Обойтись без бумаги в повседневности почти невозможно. Она задействована во всех сферах жизни: люди читают книги, пользуются документами, заворачивают в упаковку подарки, посылки. Бумагой утирают слезы и даже расплачиваются. Напрасно поклонники современных технологий пророчат ей скорое забвение. Этого не случится еще много веков. Из чего же ее делали раньше, и каковые технологии производства сегодня?
Как и из чего делали бумагу раньше?
Сколько человечество себя помнит, оно пишет свою историю. Сперва в виде наскальных рисунков, наглядно повествующих о быте древних племен. Позже в Египте листы для написания готовили из стеблей папируса. В ходу у римлян были дощечки, покрытые воском. А в Индии сохранились высушенные плитки слоновьего помета с витиеватыми письменами.
Создателями прототипа бумаги считаются китайцы (примерно в 105 г. н.э.). Первоначально ее делали из отходов шелковичных коконов путем размалывания, тщательной просушки и прессования. Но такое изготовление оказалось дорогим и трудоемким. Тогда внимание умельцев привлекла конопляная крапива. Однако листы, которые получались из нее, в готовом виде оставались слишком грубыми.
Наилучшим сырьем стала кора тутового (шелковичного) дерева. Ее волокна, смешанные с пенькой, золой и водой, толкли вручную, варили и укладывали на бамбуковое сито. После длительной просушки на солнце выравнивали с помощью камней. Получались прочные и тонкие листы. Для усовершенствования добавляли клей, крахмал и красители. Долгое время тонкости этого рукотворного изготовления хранились в секрете. По некоторым источникам, настойчивым арабам удалось выведать тайны у мастеров под пытками. Так бумага перекочевала в Азию, а оттуда уже в Европу. Первую фабрику поспешили открыть предприимчивые немцы уже в 13 веке.
Интересно:
Почему не рассыпаются песчаные дюны?
Современное производство
Раньше бумагу делали из хлопчатой, шелковой и льняной ветоши. Сегодня основным материалом служит древесина . Лидируют хвойные породы, береза, тополь, каштан, эвкалипт. Крупными предприятиями славятся Канада, Россия, США, Скандинавия, Япония, Германия. Комбинаты полностью автоматизированы.
Бревна доставляют в цеха, где агрегаты очищают их от коры. Полученный материал измельчают до тонких волокон (фибрилл). Смешивают с водой для набухания, и снова устраняют остатки щепы. Затем однородную массу помещают в специальные котлы, где она варится в смеси сильнодействующих кислот. Таким же образом отдельно обрабатывают кору и щепу, преобразуя в целлюлозу.
Потом ее смешивают с волокнами бревен, макулатурой (чернила предварительно выводятся) и продолжают обрабатывать в кислотном вареве. Чтобы придать будущей бумаге непрозрачность, добавляется каолин. Примеси клея способствуют гладкости поверхности и водоотталкивающим свойствам. Различные оксиды применяются при производстве особых сортов дорогостоящей бумажного полотна.
Настает черед самого главного механического гиганта комбината – бумагоделательной машины. Исполин достигает в длину 100 м, в ширину – 18-20 м. Между двумя его валами постоянно прокручивается металлическая сетка. На ее поверхность выкладывается сырье, прошедшее несколько этапов обработки. Сквозь ячейки стекает ненужная влага, а масса равномерно распределяется по поверхности.
Далее материал поступает под огромные валы прессов для формирования полотна. После них барабаны-утюги проглаживают гигантскую простыню, удаляя остатки воды. И в завершении огромные каландры прессуют бумажную поверхность, придавая ей готовый вид. Теперь можно отправлять рулоны на нарезку и фасовку в листы разных размеров.
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.
Китайцы делали ее из размоченных растительных волокон. В Европу бумага попала между 1000 и 1100 годами. Оказалось, что ее можно делать из дерева, тряпок и даже... из старой бумаги - макулатуры. Так оказалось, что бумагу можно было использовать дважды!
Как же делают бумагу в наши дни?
Бумагу производят на бумажных фабриках.
Основным сырьем для производства бумаги является древесная целлюлоза. Целлюлозу получают из лесных пород: в основном из ели, сосны и березы, но используют также эвкалипт, тополь, каштан и другие деревья.
На фабрике машины сдирают с них кору, измельчают в щепки.
Самый экономичный способ получения древесной целлюлозы - механический: на деревообрабатывающем предприятии лесоматериалы измельчаются до крошки, которая смешивается с водой. Бумага, изготовленная на основе такой целлюлозы, непрочна и чаще всего идет на производство, например, газет.
Бумагу более высокого качества делают из целлюлозы, полученной химическим способом. Из такой древесной массы изготавливают бумагу для книг, брошюр и модных журналов, а также прочные оберточные материалы.
В этом случае щепки сортируют по размеру на специальных ситах и отправляют в варку. Варят дерево в специальных машинах, куда добавляют кислоту.
