Где изобрели бумагу: кто и в какой стране, когда появилась и история создания

Все тесты

Теория и история

Бумага является важнейшим элементом в процессе печати, являясь основным материалом
для создания полиграфической продукции. От ее качества в значительной степени
зависит внешний вид книг, журналов и газет. Прекрасное произведение, напечатанное
на плохой бумаге, имеет меньший сбыт, и, наоборот, второсортная вещь, для издания
которой воспользовались отличной бумагой, привлекает читателя. Кроме того, от
бумаги зависит и то, насколько хорошо на ней выйдет печать текста и рисунков.

Мы до сих пор точно не знаем, когда была изобретена бумага. Несомненно, что
начало следует искать в Китае, где, по преданию, в 153 году нашей эры Тцай-Лунь,
министр земледелия, рекомендовал своим согражданам применять для письма бумагу
«ши», изготовленную из волокон древесины «бумажного деревца» (Brussonetia papyrifera).

Весьма интересен вопрос о происхождении в русском языке самого слова «бумага».
Существует множество объяснений. Возможно, что первооснова — греческое слово
bambagia (хлопчатая бумага). Хотя, поскольку в Китае бумагу делали из молодых
побегов бамбука, то вполне вероятно, что слово происходит от старого названия
бамбука.

Однако надо заметить, что принципы изготовления бумаги и папируса — совсем
разные. Если папирус представляет собой тонко нарезанные и склеенные пластинки,
то для изготовления бумаги требуется расщепление частиц (волокон) того материала,
который употребляется для ее производства, нарушение связи между волокнами,
чтобы затем эти волокна спутать между собой (подвергнуть процессу свойлачивания)
и потом сделать из этой массы тонкий и гибкий лист, пригодный для письма.

Для изготовления бумаги годятся любые растительные волокна,
обладающие гибкостью. Можно назвать сотни растений, годных для производства
бумаги. Кроме того, подходят не только растения, но и коконы шелковичных червей,
шерсть, кожа животных и пр.

Попытки делать бумагу из самых разнообразных волокон
предпринимались издавна. Большой интерес в этом смысле представляют вышедшие
в 1827 и в 1861 годах руководства по производству бумаги «Manuel de papeterie»
(Louis Pitte), к которым приложено множество образцов бумаги, выработанной из
разнообразнейших веществ, даже из торфа.

Главная проблема заключается не в выборе материала для производства бумаги,
поставщиками которого являются все поля, луга и леса, а в использовании такого
материала, который обеспечит мировые потребности и из которого можно изготовить
бумагу вполне доброкачественную — белую, крепкую, не пропускающую чернила при
письме и хорошо принимающую краску при печатании.

Следует сказать, что не человек первым начал делать бумагу из древесины — ее
«изобретателями» были некоторые виды ос. Они строят свои гнезда так: рабочие
осы (неразвитые самки) 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: клетчатка древесины
или соломы и клей. Из этой клейкой массы осы строят свои гнезда, делают основу,
прикрепляющую гнездо к дереву, стене и пр.

Прочность осиных гнезд позволяет
им существовать много лет, сопротивляясь дождю, снегу и ветрам. А чтобы оторвать
такое гнездо от места, куда оно прикреплено, иногда нужно применить большую
силу. По своему составу (если не принимать во внимание приносимую ветром в гнезда
пыль) осиные гнезда до мелочей схожи с мягкими, шелковистыми сортами бумаги,
производимыми в Китае и Японии.

Бумага, изготовлявшаяся в древности китайцами, имела основным недостатком рыхлость,
из-за чего краска, которой на ней писали (главным образом тушь из сажи с примесью
рыбьего клея и мускуса), растекалась, а бумага легко рвалась.

Дальнейший путь бумаги в Европу из Китая описывается французским ученым Авенелем
так: «Она пришла из Китая очень медленным путем, со средней скоростью, может
быть, сто верст в сто лет. Народы Центральной Азии, потом арабы, потом египтяне
подвозили ее выделку все ближе к нам.

Конечно, процесс проникновения бумаги в Европу гораздо сложнее. Ранее она ввозилась
через Грецию, позже через новый центр торговли на Средиземном море — Венецию —
из Малой Азии и Африки (есть упоминания, что в Феце в конце XII века было до
400 бумажных заведений).

