Из чего состоит бумага


Бумага: состав, производство, виды | CMYKom.ru

 Опубликовано: Июнь 7, 2013 by admin

 Оставить комментарий

Бумага (от итал. bambagia — хлопок) — многокомпонентный материал, состоящий в основном из специально обработанных мелких растительных волокон, тесно переплетенных между собой, связанных силами сцепления различного вида и образующих тонкий лист.

Считается, что бумагу изобрели в Китае во 2 в. до н.э., а уже в 76 ее применяли для книг. Из Китая бумага проникла в Японию, а затем через Персию в Северную Африку, на Кипр, в 1154 в Испанию и затем в ряд других стран. Она постепенно стала вытеснять применявшийся до этого для письма папирус и другие материалы.

До 18 века изготовление (отлив) бумаги происходило вручную. В 1799 француз П.Л. Робер предложил механизированный отлив бумаги на непрерывно движущейся бесконечной сетке, расположенной над черпальным чаном. Позднее появилась первая бумагоделательная машина, состоящая из следующих основных частей: сеточной, прессовой, сушильной, отделочной. Для получения отдельных высококачественных видов и бумаги специального назначения до сих пор применяется ручной отлив.

Наиболее распространенный способ производства бумаги — «мокрый», который базируется, как правило, на использовании плоско- или двухсеточных бумагоделательных машин. Такая бумагоделательная машина состоит из:

  • сеточной
  • прессовой
  • сушильной частей
  • каландра (пресса, состоящего из 2–20 валов, между которыми пропускают бумагу)
  • наката (устройство для наматывания бумаги в рулон)

Сеточная часть имеет одну или две бесконечно движущиеся сетки, на которую (плоскосеточные машины) или в зазор между которыми (двухсеточные машины) непрерывным потоком равномерно по всей ширине сеток поступает разбавленная водой бумажная масса. При обезвоживании бумажной массы происходит формирование бумажного полотна, которое далее обезвоживается в прессовой части и окончательно высушивается в сушильной части машины. Прессовая часть состоит из нескольких 2-вальных (иногда 3-вальных) прессов, между валами которых проходит бумажное полотно. При этом часть влаги из него отжимается. Сушильная часть состоит из 2-ярусных батарей сушильных вращающихся цилиндров, обогреваемых изнутри паром. Сырое бумажное полотно, проходя между горячими поверхностями цилиндров и сушильным сукном каждой батареи, высушивается до влажности 5–7%. В конце сушильной части имеется холодильный цилиндр (иногда два) для охлаждения бумаги. Затем бумага проходит каландр, придающий ей машинную гладкость, и наматывается в рулон на накате.

Для отделки бумаги применяются суперкаландры (система вращающихся с разной скоростью валов, между которыми пропускают увлажненное бумажное полотно), обеспечивающие более ровную гладкую поверхность и глянец. Такая бумага называется каландрированной (глазированной) и высококаландрированной (дважды пропускается через суперкаландр). Для придания бумаге глянца бумажное полотно пропускают через лощильный (или фрикционный) каландр, валы которого совершают возвратно-вращательное движение, не оказывая большого давления на бумагу.

С 1950-х гг. в производстве бумаги находят применение полимерные пленки и синтетические волокна, на основе которых выпускают синтетическую бумагу. Такая бумага отличается высокой механической прочностью в сухом и влажном состоянии, хорошей стабильностью линейных размеров при увлажнении, долговечностью, высокой эластичностью.

В качестве основных компонентов композиционного состава бумаги используют волокна растительного происхождения, выделяемые из древесины хвойных и лиственных пород, из стеблей однолетних растений, семенных коробочек и листьев некоторых растений. В зависимости от метода производства, выхода гемицеллюлоз (веществ, сходных с целлюлозой, но с меньшей молекулярной массой) и лигнина (инкрустирующего вещества), получают различные полуфабрикаты: древесную массу, полухимическую массу (полуцеллюлозу), небеленую, беленую и облагороженную целлюлозу.

Для снижения гидрофильности и гигроскопичности (впитывания при смачивании и поглощения воды из воздуха) бумагу проклеивают смолами с водоотталкивающими свойствами (гидрофобные) и парафинами. Для повышения прочности, гладкости (уменьшения ворсистости), стойкости к выщипыванию и истиранию наиболее эффективна поверхностная проклейка в клеильных прессах крахмальным, карбоксиметилцеллюлозным и др. клеями. В зависимости от степени проклейки различают бумагу слабоклееную, клееную и высококлееную. В бумажную массу вводят наполнители — белые порошкообразные, нерастворимые в воде минеральные вещества: каолин, сернокислый барий, тальк, двуокись титана и др. Они повышают белизну, гладкость и непрозрачность бумаги, делают ее более мягкой, легко деформируемой (пластичной), но и менее прочной.

Повышенное содержание наполнителей (зольность) необходимо бумаге для высокой печати, т.к. повышенная пластичность позволяет снизить давление для хорошей пропечатки оттиска, а для глубокой печати — лучшего впитывания и снижения растекаемости жидкой краски на оттисках. По содержанию наполнителей различают мало-, среднезольную, повышенной зольности и высокозольную бумагу.

Важнейшие показатели бумаги:

  • масса бумаги площадью 1 м2
  • толщина
  • плотность
  • прочность
  • гладкость
  • пористость
  • белизна
  • непрозрачность,
  • оттенок и др.

Листовая и рулонная бумага для печати выпускается с массой площади 40–250 г/м2. Ниже приведены характеристики некоторых видов бумаг, применяемых в издательском деле и полиграфии.

