История создания бумаги насчитывает вот уже не одну тысячу лет, и по сей она остается самым распространенным средством передачи информации графическим или символьным способом. Но также она нашла свое применение и в быту, в качестве упаковочного материала, в оформлении интерьеров и в гигиенических целях.
С ее помощью через рисунки передавались графические изображения. Если в прошлом это могли быть первые схематичные наброски предметов и явлений окружающих людей, то сейчас на бумаге печатают фото с высокой детализацией, максимально приближенно отображающие окружающую действительность.
Но если говорить о письменности, то она возникла гораздо раньше, чем на свет появилась бумага. В прошлом у этого материала было множество альтернатив. Некоторые из них, если говорить честно, были гораздо более долговечны. Но и у бумаги находились свои плюсы, которые позволили ей обрести столь повсеместное распространение. Происходил этот процесс крайне неоднородно. Если в Китае о бумаге знали еще до нашей эры, то европейские цивилизации приобщились к ней только к средним векам.
Изготовление бумаги видоизменялось с приходом новых технологий. Причем это обуславливалось как требованиями новой технологии печати, так и способами ее получения. Если раньше для ее производства требовалось перерабатывать ткани, то с приходом периода промышленной революции и открытием целлюлозы все изменилось.
Нельзя недооценивать значение бумаги в развитии общества - через художественную литературу и научные публикации. Доступность книг сыграла огромную роль в образовании, что приблизило технический прогресс.
В нынешнее время роль бумаги уменьшается, но даже с приходом электронного документооборота все значимые бумаги имеют свое материальное воплощение, будь то денежные банкноты или какие-либо удостоверения.
Для чего нужна бумага
В современном мире мы используем изделия из бумаги в своем ежедневном обиходе, порой даже не задумываясь об этом. Мы встречаем ее дома и на работе. Она используется для рекламы, на ней печатаются чеки за купленные товары, и, в конце концов, чаще мы расплачиваемся за покупки бумажными банкнотами.
История бумаги первоначально предполагала использовать ее для сохранения и передачи знаний. Сейчас эта роль отдана книгам, брошюрам, газетам и прочей печатной продукции информационного характера.
В оформительских целях бумага используется для производства настенных обоев, печати фотографий и в качестве основы для картин и гравюр.
Как материал для упаковки используется Из него изготавливают как огромные коробки для транспортировки товаров, так и небольшие пакетики с соком или молоком.
Бумага с и прочими степенями защиты используется для важных документов, которые предусмотрены в единственном экземпляре: паспорта, свидетельства о регистрации, лицензии и прочее. Производство бумаги по подобным технологиям используется и для изготовления денежных знаков.
Бумага в виде ленты используется для снятия показателей измерительных приборов в медицине и науке. Особенно это характерно для техники, которая не предназначена для работы с цифровыми носителями.
Взгляд в прошлое
Древние изображения животных и охоты на них, сделанные первобытными племенами, можно встретить на стенах пещер. Первая дошедшая до нас египетская письменность тоже гравировалась на каменных плитах. Они были тяжелы, и работа с ними требовала определенной сноровки от мастера. С развитием металлургии стали использовать металлические пластины, но текст каждый раз приходилось наносить на форму отливки, что тоже было неудобно.
В Междуречье придумали более удобный материал для записи. Шумеры использовали глиняные таблички для своей клинописи. Это был достаточно удобный способ: по мягкой глине удобно писать, высохшие таблички были относительно легки. Но они были достаточно хрупкими.
Но древние египтяне в третьем тысячелетии до нашей эры придумали папирус, который по праву можно считать предшественником бумаги. Его изготавливали из одноименного растения, произрастающего у берегов Нила. Для непосредственного производства использовалась внутренняя волокнистая часть, которую отделяли от стебля. Отделенные слои волокна накладывали поперечно относительно друг друга и помещали под пресс. В качестве связующего материала выступали как сам сок растения и мутная нильская вода, богатая иловыми отложениями и тиной, так и размягченный хлебный мякиш. Полученные листы склеивали между собой в свиток. Это был хороший способ хранения записей, папирус был легок, удобен в транспортировке, и на нем можно было записать тексты объемного содержания.
Рождение бумаги
Создание первой бумаги из китайского шелка произошло предположительно еще до нашей эры. Но ее точное место происхождения и время возникновения неизвестно. В ходе археологических раскопок были обнаружены клочки бумаги в захоронении, которое относилось к эпохе, предшествовавшей правлению династии Хань. Но первая бумага, так же, как папирус, была очень дорога. Поэтому в то время в ходу были более распространены деревянные таблички, на которых выжигался текст нагретым наконечником пера.
Достоверно известно, что в 105 году советнику императора пожаловали титул министра и прочие почести за вклад в усовершенствование На ее производство шли только отбракованные коконы или обрезки ткани, полученные из луба древесины шелковицы. Их разделяли на мелкие кусочки, после чего измельчали в ступке почти до состояния порошка. Полученную массу смешивали с чистой водой в однородную кашицу, которую затем выкладывали в формирующее бамбуковое сито. Рамки по его бокам задавали размер листа, а отверстия способствовали вентиляции, притоку воздуха и, как следствие, быстрому просыханию. Чтобы разгладить сетчатый рисунок, бумагу помещали между двумя отшлифованными каменными поверхностями. Таким образом, она одновременно получалась гладкой и тонкой.
После изобретения этого способа дальнейший процесс создания бумаги усовершенствовался довольно быстро. В технологии производства стали применять специальные связующие составы на основе крахмала и клея природного происхождения, что делало бумагу более прочной. А основой стали не только шелковое волокно, но и прочие хлопковые и льняные ткани, а также пеньковая нить, которая обычно шла на изготовление веревок.
Альтернатива бумаге
Вместе с учением буддизма из Китая происходило распространение книг на тесно контактирующие с ним Корею и Японию, соответственно, они перенимали и опыт в бумажного производства. Также изготовление бумаги и технологию ее создания освоили соседние страны Средней Азии и Ближнего Востока. Но на европейский континент бумага попала только после завоевания арабами Испании.
Естественно, до ее распространения использовались альтернативные материалы для записи текстов. Еще с античных времен дорогой папирус заменяли пергаментом и восковыми табличками.
Последние представляли собой деревянные пластинки, на которые тонким слоем наносили воск. Инструмент для письма представлял собой твердую металлическую палочку, одна сторона которой была заострена для нанесения букв, а второй, плоской, происходило соскабливание, после чего текст можно было писать заново. Данный способ широко применялся для обучения письменности и создания записей временного характера вплоть до Средних веков.
Для более долговременного применения использовался пергамент из шкур животных особой выделки. В кожевенном производстве кожу овец или коз замачивали в щелоке, размягчали и спрессовывали. Основное преимущество пергамента было в том, что он позволял писать на нем с двух сторон. Поэтому первые европейские книги были сделаны именно из него.
В древней Руси использовалась березовая береста. Но, к сожалению, до наших дней дошло только небольшое число грамот, написанных на ней.
Предшественники современной бумаги
История создания бумаги в ее современном виде не существовала вплоть до 18 века. Отличались технологии ее производства в зависимости от используемого материала, будь то тряпье или древесина.
Попытки использовать непосредственно волокна древесины не давали существенного результата. Хотя в Китае с успехом применялся бамбук еще в конце первого тысячелетия нашей эры.
Преимущественным сырьем для книжной бумаги служила старая макулатура и изношенная одежда из холщовых тканей. Вот на газеты шел более дешевый материал, например, солома. Дошло до того, что возникал их дефицит, некоторые страны даже вводили запрет на вывоз тряпья. А в Америке возникла ситуация, когда книгопечатники продавали книги только тем, кто приносил им сырье на переработку. Под влиянием такого ажиотажного спроса цены на него росли, что приводило к возникновению черных рынков.
Измельченное сырье помещалось в большой чан с водой, после чего тщательно перемешивалась до состояния взвеси, когда частицы размещались в смеси более-менее однородно. Первоначально использовался ручной труд, а работа черпальщика была очень уважаема. Он следил, чтобы полуфабрикат достигал требуемого состояния, после чего выкладывал кашицу на специальное сито.
Чуть позже появились колесо которых приводило в движение вал. Его механическая энергия передавалась на измельчение сырья для бумажной массы. Каждая мельница для обозначения эксклюзивности своего производства использовала оттиск или водяной знак. На металлическом сетчатом черпаке нашивался проволокой какой-либо знак, который проявлялся на бумажной массе после высыхания.
