История бумаги и бумажного производства

Министерство образования Республики Беларусь Институт парламентаризма и предпринимательства Кафедра экономики и управления

Курсовая работа

по учебной дисциплине «Документоведение и ИОУ»

на тему " История бумаги и бумажного производства"

Студент Лагуновская Ольга Владимировна Руководитель, магистр права,

старший преподаватель кафедры экономики и управления Карканица Елена Владимировна Минск, 2011

• Введение
• Глава 1. История бумаги и бумажного производства
• 1.1 История появления и изготовления бумаги
• 1.2 Путь распространения бумаги по странам и континентам
• 1.3 Совершенствование производства бумаги
• Глава 2. Современное производство бумаги
• 2.1 Технология изготовления бумаги сегодня
• 2.2 Особенность структуры и свойств бумаги
• 2.3 Выбор бумаги по целевому назначению
• Заключение
• Список использованных источников

Бумага занимает исключительное место в жизни людей. Ее открытие, как и изобретение колеса, — чудо, одно из важнейших завоеваний человеческого разума. Появившись однажды, бумага прочно утвердилась на земле и, не зная конкурентов, победно идет через столетия.

У бумаги было много предшественников. Камень и глина, дерево и кость, кожа и береста, воск и металл, папирус и пергамент — все они разные исторические эпохи служили людям в качестве материалов для письма. Но каждый из них был вполне пригоден для этого. Одни материалы были тяжелыми, другие — хрупкими, третьи — дорогостоящими и т. п. Их обработка требовала больших усилий, которые, однако, не всегда оправдывались.

По мнению исследователей, в 4−5 веках до нашей эры в Египте началось производство папируса, достоинствами которого были мягкость и гибкость. Для его производства брали стебель одноименного растения, резали его на тонкие ленты, которые складывались вместе и сушились под прессом. Ленты склеивались между собой в одно полотно, которое затем высушивали на солнце и разглаживали свиным зубом.

Процесс изготовления пергамента был очень трудоемкий. Пергамент изготавливали монахи из шкур барана, козлов, телят, волов. Но зато был очень долговечен и позволял делать записи высокого качества.

Когда о пергаменте знали уже повсюду, совсем неожиданно появилась первая бумага. Родиной ее считается Китай. Хотя существует предположение, что китайцы переняли способ изготовления бумаги у туркмен. По этой версии, именно туркмены первыми научились распускать кусочки шерсти в воде, прессовать их, отжимать и сушить, чтобы затем получить очень тонкий войлок.

Переняв эту технологию, китайцы заменили шерсть на растительные волокна и получили… бумагу. Ее они делали из кусочков коры тутового дерева, а также из хорошо размоченных стеблей бамбука.

Официальным днем рождения бумаги принято считать 105 год нашей эры. Именно тогда китайский чиновник по имени Цай Лунь сообщил своему императору о том. Что мастерам удалось открыть технологию производства тонкого писчего материала.

Со временем для производства бумаги было изобретено много специальных машин. Многопильные машины распиливают бревна на чурбаки, станки-корообдирщики снимают с них кору, машины-рубильщики разбивают чурбаки на щепки, которые по конвейеру направляются к котлу, где из них в специальном растворе варится жидкая масса. А в другом котле из тех же щепок варят клейкую целлюлозу. В смесительном бассейне оба вещества перемешиваются. Получившаяся смесь проходит через бумагоделательную машину, и после отжимки, отглаживания бумага отправляется на фабрики, где делают тетради, в типографии — для печатания книг, газет и журналов.

Сейчас имеется около 5000 сортов бумаги, которые можно поделить на три основных класса:

1. Собственно бумага (гигиеническая, оберточная и печатная).

2. Картон.

3. Строительный картон (для облицовки и изоляции).

Современному человеку трудно представить жизнь без бумаги. Согласитесь, нет ничего более обыденного и привычного в нашей жизни, чем бумага. Не проходит ни одного дня, чтобы мы ее не подержали в руках. Газеты, книги, упаковки, факсы, письма, открытки… и так далее, и так далее.

Известно более 600 видов бумаги. Характеризуется массой 1 мІ (4−250 г), толщиной (4−400 мкм), механическими свойствами, цветом, белизной, гладкостью, впитывающей способностью и т. д.

Объектом данной курсовой работы выступает бумага и бумажное производство.

Предметом исследования является глубокое и всестороннее изучение истории бумаги и бумажного производства.

Цель работы является накопление и закрепление знаний об истории бумаги и бумажного производства.

В соответствии с поставленной целью в работе предполагается решить следующие задачи:

1. Рассмотреть историю появления и изготовления бумаги;

2. Увидеть путь распространения бумаги по странам;

3. Изучить совершенствование производства бумаги;

4. Исследовать современное производство бумаги;

5. Изучить особенности структуры и свойств бумаги.

При написании работы использовались статьи отечественных авторов таких как: Е. Новосад, рассмотревшей историю бумаги от времен первобытного человека до наших дней; С. Губанова, описавшей материалы из чего делали бумагу; Н. Дубина, рассмотревший историю изобретения и распространения бумаги и др.

бумажное производство история бумага

Глава 1. История бумаги и бумажного производства

1.1 История появления и изготовления бумаги

Слово «бумага», как считается, произошло от итальянского слова «bambagia», что в переводе означает «хлопок». Странно, конечно. Ведь первые писчие листы делали совсем даже не из хлопка, а из папируса и пергамента.

Пергамент изготавливали монахи. Пергамент обычно делали из шкур барана, козлов, телят, волов. Сначала шкуру барана помещали в чан с известью на несколько дней — на 2−3 дня на Востоке, до 10 дней на Западе (при повышении температуры раствора процесс идет быстрее). Затем шкуру доставали и очищали от волос и мяса, потом снова погружали в новый чан с известью на короткое время, после чего натягивали на раму. Для очистных работ применяли самые различные ножи — скребки. Самые разные по форме, по углу заточки ножи — скребки помогали начисто обработать поверхность шкуры. После чего пемзой заканчивали механическую обработку, доводя поверхность шкуры до гладкого состояния. Затем в кожу с двух сторон втирали мел или свинцовые белила. Они поглощали жир и отбеливали кожу. Остатки отбеливателя снимались, кожа протиралась и получалась гладкой с обеих сторон. Процесс изготовления пергамента был очень трудоемкий. [11]

Папирус (рapyros) — это гигантское многолетнее травянистое растение высотой до 5 м, и стебли у него до 7 см в диаметре. Папирус растет в тропической Африке вдоль берегов рек и озер.