Затем ее начали вырабатывать в Европе, где была открыта
большая мастерская на юго-востоке Испании — в Хативе (Сан-Филиппе, в 56 км от
Валенсии). Эта мастерская, существовавшая уже в 1154 году, поставляла бумагу
в соседние страны главным образом через Венецию.

Довольно запутанным является вопрос о сырье, употреблявшемся в то время при
производстве бумаги. До 80-х годов XIX века нисколько не сомневались, что бумага
вырабатывалась арабами из хлопка; откуда и ее название — «бомбицина» (иначе
— charta cottonea).

Однако анализ показывает, что из образцов бумаги, изготовленной
с XI до XV веков, выделанной из хлопка не оказалось ни одной — большинство было
изготовлено из тряпок. Может быть, это обстоятельство объясняется тем, что до
Х века арабы, заимствовав из Китая способы выделки бумаги из волокон шелкового
кокона и шелковичного (бумажного) дерева, в силу отсутствия такого сырья в Центральной
и Малой Азии перешли к применению волокон, обволакивающих зерна хлопчатника.

Но поскольку бумага получалась весьма рыхлая и малоудобная для письма, то они
стали использовать тряпье (хотя название «хлопчатая бумага» сохранилось). Процесс
выработки бумаги из тряпок гораздо сложнее, зато получаемая бумага вполне удовлетворяет
своему назначению.

Так или иначе, но процесс производства бумаги совершенствовался, и ко времени
начала книгопечатания в Европе появилось много бумажных мельниц, которые вырабатывали
(исключительно из льняных и пеньковых тряпок) превосходную, не протекающую,
белую бумагу, довольно плотную и прочную, «звонкую» и гибкую, сохранившуюся
до наших дней в прекрасном виде.

Как папирус с IX века был вытеснен пергаментом, так бумага с XII века начинает
вытеснять пергамент, и свитки и книги из пергамента окончательно заменяются
книгами из бумаги. Дешевизна бумаги в сравнении с пергаментом дала возможность
расширить ее производство до достаточно больших объемов (кстати, по замечанию
академика Н.П.

Процесс изготовления бумаги на старинных бумажных мельницах можно описать следующим
образом:

• материал, предназначенный для выделки бумаги, очищается от грязи и промывается;
• после высыхания полученное сырье поступает на жернова водяной или ветряной
  мельницы, где перетирается, превращаясь в бесформенную рыхлую массу;
• указанная масса помещается в чаны, наполненные водой, где с помощью пестов
  разрыхляется окончательно, волокна разделяются, чтобы превратиться в ровную
  кашицу молочного цвета;
• рабочий, пользуясь формой в виде деревянной рамы с натянутой на нее тонкой
  проволочной сеткой, зачерпывает из чана нужное для листа бумаги количество
  жидкой кашицы и трясет раму над чаном, чтобы вода стекала и волоконца свойлачивались;
• после того как лист на сетке примет нужную форму, рабочий переворачивает
  раму на кусок войлока или сукна, куда и падает лист;
• сверху на этот еще сырой лист накладывается еще кусок войлока, на него кладется
  новый лист бумаги и т.д.;
• когда наберется два-три десятка листов, вся кипа поступает под пресс и подвергается
  сильному сжатию, затем листы развешиваются на веревках для окончательной просушки.

Иногда, особенно при изготовлении писчей бумаги, к массе в чане добавляли клей,
так как на проклеенной бумаге чернила не растекаются.

Благодаря строению металлической сети (длинные проволочки расположены вдоль
и поперек) на бумаге, если посмотреть на свет, получались тонкие линии, отсюда
на-именование бумаги — верже (от фр. vergeures — так назывались продольные
полоски проволоки). Готовые, высушенные листы разбирались по сортам и продавались
пачками.

Обычно владельцы бумажных предприятий путем вплетания какой-либо плоской фигурки
из проволоки в сетку оттискивали свое фабричное клеймо (водяной знак, филигран)
— в виде колокола, орла, единорога, короны, цветов, кисти винограда, монограммы
из имени Иисуса Христа (I.H.S.), своих инициалов, годов и т.п.