Типографская (для высокой печати) — 50–70 г/м2, на основе древесной целлюлозы или с добавлением 20–75% древесной массы, белая, малоклееная, среднезольная или повышенной зольности, машинной гладкости, каландрированная или высококаландрированная. Предназначена для печати текстовой и иллюстрационно-текстовой продукции. Бумага с массой площади 40- 50 г/м2, чистоцеллюлозная или с небольшим добавлением древесной массы, повышенной зольности, малоклееная, каландрированная, с органической прозрачностью предназначена для печатания справочников и других книг с большим количеством текста.

Для глубокой печати — белая 60–220 г/м2, чистоцеллюлозная, слабоклееная, высокозольная, обладающая ровной сомкнутой (мелкопористой) поверхностью, каландрированная. Предназначена для печатания иллюстрационно-текстовых изданий и изобразительной продукции.

Офсетная — 60–250 г/м2, чисто целлюлозная или с содержанием до 75% древесной массы, белая, клееная, с хорошей стойкостью поверхности к выщипыванию, низкой деформацией при увлажнении, машинной гладкости или каландрированная. Предназначена для печатания иллюстрационно-текстовых изданий и изобразительной продукции офсетным способом. Офсетную бумагу используют для изготовления блокнотов, блоков для записей, кубариков ( кубиков для записей).

Газетная — 45–49 г/м2, низкозольная, неклееная, машинной гладкости, в композиции преобладает древесная масса. Предназначена для печатания газет и приложений к ним, массовых брошюр способами высокой и офсетной печати.

Мелованная — с пигментированно-клеевым покровным слоем (мелованным), нанесенным на волокнистую чистоцеллюлозную или содержащую древесную массу бумагу — основу для получения микропористой и микрошероховатой поверхности. Различают одно- и двукратного мелования с одно- и двусторонним покрытием мелованным слоем. Предназначена для печатания одно- и многокрасочной изобразительной продукции, различных иллюстрационно-текстовых изданий способами высокой, офсетной и глубокой печати. Разновидность — тонкая мелованная бумага 60–70 г/м2, предназначена для издания массовой иллюстрационно-текстовой продукции способами офсетной и глубокой печати. В листовом офсете используется мелованная бумага плотностью от 90 г/м2. Для изготовления бумажных пакетов используют мелованную бумагу плотностью от 170 г.

Обложечная — светопрочная, чистоцеллюлозная или с содержанием до 40% древесной массы, клееная, малозольная бумага с небольшими усадкой и скручиваемостью при одностороннем увлажнении, каландрированная и машинной гладкости. Предназначена для изготовления обложек (140–200 г/м2) и склейки переплетных крышек (80–120 г/м2).

Форзацная — клееная, среднезольная бумага 80–160 г/м2, чистоцеллюлозная, машинной гладкости или каландрированная, отличается повышенным сопротивлением излому, ограниченной скручиваемостью после одностороннего увлажнения. Предназначена для изготовления форзацев книг.

Писчая — белая или цветная, 45–80 г/м2, чистоцеллюлозная (с добавлением целлюлозы из хлопкового линта) или содержащая небольшую часть древесной массы, клееная, машинной гладкости или каландрированная. Предназначена для изготовления бланков, унифицированных систем документации, бумажно-беловых изделий, бумаг потребительских форматов, школьных тетрадей и т.п.

Документная — на основе льнопеньковых и хлопковых волокон, малозольная, высококлееная, иногда с водяными знаками, долговечная, стойкая к механическим воздействиям. Предназначена для печатания денежных знаков, облигаций, банковских чеков и других документов.

Афишная и билетная — белая или цветная, малозольная, слабоклееная, машинной или односторонней гладкости. Предназначена для печати афиш, билетов, абонементных талонов, бланков способом высокой печати.

Картографическая — 85–160 г/м2, композиция на основе древесной целлюлозы и из хлопкового линта (отхода хлопкового производства), малозольная, клееная, машинной гладкости или каландрированная, прочная в сухом и влажном состоянии, повышенной белизны. Предназначена для печатания гидро-, топо-, географических и других карт и атласов офсетным способом.

Баритованная — используется в качестве основы фотобумаги. Белая или подцвеченная красителем толстая бумага с баритовым (из сернокислого бария) покровным слоем, нанесенным на чистоцеллюлозную, малозольную, высококлееную основу повышенной белизны для улучшения качества поверхности.

Ватманская (ватман) — белая чертежная высокосортная ручного отлива на основе механически обработанного тряпья (тряпичной полумассы) с поверхностной проклейкой. Отличается большим сопротивлением к истиранию и шероховатой поверхностью. Предназначена для чертежных работ, выполняемых карандашом, тушью и акварельными красками.

Верже — белая или цветная чистоцеллюлозная высокосортная с водяными знаками в виде близко расположенных узких полос, иногда пересеченных, под прямым углом к машинному направлению, редко расположенными полосами. Предназначена для изготовления подарочных изданий, а также форзацев и суперобложек книг.

Этикеточная — 45–120 г/м2, малоклееная или клееная, одно- или двусторонней гладкости, односторонне мелованная, с ограниченной поверхностной впитываемостью, линейной деформацией при увлажнении и скручиваемостью при одностороннем смачивании водой. Предназначена для печатания этикеток способами высокой и офсетной печати.

Крафт-бумага — особый вид оберточной бумаги на основе очень крепкой, так называемой, крафт-целлюлозы. Отличается высокой механической прочностью. Предназначена для обертки, упаковки.

cmykom.ru

Где изобретена бумага. История и факты

Вначале был папирус

То, что мы называем бумагой, без чего современная офисная жизнь просто немыслима, не всегда представляло собой лист формата А4. Так, на вопрос о том, где изобретена бумага, нельзя дать однозначный ответ. Еще четыре тысячелетия назад древние египтяне использовали для письма папирус. Со стеблей осторожно снимался верхний слой кожицы. Снятые тонкие листы накладывали друг на друга и держали под тяжелым прессом. Склеенные и высушенные папирусные листы и служили писчей бумагой.