Именно его и облюбовали древние египтяне для производства писчего материала. Сердцевину свежих стеблей разрезали вдоль на узкие полоски и складывали в два слоя: один слой вдоль, второй поперек. Затем их сильно сдавливали, слои между собой склеивались и получались тонкие эластичные листы. Их высушивали на солнце, полировали раковинами и склеивали в свитки шириной 20−30 см и длиной до 10, а иногда и больше, метров.

Сложное производство, ничего не скажешь. Зато папирусы, а писчий материал так и называют по имени растения, сохранились через тысячелетия. Самые древние из известных папирусов-рукописей датируются III тысячелетием до нашей эры. Например, в Британском музее в Лондоне хранится папирус Ахмеса, названный так по имени его составителя. Он представляет собой учебное руководство по арифметике и геометрии.

Но к XII веку производство папируса как писчего материала полностью прекратилось, а его место прочно заняла бумага.

И вот появилась бумага — простой, доступный для письма материал, приготовленный из сырья растительного происхождения. Рождение бумаги произвело в человеческом обществе глубокие перемены. Получив бумагу, люди стали активно приобщаться к знаниям. Бумага стала средством самовыражения — на белом листе человек мог описать свою радость или скорбь, изложить просьбу, подсчитать прибыль или убыток. Таким образом, бумага приобрела и значение письма, делового документа.

До сих пор точно неизвестно, когда была изобретена бумага. Несомненно, что начало следует искать в Китае. В северной провинции Китая Шэньси есть пещера Баоцяо. В 1957 г. в ней обнаружили гробницу, где были найдены обрывки листов бумаги. Бумагу исследовали и установили, что она была изготовлена во 2 веке до н.э. Это открытие пролило свет на историю возникновения бумаги. Считалось, что бумага появилась в Китае в 105 г. нового летосчисления.

До раскопок в Баоцяо изобретение бумаги приписывалось китайцу Цай Луню, жившего в эпоху царствования императора Хо. Цай Лунь предложил изготовлять бумагу с помощью каменной ступы, деревянного песта и сита, используя некоторые волокнистые растения. На практике этот способ мог выглядеть так. С распространенного в Китае дерева щелковицы срезали сучья, потом сдирали с них кору. Верхний темный слой коры счищали ножами, а внутреннюю, волокнистую часть — луб — размачивали в дождевой воде. Тщательно промыв и отсортировав куски луба, его рубили на мелкие части и толкли тяжелым пестом в ступе до превращения в кашицеобразную волокнистую массу. Эту кашицу собирали в деревянную бочку и разбавляли водой.

Мастер вооружался формой — ситом, сплетенным из шелковых нитей и натянутым на прямоугольную раму из бамбуковых прутьев. Этим ситом он вычерпал массу из бочки. Когда он поднимал сито, то легким толчком сливал лишнюю кашицу, затем осторожно встряхивал сито, давая возможность воде стекать через мелкие ячейки. В сите оставался ровный и тонкий слой волокнистой массы. Ее опрокидывали на гладкую доску. Доски с отливками укладывали в стопку одна на другую, связывали, а сверху клали груз. Под его тяжестью из отливок удалялись остатки воды. Окрепшие под прессом бумажные листы при помощи длинных медных игл снимали с досок и сушили на солнце или в теплом помещении. Бумажный лист, изготовленный по такой технологии, не походил на рыхлую лепешку. Это был материал более легкий, ровный, прочный и удобный для письма и менее желтый. [1, c.25]

В новейших исследованиях Цай Луню отводится роль рационализатора, сумевшего обогатить опыт многих безвестных мастеров и применить бумажном производстве, как новые растительные материалы, так и новую технику их обработки.

Как долго применялся предложенный Цай Лунем способ, трудно сказать. Известно, что китайские ремесленники неохотно вносили новшества в технику бумажного производства. Однако со временем кустарный способ изготовления бумаги был усовершенствован. Это происходило под влиянием всевозрастающего значения бумаги, роста спроса на нее. Увеличить выработку бумаги можно было только путем внедрения новейших орудий труда и технологических процессов, в особенности способов приготовления бумажной массы.

На старинных китайских гравюрах, запечатлевших процессы древнего производства бумаги, можно видеть печи с вмурованными котлами, в которых волокнистые материалы варили с добавками золы или гашеной извести. В бумажных мастерских каменную ступу заменила толчея. В ней волокнистое сырье измельчалось пестом, прикрепленным к рычагу. Рычаг приводился в движение ногой. Появился пресс для отжима воды из стопок бумаги. В бумажную массу стали вводить добавки в виде животного клея, который улучшал связь волокон в листе. Развитие бумажного производства поднималось с одной ступени на другую. [2, c.24]

На рубеже 2 и 3 веков новой эры бумага, изготовленная из растительных волокон, не считалась в Китае редким материалом. В 3 веке она полностью вытеснила из употребления деревянные дощечки, используемые для письма. Бумагу изготавливали определенного формата, цвета, веса, пропитывали специальными веществами, которые отпугивали вредных насекомых. Китайская бумага хранилась очень долго. С незапамятных времен в Китае существовал способ размножения текстов с помощью печаток. Первоначально оттиски делали на глиняных и бамбуковых дощечках, позже для этих целей стали использовать бумагу. Бумага позволяла расширить копирование рукописей священных книг. Из бумаги делали всевозможные украшения, зонты, веера, в нее заворачивали продукты, она вставлялась в окна.