Из Испании бумажное дело перекочевало в другие европейские страны. Итальянские мастера научились экспериментировать с химическими реактивами. Бумага белая получалась при обесцвечивании хлором, а использование органического клея из сваренных костей животных позволило не впитывать чернила.
В допетровскую эпоху наша страна закупала бумагу из Франции и Италии, и только в 1714 году заложили первую водяную мельницу для механизации производственного процесса. Но, несмотря на некоторое отставание Европы от Азии, именно там придумали способ создания гербовой бумаги с водяными знаками, которой не было ни у китайцев, ни у арабов.
Целлюлоза и промышленная революция
История создания бумаги претерпела большие изменения после изучения состава древесины и появления рулонной бумаги без следа сетки.
Открытие целлюлозы в 1719 году принадлежит французскому химику Рене Реомюру. Именно он впервые предложил ее использование в Целлюлоза представляет собой плотный слой полимерных молекул глюкозы, которые создают защитный барьер в составе клеточной оболочки. Процесс ее выделения из древесины или травяного волокна происходит под действием реактивов, расщепляющих менее устойчивые вещества, входящие в состав клеток. Чем больше содержание целлюлозы в растении, тем более плотная получится из нее бумага. Но только с возникновением бумагоделательной машины это сырье стало повсеместно применяться.
Первая машина для изготовления высококачественной бумаги без следов сетки появилась в Англии. Но пока ее все еще изготавливали из отработанного льняного тряпья, которое измельчалось в специальном аппарате под названием "ролл". Бумажную массу выкладывали не на металлическое сито, а на специальную ткань плотного плетения. Полученные листы назвали "ватманом" в честь владельца фабрики, они приобретали характерную шероховатость и бархатистость. Это позволило возникнуть техники акварели для написания живописи, подвинув лидирующее положение холста и масляных красок.
Но спрос на бумагу был огромен. Чтобы увеличить ее количество, возникли бумагоделательные машины. Роллы измельчали опилки, отходы которые затем помещались в кислотную или щелочную среду, где происходила реакция расщепления древесных волокон и выделялась целлюлоза. Полученная масса бумажного полуфабриката разбухала, хорошо впитывая воду. После чего ее уже условно можно было считать необработанной бумагой. Но для придания формы кашицу прокатывали между двумя противоположно вращающимися валами с медной сеткой. Таким образом возникла бумага в рулонах. А просто бумага получалась после разрезания ее специальными ножами. Данный процесс позволил создавать бумагу определенного размера и плотности в огромном количестве почти автоматическим способом.
В зависимости от ее предназначения в состав бумажной массы вводились специальные добавки. Например, светочувствительными компонентами обрабатывалась специальная бумага "фото", именно с этим связано то, что проявление фотоснимков осуществлялось в комнате с красным цветом освещения. А красители придавали листам требуемые оттенки.
Роль бумаги в развитии человечества
Долго время производство бумаги оставалось коммерческой тайной ограниченного круга владельцев. Процесс ее изготовления был чрезвычайно трудоемок. История бумаги, как и использование ее, была привилегией представителей состоятельного класса, которые вели переписку, читали книги, повышали свой уровень образования.
Чем более доступными становились бумажные носители, тем скорее росли темпы обретения новой информации широким кругом людей. К примеру, Марко Поло написал книгу о своих путешествиях, ее прочитали тысячи людей, и их картина окружающего мира расширилась. Дарвин описал свои умозаключения о происхождении видов, которые пришли к нему еще в юности, когда он отправился в экспедицию на корабле «Бигль».
Так повышался уровень образованности общества, что косвенно приблизило сегодняшний уровень развития. Развивалось книгопечатание, отпала необходимость в рукописных текстах, позже появились печатные машинки, а в компьютерную эпоху - принтеры.
Современные виды бумаги
История создания бумаги для рисования не претерпела больших изменений. Для творчества все так же востребована шероховатая бумага ручного и промышленного производства. При ее выборе в первую очередь учитывают, какова абсорбирующая способность, как были измельчены волокна. Чем они крупнее, тем более бумага будет махриться при соскабливании.
Офисная легкая бумага в первую очередь предназначена для лазерной или картриджной принтерной печати. Копирование осуществляется по аналогичной технологии. Но раньше для этих целей использовалась копировальная бумага, одна сторона которой покрыта тонким слоем красящего пигмента. Сейчас она применяется только для одновременного дублирования рукописного текста справок и квитанций.
Печать цифровых изображений сильно повлияла на такую вещь, как бумага. Фото, напечатанные на ней, имеют как глянцевую поверхность, так и матовую. Исходя из того, лазерный или струйный принтер, выбирают разные виды бумаги по плотности. Также качество бумаги нужно учитывать при использовании определенных чернил, заправленных в картридж.
Одноразовые бумажные носовые платки более практичны, чем их тканевые собратья. Рулонная туалетная бумага выпускается уже не первый век. А в Америке известен случай, когда вместо рулона выпускались томики дешевой поэзии из мягкой бумаги для гигиенических целей. Некоторых это приводило в недоумение, но производитель изначально задумал совместить эти два процесса.
Бумага картон гофрированного типа изготавливается из относительно дешевого сырья - соломы. Прочность достигается за счет сложенного гармошкой слоя, расположенного между двумя листами картона. Таким образом, давление, оказываемое весом предметов, рассредоточивается за счет упругого слоя, устойчивого к деформациям. Но такой картон имеет видимые включения волокон, из-за пористой текстуры коробки из него деформируются под воздействием воды, хотя во всех остальных случаях они очень удобны для транспортировки.
Для упаковки пищевой продукции используется технология "Тетра Пак". Внутренний слой пакета, контактирующий с влажной средой, покрыт тонким слоем пищевой фольги. А внешний является ярким картоном с глянцевой поверхностью, на который нанесены название, состав и прочее.
Перспективы
Бумажные носители информации отживают свой век. Несмотря на то что чтение все еще очень популярно, бумажные книги, журналы и газеты покупаются все реже. Происходит их постепенное вытеснение электронными аналогами.
Показания измерительных приборов все чаще хранятся в электронной форме. Да и документы проще создавать в цифровом виде, а затем подтверждать их подлинность с помощью сертификатов.
А вот применение бумаги в качестве упаковочного материала постоянно растет: коробки, различные упаковки, оберточная бумага....
Во всех отраслях, где использование материального носителя будет дешевле, бумага найдет свое место. Также не стоит забывать о ее применении в художественной сфере. Несмотря на очевидное преимущество компьютерной графики, картины, украшающие интерьер, в большинстве случаев все же пишутся на бумаге или холсте.
И хотя бумага уходит из некоторых сфер жизни, она все еще остается весьма востребованной в других.
Технологический процесс изготовления бумаги (картона) включает следующие основные операции: аккумулирование бумажной массы; разбавление ее водой до необходимой концентрации и очистку от посторонних включений и узелков; напуск массы на сетку; формование бумажного полотна на сетке машины; прессование влажного листа и удаление избытка воды: сушку; машинную отделку и намотку бумаги (картона) в рулон. В технологическом потоке производства бумаги бумагоделательная машина - самостоятельный агрегат, основные узлы которого установлены строго последовательно вдоль монтажной оси.
Аккумулирование. Приготовление бумажной массы проводят в размольно-подготовительном отделе. Потоки волокнистых, наполняющих, проклеивающих, окрашивающих и других материалов,- составляющих композицию данного вида будущей бумаги, направляются в дозатор или составитель композиции, где они непрерывно и строго дозируются в заданном соотношении, а затем поступают в мешальный бассейн. В этом бассейне масса тщательно перемешивается и аккумулируется (накапливается). При выпуске бумаги в мешальный бассейн подается также канифольный клей. Сульфат алюминия в этот бассейн обычно не подается. Он прибавляется в машинном бассейне в уже хорошо перемешанную с клеем массу. Назначение аккумулирования бумажной массы - непрерывно поддерживать однородность и стабильность ее качества и обеспечить бесперебойную работу машины в течение некоторого времени. Концентрация массы в бассейне 2,5- 3,5%.
Из мешального бассейна бумажная масса подается в машинный бассейн с циркуляционным устройством. В современных системах непрерывной подготовки бумажной массы при использовании автоматически действующей контрольно-измерительной и регулирующей аппаратуры вместимости мешального и машинного бассейнов принимается из расчета работы машины в течение 30- 40 мшг.
