Бумага в современности
С тех пор прошло много лет. Но бумага как занимала ведущие позиции в жизни человека, так и продолжает их удерживать. Она используется для письма и не только. Бумага сегодня – это самый многофункциональный материал, т.к. из него производится чековая лента, диаграммная бумага, полиграфическая бумага, самоклеящиеся этикетки и многое другое.
С тех пор как она появилась на свет, ею стали украшать дома, оклеивать стены, на ней пишут и рисуют. Из нее изготавливают коробки, упаковку и посуду, делают декоративные вещи.
Бумажная технология, снова смыкается с текстильной!
Стремление получать материалы с новыми свойствами: равнопрочные в продольном и поперечном направлении, воздухопроницаемые, хорошо впитывающие влагу, мягкие и прочные в сухом и влажном состоянии, привели к развитию технологий сочетающих отлив с близким к ткачеству переплетением волокон.
Это позволило получать материалы с новыми свойствами. Известны современные технологии, разработанные немецкими, финскими, шведскими специалистами совместно с текстильщиками. Есть направление работы по так называемым “нетканым материалам” и в России.
Интересные источники информации:
История изобретения бумаги | великие открытия человечества
Сегодня мы не можем представить свою повседневную жизнь без бумаги, которую используем во всех сферах и областях жизни. Бумага сегодня представляет собой материал в виде листов, предназначенных для письма, рисования, выпуска книг и т. д., изготавливаемый из сырья растительного происхождения и вторсырья. Вряд ли кто-то задумывался над вопросом, как люди обходились без бумаги. Согласно дошедшим до нас сведениям еще четыре тысячи лет назад, до возникновения бумаги, древними египтянами был изобретен материал для письма, для чего использовали стебли папируса. В Древнем Китае до изобретения бумаги писали на дощечках из бамбука или шелке. Однако шелк был весьма дорогим материалом, а бамбук — тяжелым и довольно громоздким. Иногда для перевозки сочинений, написанных на дощечках, необходима была целая телега.
В процессе производства шелка после тепловой и механической обработки сырья на циновках оставался волокнистый слой, который после просушивания превращался в тонкий лист, пригодный для письма. Позже для изготовления бумаги, которая называлась «ватной», стали пользоваться бракованными коконами шелкопряда. Бумага была дорогой, т. к. дорогим было сырье. Со временем возник вопрос: а не подойдет ли другое волокнистое сырье растительного происхождения для приготовления бумажной массы и, соответственно, бумаги.
Первым изобрел бумагу в 105 году н. э. согласно китайским летописям чиновник по имени Цай Лунь. Для этого он взял волокна шелковицы, старые тряпки и пеньку, древесную золу, все это тщательно растолок и смешал с водой. Полученную массу выложил на деревянную раму и сито, сделанное из узких длинных полосок бамбука. После того, как вода стекала, массу сушили на солнце и тщательно разглаживали с помощью камней. В итоге были получены прочные листы бумаги, не уступавшие по качеству бумаге из шелкового сырья, но намного дешевле. Впервые в истории человечества был получен доступный и качественный материал, пригодный для письма, замены которому нет и сегодня. Чиновник подробно изложил императору технологию производства бумаги из нового материала, что стало его официальным признанием. Цай Лунь по праву входит в список величайших изобретателей мира за всю историю человечества.
В IV веке бумага уже полностью вытеснила бамбуковые дощечки, совершенствовался процесс ее производства, для прочности стали добавлять клей, крахмал, естественные красители и др. Постепенно бумагу стали изготавливать из такого недорогого сырья, как тростник, древесная кора и, что особенно было важно для Китая, из бамбука, так как здесь он рос в большом количестве. Со временем китайцы достигли высочайшего мастерства в изготовлении бумаги, но тщательно оберегали секрет бумажного производства на протяжении нескольких веков. В VI-VII веках в Китае уже производят настоящие бумажные книги и выпускают бумажные деньги.
И только в начале VII века, как гласит старинная легенда, странствующий буддийский монах открывает секрет производства бумаги японцам. Уже через сто лет японцы выпускают собственную бумагу, по качеству лучше китайской, и используют ее не только для письма, но и для изготовления зонтиков, вееров, ширм и даже одежды. В 751 году во время военного конфликта с арабами к ним в плен попадают китайские мастера по производству бумаги. Мастера раскрыли арабам секрет производства бумаги и те в течение пяти веков производят и выгодно сбывают бумагу в Европу. Лишь к середине ХII века производство бумаги будет налажено в Испании, Италии, чуть позже в Германии, Франции, в 1309 году — в Англии.
В 1871 году в столице Японии — Токио начинает работать первая крупная фабрика по производству бумаги. Долгое время рост производства бумаги задерживал ручной отлив и лишь в 1799 году изобретатель из Франции Н. Л. Робер создал бумагоделательную машину, в которой отлив бумаги был механизирован. Купив патент Робера, братья Фурдринье усовершенствовали механизацию отлива и в 1806 году ими была запатентована бумагоделательная машина. Сегодня бумага нашла широчайшее применение во всех отраслях и сферах нашей жизни, невозможно передать словами ее огромнейшее значение в нашей жизни.
