Как делают бумагу

Бумага – популярнейший в современном мире материал, имеющий многовековую историю. Но если ранее для его создания использовали ветошь (хлопчатую, льняную, шелковую), то сегодня главный источник – древесина.

Бумага находит широкое применение во всевозможных сферах. Пожалуй, основным ее предназначением выступает полиграфическое использование: создание книг, газетно-журнальной продукции, тетрадок, блокнотов, открыток, афиш, календарей и т.д. Не менее важным считается изготовление разнообразной упаковки (коробок, мешков, оберток), отделочных изделий (например, обоев), поделочных материалов (для аппликаций, оригами и др.), фильтров, изоляторов, наждачек, денег, одноразовой посуды, туалетной бумаги, салфеток, полотенец, скатертей и простыней. Она может служить подложкой для нанесения хим. реагентов. Без нее не обходятся в мед. отрасли, электро- и радиотехнической сферах, а также во множестве иных промышленных направлений. Это воистину универсальный материал, значение которого сложно переоценить, а всю широту применения не вместить в несколько предложений.

По своей сути, бумага является волокнистым образованием, произведенным из целлюлозы, в состав которого входят различные минеральные добавки. Источником также может служить вторичное сырье (макулатура и тряпичная масса).

Основные свойства и параметры бумаги

Помещенная в воду, бумага не подлежит растворению, однако легко намокает и становится в разы менее прочной от изначальных прочностных показателей. Кроме того, намокание плюс дальнейшее высушивание приводит к потере формы и неравномерным уменьшениям (коробление).

Кроме взаимодействия с водными средами, качество бумаги обуславливают многие иные нормы, в том числе, физ., хим., механические и визуальные. Одни из них (плотность, характер поверхности, белизна и способность пропускать свет) влияют на сферу задействования и внешний вид, другие (прочность, стойкость к растягиванию, уменьшение размеров после высыхания, искажение формы, электризуемость, присутствие мелованного покрытия, скважность, пыление и наличие сора) – на эксплуатационные характеристики. Далее разберемся с частью данных характеристик детальнее.

Плотность – это масса бумажного листа размером 1 м². Измеряется в г. Зависит от предназначения изделий. Так, к примеру, в полиграфии наибольшей П. обладают визитные карточки (около 200-250 г/м²), постеры и настенные/настольные календари (135-200 г/м²), наименьшей – газетная бумага (45-60 г/м²). В целом, диапазон П. в этой отрасли составляет 60-300 г/м².

Белизна – это способность к светоотражению. Определяется коэффициентом отражения, который может составлять 60-98 %. Чем выше контрастность между тоном бумаги и напечатанными на ней символами, тем лучше напечатанное «читается» человеком.

Прозрачность отображает прохождение световых лучей сквозь бумагу без дисперсии. Зачастую этот параметр зачисляют к изъянам бумаги, поскольку при значительной прозрачности печать просматривается с обратного края листа.

Глянцевость и матовость. Любой вид бумаги может отражать попадающий на него свет смешанно и отшлифованно. Объем зеркального отражения в целостном светоотражении определяет глянцевость. Глянцу характерны блики, у матовых же изделий они не наблюдаются. Глянцевым свойственна повышенная яркость красок нанесенной печати, поэтому они более предпочтительны при создании разноцветных иллюстраций. Если же необходимо наносить значительную долю мелкого текста, лучше для этого использовать матовую бумагу, что предотвратит быстрое утомление зрения, провоцируемое на глянце высоким контрастом и присутствием бликов.

Кроме того, что необходимо учитывать свойства материала, важно еще и для предотвращения непригодности уделять внимание упаковке, тщательному выполнению технологических моментов, условиям перевозки и сбережения. Особенно это касается дорогостоящих видов. Кстати, о видах…

Классификация бумаги

Существуют различные виды и классы бумаги, которые имеют значение не только при покупке изделий потребителями, но и, главным образом, при их создании. В целом, разнообразных видов и подвидов существует более шести сотен.