Рафинирование Л Рафинирование бумажной массы производится перед ее подачей па машину в аппаратах непрерывного действия - конических и дисковых мельницах. В процессе рафинирования бумажной массы происходит выравнивание степени помола массы, устранение пучков волокон и некоторый подмол массы. Для этого мельницы устанавливают после машинного бассейна непосредственно перед бумагоделательной машиной.
При выработке технических бумаг (конденсаторной, папиросной, бумаги-основы для копирования и др.) массу подвергают домалыванию и рафинированию на двух или трех конических мельницах, устанавливаемых последовательно. В мельницах степень помола массы возрастает от 0,5 до 2,5-3°ШР.
Подача массы на бумагоделательную машину. По выходе из машинных бассейнов масса при концентрации 2,5- 3,5 % дозируется и направляется на бумагоделательную машину. Перед поступлением на машину она разбавляется оборотной водой, очищается от посторонних загрязнений, а также от узелков и комочков. Для поддержания постоянной массы 1 м2 вырабатываемой бумаги необходимо, чтобы в единицу времени на сетку машины поступало одно и то же количество массы, при этом скорость -м ашины должна быть постоянной. Скорость машины изменяют при переходе на выработку другого вида бумаги.
На современных бумагоделательных машинах массу 1 м 2 вырабатываемой бумаги поддерживают постоянной автоматическими регуляторами. На бумагоделательную машину массу подают с помощью насоса и ящика постоянного напора. Масса, поступающая на бумагоделательную машину, разбавляется водой в смесительном насосе. Разбавление необходимо, во-первых, для последующей очистки массы, так как из густой массы трудно удалять загрязнения, и, во-вторых, для лучшего формования бумаги на сетке бумагоделательной машины.
Система подготовки и подачи массы на машину обеспечивает постоянство композиции, концентрации массы, степени помола, не допускает осаждения волокон, выделения проклеивающих и наполняющих веществ, а также контролирует расход бумажной массы, поступающей на машину, предварительно прошедшей тщательную очистку и деаэрацию. В качестве очистного оборудования широко применяются конические вихревые очистители и узлоловители закрытого типа.
Формирование бумажного листа на сетке бумагоделательной машины. Бумажная масса, разбавленная до необходимой концентрации и очищенная от посторонних включений, поступает в напорный ящик бумагоделательной машины. Необходимая степень разбавления массы для отлива бумаги на сетке бумагоделательной машины зависит от массы 1 ма бумаги, рода волокна и степени помола массы . Обычно для ускорения процесса формования бумажного полотна концентрацию, бумажной массы, поступающей на сетку, повышают с увеличением массы 1 м 2 бумаги. При отливе тонкой бумаги требуется более сильное разбавление массы, при этом волокна дольше задерживаются в водном слое на сетке во взвешенном состоянии и тем самым условия формования бумажного полотна улучшаются. Такие же условия формования полотна создаются и при выработке высокопрочных видов бумаги. Так, для получения высокопрочной мешочной бумаги массой 1 м 2 70 и 80 г концентрация массы в напорном ящике должна быть 0,15-0,3 %.
На процесс обезвоживания массы существенное влияние оказывает степень ее помола. Масса с более высокой степенью помола (жирная) труднее отдает воду на сетке машины, поэтому в этом случае бумагу вырабатывают при меньшем разбавлении массы. Понижение разбавления при отливе бумаги из жирной массы не ухудшает формования листа, так как волокна легче и лучше диспергируются и медленнее оседают на сетку. Например, при выработке тонкой туалетной бумаги массой 1 м 2 8-12 г из массы очень садкого помола ее разбавляют до 0,1 %, тогда как при выработке конденсаторной бумаги массой 1 м2 8-12 г из массы очень жирного помола ее концентрация обычно составляет 0,25-0,28%.
Напуск массы на сетку. Эта операция осуществляется при помощи напускного устройства - напорного ящика. Для нормальной работы машин при скоростях 450-500 м/мин требуется напор массы в напорном ящике 2,5-Зм, при скорости 600 м/мин - около 4,2 м и т. д. Напускное устройство обеспечивает напуск бумажной массы па бесконечную сетку, движущуюся в направлении от грудного к гауч-валу, с одинаковой скоростью и в одинаковом количестве по всей ширине сетки. Напуск массы осуществляется почти параллельно сетке без всплесков. Скорость напуска массы па сетку должна быть па 5-10 % ниже скорости сетки. Если скорость массы значительно отстает от скорости сетки, то увеличивается продольная ориентация волокон (ориентация в машинном направлении) и прочность бумаги в продольном направлении. Если же скорость напуска массы выше скорости сетки, то образуются наплывы массы, которые ухудшают качество бумаги. Равномерность напуска массы на сетку является одним из важных факторов получения бумаги с равномерным просветом, по которому судят о качестве процесса формования бумажного листа. Чем равномернее просвет, тем качественнее отлив бумаги.
Формование бумажного листа (отлив). Формование, или отлив, бумажного листа представляет собой процесс объединения волокон в листовую форму с созданием определенной объемной капиллярно-пористой структуры. Этот процесс осуществляется на сеточной части бумагоделательной машины постепенным и последовательным удалением воды из бумажной массы (обезвоживанием). Режим обезвоживания, начинаемый в начале сеточного стола и закапчиваемый сушкой бумаги в сушильной части, на всех этапах технологического процесса оказывает существенное влияние на качество бумаги и производительность машины.
На быстроходных машинах обезвоживание бумажной массы в начале сеточного стола протекает настолько интенсивно, что ухудшается качество бумаги: увеличиваются промой волокна, проклеивающих, наполняющих и красящих веществ. Поэтому обезвоживание замедляют установкой формующей доски шириной 400- 800 мм и вместо обычных регистровых валиков в начале сеточного стола - желобчатых валиков. Замедление обезвоживания способствует лучшей беспорядочной ориентации волокон в слое водно-волокнистой суспензии на сетке и обусловливает получение бумаги с лучшим просветом и равномерностью свойств в машинном и поперечном направлениях.
Далее слой суспензии, транспортируемый бесконечной сеткой, последовательно проходит над регистровыми валиками или гидропланками, где постепенно обезвоживается под действием слабого вакуума, создаваемого этими обезвоживающими элементами и напором массы на сетке. По мере удаления воды слой суспензии сгущается, образуется определенная структура бумажного полотна в виде слоя волокнистой массы на сетке концентрацией 2-4 %. Обезвоживание такого слоя с помощью вакуума, создаваемого регистровыми валиками или гидропланками, затрудняется. Поэтому дальнейшее обезвоживание проводят с помощью отсасывающих ящиков, в которых создается вакуум с помощью вакуум-насосов, причем от первого к последнему ящику вакуум повышается. Разрежение в ящиках устанавливают в зависимости от вида вырабатываемой бумаги, оно находится в пределах 2-3 кПа. После отсасывающих ящиков сухость бумажного полотна составляет 8- 10 %. Затем полотно бумаги обезвоживается в конце сеточного стола на гауч-вале под действием вакуума в отсасывающей камере, а иногда и давления прижимного вала, устанавливаемого над гаучвалом. Вакуум в камере гаучвала может составлять от 20 до 80 кПа.
В зависимости от вида вырабатываемой продукции сухость бумажного полотна после сеточной части равна 12-22 %. Сформованное бумажное полотно с указанной сухостью имеет определенную структуру и прочность, называемую прочностью в мокром состоянии. Этой прочности достаточно, чтобы полотно можно было передать в прессовую часть машины для дальнейшего обезвоживания. Обезвоживание механическим отжимом воды в прессах после достижения сухости 12-22 % более эффективно, чем обезвоживание повышением вакуума. В то же время чем больший вакуум создается в отсасывающих ящиках и гауч-вале, тем больше высасывается мелкого волокна, проклеивающих наполняющих и других веществ из стороны бумажного полотна, прилегающей к сетке. Это и является причиной усиления разносторонности бумаги.
Прессование. После сеточной части бумажное полотно поступает в прессовую, состоящую обычно из нескольких прессов, на которых оно последовательно обезвоживается до сухости 30- 42 %- Для интенсификации обезвоживания полотна в прессовой части применяют прессы с желобчатыми валами и повышенным линейным давлением между ними. Важное значение для обезвоживания полотна имеют надлежащий подбор сукон и их кондиционирование. Бумажное полотно, сформованное в сеточной части, автоматически вакуум-пересасывающим устройством передается на сукно прессовой части. Современные конструкции комбинированных многовальных прессов обеспечивают прохождение бумаги без свободных участков (участков, где полотно бумаги не поддерживается сукном), что позволяет осуществить безобрывную проводку бумаги в прессовой части.
