Μπαραμπούτη Ζλλη Μαρία

Transcript

1 Εργαςτηριακθ Άςκηςη 2 Εφαρμογθ ανανεώςιμων βαφών ςτη χαρτόμαζα Μπαραμπούτη Ζλλη Μαρία Δρ. Χθμικόσ Μθχανικόσ ΕΜΡ belli@central.ntua.gr

2 Άδεια Χρήζης Το παρόν εκπαιδεσηικό σλικό σπόκειηαι ζε άδειες τρήζης Creative Commons. Για εκπαιδεσηικό σλικό, όπως εικόνες, ποσ σπόκειηαι ζε άδεια τρήζης άλλοσ ηύποσ, ασηή πρέπει να αναθέρεηαι ρηηώς.

3 Εφαρμογθ ανανεώςιμων βαφών ςτη χαρτόμαζα 3

4 4 ΘΕΩΡΘΣΙΚΟ ΜΕΡΟ

5 ΧΑΡΣΟΜΑΗΑ Μία μάηα από ςχετικά κακαρζσ, απελευκερωμζνεσ ίνεσ κυτταρίνθσ με τυχαία διευκζτθςθ και με μικρό ποςοςτό υγραςίασ. ΧΑΡΣΙ Το προϊόν του μεταςχθματιςμοφ τθσ χαρτόμαηασ ςε φφλλο με ι χωρίσ τθν ενίςχυςθ των μθχανικϊν αντοχϊν του από πρόςκετα υλικά. 5

6 ΜΘΧΑΝΙΚΘ ΑΝΣΟΧΘ ΧΑΡΣΙΟΤ Διαςτάςεισ ινϊν κυτταρίνθσ (L/D) Ζνταςθ δεςμϊν υδρογόνου Ροςοςτό απομάκρυνςθσ «ςυγκολλθτικϊν» ςυςτατικϊν τθσ φυτικισ φλθσ 6

7 ΧΑΡΣΟΜΑΗΑ Κυτταρίνθ Λιγνίνθ Θμικυτταρίνθ Κατά τθν παραγωγι του χαρτιοφ επιδιϊκεται θ απελευκζρωςθ των ινϊν τθσ κυτταρίνθσ από τθν ομοαξονικι διάταξι τουσ μζςα ςτθ φυτικι φλθ και διευκζτθςι τουσ ςε επίπεδο. Μθχανικι Διάςπαςθ Χθμικι Διάςπαςθ Μερικι ι ολικι απομάκρυνςθ τθσ λιγνίνθσ και τθσ θμικυτταρίνθσ 7

8 ΜΘΧΑΝΙΚΘ ΠΟΛΣΟΠΟΙΘΘ κοπόσ: θ απελευκζρωςθ των ινϊν με όςο το δυνατό μεγαλφτερθ απόδοςθ ςε χαρτόμαηα, δθλαδι με μικρι απϊλεια ςυςτατικϊν. Θ χαρτόμαηα ζχει ίδια ςφςταςθ με το ξφλο. Γιατί κατά το ςτάδιο τθσ αποΐνωςθσ απομακρφνεται μικρό μόνο ποςοςτό υδατοδιαλυτϊν ςυςτατικϊν του ξφλου. Χαρτόμαηα υψθλισ απόδοςθσ (90-98%) και μικροφ κόςτουσ 8

9 ΧΡΘΕΙ ΜΘΧΑΝΙΚΘ ΧΑΡΣΟΜΑΗΑ Δθμοςιογραφικό χαρτί Επικαλυμμζνο χαρτί χαμθλοφ βάρουσ για περιοδικά Χαρτί υγιεινισ - κακαριότθτασ 9