В древней Руси использовали для письма внутренний слой березовой коры. Обнаруженные археологами берестяные письмена относятся к 11-15 векам. Хотя в сообщении арабского писателя Ибн-ан-Недима говорится, что «на земле руссов есть письмена, вырезаемые на кусках белого дерева». Сообщение датируется 987 годом. Некоторые фольклорные источники указывают на использование берестяных писем североамериканскими индейцами.

Родина бумаги

Страна, где изобрели бумагу, которой мы пользуемся по сей день, подарила миру фарфор, компас, порох, фейерверки. Речь, конечно, о Китае. И если имена изобретателей «предвестников» бумажного листа - папирусных свитков и дощечек - остаются неизвестными, то имя того, кто изобрел бумагу, довольно известно. Им является Цай Лунь, служивший евнухом при дворе. Произошло это событие в 105 году н.э., во времена правления династии Хань.

Страна, где изобретена бумага, не засажена березовыми рощами. Здесь растут тутовое дерево, бамбук и рис. Цай Лунь растолок волокнистую кору тутового дерева. Смешал полученную смесь с водой, пенькой и древесной золой, а затем поместил на бамбуковую раму с решёткой. Разгладил полученный пласт с помощью камня и просушил на солнце. Именно так получился первый лист бумаги. Со временем технология изготовления усовершенствовалась. В смесь, изобретенную Цай Лунем, стали добавлять крахмал, волокна шелка, красители, что значительно улучшило качество бумажных листов.

Все тайное становится явным

Народ восточной страны, где изобретена бумага, тщательно хранил секреты ее производства. Однако и много веков назад китайские купцы ездили со своим товаром по всему миру. Караванщики, приезжая в новый город, общаясь, делились новостями. Возвращаясь в родные края, они привозили вести из-за морей. Это было что-то вроде глобального общения. И каким-то образом в городе Самарканде арабские купцы выведали секреты изготовления бумаги, а узнав, привезли его в Испанию. Бумагу здесь начали делать в 1150 году. Вскоре технология бумажного производства стала известна во всех европейских странах.

В России бумажное производство появилось лишь во второй половине 16 века. Письменные источники сообщают, что в Москве в 16 веке насчитывалось 10 бумажных мельниц, 50 предприятий, где делали ручным способом бумагу и картон.

Сейчас каждому школьнику известно, откуда родом чай, палочки для еды, где изобретена бумага, в общем, те вещи, которые прочно вошли в наш быт.

Однако менее известен факт о том, где появились первые станки, производящие бумагу в таком виде, в каком мы пользуемся ею сейчас. А произошло это событие во Франции в 1798 году. А уже в 1807 г. Англия запатентовала первенство в изобретении станка для изготовления бумаги в рулонах. Вскоре начинается повсеместное распространение изготовление бумажной упаковки. Но это уже другая история.

fb.ru

Из чего сделана бумага?

Бумага настолько прочно и так давно вошла в нашу повседневную жизнь, что технология ее производства давно перестала быть секретом. Каждый знает, что бумагу делают из дерева, но это не совсем так. Чтобы ответить на вопрос, из чего сделана бумага, следует углубить свои знания об особенностях этого материала.

Состав

Действительно, основной для производства бумаги может служить получаемая механическим способом из древесины (иногда из конопли и риса) целлюлоза. Таким образом ее можно даже сделать самому в домашних условиях. Но при использовании только этих компонентов и способов бумага получится низкокачественной.

В современной же промышленности целлюлозу добывают чаще всего химическим путем, а качественные сорта бумаги имеют в своем составе:

  • гидрофобную проклейку (например, канифольный клей), препятствующую излишнему растеканию чернил и их проступанию с оборотной стороны;
  • смолы, крахмал или различные клеи, повышающие долговечность бумаги и ее устойчивость к механическим воздействиям и влажности;
  • тальк/мел и каолин, делающие бумагу более плотной и непрозрачной;
  • красители.

Разнообразие типов

Конечно, определенный тип бумаги подразумевает использование тех или иных наполнителей в разной пропорции. Например, использующаяся в трансформаторах бумага не содержит проклейки для обеспечения электроизоляции, а страницы же глянцевых журналов будут включать в свой состав и мел, и смолы, и другие компоненты.

Кроме того, бумага может содержать и вовсе не влияющие на плотность и гидрофобность компоненты. Так, качественная туалетная бумага часто пропитывается такими целебными веществами, как масло алоэ и антисептики.

Узнать больше о происхождении и способах производства бумаги можно в наших статьях:

  • Как делают бумагу
  • Где изобрели бумагу

elhow.ru

Бумага. Общие характеристики и её история

Бумага—листовой материал, состоящий в основном из растительных волокон, соответствующим образом обработанных и соединенных в тонкий лист, в котором волокна связаны между собой поверхностными силами сцепления. Помимо растительных волокон в последнее время при выработке специальных видов бумаги все чаще применяют волокна как синтетические органического происхождения, так и минеральные (асбестовые, стеклянные и др.). Крайне редко используют волокна шерсти. Кроме того, в бумаге могут содержаться проклеивающие вещества, минеральные наполнители и красители.

Свойства бумаги легче всего поддаются объяснению, если исходить из того, что бумага является упругопластическим капиллярно-пористым коллоидным материалом.

Происхождение термина «бумага» остается до сих пор неясным. Однако в европейских странах это понятие явно связано с корнем слова папирус — растения, из которого в былое время изготовлялся бумагоподобный материал. Действительно, бумага по английски — the paper, по немецки — das Papier, по французски — le papier.

Обычно при изготовлении разных видов бумаги применяют два, три и более волокнистых полуфабрикатов, образующих, таким образом, композицию бумаги по виду волокон. Иногда ее изготовляют из одного волокнистого полуфабриката, подготовленного для этого соответствующим образом. Очень часто в композицию бумаги вводят минеральные наполнители, проклеивающие и окрашивающие вещества.