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.
Классификация и назначение бумаги
Известно более 600 видов Б. При достаточно высокой прочности Б. имеет капиллярно-пористую структуру, что обеспечивает хорошее взаимодействие поверхности с краской и клеевыми растворами, лёгкость и компактность изделий из неё. Наиболее обширная сфера применении Б. – полиграфич. пром-сть. Б. для печати можно классифицировать по следующим осн. признакам: способу печати – для высокой печати, плоской офсетной печати, глубокой печати; по волокнистому составу: чистоцеллюлозная – № 1, с содержанием древесной массы – № 2 и № 3; по массе 1 м2 листа (в зависимости от толщины листа) – от 28 до 320 г/м2; по отделке – машинной гладкости, каландрированная и высококаландрированная, с покровным пигментным слоем (мелованная), с разл. поверхностью – глянцевая, матовая, шёлковая, лёгкого и «литого» мелования, с фактурным рисунком и др.; по назначению – газетная, книжно-журнальная, иллюстрационная, этикеточная и др.; по форме выпуска – листовая и рулонная. В зависимости от способа печати используется Б. разл. выработки, напр. для высокой печати – мягкая (65–80 г/м2), для офсетной печати – водостойкая и очень прочная (40–320 г/м2), для глубокой печати – очень мягкая, гладкая, с особо чистой поверхностью (70–80 г/м2). Выбор Б. зависит также от характера печатной продукции. Так, для печатания многообъёмных изданий (словарей, справочников, энциклопедий и др.) выпускается тонкая, но достаточно прочная и плотная Б. (30–45 г/м2), для выпуска массовых книжных изданий часто применяется «пухлая» Б., толщина которой примерно на 30% больше, чем у обычной печатной Б. при одинаковой массе. Газетной Б. придаются свойства, которые обеспечивают печатание на высокоскоростных рулонных машинах (более 45 тыс. оттисков в час), хорошее закрепление краски.
Выпускаются Б. разл. назначения, обладающие соответствующими свойствами: для письма (почтовая, писчая, конвертная, тетрадная и др.); многокрасочная этикеточная водостойкая и щёлочестойкая; декоративная (под бархат, кожу, металлизированная и др.); обойная; чертёжно-рисовальная (ватман, калька и др.); промышленно-техническая (патронная, наждачная, прокладочная, асбестовая, отделочная, для пряжи); светочувствительная (для светокопий, фотографий и др.); электроизоляционная (конденсаторная, кабельная); обёрточная, жиронепроницаемая, упаковочная, санитарно-гигиенич., фильтровальная и др. Для картографич. продукции, денежных купюр, документов, чертежей, киноэкранов и др. применяется Б. особо прочная и износостойкая на излом, деформацию, истирание, в т. ч.синтетическая Б., изготовляемая по традиционной бумажной технологии из химич. волокон (поливинилспиртового, полиамидного и др.) и полимерных плёнок.
В ряде случаев Б. успешно заменяет разл. материалы; напр., используется в текстильном произ-ве как конструкц., изоляц., фильтрующий, отделочный материал. Б., изготавливаемая для др. сфер применения, в зависимости от назначения должна отвечать определённым требованиям, иметь состав, соответствующий заданным технич. характеристикам. См. также Фотографические материалы.
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.
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.
От ткачества к бумаге и обратно
Производство бумаги сегодня можно отнести к наиболее технически и технологически продвинутым производственным процессам. Производится бумага на бумагоделательных машинах, работающих непрерывно круглые сутки с короткими техническими остановами раз в неделю или ещё реже.
В огромном бумажном цехе почти не найти людей. Обслуживающая смена управляет процессом сидя за мониторами. Это полностью автоматизированное производство. Современная бумагоделательная машина производит бумажное полотно со скоростью до 2 и более километров минуту.
Карл Маркс в своём труде “Капитал” назвал бумагоделательную машину образцом механизированного непрерывно действующего агрегата.
В развитии производства бумаги в XXI веке происходят принципиальные изменения, характерные для всей производственной деятельности. Некогда считавшееся искусством, производство бумаги, многократно проходившее через человеческие руки, стало высоко автоматизированным и роботизированным.
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.
Китай занимает особое место в истории бумаги. ни один народ не сделал столько для создания письменности, искусства каллиграфии, шрифтов, наконец, печати, как китайский.
Производство бумаги в Китае естественным образом возникло на основе производства и использования шёлка. Шёлк ткали из нитей животного происхождения, вырабатываемых личинками тутового шелкопряда. В Китае развивалась письменность на шёлке.
Писали на шёлке (пишут, а так же и рисуют до сих пор) с помощью тонких кистей и чернил. И после того, как появился в качестве письменного материала бамбук — бамбуковые дощечки, шёлк оставался в качестве лёгкого, гибкого и поэтому удобного материала для письма.