Самая старая бумага была изготовлена плохо: в некоторых образцах бросаются
в глаза длинные, выдающиеся из общей ровной поверхности волокна, иногда видны
даже кусочки тряпок. Позже процесс фабрикации все улучшается, мельницы совершенствуются,
и опытные мастера делают великолепную, образцовую и для нашего времени бумагу.

Конечно, производство бумаги с тех пор ушло далеко вперед, и если бы рабочий-бумажник
XV века попал на современную бумажную фабрику, то не смог бы понять ни терминов,
ни самого процесса производства бумаги. Известно, что еще во второй половине
XVII века для превращения очищенного тряпья в кашеобразную массу стал использоваться
чан особого типа — голландер, в котором бумажная масса варилась вместе с хлористыми
соединениями.

Мы не будем останавливаться на истории этой машины (это тема отдельной статьи),
но вкратце опишем ее работу, предварительно ознакомившись с сырьем, употребляемым
для производства бумаги.

Технология производства бумаги

Осн. сы­рьё, ис­поль­зуе­мое при про­из-ве Б.: цел­лю­ло­за, вы­де­ляе­мая из во­ло­кон дре­ве­си­ны хвой­ных и ли­ст­вен­ных по­род де­ревь­ев, из стеб­лей и лу­бя­ных во­ло­кон од­но­лет­них рас­те­ний; дре­вес­ная мас­са, по­лу­чае­мая при ме­ха­нич. ис­ти­ра­нии ле­со­ма­те­риа­лов с при­ме­не­ни­ем во­ды; от­хо­ды тек­стиль­но­го про­из-ва (тря­пич­ная по­лу­мас­са); ма­ку­ла­ту­ра. При вы­ра­бот­ке не­ко­то­рых ви­дов Б. и кар­то­на до­бав­ля­ют не­ор­га­нич. ма­те­риа­лы (ас­бест, стек­ло, ба­зальт), шер­стя­ные и син­те­тич. во­лок­на (по­ли­амид­ные и др.). В схе­ме тех­но­ло­гич. про­цес­са три осн. эта­па: под­го­тов­ка бу­маж­ной мас­сы (раз­мол сы­рья, вве­де­ние на­пол­ни­те­лей, про­клей­ка, кра­ше­ние, по­лу­че­ние оп­ре­де­лён­ной кон­цен­тра­ции бу­маж­ной мас­сы, очи­ст­ка от по­сто­рон­них вклю­че­ний); от­лив бу­маж­но­го полот­на на бу­ма­го­де­ла­т. ма­ши­не с по­сле­дую­щим прес­со­ва­ни­ем, суш­кой, от­дел­кой, на­мот­кой в ру­лон; от­дел­ка и пе­ре­ра­бот­ка по­лу­чен­но­го лис­та (су­пер­ка­лан­д­ри­ро­ва­ние, пе­ре­мот­ка, рез­ка, упа­ков­ка).

