретным значением пор капель каменноугольной смолы в одинаковом количестве на листе бумаги будет проявляться пятно, образованное центральным однотонным пятном и одной или несколькими концентрическими окружностями вокруг центрального пятна.
Авторами было определено, что центральное однотонное пятно образовано выпавшей в осадок α-фракции каменноугольной смолы - наиболее важной, определяющей характеристики смолы фракции.
При нанесении на один и тот же лист бумаги нескольких капель каменноугольной смолы в одинаковом количестве диаметр центрального пятна был одинаковым у всех пятен.
Почему в заявляемом способе используют каменноугольную смолу?
Каменноугольная смола представляет собой дисперсную систему олигомеров, индивидуальных веществ, их ассоциатов и молекулярных кристаллов. Средой в данной дисперсной системе служат масла с содержанием эмульгированной воды, которая конденсируется вместе с ней из коксового газа при коксовании каменных углей. Дисперсной фазой служат свободный углерод и твердые смолы.
В дисперсных системах всегда присутствует электролит как продукт химической реакции или как непрореагировавший избыток исходных веществ. Поэтому на границе раздела фаз происходит перераспределение зарядов, в результате которого возникает двойной электрический слой, определяющий свойства дисперсных систем в их равновесном состоянии («Электрические явления в дисперсных системах», методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Поверхностные явления и дисперсные системы», УДК 541.18 (076.5), Волгоградский государственный технический университет, Волгоград, 2007).
В результате внешнего воздействия электрического поля изменяется распределение зарядов на границе раздела фаз, равновесие дисперсной системы нарушается, в результате твердая фаза осаждается.
Настоящее изобретение было создано по результатам исследования каменноугольных смол и пеков с целью установления характера их физического состояния - дисперсная или гомогенная система.
При нанесении небольшого количества пробы каждого продукта - каменноугольной смолы и каменноугольного пека на лист бумаги, на бумаге проявлялось пятно. При этом пятно, проявившееся на бумаге от пробы каменноугольной смолы, проявлялось в виде однотонного центрального темного пятна с концентрическими окружностями вокруг него. Пятно, проявившееся на бумаге от пробы каменноугольного пека, имело ровный цвет без проявленных концентрических кругов.
Авторы многократно (более 30 раз) повторяли опыты, и все время имел место этот результат.
Авторы не могли сразу дать ему объяснение. Однако объяснение нашлось в следующем.
Известно, что бумага заряжена отрицательно относительно воды (Ф.В. Ган «Дисперсный анализ», М., 1940, Ленинград, ГНТИХЛ, стр. 446).
При нанесении капли смолы на лист бумаги, на смолу осуществляется внешнее воздействие электрического заряда бумаги (отрицательного по отношению к воде смолы). В результате изменения потенциала на границе раздела дисперсной среды и дисперсной фазы нарушается равновесное состояние смолы как дисперсной системы, в результате чего происходит осаждение (выпадение) дисперсной фазы - фракций твердых смол.
Поскольку каменноугольный пек практически не содержит воду, влияния заряда листа бумаги на изменение электрического потенциала между дисперсной средой и дисперсной фазой или не достаточно для нарушения равновесного состояния дисперсной системы, или же такого влияния нет.
Авторы исследовали центральное пятно, проявившееся после нанесения на лист бумаги каменноугольной смолы, и установили, что центральное пятно представляет собой скоагулированную (выпавшую в осадок) α-фракцию, т.е. основную фракцию, характеризующую свойства каменноугольной смолы.
При нанесении на листы бумаги с разной пористостью капель каменноугольной смолы в одинаковом количестве на разных листах бумаги с разной пористостью диаметр центрального проявившегося пятна каменноугольной смолы был разный.
При многократном повторении опытов было установлено, что диаметр центрального проявившегося пятна каменноугольной смолы будет одинаковым (при одинаковом количестве каменноугольной смолы) для листов бумаги с одинаковым размером пор. Это позволило авторам сделать вывод о том, что таким образом можно определять размер пор листов бумаги, имея эталонные образцы бумаги с заранее известными размерами пор.
Заявляемый способ прост, удобен и надежен, не требует использования сложного оборудования. Единственное, что необходимо для осуществления заявляемого способа, -  наличие листов бумаги с заранее известными размерами пор.
На фиг. 1 изображен график зависимости диаметра пор бумаги от процентного содержания α-фракции.
На фиг. 2 представлен график зависимости диаметров центральных пятен, проявившихся на листах бумаги от капель каменноугольной смолы при одинаковом количестве смолы.
Заявляемый способ осуществляют следующим образом.
На эталонные листы бумаги с заранее известными размерами пор капают каменноугольную смолу в одинаковом количестве. Измеряют диаметры центральных однотонных пятен, проявившихся от каменноугольной смолы (эталонные значения диаметров). Строят график зависимости эталонных диаметров центральных однотонных пятен, проявившихся от каменноугольной смолы, от размера пор листов бумаги.
Капают каменноугольную смолу на исследуемый лист бумаги. Определяют диаметр проявившегося центрального однотонного пятна (не принимая во внимание концентрические окружности вокруг этого центрального пятна).
По графику эталонных значений диаметров центральных пятен определяют, какой размер пор соответствует конкретному диаметру центрального пятна. На этом основании делают вывод о размере пор исследуемого листа бумаги.