10 ΧΘΜΙΚΘ ΠΟΛΣΟΠΟΙΘΘ τόχοσ: Απελευκζρωςθ των ινϊν τθσ κυτταρίνθσ με τον ελάχιςτο δυνατό τραυματιςμό τουσ. Μέςο: Χθμικζσ αντιδράςεισ (που διαλφουν και απομακρφνουν τθ ςυνδετικι φλθ μεταξφ των ινϊν) Χαρτόμαηα χαμθλισ απόδοςθσ (40-60%) Μεγαλφτερθ μθχανικι αντοχι (γιατί αποτελείται από μακρφτερεσ και περιςςότερο εφκαμπτεσ ίνεσ) 10

11 ΑΝΣΙΔΡΑΣΘΡΙΑ ΑΠΟΛΙΓΝΙΝΩΘ Φκθνζσ ανόργανεσ ενϊςεισ Θειϊδεσ οξφ Θ 3 SO 3 Πξινα και ουδζτερα κειϊδθ άλατα SO 2-3 Υδροξείδιο του νατρίου NaOH Θειοφχο νάτριο Na 2 S 11

12 ΧΑΡΣΟΠΟΙΘΘ Το τελευταίο ςτάδιο τθσ παραγωγισ χαρτιοφ Λαμβάνει χϊρα θ αφυδάτωςθ και θ ξιρανςθ του υγροφ ιςτοφ των ινϊν. 12

13 ΠΡΟΘΕΣΑ Ρλθρωτικά και επικαλυπτικά υλικά Αφξθςθ βάρουσ, αδιαφάνειασ, επιφανειακισ ομαλότθτασ Μείωςθ πορϊδουσ χαρτιοφ βελτίωςθ απόκεςθσ μελανιϊν εκτφπωςθσ Υλικά υδροφοβίωςθσ Ελαττϊνουν τθν απορρόφθςθ των μελανιϊν Στυπτιρια Κ-Al ι κειικό αργίλιο Κακίηθςθ ρθτινϊν Χρωςτικζσ Ενιςχυτικά λαμπρότθτασ 13

14 ΦΤΣΙΚΕ ΠΡΩΣΕ ΤΛΕ ΒΑΦΘ Καλφτερθ γνϊςθ των προβλθμάτων των ςυνκετικϊν βαφϊν και χρωςτικϊν Εξάντλθςθ και το ςυνεχϊσ αυξανόμενο κόςτοσ των πρϊτων υλϊν των ςυνκετικϊν βαφϊν και χρωςτικϊν Στροφι προσ τα φυςικά προϊόντα Αυςτθρότερθ Ευρωπαϊκι νομοκεςία 14

15 ΦΤΣΙΚΕ ΠΡΩΣΕ ΤΛΕ ΒΑΦΘ Ευκάλυπτοσ ο ςφαιρικόσ: ερυκρζσ ζωσ κίτρινεσ αποχρϊςεισ (φλοιόσ: υψθλό περιεχόμενο ςε τανίνεσ και φλαβονοειδι) Ιςπανικό κόκκινο κρεμμφδι: κίτρινεσ αποχρϊςεισ (υψθλό περιεχόμενο ςε φλαβονόλεσ) θτιφλζα θ βαφικι: ερυκροϊϊδεισ αποχρϊςεισ (καλάςςιο φφκοσ) Ινοφλα θ βαρφοςμοσ: κιτρινόχρωεσ και ελαιϊδεισ αποχρϊςεισ Σπιρουλίνα: μπλε ζωσ πράςινεσ αποχρϊςεισ 15

16 ΦΤΣΙΚΕ ΠΡΩΣΕ ΤΛΕ ΒΑΦΘ Ρεριοριςμζνθ αντοχι τουσ κατά τθν ζκπλυςθ Βαφι ινϊν υφαςμάτων Βαφι ινϊν χαρτιοφ 16

17 ΘΕΩΡΙΑ ΣΘ ΕΚΧΤΛΙΘ Οριςμόσ Ραραλαβι μιασ ουςίασ Α από μίγμα ουςιϊν με τθ χριςθ ενόσ διαλφτθ. Απλι Φκθνι Γριγορθ Δυνατότθτα εφαρμογισ ςτθ μίκρο- και μάκροανάλυςθ ουςιϊν 17