В нашей стране приняты следующие обозначения. Когда после названия вида бумаги (например, типографская, писчая, офсетная) стоит номер и одна из цифр от 0 до 3 включительно, то эти цифры свидетельствуют о композиции бумаги по виду использованных волокон. 0 — означает, что бумага изготовлена из тряпичных волокон, 1 — из 100% волокон целлюлозы, 2— из 50% целлюлозы и 50% древесной массы, 3—-из 35% целлюлозы и 65 % древесной массы.

В настоящее время мировая бумажная промышленность выпускает свыше 600 видов бумаги и картона, обладающих разнообразными, а в ряде случаев совершенно противоположными свойствами: высокопрозрачные и почти совершенно непрозрачные (неактиничные); электропроводящие и электроизоляционные; толщиной в 4—5 мкм (т. е. в 10—15 раз тоньше человеческого волоса) и толстые виды картона, хорошо впитывающие влагу и водонепроницаемые (бумажный брезент); прочные и слабые, гладкие и шероховатые; паро-, газо-,. жиронепроницаемые и др.

Это разнообразие свойств разных видов бумаги обеспечивает широкие возможности применения ее не только в быту и в качестве материальной основы для письма и печати, но и в различных областях народного хозяйства: химической, электро-, радиотехнической, пищевой, строительной и других отраслях промышленности.

Часто смешивают понятия вид и сорт бумаги, хотя сорт обычно определяет качество одного и того же вида бумаги (например, 1-й или 2-й сорт того или иного вида бумаги).

Не следует относить к другому виду бумагу того же назначения, но отличающуюся величиной массы 1 м2. Например, мешочная бумага массой 1 м2 80 г и 70 г остается одним и тем же видом бумаги, т. е. мешочной бумагой, но эти разновидности мешочной бумаги могут быть названы ее маркам и.. Существует множество разновидностей бумаги по ее назначению, по массе 1 м2, окраске или по какому-либо другому признаку (по некоторым литературным данным их свыше 7000 разновидностей).

Отсутствует четкое различие между понятиями бумага и картон. Условно принято считать, что картоном называют продукцию, имеющую массу 1 м2 более 250 г, толщину более 0,5 мм. Однако такое определение нельзя считать точным. Например, волокнистый материал, применяемый в текстильной промышленности и именуемый шпульной бумагой, имеет массу 1 м2 до 400 г при толщине 0,6 мм, в то же время некоторые виды бумажной продукции при толщине 0,1 мм и массе 1 м2 110—120 г называют электроизоляционным картоном.

Не следует смешивать понятия обработка и переработка бумаги. Под обработкой бумаги понимаются процессы мелования, поверхностной проклейки, пропитки, окраски, покрытия бумаги битумными, светочувствительными и другими эмульсиями, а также гуммирование, гофрирование, крепирова-ние, тиснение, армирование и др. Под переработкой бумаги понимаются операции превращения бумаги в другие изделия: в фибру, растительный пергамент, гильзы, шпули, бумажную пряжу, мешки, тетради, блокноты, конверты, альбомы и др.

Иногда массу 1 м2 бумаги ошибочно называют ее плотностью. Известно, что плотность материала представляет собой величину массы этого материала в единице объема. Таким образом, по своему физическому смыслу и по размерности величин понятия «масса 1 м2» и «плотность» являются совершенно различными и отождествлять их не следует.

Письменность появилась до того, как стало известно применение для письма бумаги. О письменности древних людей свидетельствуют сохранившиеся до нашего времени наскальные рисунки, а также глиняные плитки и медные дощечки с изображениями различных знаков, зверей и людей.

В поисках более легкого материала для письма стали использовать кожу и кости животных, пальмовые листья, кору деревьев.

Считается, что слово лист, имеющее два значения (лист бумаги и лист дерева), свидетельствует о том, что древние славяне писали на листьях деревьев. Латинское слово ljiber также имеет два значения: кора и книга, что косвенно говорит о давнем применении коры для письма.

Сохранились документы, написанные на бересте в старом Новгороде несколько сот лет тому назад. Время сделало их жесткими и ломкими. Предварительная обработка их березовым соком в какой-то степени возвратила им эластичность, необходимую для реставрации документа.

Хороший материал для письма из кожи молодых телят — животный пергамент, или пергамен,—получил свое название, как считают, от сирийского города Пергаме, где древний способ изготовления такого материала был усовершенствован и получил применение начиная со II в. до нашей эры.

Предшествовал бумаге папирус—материал, получаемый из растения того же названия, произраставшего в больших количествах у берегов Нила в Египте. Этот материал появился не менее 3500 лет до нашей эры. Стебель растения разрезался на тонкие и возможно более широкие ленты, которые укладывались вплотную друг к другу и образовывали полосу достаточной ширины. На эту полосу в поперечном ее направлении укладывался следующий ряд лент. Число чередующихся рядов определялось желаемой толщиной материала, который затем отпрессовывался, подвергался обработке ударами деревянных молотков, высушивался на солнце и разглаживался гладким камнем. Полученные листы склеивались в длину и свертывались в свитки.

Родина бумаги—Китай. Первые упоминания о бумаге относятся к 12 г. до нашей эры. Первоначально сырьем для изготовления бумагоподобного материала служили обрезки шелка, которые растирались между камнями, разбивались молотками, смачивались водой и в виде шелковистого войлока использовались для письма. Методы изготовления бумагоподобного материала со временем изменялись.

Цай-Лунь (его именуют также Чай-Лун и Тсай-Лун) обобщил и усовершенствовал эти методы. В 105 г. (указываются также и другие даты) он доложил императору об открытии способа изготовления бумаги из различных волокон растительного происхождения, а также из тряпья.