Прессовать бумажное полотно нужно при постепенно возрастающем линейном давлении от 176 до 784 Н/см длины прессового вала. Это обеспечит сохранение его структуры. Например, при выработке газетной бумаги давление на первом прессе 343- 441 Н/см длины вала, на втором 441-490 Н/см и на третьем 490- 539 Н/см. При повышении скорости машины длительность прессования сокращается, и степень обезвоживания бумажного полотна уменьшается.
Во время прессования бумажное полотно не только обезвоживается, но и уплотняется. При этом увеличивается площадь контакта и силы сцепления между волокнами. Кроме того, изменяется.р яд свойств бумаги: растет объемная масса, снижается пористость, воздухопроницаемость, впитывающая способность, увеличивается механическая прочность на разрыв, излом и продавливание, повышается прозрачность и т. д.
Прессовая часть бумагоделательной машины должна работать с максимальной нагрузкой, так как повышение на 1 % сухости бумажного полотна после прессов снижает расход пара на. 5 % и позволяет уменьшать число сушильных цилиндров в сушильной части машины на 4-5 %. Кроме того, обезвоживание бумажного полотна в сушильной части в 10-12 раз дороже, чем в прессовой, и в 60-70 раз дороже, чем обезвоживание на сетке.
Сеточную и прессовую части машины называют мокрой частью. Из общего количества воды, удаляемой из бумажного полотна на машине, на сеточную часть приходится 94-96 %, на прессовую 3-4 %. Дальнейшее обезвоживание (сушка) бумажного полотна происходит в сушильной части машины.
Сушка. В сушильной части бумагоделательной машины бумажное полотно обезвоживается до конечной сухости 92-95% В процессе сушки удаляется 1,5-2,5 кг воды на 1 кг бумаги, что примерно в 50-100 раз меньше, чем на сеточной и прессовой частях машины. При сушке одновременно происходит дальнейшее уплотнение и сближение волокон. В результате повышается механическая прочность и гладкость бумаги. От режима сушки зависят объемная масса, впитывающая способность, воздухопроницаемость, прозрачность, усадка, влагопрочность, степень проклейки и окраска бумаги.
Бумажное полотно, проходя по сушильным цилиндрам, поочередно соприкасается с нижними и верхними цилиндрами то одной, то другой своей поверхностью. Для лучшего контакта между цилиндрами и бумагой и облегчения заправки применяют сушильные сукна (сетки), охватывающие сушильные цилиндры примерно на 180°.
Сушка бумаги на сушильном цилиндре состоит из двух фаз: на нагретой поверхности цилиндра под сукном и на участке свободного хода, т. е. когда бумажное полотно переходит с одного цилиндра на другой. В первой фазе, под сукном, испаряется основное количество влаги: на тихоходных машинах до 80-85 %, на быстроходных до 60-75 % всей влаги, испаряемой в сушильной части машины. Во второй фазе, на участках свободного хода влага испаряется с обеих сторон бумаги за счет тепла, поглощенного бумагой в первой фазе сушки. При этом бумага в зависимости от скорости машины претерпевает понижение температуры на 4-15°. При падении температуры снижается скорость сушки, особенно на тихоходных машинах, так как на них падение температуры полотна бумаги больше, чем па быстроходных. С повышением скорости машины количество испаряемой воды па участке свободного хода бумаги увеличивается. С уменьшением количества воды в бумажном полотне интенсивность сушки на свободном участке понижается.
Температуру сушильных цилиндров повышают постепенно, что способствует улучшению качества бумаги и завершению процесса проклейки. В конце сушильной части температуру поверхности цилиндров снижают, так как высокая температура при небольшой влажности бумаги действует на волокна разрушающе. При выработке некоторых видов бумаги из 100 %-ной сульфатной целлюлозы, например мешочной, температуру последних цилиндров не снижают. Температурный режим сушки устанавливают в зависимости от вида вырабатываемой бумаги. Для выработки большинства видов температура сушильных цилиндров составляет 100- 115°, а для некоторых видов 80-100 °С. Повышение температуры сушильных цилиндров ускоряет процесс сушки. Следовательно, сушку нужно вести при максимально допустимой температуре, которая не ухудшает качество бумаги.
Для интенсификации сушки в сушильной части применяют закрытые колпаки скоростной сушки с сопловым обдувом бумажного полотна горячим воздухом. Значительный эффект, особенно на скоростных машинах, наблюдается от применения синтетических сеток (вместо сукон). Благодаря открытой структуре сеток интенсифицируется процесс парообразования с поверхности бумажного полотна, облегчается вентиляция сушильной части и существенно увеличивается срок службы одежды. Для бумаг с ярко выраженной пористой структурой (санитарно-бытовых видов бумаги, фильтровальных картонов и др.) эффективной оказалась сушка прососом воздуха сквозь полотно, осуществляемая на специальных перфорированных цилиндрах.
Сухость бумажного полотна после сушильной части составляет 92-95 %, а температура 70-90°С. Для обеспечения высококачественного каландрирования и хорошей намотки полотна в конце сушильной части устанавливают холодильные цилиндры, охлаждаясь на которых, бумажное полотно впитывает влагу и увлажняется на 1-2 %
Отделка. После сушки бумажное полотно с целью уплотнения и повышения гладкости проходит через машинный каландр, состоящий из расположенных друг над другом -2 8 валов. Полотно, огибая поочередно валы каландра, проходит между ними при возрастающем давлении. Современные машинные каландры снабжаются механизмами прижима, подъема и вылегчивания валов. Нижний вал и один из промежуточных выполняются с регулируемым прогибом, что позволяет применять высокие давления в захватах валов при сохранении равномерности давления по ширине полотна. Пройдя каландр, бумажное полотно непрерывно наматывается на тамбурные валы в рулон диаметром до 2500 мм. Перезаправка с одного тамбурного вала на другой осуществляется при помощи специальных механизмов и устройств.
После бумагоделательной машины бумага поступает на продольно-резательный станок и далее к упаковочной машине. Для получения более высоких показателей плотности, гладкости и лоска большинство видов бумаги для печати, писчей и технической пропускают через суперкаландр.
Размещение бумагоделательных машин. Бумаго-и картоноделательные. машины размещаются на двух этажах. Основные узлы машины, где формируется, обезвоживается и наматывается полотно, размещаются на втором этаже, а вспомогательное оборудование технологических коммуникаций - на первом. На первом этаже устанавливается также оборудование для переработки мокрого (гауч-мешалка) и сухого (гидроразбиватель) брака, станция централизованной смазкн и др.
Всем привет и продолжая раскрывать тему полиграфии, хочу перейти к сырью, которое используется для производства бумаги. Обычно для производств бумаги, в качестве основы, применяются волокна целлюлозы, которую добывают из самых различных источников. Самым распространенным источником ялятся древесина, хлопок и вторсырье (использованная бумага и макулатура) 
Древесина делится на твердую и мягкую. К твердой можно отнести березу, а к мягкой сосну и ель. Из мягкой древесины получают длинные волокна, которые улучшают прочность бумаги, а из твердыах пород получают короткие волокна, которые влияют на качественные показатели. 
Из вторсырья чаще всего делаю бумагу низкого качества: газетная и упаковочная бумага. Это довольно экономический процесс, т.к. на производство не расходуются природные источники сырья. Но и это сырье имеет свои ограничения по использованию. Так, с каждым использованием вторсырья укорачивается волокна, ухудшаются качества производимой бумаги. Это так же влияет и на качество печати.
Для получения целлюлозы (отделение волокон целлюлозы от основной части древесины) используют два метода: механический и химический. От вида получения волокон зависит большой спектр свойств, полученной бумаги. Вкратце пройдемся по каждому.
Механический способ говорит сам за себя… Сами же волокна в древесине соединены очень сильным склеивающим веществом — лингином, поэтому древесину предварительно отмачивают и после этого подают на вращающийся жернов, который отделяет волокна целлюлозы от древесины.
Химический способ заключается в отбеливании. При первичной обработке целлюлоза имеет цвет как показано на рис.1 и не обладает достаточным качеством и белизной, поэтому ее используют для производства упаковки. А для получения более качественной бумаги, сырье (целлюлозу) подвергают многоступенчатой обработки отбеливанием.