18 ΕΚΧΤΛΙΘ 18

19 ΘΕΩΡΙΑ ΣΘ ΒΑΦΘ Οριςμόσ Εξευγενιςμόσ κάποιου υλικοφ με τεχνθτι αλλαγι του αρχικοφ του χρϊματοσ. 19

20 20 ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΕΡΟ

21 ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΘ ΔΙΑΔΙΚΑΙΑ 1. Ρροετοιμαςία χθμικισ χαρτόμαηασ 2. Εκχφλιςθ χρωμοφόρων ενϊςεων από τθ βαφικι φυτικι φλθ 3. Βαφι τθσ χθμικισ χαρτόμαηασ 4. Φυλλοποίθςθ τθσ βαμμζνθσ χθμικισ χαρτόμαηασ 5. Ρροςδιοριςμόσ του χρϊματοσ των φφλλων τθσ βαμμζνθσ χθμικισ χαρτόμαηασ 21

22 Α. ΠΡΟΔΙΟΡΙΜΟ ΤΓΡΑΙΑ Χαρτόμαηασ Φυτικισ φλθσ Σπιρουλίνα θτιφλζα Για κάκε δείγμα 3 επαναλιψεισ 22

23 ΜΕΣΡΘΘ ΤΓΡΑΙΑ 23

24 Β. ΕΚΧΤΛΙΘ ΦΤΣΙΚΘ ΤΛΘ Για κάκε φυτό εξετάηονται οι λόγοι Φ/Χ (ξθρό Φυτό/Ξθρι χαρτόμαηα) Φ/Χ: 0.2/1 0.4/1 0.8/1 1.6/1 Ηφγιςθ κατάλλθλων ποςοτιτων υγροφ φυτοφ Ρροςκικθ 125mL νεροφ Ραραμονι ςε υδατόλουτρο ςτουσ 80 ο C για 30 min Ψφξθ Διικθςθ και παραλαβι εκχυλίςματοσ 24

25 Γ. ΕΦΑΡΜΟΓΘ ΣΘ ΒΑΦΘ Ηφγιςθ υγρισ χαρτόμαηασ (αντίςτοιχθσ με 1.8g ξθρισ) Ρροςκικθ 100 ml βαφικοφ εκχυλίςματοσ (ι νεροφ ςτθν περίπτωςθ του τυφλοφ) Ραραμονι ςε υδατόλουτρο ςτουσ 80 ο C για 30 min Ψφξθ 25

26 Δ. ΦΤΛΛΟΠΟΙΘΘ Γζμιςμα φυλλοποιθτικισ μθχανισ με νερό Ρροςκικθ βαμμζνθσ χαρτόμαηασ Ανάδευςθ Απομάκρυνςθ νεροφ Ραραλαβι υγροφ φφλλου Ξιρανςθ ςε ςυνκικεσ δωματίου 26

27 ΧΡΩΜΑΣΑ Ο χρωματιςμόσ διαφόρων υλικϊν ζγκειται ςτθν ενςωμάτωςθ ςτθ μάηα του υλικοφ ζγχρωμων ενϊςεων, οι οποίεσ καλοφνται χρϊματα. οργανικά φυςικζσ ενϊςεισ βαφζσ ανόργανα ςυνκετικζσ ενϊςεισ διαλυτότητα χρωςτικζσ 27

28 ΦΤΙΚΑ ΧΡΩΜΑΣΑ ΟΡΙΜΟ: Οι χρωςτικζσ και οι βαφζσ οι οποίεσ προζρχονται από το ηωικό και φυτικό βαςίλειο, κακϊσ και από ορυκτοφσ πόρουσ χωρίσ τθν πραγματοποίθςθ κάποιασ χθμικισ τουσ μετατροπισ. 1% τθσ παγκόςμιασ κατανάλωςθσ ςυνκετικϊν χρωμάτων (Ηιτθςθ tn) Κατανάλωςθ ςτισ βιομθχανίεσ φαρμάκων, τροφίμων και αναψυκτικϊν. 28