Заслуга Цай-Луня в том, что он впервые открыл основной технологический принцип производства бумаги — образование листового материала осаждением и переплетением на сетке измельченных тонких волокон, разбавленных предварительно большим количеством воды. Этот принцип и до настоящего времени составляет сущность производства бумаги. Но не только в этом заслуга Цай-Луня: он существенно усовершенствовал сам процесс изготовления бумаги, заменив плоские камни новым оборудованием — ступкой с пестом, и применил для отлива листа сетчатую форму. Кроме того, он дал возможность получать бумагу из разнообразного волокнистого сырья. Все это положило начало и способствовало развитию кустарного производства бумаги, значительно более дешевой и доступной по сравнению с предшествующими бумагоподобными материалами.

Долгое время китайский способ изготовления бумаги держался в секрете. Однако в VII в. искусство изготовления бумаги стало известно в Японии и Индии. Примерно в середине VIII в. в районе г. Самарканда китайские военнопленные, среди которых оказались и мастера-бумажники, способствовали кустарному производству бумаги, откуда оно в конце IX в. распространилось на центры арабской культуры: Дамаск и Багдад. Далее способ изготовления бумаги стал известен в Египте, где он вытеснил старинный способ изготовления папируса.

В Испании и Греции о бумаге узнали в IX в., в Италии в XI в. Потребность в бумаге возрастала и многие страны Европы предпочитали вместо покупки бумаги за границей производить ее у себя. К XI в. толчеи, служившие для разбивки тряпья на волокна и состоящие из каменной ступы и деревянных пестов, стали приводить в движение действием падающей воды. Для этой цели успешно применялось мельничное водяное колесо.

Мельницы в производстве бумаги появились во Франции в XII в. и обеспечивали не только собственные потребности страны, но и вырабатывали бумагу для продажи в другие страны, в том числе и в Россию. Московское государство покупало и итальянскую бумагу (XIV в.) и даже раньше, чем французскую (XV в.). Затем появилась также немецкая, польская н голландская бумага.

Здесь необходимо отметить, что Голландия в XVII- XVIII вв. была страной, владевшей многочисленными колониями, обладавшей развитой мануфактурной промышленностью и одной из первых в Европе освободившейся от феодального режима (Нидерландская революция XVII в.). Поэтому именно в этой стране, где в то время были уже отмечены большие технические достижения в судостроении, постройке ветряных двигателей, суконном производстве и в других отраслях промышленности, усиленно велись работы по усовершенствованию производства бумаги и улучшению ее качества.

На повышение производительности производства и получение надлежащего качества продукции в основном влияло использование громоздкой и неудобной в работе толчеи. Именно замена толчеи более совершенной машиной требовалась и в конкурентной борьбе с другими странами при продаже бумаги на экспорт. Изобретение в XVII в. в Голландии ролла (голлендера), заменившего толчею, резко повысило производительность бумажной мануфактуры и улучшило качество выпускаемой бумаги.

В XVI в. в 30 км от Москвы появилась первая бумажная мельница. Однако производство бумаги в России долгое время почти не развивалось, и бумагу приобретали за границей, в основном в Голландии.

По указу Петра I было построено несколько бумажных мельниц в районе Москвы и Петербурга, а также крупные мануфактуры (Полотнянозаводская и Ярославская). К концу XVIII в. в России было 60 мануфактур, вырабатывающих бумагу в виде листов методом ручного черпания.

В технологическом процессе изготовления бумаги операция отлива листа сдерживала выработку бумажной мельницы, так как для выполнения этой операции требовался тяжелый и малопроизводительный труд рабочих-черпальщиков. Действительно, рабочему нужно было зачерпнуть сетчатой формой из чана бумажную массу, дать воде стечь через сетку, потрясти форму вручную для образования на сетке влажного бумажного листа, который следовало затем осторожно перенести из формы на сукно для последующих операций прессования, сушки и отделки.

С изобретением ролла было существенно улучшено качество бумажной массы и повышена производительность размольного оборудования. «Узким местом» в производстве бумаги стала операция ручного отлива бумаги. Рабочие-черпальщики не успевали превращать в листы бумаги бумажную массу, которую выпускал ролл, а потребность в бумаге все возрастала. Особенно бумага была необходима в годы первой французской революции, так как тогда выпускалось большое количество воззваний и плакатов, брошюр, газет, а также ассигнаций. Машинное производство бумажной массы привело к машинному изготовлению бумаги из этой массы. Таким образом, не случайно изобретение первой бумагоделательной машины, заменившей труд черпальщиков, произошло во Франции Николаем Луи Робером.

В 1804 г. .первая бумагоделательная машина, усовершенствованная братьями Фурдринье и Донкиным, была установлена в Англии, а через 13 лет первая бумагоделательная машина уже монтировалась в России на Петергофской гранильной фабрике, которая позже была передана и установлена на Красносельской бумажной фабрике.

Первые бумагоделательные машины производили лишь формование бумажного полотна и его прессование, сушилась бумага на воздухе. В 1823 г. к бумагоделательной машине была присоединена сушильная часть, в сушильных цилиндрах которой для обогрева их поверхности устанавливались жаровни с углем. Позже был осуществлен обогрев цилиндров паром. Одновременно усовершенствовались различные детали бумагоделательной машины. В 1825 г. под сеткой появились отсасывающие ящики, разрежение в которых производилось с помощью вакуум-насоса. Последующие годы характеризуются дальнейшим усовершенствованием конструкции деталей бумагоделательных машин.

В 1850 г. бумагоделательные машины нашли себе применение уже на 50 фабриках России. К 1885 г. число установленных бумагоделательных машин в России достигло 135. Применение машин сделало процесс производства бумаги непрерывным и от выработки листовой бумаги появилась возможность перейти к ее изготовлению в рулонах.