Светло-коричневый оттенок (рис.2) можно получить путем отбеливания целлюлозы кислородом в первой стадии. И так до того момента, пока в результате не получится ярко-белая целлюлозная масса (рис.3), которая соответствует последней стадии отбеливания.
На протяжении долгого времени применялось хлорное отбеливание, но в следствии его вредности на окружающую среду, сейчас применяется без хлорное отбеливание целлюлозы. Так же, промежуточной белизны можно добиться с помощью перекиси водорода. Такая целлюлоза имеет знак TCf.
Поэтому выделяют 2 вида целлюлозы:
- Сульфатная — получают путем варки древесной массы едконатрия (щелочной метод)
- Сульфитная — получают путем варки в кислоте (кислотный метод)
Около 80% производимой во всем мире целлюлозы — это сульфатная. Она более прочная, чем сульфитная, но имеет меньшую степень белизны. Сульфитная целлюлоза более белая и процесс ее производства занимает больше времени, это влияет на ее стоимость, а значит ее реже используют.
Вторичное сырье получают из макулатуры. Практически все вторичное сырье составляет 60% общего состава бумаги. Из 100% вторичного сырья изготавливают только газетную бумагу. Максимум вторичное сырье можно переработать до 5 раз, а потом необходимо добавлять первичное волокно.
И в завершение темы сырья для производства бумаги, предлагаю посмотреть видео Обыкновенная история. Бумага. Часто третья
Из материала Вы можете узнать, когда появилась бумага, как ее делали раньше и как делают сейчас. Вы получите общие представления о технологии производства бумаги: из чего ее делают, и какое для этого используется оборудование.
ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ БУМАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Единого мнения о первенстве в начале книгопечатания не существует. Европейцы отдают пальму первенства Иоганну Гуттенбергу, воплотившему опыт предыдущих поколений в построенном им станке, позволявшем получать оттиски с печатных форм. Сроком начала печатного производства считается 1445 год. Первые печатные славянские книги были изданы в Польше в 1491 году. А первой книгой на старославянском языке считается изданный в 1564 году дьяконом московской церкви Николы Чудотворца Иваном Федоровым «Апостол». При этом специалисты, анализировавшие это издание, единодушно пришли к мнению, что судя по качеству изготовления и применённым печатным приёмам русские печатники имели опыт задолго до этого срока. По крайней мере, «Апостол» оказался первым точно датированным изданием.
Материалы, применяемые в полиграфии, делятся на основные (непосредственно входящие в состав издания) и вспомогательные (расходные материалы, применяемые в печатных процессах). К основным относятся бумага, картон, переплётные материалы, краски, полиграфическая фольга, отделочные материалы. Вспомогательные - это печатные формы, фотоматериалы, резинотканевые пластины, различные химикаты.
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Для производства бумаги используют волокнистые материалы растительного происхождения, выделенные из древесины хвойных и лиственных пород, стеблей, листьев и дуба некоторых растений. Иногда в бумажную массу добавляют волокна шерсти, хлопка, синтетическую органику.
Главным компонентом растительных волокон является природный полимер - целлюлоза, обладающая многими свойствами для производства бумаги.
Древесина хвойных пород - ель, сосна, пихта, лиственница;
- древесина лиственных пород - береза, осина, тополь, ольха, бук, эвкалипт;
- стебли однолетних растений - солома злаков, кукурузы, тростника, багассы (сахарного тростника), бамбука;
- лубяные волокна однолетних растений - лён, конопля, джут, кенаф;
- волокна семян хлопка и отходов хлопкового производства;
- волокна из листьев некоторых растений - манильская пенька, новозеланский лён;
- тряпьё хлопчатобумажное, льняное, пеньковое;
- макулатура (старая бумага, бумажные обрезки).
В зависимости от условий варки растительного сырья различают:
целлюлоза сульфитная - изготавливают её в основном из древесины ели и пихты;
целлюлоза сульфатная - вырабатывается из хвойных и лиственных пород древесины.
Помимо целлюлозы массовым полуфабрикатом в производстве бумаги является древесная масса: белая, бурая, термомеханическая (ТММ) и химикотермомеханическая (ХТММ). Древесная масса - основной продукт в производстве газетной бумаги, широко используется в композиции печатных видов бумаги, а также при изготовлении обойной, мундштучной бумаги и картона. Древесную массу нередко вырабатывают в белёном виде, тогда её используют для замены белёной целлюлозы с целью удешевления бумаги и придания тонкопечатным бумагам повышенной непрозрачности. Однако присутствие древесной массы ограничивает использование такой бумаги для изготовления изданий длительного срока службы, т.к. её присутствие приводит к ускоренному старению (пожелтению) бумаги.
Макулатуру в больших количествах используют в производстве гофрированного и коробочного картонов, упаковочной, туалетной и других видов бумаги. В последнее время на Западе она всё чаще используется в композиции газетной и некоторых видах бумаги для печати, в т.ч. мелованных. Кроме того, в составе любой бумаги присутствуют т.н. оборотные макулатурные волокна - отходы бумажного производства.
Синтетические волокна органического происхождения и минеральные волокна получили в последнее время применение при изготовлении специальных видов бумаги, отличающихся высокой прочностью на разрыв, химической стойкостью, стабильностью размеров при изменении относительной влажности окружающего воздуха, светостойкостью, долговечностью, термостойкостью.
При использовании синтетических волокон, например, винола, капрона, нитрона, лавсана связь между волокнами осуществляется либо введением в композицию соответствующих связующих, либо введением как добавки более легкоплавких волокон (ПВС), которые плавятся в процессе сушки и горячего каландрирования, связывая между собой тугоплавкие волокна.
Выпускаемая в настоящее время синтетическая бумага подразделяется на две основные группы: бумага из синтетических волокон и на основе синтетической пленки.
К первой группе относятся различные виды электро- и теплоизоляционной бумаги, картографическая, особо прочные упаковочные виды, различные нетканые материалы. Вторая группа используется в основном для замены писчих и печатных видов бумаги при использовании в регистрирующих приборах и электронно-вычислительных машинах.
Бумага этой группы изготавливается не на обычном бумагоделательном оборудовании, а получается либо непосредственно в результате процесса экструзии (формирования листа на полотне, на которое из дозатора наносится слой полимера заданной толщины), либо путём последующей поверхностной обработки пленки.
Производство подобной синтетической бумаги получило наибольшее распространение в Японии; изготавливается же она также в США, Англии, Германии.
Для придания бумаге требуемых свойств в её состав вносятся разнообразные специфичные добавки, проклеивающие, красящие вещества.
КЛАССИФИКАЦИЯ НА ОСНОВЕ СОСТАВА БУМАГИ
Отечественный стандарт при классификации бумаг опирался прежде всего на состав бумаги по волокну. Для опытного полиграфиста наименование «Офсет №1» или «Типографская №2» говорит само за себя. Понятие «бумага №1» подразумевает, что бумага изготовлена на основе чистоцеллюлозных волокон. Позднее понятие «чистоцеллюлозная» несколько расширилось и стало подразумевать возможность включения в состав до 10% древесной массы. В основном бумаги №1 выпускались как офсет или писчая бумага.
Бумага №2 допускает наличие до 50% древесной массы. Существовали типографская, офсетная бумаги и изготовленная на основе офсета №2 книжно-журнальная бумага (не путать с понятием «книжно-журнальная бумага» по европейской классификации).
Наконец, в бумагах №3 предусматривалось преимущественное наличие древесной массы. Формально №3 присваивался только типографским бумагам, хотя аналогичным составом обладают, например, отечественные газетные бумаги.
Макулатура, как составляющая бумажной массы, применялась при производстве полиграфических сортов бумаг в ограниченном количестве и не получила своей ячейки в данной классификации. Наибольшее применение в отечественной промышленности вторичная масса получила в производстве упаковочных картонов (в т.ч. хромэрзац, т.е. картонов, состоящих из различных по составу слоев) и переплётных картонов.
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА
В технологическом процессе бумажного производства бумагоделательная машина является основным агрегатом. На ней производится отлив и формирование бумажного полотна, прессование, сушка и предварительная, а иногда и окончательная, отделка
бумаги.
Бумагоделательная машина состоит из сеточной, прессовой и сушильной частей, каландра, наката и привода машины. К бумагоделательной машине относят и вспомогательное оборудование: мешальные бассейны для аккумулирования массы, регуляторы и контрольно-измерительные приборы, аппараты для очистки массы (очистители и узлоловители), насосы для подачи массы и воды, вакуумные насосы, аппаратура для переработки брака, компрессоры, оборудование для циркуляционной смазки, подачи воздуха для вентиляции и др.