29 ΘΕΩΡΙΑ ΣΘ ΑΝΣΙΛΘΨΘ ΣΟΤ ΧΡΩΜΑΣΟ ΟΡΙΜΟ: Ο τρόποσ με τον οποίο αντιλαμβανόμαςτε τθ ςυχνότθτα τθσ ακτινοβολίασ του φωτόσ Το χαρακτθριςτικό των επιφανειϊν που οφείλεται ςτα διαφορετικά μικθ κφματοσ φωτόσ που οι επιφάνειεσ αυτζσ αντανακλοφν. 29

30 ΧΡΩΜΑ Φωσ: θλεκτρομαγνθτικι ακτινοβολία Το θλεκτρομαγνθτικό φάςμα περιλαμβάνει ακτινοβολίεσ των οποίων το μικοσ κφματοσ κυμαίνεται μεταξφ και 10 4 m. Ανκρϊπινθ όραςθ: λ 400nm-700nm 30 EM_spectrum CC: BY-SA 3.0

31 ΧΑΡΑΚΣΘΡΙΣΙΚΑ ΧΡΩΜΑΣΩΝ Απόχρωςη- Χροιά (Hue) Είναι το διαφορετικό χρϊμα των επιφανειϊν. Οι διαφορετικζσ αποχρϊςεισ οφείλονται ςτα διαφορετικά μικθ κφματοσ φωτόσ. Αντικειμενικά χαρακτθρίηεται από το επικρατζςτερο μικοσ κφματοσ, το οποίο ανακλϊμενο από το ςϊμα ι διερχόμενο μζςα από αυτό φκάνει ςτον παρατθρθτι. 31

32 ΧΑΡΑΚΣΘΡΙΣΙΚΑ ΧΡΩΜΑΣΩΝ Κορεςμόσ (Saturation) Κακορίηει ςε ποιο βακμό το εμφανιηόμενο χρϊμα είναι κακαρό ι είναι μαηί με λευκό, φαιό ι μζλαν, δθλαδι με όλα τα μικθ κφματοσ του φωτόσ. Δίνει τθν αίςκθςθ του πόςο «κακαρό» είναι ζνα χρϊμα. Ζνα πλιρωσ κορεςμζνο χρϊμα αποτελείται από μόνο μία ςυχνότθτα. Ζνα χρϊμα μπορεί να είναι «βακφ» ι απαλό. Ο κορεςμόσ ενόσ χρϊματοσ εξαρτάται από τθν ποςότθτα λευκοφ φωτόσ που περιζχει. Πςο περιςςότερο λευκό φωσ περιζχει ζνα χρϊμα τόςο μικρότεροσ είναι ο κορεςμόσ του (π.χ. το κόκκινο και το ροη). 32

33 ΧΑΡΑΚΣΘΡΙΣΙΚΑ ΧΡΩΜΑΣΩΝ Φωτεινότητα (Brightness) Ρροςδιορίηει τθν ποςότθτα φωτεινισ ενζργειασ, που ανακλάται από ζνα ζγχρωμο δείγμα (ςκοφρο-ανοιχτό χρϊμα). Ζνα χρϊμα μπορεί να είναι λιγότερο ι περιςςότερο φωτεινό. Θ φωτεινότθτα του χρϊματοσ οφείλεται ςτθν ζνταςθ του φωτόσ που αντανακλά θ επιφάνεια. 33