Успехи в развитии бумажной промышленности были бы большими, если бы не Великая Отечественная война 1941 — 1945 гг., нанесшая колоссальный урон всей экономике страны и в том числе предприятиям бумажной промышленности. В период прошедшей войны бумажная промышленность лишилась своих предприятий в Прибалтийских советских республиках, на Украине, в Белоруссии, Карелии, Ленинградской обл. Все эти предприятия были сильно повреждены и их восстанавливали по мере освобождения территории от врага. Дубровский комбинат в Ленинградской обл. был настолько разрушен, что его восстановление было признано нецелесообразным.

При выборе нужного вида волокнистого материала следует учитывать его бумагообразующие свойства, которые в совокупности определяют достижение требуемого качества изготовляемой бумаги. При этом имеется в виду как поведение материала в технологических процессах изготовляемой из него бумаги, так и его влияние на свойства получаемой бумажной массы и готовой бумаги. Таким образом, бумагообразующие свойства волокнистого материала нельзя охарактеризовать однозначно каким-либо показателем. Действительно, по отношению к процессу размола бумагообразующие свойства материала характеризуются, например, его способностью расщепляться на фибриллы (фибриллирование) или укорачиваться, скоростью достижения требуемой степени помола. По отношению к процессу отлива листа из бумажной массы важным является, например, показатель скорости обезвоживания и т. д.

Строение исходных волокон во многом определяет их бумагообразующие свойства. Волокна трубчатого строения способствуют получению пухлых видов бумаги, обладающих повышенной впитывающей способностью. Такие волокна требуют больше времени для фибриллирования. Из волокон ленточного строения обычно получается плотная прочная бумага с сомкнутой поверхностью. Толстостенные волокна (с толщиной стенки 6—8 мкм) легче фибриллируются, а тонкостенные (1,5—2 мкм) более подвержены поперечной рубке.

Волокна твердых пород древесины, как правило, обеспечивают непрозрачность, пухлость, воздухопроницаемость и впитывающую способность бумаги.

Волокна мягких пород, наоборот, придают бумаге относительно более высокую прозрачность, плотную структуру и высокие показатели сопротивления разрыву.

Сырьем для изготовления разных полуфабрикатов является древесина девяти основных пород, используемых в различных соотношениях: ели, сосны, пихты, ольхи, лиственницы, тополя, березы, осины, бука. Наряду с этими породами в меньшем количестве используется также древесина эвкалипта, каштана, липы, дуба, клена и других пород. Указанное сырье делится на две группы: хвойные и лиственные породы древесины, отличающиеся между собой по химическому составу и морфологическим признакам. Эти различия определяют и различия в свойствах волокон соответствующих полуфабрикатов.

Основным полуфабрикатом для производства бумаги является целлюлоза — продукт варки растительного сырья  с кислотой (сульфитный метод), щелочью (сульфатный) или методом, являющимся модификацией указанных методов (би-сульфигный, полисульфидный и др.). Выход обычной целлюлозы из древесины в зависимости от вида древесины и способа ее варки находится в пределах от 46 до 53%. Целлюлоза высокого выхода характеризуется выходом выше 53 и до 65 %.

При сравнении свойств сульфатной и сульфитной целлюлозы легко видеть, что волокна сульфатной целлюлозы при всех прочих равных условиях придают бумаге, как правило, более высокие показатели механической прочности по сопротивлениям разрыву, излому, продавливанию и надрыву, повышенное удлинение до разрыва, термостойкость, долговечность и меньшую прозрачность, чем волокна сульфитной целлюлозы, особенно полученные в результате варки на кальциевом основании. Поэтому сульфатная целлюлоза успешно используется для изготовления прочных упаковочных видов бумаги, мешочной бумаги, а также бумажной пряжи и шпагата.

Бумага, изготовленная из волокон сульфатной целлюлозы, обладает более высокими показателями диэлектрических свойств, благодаря чему многие виды сульфатной бумаги и применяются в качестве электроизоляционных (кабельная, телефонная, конденсаторная и др.). Волокна сульфатной целлюлозы более гибкие, на их поверхности меньше микротрещин, они труднее размалываются, меньше укорачиваются при размоле по сравнению с волокнами сульфитной целлюлозы.

Добавка сульфатной целлюлозы к сульфитной в композицию бумаги уменьшает склонность бумаги к скручиванию и несколько повышает ее начальную прочность во влажном состоянии. Именно в связи с последним обстоятельством, а также для некоторого увеличения растяжимости бумаги применяют небольшую добавку полубеленой сульфатной целлюлозы в композицию газетной бумаги. Выход сульфатной целлюлозы на 3—4 % ниже, чем сульфитной, при равной степени делигнификации и на 6—7 % ниже, чем бисульфитной. Небеленая сульфатная целлюлоза темнее небеленой сульфитной и труднее отбеливается.

Применение в производстве бумаги полуфабрикатов из лиственных пород древесины привлекает технологов-бумажников не только потому, что лиственная древесина дешевле хвойной и ее использование расширяет сырьевую базу для бумажной промышленности. Это само по себе очень важно, но не исчерпывает преимущества применения полуфабрикатов из лиственной древесины.

Наличие лиственной целлюлозы в композиции бумаги приводит к получению более однородной структуры листа, в котором короткие волокна лиственной целлюлозы заполняют пространства между длинными волокнами (трахеидами) хвойной целлюлозы. В результате изготовляется бумага с меньшей склонностью к короблению и скручиваемости, меньшей разносторонностью, лучшим удержанием минерального наполнителя и меньшей деформацией при намокании.

При использовании в композиции бумаги лиственной целлюлозы возрастает непрозрачность листа, особенно если применяется беленая сульфатная лиственная целлюлоза. Возрастают также гладкость бумаги и ее впитывающая способность, в том числе и к типографской краске. Совокупность этих свойств обеспечивает улучшение печатных свойств бумаги.