На сеточной части машины происходит отлив и формирование бумажного полотна, что связанно с удалением из бумажной массы основного количества воды. Бесконечная сетка, которая проходит по поддерживающим её регистровым валикам, выполняет функцию быстродвижущегося бесконечного фильтра. Тонкий слой волокон почти мгновенно оседает на сетку и затем сам действует как тонкий фильтр, задерживая остальные волокна. Сухость бумажного полотна после сеточной части 18 - 22%.
После сеточной части бумажное полотно поступает на прессовую часть, состоящую обычно из 2-3 прессов, на которых оно последовательно обезвоживается до сухости 27 -40%. Сеточную и прессовую части машины называют мокрой частью. Дальнейшее обезвоживание (сушка) полотна бумаги происходит на сушильной части машины.
Сушильная часть состоит из тонкостенных чугунных сушильных цилиндров, обогреваемых изнутри паром. Они расположены в шахматном порядке, обычно в два яруса. По сушильным цилиндрам проходит бумажное полотно, поочерёдно соприкасаясь с нижними и верхними цилиндрами то одной, то другой своей поверхностью. Сухость бумажного полотна после сушильной части составляет 92 - 95%. Для охлаждения бумаги до 50-55 °С и поверхностного увлажнения с целью придания бумаге лучшей пластичности и улучшения каландрирования в конце сушильной части установлены холодильные цилиндры.
Далее бумажное полотно пропускают через каландр, предназначенный для уплотнения бумаги и повышения её гладкости и лоска. Каландр состоит из 3 - 10 тщательно отшлифованных чугунных валов, расположенных друг над другом. Бумажное полотно огибает поочередно валы каландра и проходит между ними при всё возрастающем давлении. Приводным является нижний вал каландра, остальные валы приводятся в движение трением (каждый от нижележащего). Пройдя каландр, бумажное полотно поступает на накат, где непрерывно наматывается на тамбурный валик в рулоны.
После бумагоделательной машины почти все виды бумаги подвергают отделке. Для получения более высоких показателей плотности, гладкости и лоска большинство видов бумаг для печати, писчей и технической бумаги пропускают через суперкаландр. После этого бумагу направляют либо на продольно-резательный станок (где она разрезается на рулоны заданной длины), либо на бумагорезательную машину (где бумага разрезается на листы заданных размеров). Рулонную бумагу после продольной резки упаковывают на рулоноупаковочной машине. Листовую бумагу сортируют, а затем на прессах упаковывают в кипы.
Термин "проклейка бумаги" характеризует процесс, при котором в бумагу вводятся различные вещества, придающие ей специфические свойства, в зависимости от назначения бумаги: чернило- и водонепроницаемость, сомкнутость структуры, увеличение механической прочности и сопротивления истиранию поверхностного слоя. В некоторых случаях в бумагу вводятся вещества, препятствующие прониканию в неё молока, масла, различных жидкостей.
Процесс проклейки осуществляется двумя способами: введением проклеивающих веществ
в бумажную массу или поверхностной обработкой соответствующими веществами готовой бумаги.
В первом случае обеспечивается как бы склеивание между собой растительных волокон, из которых состоит бумага. Благодаря этому силы связи между волокнами возрастают и бумажный лист становится более прочным.
Во втором случае при поверхностной обработке бумаги на её поверхности образуется тонкая пленка, препятсвующая проникновению чернил или воды в толщу листа; бумажное полотно приобретает прочную поверхность. Такая бумага «не пылит». Поверхностная проклейка бумаги в настоящее время широко применяется в тех случаях, когда требуется придать поверхности бумаги какие-то определенные качества.
При выработке многих видов бумаги в их композицию вводят минеральные наполнители. Чаще всего для этой цели используют каолин. Однако на многих предприятиях применяют и другие виды: мел, гипс, тальк, двуокись титана.
Минеральные наполнители увеличивают непрозрачность бумаги, её пористость и воздухопроницаемость, снижают деформацию бумаги при намокании, уменьшают склонность бумаги к скручиванию, увеличивают гладкость бумаги при каландрировании. Наличие минерального наполнителя в бумаге делает её просвет более равномерным, что одновременно с увеличением белизны бумаги, её непрозрачности, гладкости и впитывающей способности улучшает печатные свойства бумаги. О количестве наполнителя в бумаге судят по её зольности.
Окрашивание бумаги в какой-либо цвет осуществляется или крашением самой бумажной массы, из которой изготавливается бумага, или окраской бумаги с поверхности.
Если при помощи крашения бумаге придают определённый цвет, то для придания ей того или иного оттенка пользуются подцветкой бумаги. Для этого в бумажную массу вводят небольшие количества соответствующих красителей. Подцветку производят преимущественно для устранения желтизны различных видов бумаги для письма и печати и придания им видимой белизны.
Белизну бумаги можно повысить при использовании так называемых оптических отбеливателей. Оптические отбеливатели используются в весьма малых количествах и при этом придают бумаге высокую степень видимой белизны.
К атегория:
Картонажное производство
Краткие сведения о технологии бумажного производства
Бумага и картон состоят е основном из растительных волокон. Основным сырьем для производства всевозможных сортов этих материалов является древесина. Кроме того, применяются волокнистые материалы и другого растительного происхождения, а также химические материалы.
Волокнистые материалы
Важнейшими из них являются волокна семян (хлопчатник), волокна стеблей (лен, пенька из конопли; солома зерновых злаков - пшеницы, ржи) и волокна древесных пород - хвойных (ель, пихта, сосна) и лиственных (осина, тополь).
Волокна льна представляют собой длинные, круглые, тонкие трубки с узким каналом и толстыми стенками. Толщина стенок обусловливает крепость льняного волокна. Длина волокна - 30- 40 мм, толщина - около 0,02 мм. Льняное волокно содержит около 85% химически чистой целлюлозы-клетчатки. Цвет волокна серый.
Волокна пеньки короче и грубее волокон льна, длина их а среднем равна 20 мм, толщина! - 0,022 мм. Стенки трубок волокон менре крепкие и более жесткие, чем льняные волокна.
Волокна хлопка несколько толще льняного волокна; его длина достигает 50 мм при ширине 0,012-0,040 мм. Поперечное сечение хлопкового волокна плоское, лентообразное. Естественное волокно> хлопка содержит много чистой клетчатки - около 95%, цвет волокна белый.
Волокна древесной целлюлозы сульфитной и сульфатной намного короче хлопковых и льняных волокон. Длина этих волокон 3-4 мм, ширина - от 0,03 до 0,07 мм. В зависимости от степени-проваривания древесины волокна древесной целлюлозы содержат клетчатки от 82 до 85%.
Волокна белой древесной массы получают истиранием древесины на камне в присутствии воды; они резко отличаются от волокон целлюлозы. Клетчатки содержится в них около 45-50%. Ввиду того что волокна белой древесной массы не освобождены, от лигнина (составная часть древесины, придающая волокну хрупкость и неустойчивость по отношению к свету), бумага, выработанная из нее, является недолговечной и слабой.
Волокна бурой древесной массы, полученные при истирании на камне древесины, предварительно пропаренной б специальных деревопарочных котлах, по своему характеру напоминают целлюлозное волокно. Качество волокна бурой древесной массы по сравнению с волокном белой древесной массы значительно лучше (крепче и эластичнее) потому, что в процессе пропарки частично разлагается лигнин, легче распадается связь между волокнами, они легче разъединяются и становятся эластичными.
Получение полуфабрикатов
1. Древесная масса. Для получения этой массы древесину истирают на быстро вращающемся камне в присутствии воды.
2. Целлюлоза древесная. Измельченную древесину обрабатывают в варочных котлах химическими материалами с одновременным нагревом паром под давлением.
3. Соломенная целлюлоза. Для получения этого полуфабриката солому зерновых злаков измельчают на мелкие куски (сечку), отсортировывают от коленец, Еарят под давлением в варочных котлах в присутствии химических материалов (щелочей).
4. Тряпичная полумасса. Тряпье отсортировывают, измельчают на мелкие куски, проваривают под давлением в варочных котлах с химическими веществами, промывают и размалывают в аппарате, так называемом полумассном ролле. Тряпичную полумассу вырабатывают небеленую (для низких сортов бумаги и картона) и беленую путем обработки раствором хлорной извести или хлором (для выработки высоких сортов бумаги).