В начале 9 века в Китае появились «летающие монеты» — бумажные деньги. Денежные знаки разного достоинства изготавливались на бумаге великолепной тонкой работы. На каждой ассигнации ставили свои имена и печати специально уполномоченные чиновники. Но законную силу ассигнация получала только после того, когда на ней появлялась большая красная печать хана. Уже в то время у китайцев существовал обычай: на бумаге воспроизводили символическое изображение денежных знаков, затем их сжигали в качестве приношений духам умерших предков.

В течение многих веков китайцы единолично владели секретами изготовления бумаги, оберегая тайны ремесла.

Рождение бумаги произвело в человеческом обществе глубокие перемены. Можно сказать, что бумага стала материальной основой всего, что создается умом человека. А между тем история и способы получения бумаги не совсем обычны и далеко не просты.

1.2 Путь распространения бумаги по странам и континентам

Историки называют разные даты появления бумаги в тех или иных местах. Если мысленно проследовать маршруты проникновения бумаги из Китая на Восток и Запад, то окажется, что во 2 веке новой эры она достигла Кореи. В Китайских хрониках упоминается, что ко двору китайских императоров в 3 веке присылали в качестве дани бумагу из Индокитая, изготовленную из местных материалов. На этом основании исследователи делают вывод, что Индокитае искусство выработки бумаги зародилось очень рано.

В 3 веке бумага через Корею двинулась к берегам Японии. Но развитие бумажного производства в Стране восходящего солнца началась в 610 г. Его связывают с именем одного корейского буддийского монаха, который научился бумажному делу в Китае и предложил свои услуги двору японского императора. На первых порах японцам, как свидетельствуют историки, не удавалось получать качественную бумагу. Но вскоре они нашли подходящее сырье. Это были местные кустарниковые растения породы шелковичных. В производстве бумаги японцы шли своим путем и со временем превзошли китайских мастеров. Японская бумага, изготовленная тысячу лет назад, сейчас сохраняет свои первоначальные свойства.

И также в 3 веке с бумагой познакомились народы Центральной Азии. В 7 веке стала известна в Индии, в 8 веке — в Западной Азии. В 10 столетии бумага дошла до Африки, в 12 — вступила в Европу, в 16 — ее уже знали в Америке. На Американском континенте бумага сперва появилась в Мексике, но позже, где-то в 17 веке возникло ручное производство бумаги на территории нынешних Соединенных Штатов Америки.

Арабы, образовавшие в 7−8 веках на завоеванных землях Азии, Африки и частично Европы обширное государство, построили с помощью пленных китайцев первую бумажную мастерскую в Самарканде. У арабов не было таких растительных материалов для изготовления бумаги, которыми пользовались китайцы и японцы. Они стали делать бумагу из тряпья (хлопка). Ее использовали для книг.

Новшества, внесенные арабами в бумажное производство, способствовали успешному его развитию. Так, арабы первыми подметили, что растирать бумажную массу практичнее, чем толочь ее в ступе пестом. Для растирания были приспособлены мельничные жернова. Вращая жернова, можно было сравнительно быстро приготовить достаточное количество массы для формирования бумажных листов.

Сначала жернова вращали вручную, потом — с помощью домашнего скота, а позже заставляли работать силу воды. Новый способ размола сырья для бумаги оказался настолько прогрессивным, что его переняли во всех странах, где были бумажные мастерские (наз. бумажными мельницами).

Арабский халифат поддерживал обширные связи с внешним миром, вел активную торговлю, развивал промышленность и ремесла, поощрял деятельность ученых. Государству были нужны образованные, знающие люди, способные помогать управлять завоеванными землями. Этого нельзя было достичь, не развивая письменность. Наместник багдадского халифа в Самарканде получил приказ доставить китайских мастеров в столицу — город Багдад. Вскоре и здесь начали изготавливать бумагу. Искусство бумажного производства освоили Дамаск, Триполи. Возникли мастерские в Йемене, Египте, Марокко.

Первой в Европе начала делать бумагу Испания, переняв искусство изготовления бумаги у своих завоевателей — арабов. Датой появления бумаги в Испании называют 1150 г., когда в городе Касатива (Шатива) была основана бумажная мельница. Изготовлением бумаги занимались и другие города. Высоким качеством славилась Валенсия и Толедо. Сначала бумагу вырабатывали из хлопка. Потом ее стали делать из очесов, ветхого белья, спорков, старых канатов и парусов.

Дальнейшее продвижение бумаги пошло через Италию в 1154 г. Портовый город Фабриано стал центром итальянского производства бумаги. Итальянские бумажники оказались искусными мастерами. Они значительно облегчили способы изготовления бумаги, применив для превращения волокнистого сырья в кашицеобразную массу так называемые толчеи. Толчея представляла собой простейшее устройство. Ею могло служить толстое бревно с выдолбленными в нем углублениями, каменное корыто, вместительный чан. Их заполняли предварительно измельченными и разваренным тряпьем, добавляли воду и толкли деревянным, окованными железом пестами. Песты приводились в движение деревянным валом с кулачками от колеса водяной мельницы. Такие устройства в различных вариантах бумажники многих стран применяли почти до конца 18 века.

Древним итальянцам принадлежат и другие важные усовершенствования техники и технологии изготовления бумаги. Они, например, ввели в практику проклейку бумаги животным клеем, чем повысили ее прочность, улучшили потребительские свойства: проклеенная бумага не пропускала чернил, краски.

После тщательной отделки на бумаге на просвет можно было различить следы нитей сита. Основываясь на этом свойстве, на европейской бумаге с конца XIII века стали делать филиграни (от итал. «filigrana» — водяной знак на бумаге), которые были следом плоской фигуры, закрепленной на сите. [9]

Продолжая шествовать по Европе, бумага завоевывала все новые и новые страны. В 1300 г. ее начала изготавливать Венгрия, в 1390 г. — Германия, в 1494 г. — Англия, в 1565 г. — Россия. В 1586 г. бумажное производство основано в Голландии, в 1698 г. — в Швеции. Мы видим, что бумага приходит из одной страны в другую через равные промежутки времени, примерно через 50−100 лет и значение бумаги росло. [2, c.42]

Последующие несколько веков привели к такому прогрессу в производстве бумаги, что открылась возможность использовать ее не только как материал для письма.

1.3 Совершенствование производства бумаги

Бумажное производство совершенствовалось и постепенно механизировалось. Старые бумажники говорили: «Бумага делается в ролле» . На языке специалистов это означает, что высококачественную бумагу можно выработать только из хорошо размолотой волокнистой массы. Такую массу приготавливают в ролле. Сквернюков П. Ф. Слово о бумаге. М.: Московский рабочий, 1980 — с. 60

Ролл — голландское изобретение. Первоначально его и называли голлендером. Он появился около 1670 г., и долгое время за пределами Голландии о нем ничего не знали. Голландцы боялись, что секрет их машины станет известен другим, что те научатся делать такую высококачественную бумагу, какую вырабатывают они. Единолично владея роллом, голландцы могли не опасаться конкуренции на рынках сбыта бумаги. Тайна устройства ролла строжайше оберегалась.

Ролл оказался поистине чудо-машиной. Он укорачивал тряпки, растирал и разрывал их и в то же время перемешивал с водой размельченное сырье. Все эти процессы происходили в небольшой, сделанной из прочного материала ванне, разделенной перегородками на два канала. В одном из них вращался тяжелый барабан с ножами. На дне ванны под барабаном также были укреплены ножи. В ванне создавалось непрерывное движение воды и тряпья. Попадая в зазор между ножами, тряпье раздиралось на мелкие кусочки. Цикл продолжался до тех пор, пока тряпки не превращались в тончайшие волоконца. Полученная таким способом бумажная масса отличалась от бумажной массы, приготовленной в толкушах, лучшим качеством. Один ролл приготавливал столько бумажной массы, сколько ее делали несколько толкуш.

Как ни старались голландцы сохранить секрет своего изобретения, тайна все же стала явной. Французским предпринимателям удалось сманить из Голландии сведущего специалиста. Он построил во Франции точную копию размалывающего механизма. Вскоре роллы появились на многих французских бумажных мельницах. В конце XVII века они работали на бумажных мельницах почти во всех странах, имевших бумажное производство.

С годами конструкция ролла совершенствовалась, В то же время на бумажных предприятиях появлялись новые размалывающие машины — быстроходные и экономичные. Бумажники охотно брали их на вооружение, но и с роллами расставаться не спешили. Так ролл дожил до наших дней.

Для технологии бумаги были сделаны важные открытия в Германии. Немцы придумали состав для смоляной проклейки бумаги. Но проклейка ручной бумаги совершается всегда в листах животным клеем — костяным или мездряным. Клей разводится большим количеством воды, к нему прибавляется немного квасцов, чтобы он не загнивал, и в этот раствор погружают листы, отжимают из них лишний клей и высушивают. [11]

В начале 1800-ых годов, хлопковая ткань и волокна зерновых культур, такие как полотно, были первичным источником для волокон, из которых производили бумагу. Увеличенный спрос на книги и материала для письма означало, что поставка льняных тканей, из которых производили бумагу, не могла поспеть за увеличением спроса на бумагу. Изготовители должны были найти дополнительный ресурс или сырье, для бумажного производства, что, в конечном счете, привело к перемещению интереса в производстве бумаги от полотна к древесной мякоти.

Следует сказать, что не человек первым начал делать из древесины — ее «изобретателями» были некоторые виды ос. Они строят свои гнезда так: рабочие осы весною сгрызают молодые зеленые побеги деревьев, пережевывают их и при этом отделяют волокна (клетчатку). В слюне ос есть клей, и таким образом получается клейкая масса, состав которой тот же, что и бумаги. Открытие нового способа принадлежало саксонскому ткачу Ф. Дж. Келлеру в 1845 г. Свои опыты Келлер начал в 1840 г. Как-то он заметил, что деревянная ручка топора, случайно прижатая к каменному кругу ручного точила, поддалась истиранию. Келлер стал стачивать доску. В корытце под точильным камнем остался сгусток серо-желтой массы. Келлер собрал ее в сосуд и разбавил водой. При взбалтывании часть густой жидкости пролилась на скатерть. Образовалось расплывчатое пятно. Келлер хотел удалить его, но увидел, что вода впиталась и на скатерти остался тонкий слой волокна. Подождав, пока масса немного затвердеет, Келлер аккуратно снял волокнистое образование и высушил его между прокладками. Получилось нечто похожее на бумажную отливку. Этот случай убедил Келлера в том, что из дерева можно делать бумагу. Он все делал сам из подручных средств — сам смастерил ванну, для древесной массы, сам приспособил к ней точильный камень, приладил устройство для прижима к камню заготовок древесины. Но Келлера ждало разочарование. Бумага из дерева оказалась грубой, жесткой, ломкой. Она не годилась ни для письма, ни для хозяйственных надобностей. Однако неудача не сломила воли изобретателя. Он продолжал опыты. Однажды он добавил к древесной массе тряпичную массу. Смешав два этих материала, он получил хорошую прочную бумагу. Изобретатель понял, что короткие, хрупкие и жесткие волокна древесной массы не могут самостоятельно образовать бумажный лист достаточной прочности. Тряпичные волокна, более длинные и эластичные, переплелись с древесными и создали надежную структуру. Документы, написанные на тряпичной бумаге, были значительно более устойчивыми. На точиле, впоследствии получившем название ручного дефибрера, Келлер изготовил за три дня работы 100 кг древесной массы, из которой при небольших добавках тряпичных волокон сделал шесть стоп бумаги. [5]

В 1799 году французом Луи Робером изобрел машину, которая имела на деревянной станине чан с бумажной массой, над которой на двух валиках была натянута медная сетка. На эту сетку с помощью черпального колеса, изготовленного из тонких медных полос, подавалась бумажная масса, растекающаяся равномерно по сетке; вода опять возвращалась в чан, а на сетке образовывалось влажное полотно, которое уплотнялось и далее обезвоживалось между двумя валиками, обтянутыми сукном. Влажное бумажное полотно наматывалось на приёмный валик, а затем разматывалось и сушилось на воздухе. Производительность этой машины была около 100 кг бумаги в сутки.

Еще до того как Фридриху Келлеру пришла мысль применить ручное точило для истирания древесины, ученые изучали возможность изготовления бумажной массы из древесного сырья химическими способами. Первые такие опыты проводились в 1819 г.

Известно, что какую бы часть растения ни рассматривай под микроскопом, везде будут видны мельчайшие, прочно соединенные между собой ячейки — клетки. Из них и состоит растительный организм. Поверхность клеток представляет собой их своеобразную одежду — клеточную оболочку, сотканную из множества тончайших волоконцев. Это и есть клетчатка — целлюлоза, высокомолекулярный углевод.

Целлюлоза — это как бы каркас растительного организма, его опорная внутренняя конструкция, на которой крепятся вещества, составляющие твердую часть растения, такие, как лигнин, гемицеллюлозы, жиры, смолы, воск, белки и др. Естественно, такой конструкционный материал должен обладать высокой прочностью.

У целлюлозы завидная прочность. Волокна льна, например, больше чем вдвое превосходят прочность железа. Целлюлоза обладает и другими очень важными качествами. Ее волокна мягки и гибки, что придает бумаге эластичность и другие незаменимые свойства.

На протяжении многих лет считалось, что получать целлюлозу из древесины лучше всего сульфитным способом, т. е. в растворе слабой сернистой кислоты, основанием которой могут быть соли кальция, магния или аммония. При таком способе не нужно превращать отработанные продукты производства в исходные продукты процесса, можно обходиться дешевыми химикатами и при всем этом вырабатывать целлюлозу не темного, а светлого цвета без улучшенной отбелки. Но сначала документы, написанные на тряпичной бумаге, были значительно более устойчивыми. Использование некислых добавок, чтобы сделать бумагу стали более распространенным, и стабильность этих бумаг была гораздо выше. [2, c.87]

Химия не только позволила выделить из древесины ее наиболее ценное вещество — целлюлозу, но и помогла обработать и облагородить этот полуфабрикат, открыла дорогу для самого широкого его использования. С помощью таких химических реагентов, как двуокись хлора, перекись водорода, соединений, полученных в результате комбинирования кислорода и щелочи, целлюлозе придают ту или иную степень белизны, прочности, изготавливают из нее разные виды и сорта бумаги. Благодаря химии целлюлоза стала универсальным исходным материалом для множества непохожих одна на другую вещей — искусственных тканей, мехов, кож, пластмасс, пленок. Из целлюлозы изготавливают продукцию 60 тыс. наименований. Ее используют все отрасли народного хозяйства. [7]

Первая бумагоделательная машина в России была изготовлена русскими мастерами на Петербургском литейном заводе и в 1916 году пущена в работу на Петергофской бумажной фабрике.

Лучшая древесная масса получается из свежесрубленных хвойных деревьев, преимущественно из ели, пихты, сосны, и из лиственных (осины).

Глава 2. Современное производство бумаги

2.1 Технология изготовления бумаги сегодня

Конечно, за многие столетия развития бумажного производства, технология изготовления бумаги претерпела значительные изменения, хотя принципы формирования бумажного полотна не изменилось. Революционным явилось изобретение мелованной бумаги — покрытия бумажной основы специальной пастой на основе каолина.

Каждому лесопромышленному комплексу, каждому целлюлозно-бумажному комбинату выделены определенные лесные массивы, так называемые сырьевые базы. Эти лесные кладовые и обеспечивают предприятия древесным сырьем на многие годы. Обычно сырьевые базы находятся в постоянной и непрерывной эксплуатации. В зоне заготовок на месте срубленных деревьев чаще всего сажают молодняк. Он вырастает к тому времени, когда в сырьевой базе начинают иссякать запасы старой древесины. Прибавляется лес и за счет естественного возобновления.

Древесина поступает на целлюлозно-бумажные предприятия, как правило, издалека. Лишь немногие предприятия имеют сырьевые базы поблизости. Лес сплавляется по рекам и озерам в плотах, связанных из пучков бревен, доставляется на предприятия на самоходных баржах, судах, называемых лихтерами. Широко практикуется доставка древесины в любое время года по железной дороге. Возят ее из ближайших леспромхозов и автомобильным транспортом — мощными тягачами-лесовозами. На целлюлозно-бумажные предприятия доставляется древесное сырье в виде щепы в специальных щеповозах. Щепу получают из древесных отходов на месте рубки леса или на деревообрабатывающих предприятиях.

Из воды, судов, вагонов древесину выгружают, укладывают в штабеля и подают на распиловку специальные краны — портальные, кабельные, козловые, мостовые. На бирже работают мотовозы, бульдозеры, тракторы, лесотаски.

Связки длинных бревен, поднятых краном либо из воды, либо из штабеля, поступают на разделочный стол. Рассортированные на площадке стола бревна, увлекаемые по одному захватами транспортера, движутся одно за другим в горизонтальном положении к мощным циркуляционным пилам распиловочного узла, называемого слешером. В одно мгновение пилы разделывают бревна на стандартные (1,2 м, 1,5 м) отрезки — балансы. Те скатываются со слешера на другой движущийся конвейер и попадают в огромный вращающийся металлический барабан, где древесина проходит гигиеническую обработку. Балансы трутся друг о друга и о жесткие ребра барабана и освобождаются от коры и грязи. Снятая с древесины кора проваливается в щели между ребрами барабана, отвозится в отвал, а затем сжигается в топке котла. Полученная тепловая энергия используется для производственных целей. Освобожденные от коры балансы прямо из окорочного барабана подаются по конвейеру в рубительные машины. Их назначение — измельчать кругляк в мелкую щепу. [7]

У рубительной машины 10−16 острых ножей-пластин, укрепленных на стальном тяжелом диске. Диск вращается с огромной скоростью и делает до 7 тысяч отрубов в минуту. Чтобы изрубить толстый полутораметровый, отрезок бревна, машине нужно всего 2−3 секунды. Получается щепа длиной примерно 15 мм, шириной 25 мм и толщиной 5 мм. Дальнейший путь щепы — в котел. По ленточному транспортеру подается на варку. Варят целлюлозу в котлах непрерывного и периодического действия. Агрегаты работают круглосуточно, без остановок. Непрерывным способом вырабатывают преимущественно сульфатную целлюлозу для технических видов бумаги и картона. В стационарных вертикальных котлах периодического действия получают сульфитную целлюлозу. Она идет на изготовление печатных видов бумаги — типографской, офсетной, для глубокой печати.

Крепкая варочная кислота, горячий пар и высокое давление энергично наступают на лигнин, прочно скрепляющий в древесине растительные волокна, и растворяют его. При этом древесина теряет больше половины своего веса. Освобожденные от лигнина волокна образуют волокнистую массу — целлюлозу. [2, c.91]

Ниже кратко описан процесс производства наиболее распространенного вида бумаги — мелованной.

Отливка бумаги

Предварительно приготовленная целлюлозная масса наносится на сетку бумагоделательной машины через набор сопел, каждое из которых имеет управляемую подачу. В этот момент в смеси содержится только 5−7% целлюлозы и 93−95% воды. По мере прохождения сетки через машину, вода удаляется и формируется бумажное полотно. Отсюда возникли понятия «лицевой» и «сеточной» стороны бумаги. На наиболее современных бумагоделательных машинах применяется «двухсеточная» система формирования полотна — целлюлозная масса подается между двух сеток и применяется вакуумная система сушки. Таким образом, бумажное полотно имеет две практически идентичные стороны.

Каландрирование

Следующим этапом производства является каландрирование. Каландры прессуют бумагу, сушат её и придают полотну гладкость. Именно в этот момент полотно и становится бумагой. От степени каландрирования зависят две характеристики бумаги: пухлость и непрозрачность. Чем более спрессована бумага, тем она менее пухлая и менее непрозрачная. С другой стороны, при малой степени каландрирования, сильно страдает гладкость бумаги. Поэтому, при производстве высококачественной мелованной бумаги очень важен баланс между гладкостью основы и непрозрачностью. Особенно важен этот баланс для тонких бумаг, где количество наносимого мела сравнимо с содержанием собственно целлюлозы.

Мелование

Большинство современных мелованных сортов бумаги покрыты двумя или тремя слоями мела. Меловое покрытие придает бумаге дополнительную гладкость. Кроме того, меловое покрытие делает бумагу мелкопористой, что в конечном счёте приводит к тому, что при печати оттиск имеет более яркие краски по сравнению с печатью на офсетной бумаге без покрытия. Более детально о пористости бумаги будет рассказано ниже.

Обычно бумагу мелуют в три приема: первый тонкий слой мела наносят прямо в бумагоделательной машине, в то время, как остальные два слоя наносят на отдельной машине. Такая технология имеет несколько преимуществ. Во-первых, первый слой мела наносится на влажную основу, что увеличивает прочность покрытия. Во-вторых, этот первый слой является своего рода «грунтовкой», на которую последующие слои ложатся значительно равномернее.

Основное мелование происходит на отдельной установке. Меловая паста может наноситься на бумагу двумя способами: либо наливаться на поверхность с последующим выравниванием ножом (шабером), либо напыляться с помощью ряда форсунок. Последний метод предпочтителен, так как он дает большую равномерность нанесения мела по всей ширине полотна.

Финальное каландрирование или отделка

Мелованная бумага приобретает свои поверхностные свойства после каландрирования. Процесс практически полностью аналогичен каландрированию бумаги-основы. Отличие состоит в том, что, в зависимости от производимого сорта — глянцевой или матовой бумаги, — применяют тот или иной набор валов. Наиболее современные фабрики оснащены так называемыми «Янус-каландрами». В отличие от суперкаландра, рассмотренного выше, «Янус-каландр» позволяет регулировать усилие прижима каждого вала. Кроме того, каждый вал покрыт пластиком, что делает каландрирование более «мягким». С помощью «Янус-каландра» достигается лучший компромисс между гладкостью и пухлостью бумаги. Если же требуется получить тиснёную бумагу, то делают еще одно каландрирование между специальными профильными валами.

Перемотка

В зависимости от ширине бумагоделательной машины, готовое полотно имеет ширину от 2,5 до 9 метров и длину в несколько километров. Такой рулон обычно называют «тамбур». Поскольку листорезательные линии не могут резать такие широкие рулоны, бумагу перематывают на более узкие ролики, в зависимости от требуемых форматов листов. Фабрики стараются компоновать заказы так, чтобы сумма ширин маленьких рулонов была максимально близка к ширине тамбура. В противном случае, остается так называемый «спутник» нестандартного формата.

Резка и упаковка

Большинство мелованной бумаги поставляется в листах, причем упакованных в пачки. Такая упаковка максимально защищает бумагу от внешних воздействий при хранении и транспортировке. Как правило, бумажные фабрики оснащены наиболее современным и точным резальным оборудованием. Тем не менее, часть глубокой печати или ротационной офсетной печати с горячей сушкой (HSWO). Применение подобной бумаги для листовой офсетной печати может вызвать проблемы. [15, c.3−5]

Прогресс не стоит на месте. Как видим, все части бумагоделательной машины были усовершенствованы, увеличена ширина полотна, стали применятся суперкаландры, обеспечивающие более ровную гладкую поверхность и глянец. Бумага сегодня — это самый многофункциональный материал.

2.2 Особенность структуры и свойств бумаги

Бумага является важнейшим полиграфическим материалом и отвечает всем технологическим, потребительским и экономическим требованиям, предъявляемым к таким материалам. Иными словами, правильно подобранная бумага обладает комплексом свойств, определяющих качество данной полиграфической продукции в соответствии с условиями ее использования.

Бумага различается по толщине или по массе одного квадратного метра (г/м²). По принятой классификации масса 1 м² печатной бумаги может составлять от 40 до 250 грамм. Более 250 г/м² — это уже картон. [3, c.4]

Печатные свойства бумаги — это свойства, определяющие ее поведение до печати (т.е. прохождение через бумагопроводящую систему печатной машины), во время печати (взаимодействие бумаги с печатной краской и процесс закрепления изображения) и после печати (операции фальцовки, брошюровки, подрезки, а также эксплуатационные характеристики готовой продукции). Показатели качества бумаги, определяющие ее печатные свойства, могут объединены в следующие группы:

геометрические: гладкость, толщина и масса 1 м², плотность и пористость;

оптические: белизна, непрозрачность, лоск (глянец);

показатели однородности структуры бумаги: равномерность просвета, разносторонность;

механические (прочностные и деформационные): прочность поверхности к выщипыванию, разрывная длина или прочность на разрыв, прочность на излом, влагопрочность, мягкость и упругость при сжатии и т. д.;

сорбционные: гидрофобность — стойкость к действию воды, впитывающая способность растворителей печатных красок.

Все эти показатели имеют тесную зависимость друг от друга. Степень их влияния на оценку свойств бумаги различна для различных способов печати.

Бумагу часто классифицируют по степени отделки поверхности. Это может быть бумага без отделки — матовая, бумага машинной гладкости и глазированная (иначе каландированная) бумага, которую дополнительно обрабатывали в суперкаландрах для придания ей высокой плотности и гладкости.

Структурные и геометрические свойства

Гладкость характеризует состояние поверхности бумаги, обусловленное механической отделкой, и определяет внешний вид бумаги — шероховатая бумага, как правило, на вид малопривлекательна. Гладкость важна для писчих видов бумаги, для печатных бумаг, а также при склейке бумаги.

Кроме того, гладкость бумаги, то есть микрорельеф, микрогеометрия ее поверхности определяет «разрешающую способность» бумаги — ее способность передавать без разрывов и искажений тончайшие красочные линии, точки и их комбинации. Это одно из важнейших печатных свойств бумаги. Чем выше гладкость бумаги, тем лучше контакт между ее поверхностью и печатной формой, тем меньшее давление нужно приложить при печатании и тем выше качество изображения. Гладкость бумаги определяется в секундах с помощью пневматических приборов или с помощью профилограмм, дающих наглядное представление о характере поверхности бумаги. Различные способы печати предъявляют к бумаге различные требования по гладкости. Так каландрированная типографская бумага должна иметь гладкость от 100 до 250 сек., а офсетная бумага той же степени отделки может иметь гладкость гораздо ниже — 80−150 сек. Бумага для глубокой печати отличается повышенной гладкостью, которая составляет от 300 до 700 сек. Газетная бумага не может быть гладкой в силу высокой пористости. Существенно улучшает гладкость поверхности нанесение любого покровного слоя — будь то поверхностная проклейка, пигментирование, легкое или простое мелование, которое, в свою очередь, может быть различным: односторонним и двухсторонним, однократным, многократным и т. д.

Поверхностная проклейка — это нанесение на поверхность бумаги тонкого слоя проклеивающих веществ (масса покрытия составляет до 6 г/м²) с целью обеспечения высокой прочности поверхности бумаги, предохраняющей ее от выщипывания отдельных волокон липкими красками, а также для уменьшения деформации бумаги при увлажнении для обеспечения точного совпадения красок в процессе многокрасочной печати. Особенно это важно для офсетной и литографской печати, когда бумага подвергается увлажнению водой в процессе печати.

Пигментирование и мелование бумаги отличается только массой наносимого покрытия. Так считается, что масса покровного слоя в пигментированных бумагах не превышает 14 г/м², а в мелованных бумагах достигает 40 г/м². Меловой слой отличается высокой степенью белизны и гладкости. Высокая гладкость — одна из наиболее важных характеристик мелованных бумаг. Их гладкость достигает 1000 сек. и более, а высота рельефа не превышает 1 мкм. Показатель гладкости не только обеспечивает оптимальное взаимодействие бумаги и краски, но улучшает оптические свойства поверхности, воспринимающей красочное изображение. Высокая гладкость мелованной бумаги позволяет вести печать с хорошей пропечаткой при малых толщинах красочного слоя.

Обратной величиной гладкости является шероховатость, которая измеряется в микрометрах. Она напрямую характеризует микрорельеф поверхности бумаги. Как правило, в технических спецификациях бумаги указывают одну из двух этих величин.

Важной геометрической характеристикой бумаги, наряду с толщиной и массой 1 м², является пухлость. Она характеризует степень спрессованности бумаги и очень тесно связана с такой оптической характеристикой, как непрозрачность. Т. е., чем пухлее бумага, тем она более непрозрачна при равном граммаже. Пухлость измеряется в см³/г. Пухлость печатных бумаг колеблется, в среднем, от 2 см³/г (для рыхлых, пористых) до 0,73 см³/г (для высокоплотных каландрированных бумаг).

Пористость непосредственно влияет на впитывающую способность бумаги, т. е. на ее способность воспринимать печатную краску и вполне может служить характеристикой структуры бумаги. Бумага является пористо-капиллярным материалом, при этом различают макро — и микропористость. Макропоры, или капилляры, — мельчайшие пространства неопределенной формы, пронизывающие покровный слой мелованных бумаг, а также образующиеся между частичками наполнителя или между ними и стенками целлюлозных волокон у немелованных бумаг. Капилляры есть и внутри целлюлозных волокон. Все немелованные, не слишком уплотненные бумаги, например, газетная — макропористые. Общий объем пор в таких бумагах достигает 60% и более, а средний радиус пор составляет около 0,16−0,18 мкм. Такие бумаги хорошо впитывают краску, благодаря своей рыхлой структуре, т. е. сильноразвитой внутренней поверхности. [3, c.5]

Мелованные бумаги относятся к микропористым, иначе капиллярным бумагам. Они тоже хорошо впитывают краску, но уже под действием сил капиллярного давления. Здесь пористость составляет всего лишь 30%, а размер пор не превышает 0,03 мкм. Остальные бумаги занимают промежуточное положение. [15, c.5−6]

Механические свойства

Механическая прочность — одно из основных и важнейших свойств большинства видов бумаги и картона. Стандарты на печатные виды бумаг предусматривают определенные требования к механической прочности на разрыв. Эти требования определяются возможностью выработки на современных быстроходных машинах печатных видов бумаги без обрывов, с последующим пропуском ее через быстроходные перемотно-резательные станки и с дальнейшим ее использованием на печатных машинах. Достаточная механическая прочность бумаги должна обеспечивать безостановочную работу печатных машин на полиграфических предприятиях.

В бумажной промышленности сопротивление бумаги разрыву принято характеризовать показателями разрывного груза или разрывной длиной бумаги. Обычная бумага, изготовленная на буммашине, характеризуется различными показателями прочности в машинном и поперечном направлении листа. В машинном направлении она больше, поскольку именно так ориентированы волокна в готовой бумаги. [3, c.6]

Прочность бумаги на разрыв зависит не от прочности отдельных компонентов, а от прочности самой структуры бумаги, которая формируется в процессе бумажного производства. Это свойство характеризуется обычно разрывной длиной в метрах или разрывной длиной в метрах или разрывным усилием в ньютонах. Так, для более мягких типографских бумаг разрывная длина составляет не менее 2500 м, а для жестких офсетных это величина возрастает уже 3500 м и выше.

Показатель сопротивления излому тоже является одним из существенных показателей, характеризующих механическую прочность бумаги. Он зависит от длины волокон, из которых образована бумага, от их прочности, гибкости и от сил связи между волокнами. Поэтому наиболее высоким сопротивлением излому отличается бумага, состоящая из длинных, прочных, гибких и крепко связанных между собой волокон. Для печатных видов бумаги это наиболее значимый показатель вследствие их использования в процессе переплетно-брошюровочных работ полиграфического производства.

Показатель качества, как сопротивление продавливанию, вряд ли можно отнести к числу основных. По действующим стандартам он предусматривается для весьма ограниченного количества видов бумаги, но большое значение этот показатель имеет для упаковочно-оберточных бумаг. Этот показатель в некоторой степени связан с показателями разрывного груза бумаги и удлинения ее при разрыве.

Для некоторых видов бумаги и картона показатель сопротивления поверхности к истиранию является одним из критериев, определяющих потребительские свойства материала. Это относится к чертежно-рисовальным и картографическим видам бумаги, которые допускают возможность удаления написанного, нарисованного или напечатанного путем подчистки резинкой, лезвием бритвы или ножа без лишнего повреждения поверхности. При этом подобная бумага должна сохранять удовлетворительный внешний вид после повторного нанесения текста или рисунка на стертом месте.

Удлинение бумаги до разрыва, или ее растяжимость, характеризует, как несложно догадаться, способность бумаги растягиваться. Это свойство особенно важно для упаковочной бумаги, мешочной бумаги и картона для производства штампованных изделий (бумажные стаканы), для основы парафинированной бумаги, применяемой для автоматической завертки конфет (так называемой карамельной бумаги).

Мягкость бумаги связана с ее структурой, т. е. с ее плотностью и пористостью. Так, крупнопористая газетная бумага может деформироваться при сжатии до 28%, а у плотной мелованной бумаги деформация сжатия не превышает 6−8%. Для высокой печати важно, чтобы эти деформация были полностью обратимыми, т. е. чтобы после снятия нагрузки бумага полностью восстанавливала первоначальную форму. В противном случае на оттиске видны следы оборотного рельефа, свидетельствующие о том, что в структуре бумаги произошли серьезные изменения. Если же бумага предназначена для отделки тиснением, то целью становится, наоборот, остаточная деформация, а показателем качества является ее необратимость, иначе — устойчивость рельефа тиснения.

Увеличение размеров увлажненного листа бумаги по его ширине и длине, выраженное в процентах по отношению к первоначальным размерам сухого листа, называется линейной деформацией при увлажнении. Значения деформации бумаги при намокании и остаточной деформации являются важными показателями для многих видов бумаги (для офсетной, диаграммной, картографической, для основы фотоподложки, для бумаги с водяными знаками). Высокие значения этих показателей приводят к несовмещению контуров красок при печати и, как следствие, к получению качественной печати. Однако следует отметить, что в ГОСТе заложены очень жесткие условия испытаний (намокание калиброванной полоски бумаги в течение определенного времени), использование которых для большинства печатных видов бумаги нецелесообразно. Европейские нормы предполагают использование термина «влагорасширение», определяющего изменение линейных размеров полоски бумаги при изменении влажности воздуха от 30 до 80%.

Бумаги, предназначенные для плоской печати, должны иметь минимальную деформацию при увлажнении, т.к. по условиям технологии печатного процесса они соприкасаются увлажненными поверхностями.

Бумага — материал гигроскопичный: при увеличении влажности ее волокна набухают и расширяются — главным образом по диаметру. Бумага теряет форму, коробится и морщится, а при высушивании происходит обратный процесс: Бумага дает усадку, в результате чего меняется формат. Повышенная влажность резко снижает механическую прочность бумаги на разрыв, бумага не выдерживает высоких скоростей печатания и рвется. Изменение влажности бумаги в процессе многокрасочной печати приводит к несовмещению красок и нарушению цветопередачи. [14, c.34−36]

Оптические свойства бумаги

Оптическая яркость — это способность бумаги отражать свет рассеянно и равномерно во всех направлениях. Высокая оптическая яркость для печатных бумаг весьма желательна, т.к. четкость, удобочитаемость издания зависит от контрастности запечатанных и пробельных участков оттиска.

При многокрасочной печати цветочная точность изображения, ее соответствие оригиналу возможны только при печатании на достаточно белой бумаге. Для повышения оптической яркости в дорогие высококачественные бумаги добавляют так называемые оптические отбеливатели — люминофоры, а также синие и фиолетовые красители, устраняющие желтоватый оттенок, присущий целлюлозным волокнам. Этот технологический прием называют подцветкой. Так, печатные бумаги с содержанием древесной массы должны иметь оптическую яркость не менее 72%, а вот газетная бумага может быть не слишком белой: для нее этот показатель составляет в среднем 65%.