Полуфабрикаты из лиственных пород древесины придают бумаге ощущение мягкости — свойства важного для санитарно-бытовых видов бумаги и бесшумности при перелистывании (нотная бумага, бумага для текстов радио и телевизионных дикторов из натронной беленой лиственной целлюлозы). Вместе с тем полуфабрикаты из лиственной древесины повышают жесткость коробочного и других видов картона главным образом за счет повышения толщины полотна при одной и той же массе 1 м2 картона.

Таким образом, полуфабрикаты из лиственных пород древесины придают бумажной продукции ряд ценных свойств. Однако есть и недостатки при использовании лиственной древесины. Из-за повышенной плотности эта древесина в воде тонет, что исключает ее сплав. Обычный метод мокрой окорки для лиственной древесины не пригоден. Различия в химическом составе и морфологическом строении лиственных и хвойных пород древесины требуют их раздельной варки. Поэтому для лиственных пород древесины на целлюлозном заводе должен быть отдельный технологический поток варки, промывки, очистки и отбелки целлюлозы.

Точно так же на бумажной фабрике для полуфабрикатов из лиственной целлюлозы должен быть самостоятельный технологический поток ее переработки и в первую очередь раздельный размол лиственной и хвойной целлюлозы. Совместный размол этих полуфабрикатов допустим лишь при малом содержании лиственной целлюлозы в композиции бумаги.

Использование лиственной целлюлозы в бумажном производстве приводит к некоторому снижению отдельных показателей механической прочности бумаги, существенному уменьшению влагопрочности и поверхностной прочности. Эти затруднения в значительной степени могут быть преодолены .установлением необходимого режима размола лиственной целлюлозы, введением в бумажную массу связующих, а также поверхностной обработкой бумаги. Вместе с тем следует также иметь в виду, что использование лиственной целлюлозы влечет за собой повышенное содержание мелких волокон в сточной воде, увеличивает нагрузку на работу улавливающей аппаратуры.

Помимо целлюлозы массовым полуфабрикатом в производстве бумаги является древесная масса — продукт механического истирания древесины (белая), с предварительной пропаркой древесины (бурая), механического истирания древесины с одновременной термообработкой (термомеханическая или ТММ) и термомеханическая с одновременной обработкой химикатами (химико-термомеханическая, или ХТММ). По виду оборудования, используемого для получения древесной массы, различают дефинерную древесную массу (ДДМ) и рафинерную древесную массу ( РДМ).

Выход белой древесной массы из древесины составляет 95—98 %, а разновидностей ТММ — от 85 до 94 %. Белая древесная масса содержит практически все компоненты, имеющиеся в природной древесине. Это накладывает отпечаток на бумагообразующие свойства волокон древесной массы, которые в отличие от волокон целлюлозы являются жесткими и хрупкими. Они имеют неправильную форму и меньшую длину. При введении в композицию бумаги эти волокна обычно уменьшают ее механическую прочность, гладкость, сомкнутость поверхности и долговечность. Пухлость бумаги при этом повышается.

Древесная масса — основной полуфабрикат в производстве газетной бумаги и широко используется в композиции других видов бумаги для печати, а также при изготовлении обойной, мундштучной бумаги и картона.

Древесную массу нередко применяют в беленом виде. Это позволяет ее использовать для частичной замены беленой целлюлозы с целью удешевления бумаги с одновременным улучшением ее печатных свойств. Применение беленой древесной массы целесообразно в композиции некоторых видов бумаги для письма и печати, этикеточной, полотенечной, картона для упаковки пищевых продуктов.

Бурая древесная масса прочнее белой, но из-за своего бурого цвета имеет ограниченную область использования: она применяется для изготовления упаковочной бумаги и картона.

По сравнению с белой древесной массой ТММ и ее модификации обладают более высокой механической прочностью и другими улучшенными бумагообразующими свойствами, но требуют на изготовление несколько большего расхода энергии. Ведется разработка такого метода изготовления и применения ТММ, при котором этот полуфабрикат можно было бы экономично использовать для полной замены целлюлозы в композиции газетной и других видов бумаги.

Полуцеллюлоза — промежуточный продукт между целлюлозой высокого выхода и древесной массой. Она получается в результате размола с механическим разделением на отдельные волокна и группы волокон щепы, предварительно размягченной различными химикатами. Выход этого полуфабриката из древесины от 65 до 85 %. Для изготовления полуцеллюлозы может применяться древесина как хвойных, так и лиственных пород, а также однолетние растения. В небеленом виде полуцеллюлоза применяется при изготовлении бумаги для гофрирования, оберточной бумаги и некоторых видов картона. Хорошего качества подпергамент (плотная жиронепроницаемая бумага) может быть получен из композиции 65 % мо-носульфитной полуцеллюлозы из лиственных пород древесины и 35 % бисульфитной целлюлозы из хвойных пород древесины.

Из волокон растительного происхождения помимо древесных волокон для изготовления бумаги применяют волокна целлюлозы из соломы и тростника, багассы, хлопка, льна, пеньки, джута и др., а также волокна макулатуры.

Целлюлоза из соломы и тростника легко размалывается и быстро повышает степень помола. Она отличается значительным сопротивлением водоотдаче, что исключает возможность ее использования на современных быстроходных бумагоделательных машинах из-за необходимости снижения скорости машины. Обычно такие виды целлюлозы применяют в композиции с другими видами волокнистых материалов в количестве от 15 до 601%.

При сравнении бумагообразующих свойств этих двух видов целлюлозы следует отметить, что при использовании тростниковой целлюлозы получается бумага с менее плотной структурой и сравнительно низкими показателями механической прочности, но с достаточно высокими показателями оптических свойств (гладкости, непрозрачности, чистоты поверхности). В композиции бумаги, предназначенной для печати, рекомендуется применять тростниковую целлюлозу при отсутствии древесной массы. Способность обезвоживаться соломенной и тростниковой целлюлозой в значительной степени зависит от способа и режима варки. Целлюлоза, полученная моносульфитным методом, обладает лучшей водотдачей по сравнению с целлюлозой, сваренной сульфатным методом.