При под­го­тов­ке бу­маж­ной мас­сы осу­ще­ст­в­ля­ют­ся опе­ра­ции, ко­то­рые обес­пе­чи­ва­ют в даль­ней­шем все свой­ст­ва, предъ­яв­ляе­мые к го­то­вой Б. Для раз­мо­ла цел­лю­лоз­ное во­лок­но и дре­вес­ную мас­су про­пус­ка­ют че­рез сис­те­му но­жей, в ре­зуль­та­те че­го во­лок­на из­мель­ча­ют­ся, уко­ра­чи­ва­ют­ся и рас­ще­п­ля­ют­ся в про­доль­ном на­прав­ле­нии. В ка­че­ст­ве на­пол­ни­те­лей в мас­су вво­дят ми­нер. пиг­мен­ты, ко­то­рые по­вы­ша­ют бе­лиз­ну, глад­кость, све­то­не­про­ни­цае­мость, при­да­ют мяг­кость, за­пол­ня­ют про­ме­жут­ки ме­ж­ду во­лок­на­ми и де­ла­ют струк­ту­ру бо­лее плот­ной и мел­ко­по­рис­той. Ис­поль­зо­ва­ние на­пол­ни­те­лей так­же вы­год­но эко­номи­че­ски, т. к. при этом умень­ша­ет­ся рас­ход во­лок­ни­стых ма­те­риа­лов. Во­до­от­тал­ки­ваю­щие свой­ст­ва по­вы­ша­ют­ся в ре­зуль­та­те про­клей­ки в мас­се гид­ро­фо­би­зи­рую­щи­ми ве­ще­ст­ва­ми (обыч­но ка­ни­фо­лью) вслед­ст­вие ад­сорб­ции их на по­верх­но­сти во­ло­кон. Спо­соб­ность Б. со­хра­нять проч­ность в ув­лаж­нён­ном со­стоя­нии (вла­го­стой­кость) дос­ти­га­ет­ся вве­де­ни­ем кар­ба­мид­но­го клея, ме­ла­ми­но-фор­маль­де­гид­ной смо­лы. В даль­ней­шем в ре­зуль­та­те по­верх­но­ст­ной про­клей­ки по­вы­ша­ет­ся проч­ность Б. к ис­ти­ра­нию, сни­жа­ет­ся пы­ли­мость и вор­си­стость; уве­ли­чи­ва­ет­ся её стой­кость к вы­щи­пы­ва­нию при пе­ча­ти. С це­лью при­да­ния улуч­шен­ных эс­те­тич. свойств Б. (кон­верт­ной, сал­фе­точ­ной и др.) до от­ли­ва про­из­во­дят ок­ра­ши­ва­ние и под­цвет­ку мас­сы. При из­го­тов­ле­нии од­но­сто­рон­не ок­ра­шен­ной Б. (афиш­ной, об­ло­жеч­ной и др.) кра­си­те­ли рас­пре­де­ля­ют­ся по по­верх­но­сти од­но­вре­мен­но с про­клей­кой. Жел­тиз­на уст­ра­ня­ет­ся вве­де­ни­ем в Б. под­цве­чи­ваю­щих ве­ществ (обыч­но си­ние, фио­ле­то­вые кра­си­те­ли или смесь си­не­го с крас­ным). Для по­вы­ше­ния бе­лиз­ны од­но­вре­мен­но с кра­си­те­ля­ми до­бав­ля­ют­ся оп­тич. от­бе­ли­ва­те­ли (блан­ко­фо­ры). Раз­бав­ле­ние бу­маж­ной мас­сы во­дой – опе­ра­ция, обес­пе­чи­ваю­щая рав­но­мер­ное рас­пре­де­ле­ние во­лок­на в сус­пен­зии и ре­гу­ли­рую­щая по­верх­но­ст­ную плот­ность – мас­су 1 м² лис­та вы­ра­ба­ты­вае­мой бу­ма­ги.

Го­то­вая бу­маж­ная мас­са (со­дер­жа­ние су­хих ве­ществ 0,1–1%) по­сту­па­ет в бу­ма­го­де­ла­т. ма­ши­ну (рис.), яв­ляю­щую­ся са­мо­сто­ятельным аг­ре­га­том, в ко­то­ром все уз­лы рас­по­ло­же­ны в стро­го оп­ре­де­лён­ном по­ряд­ке в со­от­вет­ст­вии с за­дан­ной тех­но­ло­ги­ей. При­ме­ня­ют два ти­па бу­ма­го­де­ла­т. ма­шин: плос­ко­се­точ­ные для про­изводства Б. и круг­ло­се­точ­ные – для кар­то­на. Бу­ма­го­де­лат. ма­ши­на со­сто­ит из на­пу­ск­но­го уст­рой­ст­ва, се­точ­ной, прес­со­вой и су­шиль­ной час­тей, ка­лан­д­ра, при­во­да. Ря­дом с ней рас­по­ло­же­ны ма­шин­ный бас­сейн для ак­ку­му­ли­ро­ва­ния бу­маж­ной мас­сы пе­ред по­сту­п­ле­ни­ем в ма­ши­ну, на­со­сы для по­да­чи мас­сы и под­кач­ки во­ды, ва­ку­ум­ные на­со­сы; име­ют­ся так­же кон­троль­но-из­ме­рит. при­бо­ры, сис­те­ма при­точ­но-вы­тяж­ной вен­ти­ля­ции. При от­ли­ве бу­маж­ной мас­сы в ре­зуль­та­те от­фильт­ро­вы­ва­ния во­ды че­рез се­точ­ные по­лот­на про­ис­хо­дит фор­ми­ро­ва­ние бу­маж­но­го по­лот­на. От­лив по­лот­на на совр. ма­ши­нах осу­ще­ст­в­ля­ет­ся со ско­ро­стью, дос­ти­гаю­щей 1000 м/мин, по­лу­чен­ное по­лот­но мо­жет иметь ши­ри­ну 7–10 м, дли­ну – до 200 м.

Рас­ши­ре­ние по­то­ка до раз­ме­ра се­точ­но­го по­лот­на про­ис­хо­дит на на­пу­ск­ном уст­рой­ст­ве, где так­же вы­рав­ни­ва­ет­ся кон­цен­тра­ция бу­маж­ной мас­сы. От ка­че­ст­ва про­ве­де­ния этой опе­ра­ции во мно­гом за­ви­сит струк­ту­ра Б., мас­са 1 м² лис­та и рав­но­мер­ность его тол­щи­ны по всей ши­ри­не по­лот­на. Даль­ней­шая об­ра­бот­ка про­из­во­дит­ся на не­пре­рыв­но дви­жу­щем­ся се­точ­ном сто­ле, ко­то­рый для умень­ше­ния ори­ен­та­ции во­ло­кон по на­прав­ле­нию дви­же­ния сет­ки пе­рио­ди­че­ски встря­хи­ва­ет­ся, вы­пол­няя роль до­пол­ни­тель­но­го ес­теств. фильт­ра. По­сле­дую­щее обез­во­жи­ва­ние мас­сы осу­ще­ст­в­ля­ет­ся ва­ку­ум­ны­ми от­со­са­ми. Для вы­рав­ни­ва­ния и уп­лот­не­ния по­верх­но­сти по­лот­на, раз­ру­ше­ния пе­ны, воз­ни­каю­щей при на­пус­ке мас­сы на сет­ку, уст­ра­не­ния воз­душ­ных пу­зырь­ков и до­пол­нит. обез­во­жи­ва­ния в се­точ­ной час­ти в ма­ши­не ус­та­нов­лен лёг­кий по­лый ва­лик (эгу­тёр, или рав­ни­тель­ный вал). С по­мо­щью эгу­тё­ра, об­тя­ну­то­го спец. сет­кой, на Б. мож­но на­но­сить ви­ди­мый на про­свет узор – во­дя­ной знак. По­сле про­хо­ж­де­ния че­рез се­точ­ную часть по­лот­но с со­дер­жа­ни­ем вла­ги 80–85% по­сту­па­ет в прес­со­вую сек­цию. Фор­ми­ро­ва­ние бу­маж­но­го по­лот­на мож­но счи­тать за­кон­чен­ным, ко­гда во­лок­на уже не мо­гут из­ме­нить сво­его по­ло­же­ния в про­цес­сах даль­ней­шей об­ра­бот­ки и обез­во­жи­ва­ния. При транс­пор­ти­ров­ке в прес­со­вую часть по­лот­но под­дер­жи­ва­ет­ся сук­ном, ко­то­рое так­же впи­ты­ва­ет и про­пус­ка­ет вла­гу. Ше­ро­хо­ва­тость по­верх­но­сти, по­яв­ляю­щая­ся от от­пе­чат­ков струк­ту­ры сук­на, уст­ра­ня­ет­ся на сгла­жи­ваю­щих оф­сет­ных прес­сах. По­сле про­хо­ж­де­ния прес­со­вой час­ти по­лот­но со­дер­жит 55–65% вла­ги; свя­зи ме­ж­ду во­лок­на­ми уп­роч­ня­ют­ся, и по­лот­но мо­жет са­мо­стоя­тель­но про­дви­гать­ся даль­ше. В су­шиль­ной сек­ции по­лот­но при­жи­ма­ет­ся к по­верх­но­сти на­гре­тых па­ром ци­лин­д­ров, ко­то­рые пре­дот­вра­ща­ют ко­роб­ле­ние и смор­щи­ва­ние по­верх­но­сти из-за усад­ки. Боль­шое зна­че­ние для ка­че­ст­ва по­лу­чае­мой Б. име­ет тем­пе­ра­тур­ный ре­жим суш­ки. В про­цес­се суш­ки из Б. ис­па­ря­ет­ся вла­га, со­дер­жа­щая­ся ме­ж­ду во­лок­на­ми и в её ка­пил­ля­рах. При влаж­но­сти при­мер­но 60% ме­ж­ду сво­бод­ны­ми гид­ро­ксиль­ны­ми груп­па­ми со­сед­них во­ло­кон об­ра­зу­ют­ся меж­во­ло­кон­ные во­до­род­ные свя­зи, ко­то­рые гл. обр. и оп­ре­де­ля­ют проч­ность Б. Нор­маль­ная влаж­ность пе­чат­ной Б. 5–7% (для спо­со­бов пе­ча­ти, ос­но­ван­ных на элек­тро­ста­тич. яв­ле­ни­ях,– не бо­лее 5%). По­сле суш­ки Б. име­ет темп-ру 75–85 °C, по­это­му для пре­дот­вра­ще­ния пе­ре­сы­ха­ния и элек­три­за­ции за су­шиль­ной ча­стью рас­по­ло­же­ны ци­лин­д­ры, на ко­то­рых Б. ох­ла­ж­да­ет­ся до 20–30 °С. В про­цес­се от­дел­ки Б. при­да­ют­ся свой­ст­ва, улуч­шаю­щие её то­вар­ный вид. Пер­вая опе­ра­ция – ка­лан­д­ри­ро­ва­ние – вы­пол­ня­ет­ся не­по­сред­ст­вен­но в бу­ма­го­де­лат. ма­ши­не. По­лот­но по­сту­па­ет в сек­цию, где вы­рав­ни­ва­ет­ся по тол­щи­не, од­но­вре­мен­но уп­лот­ня­ет­ся её струк­ту­ра и уве­ли­чи­ва­ет­ся глад­кость по­верх­но­сти. По­сле ка­ланд­ри­ро­ва­ния по­лу­ча­ет­ся Б. ма­шин­ной глад­ко­сти, ко­то­рая на­ма­ты­ва­ет­ся на там­бур­ных ва­лах в ру­лон.