По назначению материал можно распределить на 10 основных групп:

1. Печатная. Является самой популярной. На ней, применяя всевозможные способы, печатают издательские и изобразительные произведения. Это газетная, для высокой печати, офсетная, глубокопечатная, карто- и литографская, для обложек и этикеток бумага.
2. Декоративная. Ее текстура гладкая. Она, как правило, окрашенная или крепированная. Не редкость – имитация кожи, бархатцы, ткани и мрамора. Применяется преимущественно для создания переплетов книг, декорирования книг, журналов и т.д.
3. Писчая. На такой пишут, чертят, рисуют, на нее наносят машинопись. Она может быть обычной и цветной. Из нее могут изготавливать тетради, почтовые изделия. Также сюда принадлежит копировальная, чертежная, в том числе, прозрачная, ротаторная бумага, калька и ватман.
4. Электротехническая. Это материалы для электроизоляции, телефонного и конденсаторного использования, а также микалентные, кабельные, в частности, полупроводящие.
5. Для упаковки и оберток. Сюда принадлежит бумага, в которую вручную или на специальных автоматических агрегатах упаковывают пищевые продукты (овощи, фрукты, сахар, чай, кондитерские, хлебобулочные изделия и т.д.), тару, главным образом, стеклянную, а также текстиль и прочие материалы. При необходимости могут быть задействованы жиро-, светонепроницаемые подвиды.
6. Светочувствительная. Материал, на который нанесен чувствительный к свету покровный слой. Данная бумага меняет свой окрас под влиянием светолучей, а производится с применением специальных хим. примесей.
7. Для папиросно-сигаретной продукции. Основные подвиды: курительный, мундштучный, сигаретный и папиросный.
8. Впитывающая. Это бумажные изделия для промокания, фильтрации, задействуемые, прежде всего, в хроматографии.
9. Промышленно-техническая. Ей свойственно всевозможное применение: для ртутно-цинковых элементов, хим. токоисточников, патронов, каландров, шпагатов, ксерографии и т.д. Она может растворяться в водной среде, быть перфокарточной, чувствительной к теплу, иметь термореактивный и защитный слои.
10. Бумага-основа. Это исходный материал, применяемый для создания прочих видов бумаги и продуктов из нее. Он поддается определенной обработке, пропиткам, на него наносят всевозможные покрытия: термически реактивные, копи, мелованные, фото, из парафина, абразивов, фольги и т.д.

Среди интересных видов, нашедших спрос в наше время:

- мелованная. С целью скрытия основных волокон здесь наносят специальную пасту. Выходит гладкая, равномерная и белая поверхность. Количество меловальных слоев может отличаться, а отражение может быть как глянцевого типа, так и матового;

- с тиснением. Поверхность такой продукции обрабатывают спец. методом, цель которого – получение выпирающего изображения (эффект мороза, льна, скорлупы яйца и прочих текстур);

- самоклеющаяся (самоклейка). Предвидит наличие на обороте липкого слоя, покрытого просто снимающейся защитной прослойкой. Бывает в различных цветовариациях, мелованной/немелованной, прозрачной и др. Клейкий слой может быть временным или долговечным. Бывает, что защитный слой делят на фракции, это способствует его упрощенному снятию;

- самокопирующая. Исключает необходимость задействования копирки. Оригинал копируется при письме ручкой или на печатной машинке. Чтобы копирование было возможным, важно использовать разного окраса бумажные листы в определенном следовании друг за другом. Ввиду небольшой плотности, могут возникать трудности при разрезывании и в процессе печати. Поэтому обращаться с такой бумагой следует мега аккуратно;

- картон. Это, как правило, многослойный бумажный продукт, которому характерны значительные толщина, вес и жесткость.

Кроме того, в ряде стран бумагу делят на классы: А (А+), В (В+) и С (С+).

Бумага класса А самая дорогостоящая. Ее применение не широко. Подходит для изготовления представительской документации, цветной печати и ксерокса на большой скорости, цветной печати лазером. Чернила на ней быстро сохнут и хорошо впитываются. Благодаря значительной белизне, удается хорошо передать цвет и контраст. А-бумага отвечает высоким требованиям по жесткости и влажности, при влиянии больших температур и под давлением принтера не скручивается. Отличный вариант для архивных документов, хранение которые предвидится на протяжении десятков лет, а то и столетий (до 150 лет!).

Бумага класса В – универсальный материал, пользующийся невероятным спросом. Ему характерны: средняя цена, отменное качество, повышенная непрозрачность и белизна, оптимальная гладкость. Подходит для 2-сторонней и скоростной печати, многотиражного копирования (цветного и лазерного). Способен хранить архивную документацию до 100 лет.

Бумага класса С не менее популярна, нежели предыдущая, поскольку стоит недорого и соответствует главным требованиям массового применения. До 70 % оргтехники работает комплектованной именно ею. Основные потребители: офисы, малые предприятия, учебные, общественные, государственные заведения. Обратите внимание, что С-бумагу не следует задействовать для струйной, цветной лазерной и 2-сторонней печати.

Технология изготовления бумаги

Как уже было сказано, современные производители бумаги используют в качестве основного материала древесину (хвойных деревьев, тополя, березы, эвкалипта, каштана и т.д.). Современный технологический процесс абсолютно автоматизирован.

Из поступивших в цех бревен изначально снимают кору, рабочий материал измельчают на мелкие волокна, соединяют его с водной фазой, в которой происходит набухание. Далее следует повторное изъятие остатков щепы. В результате таких манипуляций получается однородная масса, которую размещают в котлах для совместной варки с сильнодействующими кислотами. Кора и щепа обрабатываются аналогичным способом, только отдельно от основной массы, трансформируясь в целлюлозу. После этого идет смешивание двух полученных сред и их обработка (уже совместная) кислотами в ходе варения, а также их разбавление оборотной водой и очищение в песочницах, очистителях и узлоловителях.

Дальше вступает в работу главный участник производства – агрегат, создающий непосредственно бумагу. Он имеет большие размеры, состоит из двух валов, между которыми беспрерывно крутится сетка из металла. На нее и помещают полученную массу, равномерно распределяемую по всему периметру. Лишняя влага при этом уходит сквозь ячейки сетки. Материал постепенно движется, переходя в прессовальные валы, в которых и образуется бумажное полотно. Остаток воды удаляется барабанами-утюгами. Готовый вид придается каландрами, которые в завершение прессуют материю. Далее идут нарезка на листы нужных размеров и фасовка.

Обобщить процесс создания бумаги можно, выделив такие основные этапы:

- подготовка сырья (измельчение, смешивание компонентов, наполнение, окрашивание);

- выработка полотна на бумагоизготовительном оборудовании (соединение с водой, очищение, отлив, прессовка, сушение, плюс первичная отделка);

- конечная отделка (каландирование, нарезание);

- сортирование и упаковывание.

Что необходимо для производства бумаги

Во-первых, опыт и определенные знания, навыки и умения. Во-вторых, специальное оборудование (о нем мы рассказали выше). В-третьих, сырьевой материал. Можно использовать не только древесную целлюлозу, но и целлюлозу однолетников (конопли, соломы, тростника, риса…). Также для этой цели подходят полуцеллюлоза, макулатура и тряпье. Производство спец. видов нуждается в применении асбеста, шерстяных и иных текстильных волокон. Не стоит забывать и о красителях, которые вводятся в массу на начальном этапе. Кроме основного сырья, понадобятся также вспомогательные добавки.

Добавки, нашедшие место в бумажном производстве

С учетом современных реалий, где имеют место высокие производственные скорости при создании бумаги, не обойтись без надежных и эффективных добавок. Добавки призваны улучшать качество материала, придавать ему специфические свойства, делать возможными некоторые технологические этапы, поддерживать чистоту на производстве, упрощать обработку стоков и выполнять ряд других не менее важных задач. Что для чего может понадобиться – читайте далее.

В изготовлении бумаги имеет место такой процесс, как делигнификация, то есть изъятие из древесной щепы лигнина. Чтобы его выполнить, необходимо использовать, к примеру, следующие вещества: гидроксид натрия, сульфид натрия или молибдат аммония. Это важнейшие участники щелочной делигнификации древесины, цель которой – создание сульфатной целлюлозы. Основной этап данной термохимической обработки – сульфатная варка, в ходе которой древесные щепы обрабатывают раствором H₂O  с гидроксидом/сульфидом натрия.

Очищение бумаги способом отбеливания предусматривает применение таких окислителей, как гипохлорит натрия, хлорная известь, силикат натрия, хлорамин, перманганат калия или перекись водорода. Примечательна в этом плане первая из перечисленных добавок, которая содержит 42 г/л активного хлора и 15 г/л щелочи. Способ отбеливания с ее задействованием известен давно. Она хорошо справляется там, где задача не под силу хлорамину или пероксиду водорода. Подходит для обработки плотного и прочного материала, сырьем для которого послужило тряпье. Раствор данного вещества готовят зависимо от уровня загрязнения. В него помещают бумагу и держат от 20 минут до часа. Затем промывают: сначала – 2 %-ным раствором натрия тиосульфата (серноватистокислого натрия), после – проточной водой. Также отбеливание возможно путем тампонирования. Стоит отметить, что применение окислителя приводит к тому, что листы становятся светлее, нежели необработанные. Для достижения равномерного окраса всех элементов понадобится дополнительно выполнить тонирование.

Как отбеливатель при изготовлении бумаги и картона применяется и диоксид титана. Может быть применен для прямого отбеливания, улучшения укрываемости бумажной пульпы, а также при создании покровных материалов. С его помощью производят белую, цветную, пропитанную, парафиновую бумагу и обои. Нельзя забывать о его роли здесь в качестве пигмента. Чтобы сделать материал глаже, белее и придать ему высокие печатные свойства, диоксид титана можно наносить на поверхность как самостоятельно, так и в сочетание с иными пигментирующими веществами. В качестве пигмента могут выступать и такие материалы, как известь гашеная (гидроксид кальция) и сульфат алюминия.

Если необходимо повысить непрозрачность бумаги, можно использовать каолин.

На разных производственных стадиях понадобится и такое важное вещество как крахмал (разные его виды). Специфические свойства и доступность обусловили его широкое использование в бумажном деле. Как гидрофильный агент его добавляют  в целлюлозу при размельчении для увеличения набухания волокон, изгибаемости и растяжения, а также для помощи в формировании дополнительных межволоконных связей в готовой бумаге. Для увеличения прочностных характеристик, придания упругости и стойкости к механическим воздействиям крахмал вводят на мокром конце бумагопроизводящего оборудования. Если добавить его (в частности, ионный, катионный и анионный виды) в бумагомассу, можно лучше удержать наполнитель. А если нанести его на 1 или 2 плоскости высушенного бумажного полотна при поверхностном проклеивании на формовочном прессе, можно достичь гидрофобности, повысить прочность и улучшить вид материала. Данное вещество применяется также при меловании (входит в состав покрытий и является адгезивом). При изготовлении картона и гофрокартона им проклеивают плоские слои.

Теперь вы знаете, как делают бумагу, что она собой представляет, какие виды данного материала бывают и без чего не обойтись на производстве. Так что этот процесс не должен вызвать у вас трудностей. Если что, обращайтесь – консультативно и в плане поставок различных добавок поможем с выполнением поставленных задач!