Стабильность белизны соломенной целлюлозы меньше, чем древесной, поэтому продолжительность хранения ее ограничена. Применение соломенной целлюлозы в композиции бумаги способствует равномерности вырабатываемой бумаги, уменьшению ее пылимости, а также повышению показателей сопротивлений бумаги выщипыванию и истиранию.

Сопротивление бумаги разрыву при небольших добавках в композицию соломенной и тростниковой целлюлозы обычно возрастает за счет уплотнения структуры листа. При больших количествах этих полуфабрикатов в композиции бумаги сопротивление разрыву уменьшается за счет заметного снижения в этом случае средней длины волокон в бумаге. Установлена целесообразность использования соломенной целлюлозы в сочетании с моносульфитной полуцеллюлозой из древесины лиственных пород при изготовлении среднего слоя гофрированного картона.

Тряпье для изготовления бумаги в настоящее время применяется в небольшом количестве из-за дефицитности этого вида сырья, малой производительности оборудования, которое при этом используется, затруднений в технологическом процессе из-за засорения современного тряпья синтетическими волокнами и необходимости осуществления дезинфекции тряпья, бывшего в употреблении.

Вместе с тем отходы от переработки хлопка, льна и пеньки в виде линта, хлопкового пуха, а также льняных и пеньковых очесов, применяются в тех случаях, когда необходимо получить бумагу с высокими показателями механической прочности и долговечности. Применение хлопковых волокон к тому же обеспечивает возможность изготовления различных видов бумаги, отличающихся высокой впитывающей способностью и химической чистотой. Поэтому льняные и пеньковые волокна используют для изготовления высококачественных видов документной, чертежной, картографической, карточной, почтовой бумаги и др., а в небеленом виде — для изготовления папиросной, копировальной и словарной бумаги.

Волокна хлопка успешно применяют для изготовления долговечных видов бумаги, фильтровальной, промокательной, нотной бумаги, основы для пергамента и для диазокальки, чертежной прозрачной, бумаги для хроматографического и: электрофоретических анализов, электрохимической и др., а в небеленом виде — для стелечного картона, бумаги для каландровых валов, основы для фибры и толя.

Макулатурой называют бывшие в употреблении бумагу и картон, а также отходы, образующиеся при переработке бумаги и картона. Этот полуфабрикат делится на три группы: макулатура бумажная, картонная и смешанная. Каждая группа в зависимости от состава волокон и цвета делится на марки. 

Макулатуру, применяемую для изготовления бумаги или картона, называют также вторичным сырьем, имея при этом в виду, что содержащиеся в макулатуре растительные волокна вторично используются для изготовления бумажной продукции. Эти волокна при их вторичном применении отличаются по своим свойствам от присущих им первоначальных свойств, так как они в свое время прошли уже цикл операций бумажного производства и в некоторых случаях претерпели также процесс более или менее длительного старения. Все это существенным образом сказалось на их свойствах. Из процессов бумажного производства особенно сильное влияние на свойства волокон оказала их сушка, в результате которой произошли некоторые необратимые изменения: потеря их эластичности, ороговение поверхности и увеличение вследствие этого хрупкости.

В результате необратимых изменений и уноса части мелких волокон через сетку при образовании бумажного полотна свойства бумаги, изготовленной из 100% волокон бумажной макулатуры, по сравнению с исходной бумагой отличаются пониженными величинами сил связи между волокнами, сопротивления разрыву. Показатели же сопротивлений раздиранию, непрозрачности и впитывающей способности обычно 1у вторичной бумаги несколько выше, чем у исходной.

Макулатуру в больших количествах используют в производстве гофрированного и коробочного картонов, упаковочной, туалетной и других видов бумаги. После соответствующей обработки она может быть использована также в композиции писчей, газетной и других видов бумаги для печати.

Синтетические волокна органического происхождения, так же как и минеральные волокна, получили в последнее время применение при изготовлении специальных видов бумаги, отличающихся высокой прочностью на разрыв в воздушно-сухом и во влажном состояниях, химической стойкостью, стабильностью размеров при изменении относительной влажности окружающего воздуха, биостойкостью„ светостойкостью, долговечностью, термостойкостью, пониженной горючестью, а также широким диапазоном эластичности.. Бумагу изготовляют как из 100 % таких волокон, так и из смеси их с растительными волокнами.

При использовании синтетических волокон, например винила, капрона, нитрона, лавсана, связь между волокнами осуществляют либо введением соответствующих связующих (синтетических смол, латексов и пр.), либо введением в композицию бумаги в качестве добавки к термостойким волокнам некоторого количества более легкоплавких волокон (например, волокон поливинилового спирта), которые плавятся в процессе сушки бумаги или при горячем каландрировании, связывая при этом между собой тугоплавкие волокна.

Выпускаемая в настоящее время синтетическая бумага подразделяется на две основные группы: бумага из синтетических волокон и на основе пластической пленки. К первой группе относятся различные виды электро- и теплоизоляционной бумаги, картографическая, фильтрующая, особо прочные упаковочные виды бумаги, различные нетканые материалы. Вторая группа синтетических видов бумаги используется в основном для замены писчих и применяемых для печати видов бумаги. Бумага этой группы используется в регистрирующих приборах и электронно-вычислительных машинах, в качестве писчей, картографической, различных видов бумаги для печати, а также мешочной и оберточной.

К волокнам неорганического происхождения относятся волокна стеклянные, базальтовые, асбестовые, металлические. Их используют для изготовления электро- и теплоизоляционных, фильтрующих, биостойких материалов и материалов, стойких к химическим воздействиям. 

www.abakbot.ru


Смотрите также