5. Соломенная масса. Солому злаков измельчают и проваривают под давлением в варочных котлах с известковым раствором.
Древесная масса может быть белой и бурой. Для получения бурой массы древесина до истирания пропаривается в котлах. Бурая древесная масса имеет более прочное волокно и применяется для выработки бурого картона и прочной оберточной бумаги.
В зависимости от применяемых для варки древесины химических материалов различают целлюлозу сульфитную (варка древесины кислыми варочными растворами) и целлюлозу сульфатную (варка древесины щелочными варочными растворами).
Целлюлозу отбеливают раствором хлорной извести или хлора. Сульфитная целлюлоза поддается отбелке легче сульфатной.
Сульфитная беленая целлюлоза применяется для выработки писчей, печатной, литографской, картографической и других сортов бумаги. Сульфатная целлюлоза отличается более высокой механической прочностью и применяется для выработки различных сортов технических бумаг - кабельной, патронной, конденсаторной, крафтмешочной и др., а также для выработки особо крепких сортов упаковочных бумаг, так называемой крафтобертки.
По. механической прочности волокнистые материалы, начиная от -самых крепких, располагаются в следующем порядке: пенька, лен, хлопок, целлюлоза древесная сульфатная, целлюлоза сульфитная, бурая древесная масса, белая древесная масса.
Кроме перечисленных полуфабрикатов, для производства бумаги и картона применяется «макулатура», то есть отходы бумаги и картона, получаемые в полиграфической, картонажной и других отраслях промышленности. Макулатура сортируется, в зависимости от назначения конечного продукта - бумаги или картона: по белизне, по композиции (по характеру волокнистых материалов); при этом удаляют посторонние примеси. После сортировки макулатура размалывается в измельчительных аппаратах (бегунах, бракомол-ках) и затем для получения бумажной массы размалывается с водой в роллах. Из высоких сортов макулатуры можно вырабатывать хорошие сорта белой бумаги, а из небеленых и цветных сортов- низкосортные бумаги (оберточные, шпульные), а также различные сорта картона.
В бумажном производстве применяются следующие группы химических материалов: проклеивающие, наполняющие и красящие.
Проклеивающие материалы
Проклейка производится для того, чтобы сделать бумагу водоотталкивающей и тем самым уменьшить впитываемость воды. Кроме того, проклейка! имеет важное значение для бумаг, предназначенных для письма чернилами. На клееных бумагах чернила не должны расплываться по поверхности листа и проходить на противоположную сторону.
По степени проклейки бумаги делятся на клееные, полуклееные и неклееные. Клееные в свою очередь делятся на сильно клееные и хорошо клееные. К сильно клееным бумагам относятся картографическая, литографская, крафтмешочная, к хорошо клееным-бумага писчая, шпульная повышенного качества, мундштучная. К полуклееным бумагам относятся обложечные, афишная, печатная и другие. К неклееным - бумага курительная, бюварная, кабельная, фильтровальная.
Различают поверхностную проклейку животным клеем (по поверхности готовой бумаги) и проклейку в массе растительным клеем (в процессе выработки бумаги). В качестве проклеивающего материала применяют смоляной клей- гарпиус (канифоль). Так как канифоль в воде нерастворима, ее переводят в растворимое^ состояние варкой с кальцинированной содой. Полученное при этом растворимое канифольное мыло разбавляют горячей водой. Полученную таким образом эмульсию канифольного клея заливают в ролл (аппарат для приготовления бумажной массы), где она смешивается с волокнистой массой.
Для осаждения канифоли на волокнах канифоль должна быть вновь переведена в нерастворимое состояние. Для этой цели в ролл вводят сернокислый глинозем, который с канифолью дает нерастворимое соединение алюминия, выпадающего в виде осадка и обволакивающего волокна бумажной массы, и таким образом выработанная бумага становится проклеенной.
Наполнители
Наполнители - это белые минеральные вещества (каолин, тальк, гипс, мел). Их вводят в бумажную массу в тонко размолотом состоянии, чтобы улучшить качество поверхности бумаги, сделать ее более гладкой, лучше воспринимающей печатную краску, уменьшить прозрачность и сделать ее более белой. Во взвеси наполнителя с водой (суспензии) не должно быть песка или неразмолотых частиц, так как при их наличии в бумаге при прохождении ее через валы каландра на бумагоделательной машине образуются дырочки. Наполнитель вводят от 7 до 50%, от количества волокнистых материалов, причем бумага удерживает при отливе от 35 до 60% заданного каолина; остальное количество уходит через сетку бумагоделательной машины, не задерживаясь на волокне. Чтобы удержать большее количество наполнителя в бумаге, нужно улучшить качество размола волокнистых материалов и увеличить степень проклейки бумаги.
Красители
Красители применяются для окраски массы при выработке цветных бумаг или для подцветки при выработке белых бумаг. Для окраски бумаги в массе в основном применяются анилиновые красители. Подцветка бумаги имеет це^ыо повысить ее белизну. Бумажная масса, составленная даже из одной беленой целлюлозы, без древесной массы, имеет желтоватый оттенок. Для устранения желтизны в массу добавляют незначительное количество раствора синего и красного красителя (желтый, цвет вместе с синим и красным дает белый цвет).
Кроме анилиновых применяют также минеральные красители, например хромпик, ультрамарин, железистосинеродистые краски и др.
Свойства бумаги и картона зависят от применяемого сырья и количественного соотношения волокнистых материалов (состава бумаги или картона по волокну), из которых они выработаны, степени размола волокнистых материалов, степени свойлачивания- переплетения волокон при отливе бумажного полотна на бумагоделательной машине, от степени проклейки, наполнения, от содержания влаги в бумаге и картоне, а также от качества отделки бумаги или картона (лоск или гладкость, степень уплотненности и др.).
Схема технологического процесса производства бумаги
Производство бумаги делится на четыре основные операции: 1) приготовление бумажной массы; 2) отлив, обезвоживание и сушка, бумажного полотна; 3) отделка бумаги; 4) сортировка и упаковка бумаги.
Для изготовления бумажной массы растительные волокна измельчают в специальной аппаратуре и к полученной массе добавляют проклеивающие, наполняющие и красящие вещества. Степень размола волокнистых материалов, а также добавления тех или иных химических веществ зависят от свойств, которые должна иметь бумага. Например, при выработке бумаги подперга-мент, которая должна обладать большой прочностью на разрыв, прозрачностью и жиронепроницаемостыо, растительные волокна подвергаются только интенсивному размолу в ролле, без добавления химических веществ, в результате чего бумага получает указанные выше качества.
При выработке писчей бумаги, которая не должна обладать повышенной прочностью на разрыв, пропускать чернил. и быть прозрачной, растительные волокна подвергаются менее интенсивному размолу, и к полученной массе добавляют вещества проклеивающие и наполняющие (для уменьшения прозрачности бумаги).
При изготовлении цветных бумаг, кроме указанных проклеивающих и наполняющих веществ, к массе в виде растворов добавляют красители, количество которых зависит от цвета бумаги и его интенсивности.
Бумажное полотно отливается на бумагоделательных машинах. Бумажная масса в сильно разжиженном состоянии (содержание абсолютно сухого вещества не выше 0,15% -1,5 г/л) поступает на сеточную часть машины, где она отливается - формуется и обезвоживается до содержания 18-20% абсолютно сухого вещества. Дальнейшее обезвоживание и уплотнение бумажного полотна производятся на прессовой части машины. После прессов бумажное полотно с содержанием абсолютно сухого вещества 320-400 г/л поступает на сушильную часть машины, где оно на вращающихся сушильных цилиндрах высушивается до содержания 6-7% влаги.
Если бумага должна иметь машинную гладкость, то бумажное полотно пропускается после бумагоделательной машины через каландры-ряд расположенных друг над другом чугунных валов. Затем бумажное-полотно наматывается на специальные валы-тамбуры,- таким образом получается «ролевая» бумага.
Если требуется ролевая бумага определенной ширины, то бумажное полотно разрезается вдоль на отдельные полосы.
Чтобы придать бумаге повышенный лоск, пропускают ее после бумагоделательной машины через специальный станок-суперкаландр, состоящий из чередующихся металлических и бумажных валов, расположенных вертикально (друг над другом).
Технология производства картона в основном такая же, как и производства бумаги. Как указано раньше, основное различие между бумагой и картоном состоит в весе 1 м2.
Бумагой считается продукция, вес 1 м2 которой составляет от 6 до 250 г.
