БУМА́ГА
-
Рубрика: Технологии и техника
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
БУМА́ГА (вероятно, от итал. bambágia – хлопок), тонколистовой материал, образованный беспорядочно переплетёнными и скреплёнными между собой растительными волокнами, содержащий для придания специфич. свойств неволокнистые добавки (наполнители, проклеивающие, красящие, отбеливающие и др. вещества). При всём разнообразии Б. должна иметь равномерную толщину; чистую, без морщин, пятен и др. повреждений гладкую поверхность, хорошо воспринимающую печатную краску; определённую белизну или однородный цвет; обладать непрозрачностью и светостойкостью, достаточной механич. прочностью; миним. абразивностью.
Историческая справка
Предшественница Б. – тапа, которая, как и древнейшая Б., делалась из коры деревьев семейства тутовых, дающих мягкий и прочный луб. По археологич. данным, Б. была известна в Китае не позднее 2 в. до н. э. Изобретение Б. традиция связывает с именем придворного советника Цай Луня, который в 105 н. э. предложил отливать лист Б. осаждением на шёлковой сетке водной суспензии из луба шелковицы, истолчённого в каменной ступе. Приготовленную массу выкладывали на дерев. доску и помещали под пресс, затем высушивали. Сырьём для Б. служили также лоскуты шёлковой ткани, обрывки шёлковых сетей и коконы шелкопряда. Б. наряду с шёлком использовали для письма, а также для изготовления вееров, ширм, зонтов, фонарей, денежных знаков, затягивания оконных проёмов и т. п. В 751 китайские мастера, захваченные арабами в битве при Таласе, основали произ-во Б. в Самарканде. Затем Б. появилась в Багдаде, Дамаске, Йемене, Египте, вытеснив менее удобные писчие материалы – пергамен и папирус. Из Китая во 2–7 вв. Б. распространилась в Корею, Японию, Индию. За неимением лубяного сырья арабы использовали при выработке Б. хлопок, применяя для растирания массы мельничные жернова. В Европе первыми познакомились с Б. государства, имевшие тесные торговые контакты с араб. странами. Произ-во Б. появилось в Испании и Италии (12 в.), Венгрии (кон. 13 в.), Германии (кон. 14 в.), Англии (кон. 15 в.). Б. вырабатывали вручную, измельчая сырьё в каменной ступе с водой и осаждая затем подготовленную массу на шёлковом или волосяном сите. Часто заводы основывали рядом с водяными (позже ветряными) мельницами. Механизация процессов изготовления Б. началась в 13 в.: ступу заменила толчея – длинное каменное или дерев. корыто, в котором сырьё раздавливалось падающими пестами; в 17 в. в Голландии взамен толчеи стали использовать более производительную машину – ролл с размалывающими ножами (голландер). Огромное влияние на бумажное произ-во оказало появление первых печатных книг и дальнейшее совершенствование книгопечатания. Развитию бумажной пром-сти способствовала предложенная во Франции в 1799 Н. Л. Робером технология отлива бумажного листа на непрерывно движущемся полотне; по существу, это была первая бумагоделат. машина. В России использовалась в основном писчая Б. итал. и франц. произ-ва, попытки изготовления отеч. Б. относятся к нач. 16 в. Выработка Б. ручным способом была налажена в 1560-е гг. Первая бумажная мануфактура была основана Петром I в 1716 в с. Красное под С.-Петербургом. В 1818 на Петергофской бумажной фабрике была установлена одна из первых отеч. бумагоделат. машин. Рост произ-ва Б. в 19 в. стимулировал поиски новых источников сырья: были изобретены способы получения волокнистых материалов – древесной массы (1844) и целлюлозы (1866).
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.
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.