34 ΧΑΡΑΚΣΘΡΙΣΙΚΑ ΧΡΩΜΑΣΩΝ 34

35 ΧΡΩΜΑΣΟΜΕΣΡΙΑ Χρωματομετρία είναι θ επιςτιμθ που αςχολείται με τον ποςοτικό προςδιοριςμό και τθ φυςικι περιγραφι τθσ ανκρϊπινθσ αντίλθψθσ του χρϊματοσ. 35

36 ΧΡΩΜΑΣΙΚΟ ΜΟΝΣΕΛΟ CIELab Το κάκε χρϊμα περιγράφεται από 3 χρωματικζσ ςυντεταγμζνεσ (L*, a*, b*). L*: αποκθκεφει τθν πλθροφορία φωτεινότθτασ τθσ εικόνασ (Τιμζσ: 0 (μζλαν) (λευκό)) a* και b*: αποκθκεφουν τισ πλθροφορίεσ χρϊματοσ (Δεν υπάρχουν αρικμθτικά όρια.) a*>0 Αποχρϊςεισ του ερυκροφ a*<0 Αποχρϊςεισ του πράςινου b*>0 Αποχρϊςεισ του κίτρινου b*<0 Αποχρϊςεισ του κυανοφ Θ τιμι μθδζν για τουσ άξονεσ a* και b* αντιπροςωπεφει τθν ουδζτερθ περιοχι των φαιϊν αποχρϊςεων. 36

37 ΧΡΩΜΑΣΙΚΟ ΜΟΝΣΕΛΟ CIELab Aπεικόνιςθ ςε τριςδιάςτατο καρτεςιανό ςφςτθμα ςυντεταγμζνων CIElab, CC: BY

38 ΧΡΩΜΑΣΙΚΟ ΜΟΝΣΕΛΟ CIELab Ανεξαρτθςία των πλθροφοριϊν φωτεινότθτασ και χρϊματοσ 38

39 ΧΡΩΜΑΣΙΚΟ ΜΟΝΣΕΛΟ CIELab Κυλινδρικό ςφςτθμα πολικϊν ςυντεταγμζνων 39

40 ΧΡΩΜΑΣΙΚΟ ΜΟΝΣΕΛΟ CIELab L* C* (Saturation Chroma) C* = (a 2 + b 2 ) ½ h (hue angle) h = tan -1 (b/a) όταν a*>0 και b* 0 h = 0 ο όταν a*=0 και b*=0 h = 90 ο όταν a*=0 και b*>0 h = 180 ο + tan -1 (b/a) όταν a*<0 h = 270 ο όταν a*=0 και b*<0 h = 360 ο + tan -1 (b/a) όταν a*>0 και b*<0 40

41 Ε. ΧΡΩΜΑΣΟΜΕΣΡΙΑ Μζτρθςθ χρωματικϊν μεγεκϊν L*, a*, b* μζςω χρωματόμετρου Ολικι διαφορά χρϊματοσ ΔΕ = ((ΔL*) 2 + (Δa*) 2 + (Δb*) 2 ) ½ όπου ΔL* = L* δείγματοσ L* αναφοράσ Δa* = a* δείγματοσ a* αναφοράσ Δb* = b* δείγματοσ b* αναφοράσ 41

42 Χρημαηοδόηηζη Το παρόν εκπαιδεσηικό σλικό έτει αναπηστθεί ζηα πλαίζια ηοσ εκπαιδεσηικού έργοσ ηοσ διδάζκονηα. Το έργο «Ανοικηά Ακαδημαϊκά Μαθήμαηα Ε.Μ.Π.» έτει τρημαηοδοηήζει μόνο ηη αναδιαμόρθωζη ηοσ εκπαιδεσηικού σλικού. Το έργο σλοποιείηαι ζηο πλαίζιο ηοσ Επιτειρηζιακού Προγράμμαηος «Εκπαίδεσζη και Δια Βίοσ Μάθηζη» και ζσγτρημαηοδοηείηαι από ηην Εσρωπαϊκή Ένωζη (Εσρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόροσς.