Бумага играет большую роль в нашей жизни. Бумага применяется для письма и печати, в отделочных материалах, для упаковывания, для производства денег и др. Из чего же делают бумагу?
Бумага — это волокнистый материал с минеральными добавками. Представлен в виде листов для письма, рисования, упаковки и прочего, получаемый из целлюлозы: растений, а также вторсырья (тряпья и макулатуры).
Начиная с 1803 года в производстве бумаги используются бумагоделательные машины.
Производство бумаги
Для приготовления бумаги нужны растительные вещества, обладающие достаточно длинным волокном, которые, смешиваясь с водой, дадут однородную, пластичную, так называемую бумажную массу. Полуфабрикатами для производства бумаги могут служить:
- древесная масса или целлюлоза;
- целлюлоза однолетних растений (соломы, тростницы, конопли, риса и других);
- полуцеллюлоза;
- макулатура;
- тряпичная полумасса;
- для специальных видов бумаги: асбест, шерсть и другие текстильные волокна.
Производство бумаги состоит из нескольких процессов:
- Приготовление бумажной массы (размол и смешение компонентов, проклейка, наполнение и окраска бумажной массы);
- Выработка бумажной массы на бумагоделательной машине (разбавление водой и очистка массы от загрязнений, отлив, прессование и сушка, а также первичная отделка);
- Окончательная отделка (каландирование, резка);
- Сортировка и упаковка.
При размоле волокнам придают необходимые толщину и физические свойства.
Чтобы сделать бумагу пригодной для письма и придать ей гидрофобные свойства, в бумажную массу вводят канифольный клей, парафиновую эмульсию, глинозём и другие способствующие слипанию вещества (так называемая проклейка).
Для повышения связи между волокнами и увеличения механической прочности и жёсткости добавляют крахмал, животный клей. Для увеличения прочности бумаги во влажном состоянии — смолы.
Для повышения белизны, гладкости, мягкости и непрозрачности, а также улучшения печатных свойств бумаги вводят минеральные наполнители (каолин, мел, тальк).
Для придания цвета и повышения белизны - анилиновые (реже минеральные) красители. Некоторые виды бумаги, например, впитывающие и электроизоляционные, вырабатываются без проклейки и наполнения.
Бумага из конопляной массы и рисовая бумага белее бумаги из древесной целлюлозы, поэтому зачастую не требует дополнительного химического отбеливания волокон.
Более подробно про процесс изготовления бумаги показано в видео ролике:
В наши дни бумагу изготавливают во всем мире. Ежедневно мы используем ее, когда читаем газеты, журналы и книги, дети обучаются в школе по учебникам из бумаги, пишут в тетрадях, выполненных из этого же материала.
Список можно продолжать бесконечно, но кому же мы обязаны ее появлением? Кто и когда придумал бумагу?
Когда была изобретена бумага?
По общепринятой версии, бумага была изобретена в 105 году нашей эры. Однако сам материал для письма возник задолго до этого. Одной из самых ранних письменных принадлежностей в истории человечества был папирус, который жители Древнего Египта изготавливали из растения семейства осоковых.
Сегодня в музеях, посвященных египтологии, можно увидеть старинные иконографии с изображением папируса, датируемые III тысячелетием до нашей эры. Впоследствии для письма использовали шелковые ткани, производимые из бракованных коконов шелкопряда, а затем – пеньку, которую делали из конопляных волокон.
В 105 году произошел настоящий прорыв в бумажной индустрии, благодаря которому весь мир получил возможность писать на бумаге.
Кто изобрел бумагу?
Создателем бумаги стал китайский евнух Цай Лунь, служивший при императоре из династии Хань. Будущий изобретатель родился в городе Гуйян (ныне – Лэйян), в 75 году поступил в императорский дворец, а в 89 году получил должность в учреждении, которое занималось перезарядкой оружия.
К тому времени документы в Китае писались на бамбуке или костях животных. Они имели большой вес и были неудобными для перевозки, поэтому в стране появилась необходимость придумать что-нибудь более легкое. Правда, был еще шелк, но стоил он дорого и по определению не мог получить широкое распространение. По этой причине изобретение Цай Луня пришлось весьма кстати.
Существует легенда, что вдохновение для создания бумаги евнух обрел во время наблюдения за бумажными осами. Эти насекомые способны самостоятельно делать материал, похожий на бумагу, путем пережевывания древесных волокон и смачивания их своей клейкой слюной.
Историки не исключают, что на самом деле бумагу изобрел кто-то из более низких слоев общества, а Цай Лунь лишь присвоил себе результаты его труда. Как бы там ни было, но в 105 году евнух представил свое изобретение императору Хэ-ди, за что получил наивысшую похвалу.
Как была изобретена бумага?
В соответствии с китайскими летописями, чтобы получить бумагу, Цай Лунь использовал в своей работе древесную золу, пеньку, волокна тутового дерева и старье тряпье. Все ингредиенты он тщательно измельчил и перемешал с водой.
Дополнительно изобретатель создал специальное приспособление в виде деревянной рамки с бамбуковым ситом внутри, на которое выложил полученную смесь и выставил для просушки на солнце. Затем высушенный материал был разглажен камнями. В итоге получились тонкие, плотные листы, на которых было удобно делать записи.
С течением времени процесс был запущен в массовое производство. Бумагу изготавливали на водяных мельницах, но перед просушкой на солнце клали под пресс и подвергали сильному сжатию. В некоторых случаях в чаны с бумажным сырьем добавляли клей, благодаря чему при письме на таких листах чернила не растекались.
Древняя бумага была не совсем качественной и включала в себя цельные древесные волокна и даже кусочки тряпок, однако со временем китайская технология изготовления была усовершенствована и получила признание во всем мире.
Когда бумага попала в другие страны?
Распространение бумаги за пределы Китая продвигалось достаточно сложно. Долгое время техника ее изготовления держалась в секрете, но к VII столетию первые бумажные листы появились в Японии и Корее, а в IX веке – в арабских странах.
Европейцы смогли воспользоваться настоящей бумагой только в XI–XII столетиях. В эпоху Ренессанса в моду вошли бумажные обои, а к XV веку, в связи с появлением книгопечатания, в большинстве европейских государств уже существовали многочисленные бумажные фабрики.
Изготовление бумаги является сложным физико-химическим процессом. Простой лист – результат большого количества этапов производственного процесса. Сейчас мы рассмотрим пошаговый процесс создания бумаги.
Производство бумаги состоит из следующих шагов. Сначала на комбинат доставляют бревна. Там их измельчают при помощи производственного оборудования, а затем варят со специальными веществами. После этого смесь фильтруют, в результате чего образовывается бумажная масса. Ее помещают в аппараты, где она превращается в полотно, а затем в бумагу. Каждый этап содержит множество нюансов, поэтому рассмотрим их более подробно. Для производства бумаги необходима древесина. Также требуется много воды. Поэтому многие комбинаты, производящие бумагу, располагаются на берегах рек вблизи лесных массивов. К тому же водоемы можно использовать для сплава леса. Бумагу чаще всего производят из ели, сосны и березы, но также используют и другое растительное сырье, например, солому или хлопок. В некоторых случаях применяют макулатуру, что позволяет сократить вырубку леса. Процесс создания бумаги начинается с того, что на комбинат доставляются бревна – по реке или наземным транспортом. Производственное оборудование снимает с них кору и измельчает их на короткие бревна одинаковой длины. Чтобы получить из них бумагу, измельчают еще сильнее. Затем полученная масса несколько часов варится с добавлением специальных химических веществ. В результате этого процесса древесина превращается в мельчайшие волокна – целлюлозу. В зависимости от того, какую по качеству бумагу необходимо получить, к этим волокнам добавляют химически необработанную древесную массу, очищенную от крупных частиц, или измельченную макулатуру. Здесь стоит упомянуть, что добавление макулатуры делает бумагу плотнее и качественнее.
Понимание всех этапов создания бумаги поможет принять правильное решение при выборе подходящего вида для печати. Таким образом, вы сможете выбрать бумагу с наилучшим качеством изображения, которое снизит количество застреваний и других неудобств.
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.
О ЧЁМ СТАТЬЯ?
Из чего делают бумагу
Основой для производства бумаги является целлюлоза и вода. Волокна целлюлозы получают из растительного сырья. Чаще всего это древесина, но также используют солому, хлопок и макулатуру. После получения волокон целлюлозы их выпрямляют и отбеливают, вся масса высушивается и разглаживается. Также для получения цветной бумаги добавляют красители. Бумага наматывается в рулоны и разрезается. Далее мы более подробно расскажем о каждом этапе изготовления бумаги.
Для получения волокон целлюлозы древесина проходит долгий путь. Во первых для этого подойдут только некоторые породы дерева. Чаще всего это ель, сосна, тополь и береза. Иногда применяют эвкалипт, тростник и каштан.
Производство на заводе
Начинается процесс обработки древесины с окорения, то есть избавления от коры. Бревна загружают в специальный барабан, который имеет грубую поверхность с выступлениями. Одна партия крутится в нем около 20 минут, после чего кору сжигают.
Окоренная древесина перекладывается на конвейер, по которому она попадает в специальные пилы, измельчающие её до примерно одинаковых фрагментов, называемые щепой. Щепа может хранится долгое время.
Процесс обработки щепы начинается с промывки. После чего она измельчается в труху. Затем она подвергается щелочной обработке. Происходит это в больших чанах с водой и химикатами, в которых вариться длительное время. Это делают для разрушения связи между волокнами целлюлозы, которые представляют собой своеобразный природный клей. Всю смесь фильтруют и тщательно промывают. После чего в нее добавляют различные наполнители, пропитки, красители. Вещества зависят от типа будущей бумаги.
В результате получается готовая целлюлозная смесь, которая состоит на 99% из воды. Полученную массу подают в бумагоделательную машину. В первую очередь целлюлозная смесь попадает на движущуюся сетку с очень мелкими ячейками, которые пропускают только воду. После чего влажное бумажное полотно попадает на ленту из войлока, дальше на цилиндрические прессы, в результате чего количество воды значительно уменьшается.
Следующий этап, после которого воды остается всего несколько процентов, это сушка. Полотно прогоняют по нагретым крутящимся барабанам, благодаря чему выделяется большое количество влаги и масса сохнет.
Время заключительного процесса производства бумаги. Она поступает на нагретые и отполированные тяжелые валы, которые называются каландры. Между ними бумажный пласт сдавливается с большой силой, в результате чего она становится окончательно сухой и гладкой.
Дальше бумагу скручивают в большие рулоны, например рулоны для приготовления листов А4 имеют массу около 35 тонн и в нем будет 50 километров бумаги. Для того чтобы сделать офисную бумагу катушки разрезают на более мелкие и отправляют на бумагорезательные устройства. На этих автоматизированных устройствах, производство достигает скорости в 55 000 листов в минуту. А за час такая фабрика производит около 7000 упаковок.
Как делают бумагу из макулатуры.
Принцип производства бумаги из макулатуры остается тем же — это получение целлюлозы. Технология производства бумаги из макулатуры отличается от производства бумаги из растительного сырья только до момента получения волокон целлюлозы из исходного материала.
Первым этапом макулатуру загружают в гидровзбиватель, который работает по принципу кухонного блендера. Под действием механического процесса и воды макулатура разделяется на волокна и превращается в жидкую бумажную массу. Далее происходит химический процесс отделения чернил и примесей. Последующий процесс изготовления идентичен с любым другим сырьем. Добавляются вещества, отправляется в бумагоделательную машину, в рулоны и режется.