От­дел­ка и пе­ре­ра­бот­ка Б. за­тем про­ис­хо­дят на про­доль­но-ре­за­тель­ном стан­ке и упа­ко­воч­ной ма­ши­не. Для при­да­ния по­верх­но­сти Б. бо­лее вы­со­кой глад­ко­сти и глян­ца её до­пол­ни­тель­но про­пус­ка­ют че­рез су­пер­ка­ландр, по­лу­чая вы­со­ко­ка­лан­д­ри­ро­ван­ную Б. Ко­ли­че­ст­вен­ные по­ка­за­те­ли свойств для ка­ж­до­го ви­да Б. ука­за­ны в стан­дар­тах и тех­нич. ус­ло­ви­ях.

В тех­но­ло­гич. про­цес­сах вы­ра­бот­ки Б. не­об­хо­ди­мо ис­поль­зо­ва­ние хи­ми­ка­тов, боль­ших объ­ё­мов во­ды, по­это­му про­из­вод­ст­во Б. раз­ме­ща­ют ря­дом с во­доё­ма­ми. Вбли­зи цел­лю­лоз­но-бу­маж­ных пред­при­ятий про­ис­хо­дит за­гряз­не­ние ат­мо­сфе­ры, грун­та, сточ­ных вод вред­ны­ми ве­ще­ст­ва­ми, ко­то­рые на­ру­ша­ют рав­но­ве­сие ок­ру­жаю­щей сре­ды. Для со­з­да­ния эко­ло­ги­че­ски чис­то­го про­из­вод­ст­ва раз­ра­бо­та­ны тех­но­ло­гии, в ко­то­рых при­ме­ня­ют­ся разл. фильт­ры, очи­ст­ная ап­па­ра­ту­ра, вы­тяж­ные вен­ти­ля­ци­он­ные сис­те­мы, замк­ну­тый цикл во­до­снаб­же­ния и др.