История появления бумаги
Началом истории бумаги в современном ее представлении принято считать 105 год н.э., когда в Китае были изготовлены первые тонкие листы из целлюлозного волокна. Изобретателем классической бумаги принято считать китайского придворного евнуха по имени Цай Лунь, который усовершенствовал технологию изготовления листового материала из волокнистой суспензии. Первая бумага не отличалась высокой прочностью, она достаточно быстро размягчалась в воде, была темной и грубой.
Со временем процесс изготовления бумаги многократно совершенствовали, для повышения прочности начали добавлять различные органические вещества — клей, крахмал, естественные красители и отбеливатели.
Изобретение бумаги стало одним из самых значимых событий для распространения письменности и развитии цивилизации в целом. До появления бумаги в качестве носителей информации наши предки использовали таблички из глины, пальмовые листья, древесину — то есть все, на чем можно было нацарапать какие-то символы.
Виды производимой в России бумаги
Бумага производится в нескольких регионах РФ. Большинство действующих в стране целлюлозно-бумажных комбинатов — это модернизированные советские фабрики, которые выполняют весь цикл производства. Основное преимущество отечественных предприятий — наличие собственных лесных ресурсов.
Лидерами бумажной отрасли выступают Архангельская область, Карелия, Пермский край, Иркутская и Нижегородская области.
Отечественная бумажная промышленность предлагает несколько сотен сортов бумаги, которые отличаются форматом, плотностью, фактурой, белизной, наличием глянца на поверхности и целым рядом других характеристик. В зависимости от назначения можно выделить несколько наиболее востребованных видов бумаги:
- Газетная — бумага низкого качества и невысокой плотности
- Типографская — белая малоклеенная бумага, предназначенная для высокоскоростной печати
- Упаковочная и оберточная бумага
- Дизайнерская бумага и картон
- Бумага и картон для производства одноразовой посуды
- Папиросная бумага
- Банкнотная бумага для производства денежных знаков
- Санитарно-гигиеническая бумага
- Картон
- Фильтровальная и промокательная бумага
- Бумага промышленного назначения
Основное сырье для производства бумаги
Как и 2000 лет назад, основным сырьем для производства бумаги остается древесное волокно — целлюлоза. В большинстве случаев используется измельченная древесина сосны, березы, тополя и клена. Использовать для производства бумаги ценные породы дерева экономически неоправданно.
Древесная целлюлоза — натуральный волокнистый материал, получаемый из древесины и отходов деревообрабатывающего производства путем их механической и химической обработки. Природное органическое волокно (целлюлоза) является основой оболочки растительной клетки. Древесная целлюлоза обладает удивительно высокой гибкостью и механической прочностью, поэтому бумага получается гибкой и прочной.
Из древесины хвойных и лиственных пород на целлюлозно-бумажных комбинатах получают древесную массу разного качества. В мягкой хвойной древесине преобладают длинные древесные волокна, а в твердой лиственной — короткие. Для изготовления бумаги используют смесь двух типов волокон. Длинные волокна отвечают за прочность и эластичность конечного материала, а короткие необходимы для заполнения промежутков между длинными волокнами и обеспечения равномерной плотности полотна. Благодаря такому сочетанию бумага получается прочной и упругой, а ее поверхность — гладкой и однородной.
Основное сырье для производства бумаги — целлюлозу — получают в процессе варки измельченной древесины в химическом растворе в специальных варочных котлах под давлением.
Для придания бумаге водоотталкивающих свойств в водный раствор целлюлозы и древесной массы добавляют клей, для закрепления клея на волокне используют глинозем, для улучшения печатных свойств бумаги используют разные наполнители (мел, каолин и др.). Повысить белизну, гладкость и прочность конечного продукта при производстве качественной бумаги помогают различные химикаты и реагенты. Всего на современном бумажном производстве используется свыше 20 разных химических реагентов и их число растет.
Отбеленная целлюлоза является основой для изготовления высококачественной офисной или типографской бумаги.
Некоторые сорта бумаги и картона делают из вторичного сырья — макулатуры. Особенности производства бумаги из вторичного сырья мы рассмотрим в отдельном разделе статьи.
Технология производства бумаги
Процесс производства бумаги включает несколько этапов:
1. Подготовка волокна. На этом этапе древесину избавляют от коры, измельчают до состояния древесных волокон, которые подвергают отбеливанию и очистке от смолы и других примесей. Отбеливание волокна — важный этап, от которого зависит качество и внешний вид готовой продукции.
2. Составление композиции. Затем волокна целлюлозы перемалываются, чтобы получить однородную пастообразную массу. Далее составляют композицию бумаги, улучшая характеристики массы при помощи различных наполнителей и красящих веществ. Для повышения белизны и гладкости в композицию добавляют дополнительные компоненты: каолин, хлор, канифоль, сернокислый барий, тальк, титановые белила.
3. Варка. На данном этапе происходит обработка целлюлозной массы кислотами под высокой температурой.