Очищенную и разваренную древесину фильтруют и промывают, чтобы очистить от примесей.
К обрабатываемой бумажной массе может быть добавлена макулатура, но лишь после удаления чернил. На этом этапе производства обрабатываемая масса, состоящая из древесных волокон и воды, называется бумажным сырьем.
Затем на специальной перерабатывающей машине меняются форма и структура бумажных волокон. Для этого к бумажному сырью добавляют дополнительные вещества. Например, клеи - их присутствие в писчей бумаге отталкивает влагу. Или смолы - благодаря им, написанное на бумаге чернилами на водной основе, не растекается и легко распознается человеческим глазом. Бумага, используемая для печатания, не требует такого проклеивания, как писчая, потому что печатные краски готовятся не на водной основе и не растекаются.
После этого бумагу окрашивают в смесителе, куда добавляют красители или пигменты, - например, мелко размельченные вещества для мелования. Так, добавки каолина делают бумагу белой и непрозрачной.
Бумажная масса, превращенная в кашицу, попадает в бумагоделательную машину.
Сначала кашица выливается на сетку бумагоделательной машины. Эта сетка натянута на два вала и все время вращается, перенося бумажную кашицу вперед. На сеточном участке начинается образование бумажного полотна, называемое формованием листа. Это происходит благодаря удалению воды из волокнистого материала. По мере продвижения бумажной массы по ленточному конвейеру часть содержащейся в ней воды вытекает через ячеистые отверстия, и бумажные волокна начинают сплетаться друг с другом, образуя так называемую рулонную ленту.
Сырая бумажная лента проходит через целый ряд валиков. Одни валики отжимают воду, другие, обогреваемые изнутри паром, высушивают ее, третьи полируют.
В конце сеточного участка еще сырое бумажное полотно перемещается в секцию прессования, которую также называют "мокрым прессованием". Там бумажное полотно механически обезвоживается и еще больше уплотняется.
Наконец ровная белая лента выходит из машины и наматывается в огромный рулон.
Потом эти рулоны отправляют в типографии или режут на листы.
Так, переходя из машины в машину, дерево превращается в белую и чистую бумагу.
А знаете ли вы...
Для изготовления 1 тонны бумаги нужно 5,6 м 3 древесины. Если учесть, что средний объем одного бревна (дерева) - 0,33 м 3 , то для производства 1 тонны бумаги требуется 17 деревьев.
А из 1 тонны бумаги можно изготовить порядка 30 тысяч обычных ученических тетрадей.
Несмотря на бурное развитие компьютерных технологий и разнообразной электронной запоминающей техники, бумага остается наиболее распространенным и активно используемым материалом для хранения информации. Переоценить ее место в обыденном использовании сложно. Она нужна в делопроизводстве, печати, быту.
Бумага из древности
История производства бумаги уходит в далекую старину. Еще древние египтяне использовали для письма прообраз современной бумаги, изготавливая свои папирусы из измельченных и спрессованных в тонкие листы волокон тростника. Стебли этого водяного растения состоят из тонких и прочных целлюлозных нитей, которые освобождали при помощи специальной обработки. Добавление клейких веществ позволяло сформировать из полученной массы достаточно тонкий слой, который после просушивания приобретал нужные характеристики. Древняя бумага была довольно плотной, шершавой на ощупь и не имела той белизны, которая присуща современным писчим материалам.
Кожаные рукописи
В Древней Европе вместо бумаги использовался пергамент. Для его изготовления вычинялись тонкие и эластичные шкуры мелкого рогатого скота. Снятая с овец и коз кожа обрабатывалась по специальным технологиям, после чего она становилась мягкой и гладкой. Пласты подготовленного материала обрезались по размеру будущей книги и сшивались в переплетных мастерских. Разрозненные документы транспортировались и хранились в виде свитков. В таком случае кожа не сминалась и не имела сгибов, на которых могла перетираться.
Дерево, на котором можно писать
Современные технологии изготовления различных сортов бумаги предполагают использование разнообразных видов древесины. В процессе производства ее измельчают до нужных размеров. Полученная масса замачивается в емкостях, куда добавляются необходимые для процесса высвобождения целлюлозных волокон химические реактивы.
Подготовленная бумажная масса, отбеленная или окрашенная, при помощи бумагоделательных машин формуется в полотно. Его пропускают через целый ряд катков, которые выравнивают и высушивают бумажную заготовку. В результате получается готовый материал, имеющий необходимые характеристики:
- толщину;
- плотность;
- цвет;
- качество поверхности.
Разные сорта бумаги предназначаются для разного использования – для офисной техники нужна более плотная и прочная бумага, для газет она не такая качественная. К туалетной и салфеточной бумаге предъявляются свои требования.
Альтернативное производство бумаги
Использование только древесины для изготовления бумажной продукции может довольно быстро привести к полному уничтожению лесов на планете. Поэтому уже давно разрабатываются и используются альтернативные технологии.