Картонное полотно отливается на картонных машинах горизонтального типа («столовых») или на круглосеточных машинах, которые бывают одноцилиндровыми, двухцилиндровыми иj многоцилиндровыми. Одно- и двухцилиндровые машины для производства картона называются папочными машинами и выпускают только листовой картон в сыром виде, Который подлежит дальнейшему обезвоживанию на гидропрессах, высушиванию и лощению.
Круглосеточные и столовые картонные машины состоят, как и бумагоделательные машины, из таких частей: сеточной (формовоч-но-отливной), прессовой сушильной и отделочной (для глазировки и разрезки картона на отдельные рулоны или на листы). Степень размола, добавление проклеивающих веществ и степень лоска зависят от назначения и потребительских свойств картона.
Классификация бумаг
В зависимости от назначения бумажная продукция делится на 12 классов, из них пять относятся к разделу бумаг, четыре-к разделу картонов и три-к разделу особых видов бумажной продукции. Раздел бумаг в свою очередь делится на группы, группы-па виды, а виды-иногда на сорта.
Бумага
Класс А. Печатные бумаги. Эти бумаги предназначены для печатания. К классу печатных бумаг относятся три группы: а) газетная, б) книжно-журнальная, в) специальные и вспомогательные печатные бумаги.
Газетная бумага выпускается в ролевом и листовом виде. Книжно-журнальные бумаги в зависимости от вида печати различают: типографские, литографские, офсетные и для глубокой печати. В зависимости от состава волокна эти бумаги подразделяются на сорта I, II и III . Специальные и вспомогательные печатные бумаги применяются для печатания обложек, афиш, билетов, документов, карт и других видов печатной продукции.
Из этого класса в картонажном производстве применяются: литографская бумага для этикеток, наклеек и блонды; обложечная бумага весом 180-200 г/.и2 (окрашенная в светлые тона служит для облицовки крупных изделий - картотек, футляров); афишная бумага, окрашенная в светлые цвета, применяется для облицовки коробок, мелких пакетиков. Картографическая бумага применяется для изготовления складных пачек, конгревных работ, для изготовления вкладышей с художественной печатью.
Класс Б. Писчие и чертежные рисовальные бумаги с целевым назначением для письма, черчения и рисования. К группе писчих бумаг относятся: обыкновенная писчая (сорт № I, II и III ), тетрад, ная бумага (№ I и II) и писчая цветная (бывшее название «альбомная»), В картонажном производстве писчая бумага применяется для оклейки различных коробок и изготовления этикеток, а писчая цветная - для наружной и внутренней облицовки коробок, пакетов и других изделий.
Чертежные бумаги применяются для черчения на них тушью. Рисовальные бумаги служат для рисования карандашом или акварельными красками. Это-высокосортные бумаги с сильной проклейкой; в картонажном производстве они применяются для отделочных деталей с конгревным тиснением, для внутренней отделки дорогих подарочных коробок.
Класс В. Оберточно-упаковочные и этикетные бумаги. Эти бумаги служат для упаковки различных товаров или для этикеток па упаковке.
В этот класс входят четыре группы:
1-я группа--низкосортные оберточные бумаги, имеющие универсальное назначение. В картонажном производстве они применяются главным образом для упаковки готовых изделий, а более прочные из них, например крафтбумага, для креплений при сборке коробок и других картонажных изделий.
2-я группа включает оберточно-упаковочные специализированные бумаги: галошную, мануфактурную, для мешочной тары, пакетов. В картонажном производстве бумаги этой группы применяются для облицовки коробок (мануфактурная, бутылочная), для крепления каркасов при сборке коробок и изготовления мешков и пакетов.
3-я группа включает упаковочно-этикетные и оклеечные бумаги: пачечную, спичечную, чайную, этикетную. Из этой группы в картонажном производстве в основном применяется пачечная бумага, а для облицовочных работ все остальные сорта.
К 4-й группе относятся жиронепроницаемые упаковочные бумаги, служащие для упаковки жирных и влажных продуктов. Сюда относится растительный пергамент, подпергамент и пергамин.
В картонажном производстве эти бумаги применяются для внутренних вкладышей, окантовки коробок, для изоляционных подклеек, изготовления капсюлей для конфет и других целей.
Класс Г. Торгово-промышленные и технические бумаги. Эти бумаги применяются в качестве вспомогательных материалов в различных отраслях промышленности. К этому классу относятся гильзовые и раскурочные бумаги, применяющиеся для изготовления папиросных гильз: папиросная-филигран, мундштучная бумага, курительная бумага (вес 25 г/м2) и раскурочная. В картонажном производстве эти бумаги применяются для внутренних вкладышей.
В этот класс входит также группа специальных технических бумаг (шпульная, патронная), имеющая применение в картонажном производстве для навивки бумажных цилиндров, производства пеналов и Др.
Класс Д. Бумаги-основы. Эти бумаги применяются в различных отраслях промышленности в качестве основного материала для переработки. Сюда относятся бумаги: для обоев, парафинироваиия, мелован и я, а также для изготовления светочувствительных и фотобумаг. Некоторые из этих бумаг могут быть использованы в картонажном производстве как до, так и после переработки, как, например, мелованная бумага для этикеток и облицовочных работ.
Качество бумаги всех классов должно соответствовать ГОСТ .
Картон
Класс Е. Переплетно-картонажно-коробочные картоны. Они применяются для изготовления коробок, картонажей и др.
Класс Ж. Электроизоляционные картоны. Применяются в электропромышленности (электротехнический прессшпан).
Класс 3. Строительные и кровельные картоны. Служат как строительный и кровельный материал (толевый и рубероидный картоны).
Класс И. Технические и поделочные картоны. Применяются в различных отраслях промышленности в качестве вспомогательного, технического и поделочного материала (картон прокладочный фланцевый, картон водонепроницаемый-автомобильный, картон матричный, кожкарток и др.).
В картонажном производстве применяются главным образом картоны класса Е, поэтому эти сорта рассмотрим подробнее. Остальные картоны являются случайными в картонажном производстве и большого применения не имеют.
Переплетно-картонзжно-коробочные картоны в зависимости от состава по волокну вырабатываются следующих групп:
а) Бурый картон; он состоит из 100%, бурой древесной массы; вес 1 м2-от 300 до 1700 г, толщина его-от 0,4 до 2,5 мм; удельный вес - не менее 0,7. Этот картон применяется для изготовления различных коробок без облицовки бумагой, футляров и цельно-штампованных коробок.
б) Белый древесный картон; он состоит из 100% белой древесной массы; вес 1 м2 от 300 до 1700 г, удельный вес его-не менее 0,6. Этот сорт картона вследствие его незначительной механической прочности применяется в картонажном производстве для изготовления коробок с бумажной облицовкой, коробок для пищевых продуктов, папирос и многих других целей.
в) Соломенный картон состоит из 100% соломенной массы; вес его от 300 до 1700 г/м2. В картонажном производстве может быть применен для изготовления коробок для обуви, различных футляров и т. д.
г) Макулатурный картон вырабатывается из отходов бумажной продукции различных отраслей промышленности; вес его от 300 до 3000 г/м2. Применяется в картонажном производстве для изготовления сшивных, клееных, складных и штампованных коробок.
Все вышеуказанные картоны должны быть глазированными и не должны расслаиваться без посторонних усилий.
Кроме перечисленных сортов коробочного картона, в картонажном производстве применяют в большом количестве картон белый и различных цветов. Этот картон вырабатывают на многоцилиндровых круглосеточных картонных машинах. На этих машинах получают разнообразный картон как по составу волокна, так и по отделке и проклейке. Механическая прочность такого картона вполне удовлетворяет требованиям картонажного производства.
Белый коробочный картон, изготовляемый этим методом, имеет наружный слой из беленой сульфитной целлюлозы.
Верхний и нижний покрывные слои картона, выработанного на многоцилиндровых машинах, могут иметь различные цвета. Этот сорт картона обычно выпускается весом от 300 до 700 г/л2 и отличается высокой степенью глазировки. Он известен под названием «альбертивского».
В картонажном производстве применяется также так называемый «бристольский» картон, получаемый путем склеивания нескольких слоев плотной бумаги; обычно наружный слой представляет собой беленую или цветную бумагу светлых тонов. Бристольский картон пропускается через каландры и имеет, высокую степень лоска; применяется для складных коробок, оформленных печатью непосредственно на картоне в одну или несколько красок.