4. Формирование листа на бумагоделательной машине. Жидкую массу выливают на плоскую сетку бумагоделательной машины. Целлюлозная паста равномерным слоем распределяется по поверхности сита или валика, образуя первоначальную структуру листа бумаги. Затем полотно сушится и прессуется, проходя через металлические валы бумагоделательной машины. Прессование помогает получить более плотную и равномерную структуру бумажного полотна.
5. Накатка. Готовая бумага наматывается на шпулю и в виде огромных рулонов поступает на дальнейшее производство. В зависимости от размера бумагоделательной машины, ширина готового полотна может достигать 9 метров, а длина бумаги в рулоне — нескольких километров.
6. Резка, фасовка и упаковка. Далее рулоны отправляют на режущий станок, где производят резку листов по размерам в соответствии с типографскими стандартами. Листы складывают в пачки и маркируют — в таком виде бумага и поступает в продажу.
Оборудование для производства бумаги
Для производства бумаги и некоторых видов картона на российских комбинатах используются бумагоделательные машины четвертого поколения. Это серьезное промышленное оборудование с автоматизированным программным управлением — человек лишь выполняет функцию оператора.
Бумагоделательная машина представляет собой многосекционный агрегат непрерывного действия, на котором из жидкой волокнистой суспензии получают бумагу различной плотности.
Различают два вида бумагоделательных машин:
- Плоскосеточные (столового типа)
- Круглосеточные (с цилиндрической сеткой)
Наибольшее распространение получили плоскосеточные машины, поскольку они более универсальны и подходят для изготовления бумаги всех популярных видов. На круглосеточных машинах производят ограниченный ассортимент бумаги и картона.
Линия по производству бумаги (бумагоделательная машина) состоит из пяти секций:
1. Сеточная часть, куда изначально подается жидкая целлюлозная масса и где формируется бумажное полотно.
2. Прессовая секция, где производится обезвоживание и уплотнение бумажного полотна — это своеобразный прокатный стан для бумажной массы. После сетчатой части бумажное полотно проходит через каскад валов, где уплотняется и отдает основную часть влаги.
3. Сушильный блок, в котором происходит финальная сушка — нагретый воздух поглощает и мощной вытяжкой удаляет пары влаги.
4. Отделочная секция, где бумажное полотно подвергается необходимой обработке для придания необходимого лоска, гладкости, плотности и т.д., и сматывается в рулоны.
5. Приводное оборудование бумагоделательной машины — система редукторов и электродвигателей, приводящих в движение все части бумагоделательной машины.
Бумагоделательная машина представляет собой сложный агрегат гигантских размеров. Длина современного промышленного комплекса может превышать 100 метров, высота отдельных его элементов достигает 15 метров.
В линию по производству бумаги также входят:
- бассейн для накопления целлюлозно-бумажной массы и подачи ее на сетчатый стол,
- оборудование для рафинирования (разбивки отдельных сохранившихся пучков волокон),
- оборудование для помола и очистки массы,
- система насосов (насосы для подачи воды, вакуумные насосы),
- устройства для возвращения в оборот брака,
- бассейны оборотной массы воды,
- система принудительной вентиляции,
- регулирующие и контрольно-измерительные приборы
Производство бумаги из вторичного сырья — особенности технологии
Вторичная переработка старых книг, газет, журналов и других бумажных отходов позволяет сократить вырубку лесов для бумажного производства, что особенно актуально в условиях современного мира с его многочисленными экологическими проблемами.
К сожалению, менее 5% бумаги в России производится из вторичного сырья. В Европе этот показатель превышает 20%, а в Японии из макулатуры производят по разным данным до 70% новой бумажной продукции.
Производство бумаги и санитарно-гигиенической продукции из вторичного сырья — технологически сложный многоступенчатый процесс. Сначала макулатуру очищают от мусора и вручную сортируют по категориям. Отходы офисной бумаги — вторсырье наивысшего качества, его направляют на производство полиграфической продукции. Макулатура среднего и низкого качества идет на изготовление газетной бумаги и упаковочного картона.
После глубокой сортировки макулатура очищается от примесей, вторсырье измельчается. Для измельчения на комбинатах используют промышленные мельницы и дробилки. Измельчение исходного сырья необходимо, чтобы макулатура быстрее превратилась в однородную массу.
Далее производится первичный роспуск вторсырья на волокна. Для этого макулатуру загружают в гидроразбиватели, где под воздействием химических реагентов из вторсырья получается однородная масса. В мощных установках под действием центробежной силы происходит разделение волокон по плотности — легкие фракции поднимаются наверх, более плотные оседают внизу. Полученное в результате переработки чистое вторичное волокно направляется на производство новой продукции.
Технологические схемы переработки макулатуры можно разделить на три основные группы:
- Производства писче-печатных видов бумаги
- Производство упаковочной бумаги и картона
- Производство санитарно-гигиенической продукции
Переработка вторичного волокна — более трудоемкий процесс по сравнению с переработкой первичной древесной целлюлозы, поскольку макулатура состоит из различных вспомогательных химических веществ и часто содержит посторонние примеси.