Целлюлозу, которая является основой бумажной массы, получают из соломы зерновых сельскохозяйственных культур. На полях ежегодно скапливается огромное ее количество. И чаще всего она просто оставляется на земле, чтобы послужить удобрением.
Источниками волокнистой массы могут стать и другие культуры:
- конопля;
- тростник.
В нашей стране, как и во всем мире, проводится активный сбор макулатуры, которую используют как вторичное сырье. Старые книги, газеты, упаковку измельчают, отбеливают, смывая типографскую краску и чернила, и из полученной массы вновь делают бумагу. Она не столь качественна, но вполне годится для печати.
Бумага из всего
В некоторых странах для изготовления писчей продукции освоили переработку ткани – тряпье обрабатывается по сходным технологиям. Хлопковое и льняное волокно, синтетические нити обладают нужными свойствами, что позволяет применять их для изготовления прочной качественной бумаги.
В отрасли сегодня работают компании, полностью отказавшиеся от использования древесины при производстве бумаги. Они нашли совершенно необычные источники сырья для своей продукции. В ход идут банановые и пальмовые листья, все виды растительных волокон, шерсть, даже отходы жизнедеятельности травоядных животных.
Специальные виды бумаги могут быть изготовлены из минеральных волокон, таких как асбест, например.
Применение подобных инноваций помогает сберечь существующие сегодня леса, сохранив их для следующих поколений землян.
В Китае в 105 году нашей эры, однако в середине ХХ века обнаружили более древние гробницы, где нашлись небольшие обрывки.
В те давние времена её делали из шелка, пуская на производство отбракованные коконы тутового шелкопряда. Сейчас такие дорогие материалы, конечно, не используют – годится все, что содержит длинные волокна, а это целлюлоза, тряпье, уже использованная бумага, некоторые виды текстиля. Смешиваясь с водой, они образуют пластичную массу – сырье.
История развития технологии создания бумаги
Итак, первый этап создания бумаги – это подготовка бумажной массы. У изобретателя технологии Цай Луня это была смесь шелковых волокон, золы, пеньки и тряпок, тщательно растолченная и смешанная с водой. Её он выложил на форму и высушил на . Долгое время такой ручной способ производства оставался единственным – менялись только ингредиенты.
В XVII веке изобрели ролл – механизм, который размалывал сырье автоматически и потому мог производить намного больше бумажной массы. Но сами листы формировали все равно вручную, зачерпывая формами, поэтому объемы получаемой продукции оставались все равно низкими.
Наконец, в самом конце XVIII века, в 1799 году, во Франции догадались, как сделать отлив бумаги автоматическим – Н. Робер применил для этих целей движущуюся сетку. Еще через семь лет в Англии запатентовали полноценную бумагоделательную машину. С этого времени масштабы производства заметно увеличились.
Этапы производства бумаги
Как и много веков назад, производство бумаги начинается с
1) Приготовление бумажной массы.
Сюда входит не только размол компонентов ролами (рафинерами, мельницами) и их смешивание. В современную бумагу для улучшения её свойств добавляют множество вспомогательных веществ.
Происходит так называемая проклейка – добавляются средства для того, чтоб волокна лучше слипались, а сама бумага не так боялась воды. Это глинозем, канифольный клей, парафиновая эмульсия.
Чтобы увеличилась жесткость, в массу вводят крахмал, формальдегидные смолы, животный клей. Минеральные наполнители вроде мела или талька помогают сделать бумагу более гладкой. Анилиновые красители прибавляются для отбеливания. Состав и количество дополнительных присадок определяется тем, для каких целей будет использоваться конечный продукт.
2) Выработка бумажной массы.
Когда бумажная масса готова, её нужно очистить от загрязнений и разбавить водой. С этим справляется специальное оборудование - очистители вихревые и центробежные, песочница. Из подготовительного отдела насос закачивает её в мешательный бассейн, и уже оттуда она поступит в бумагоделательную машину.
Сырьевая масса льется непрерывным потоком на сетку. В этой части машины полотно отливается, обезвоживается и начинает уплотняться. Но воды еще очень много, она продолжает удаляться в прессовой части.
Окончательно жидкость исчезает из листов в сушильной части, испаряясь, когда полотно прижимается к нагретым цилиндрам. После этого она поступает на механизмы наката, где сматывается в огромные рулоны. Бумага готова к следующей стадии.
3) Окончательная обработка.
Полученное бумажное полотно еще не совсем однородно по толщине. Чтобы выровнять его, сделать более гладким и плотным, его пропускают через каланды, то есть металлические валы. Вот теперь бумагу можно сортировать, резать и упаковывать – она полностью готова.
Вот так истолченная древесная кора, обрезки и опилки дерева, обрывки бумаги, тряпки и солома – вещи не самые красивые и выглядящие, прямо скажем, не слишком эстетично, передаваясь от одного цеха к другому, от узла к узлу, от машины к машине, превращаются в гладкие белые листы.