Як роблять папір

Папір – надпопулярний у сучасному світі матеріал, що має багатовікову історію. Але якщо раніше для його створення використовували ганчір’я (бавовняне, лляне, шовкове тощо), то сьогодні головне джерело паперу – деревина.

Папір активно застосовують у різних сферах. Чи не основним його призначенням є поліграфічне використання: створення книг, газет, журналів, зошитів, блокнотів, листівок, афіш, календарів та ін. Не менш важливим вважається виготовлення всілякої упаковки (коробок, мішків, обгорток), оздоблювальних виробів (наприклад, шпалер), матеріалів для творчості (для аплікацій, орігамі тощо), фільтрів, ізоляторів, шмергелевого паперу, грошей, одноразового посуду, туалетного паперу, серветок, рушників, скатертин та простирадл. Він може служити підкладкою для нанесення хім. реагентів. Без нього не обходяться в медичній галузі, електро- та радіотехнічній сферах, а також у безлічі інших промислових напрямків. Це воістину універсальний матеріал, значення якого важко переоцінити, а всю широту застосування не вмістити в кілька речень.

За своєю суттю, папір є волокнистим утворенням, виробленим з целюлози, до складу якого входять різні мінеральні добавки. Джерелом також може служити вторинна сировина (макулатура і ганчіркова маса).

Основні властивості та параметри паперу

Поміщений у воду папір не підлягає розчиненню, проте легко намокає і стає в рази менш міцним, порівняно з початковими показниками міцності. Крім того, намокання плюс подальше висушування призводить до втрати форми і нерівномірних зменшень (викривлення).

Крім взаємодії з водними середовищами, якість паперу визначають багато інших параметрів, зокрема, фізичні, хімічні, механічні та оптичні. Одні з них (щільність, фактура, білизна і прозорість) впливають на застосування й зовнішній вигляд, інші (міцність, стійкість до розтягування, зсідання при висиханні, викривлення, електризованість, присутність крейдованого покриття, пористість, запиленість та засміченість) – на експлуатаційні характеристики. Далі розглянемо частину цих параметрів детальніше.

Щільність – це маса паперового аркуша площею 1 м². Вимірюється в грамах. Залежить від призначення виробів. Так, наприклад, в офсетному друці найбільшу щільність мають візитки (близько 200-250 г/м²), плакати та календарі (135-200 г/м²), найменшу – газетний папір (45-60 г/м²). На загал, діапазон щільності в цій галузі становить 60-300 г/м².

Білизна – це здатність до світловідбиття. Визначається коефіцієнтом відбиття (відношення інтенсивності відбитого світла до падаючого), який може становити 60-98 %. Чим сильніший контраст між тоном паперу і надрукованими на ньому символами, зображеннями, тим краще картинка сприймається людиною.

Прозорість відображає проходження світлових променів крізь папір без розсіювання. Найчастіше цей параметр зараховують до вад паперу, оскільки при значній прозорості друк проглядається зі зворотного боку аркуша.

Глянцевість та матовість. Будь-який вид паперу може відбивати світло, що потрапляє на нього дифузно й дзеркально. Обсяг дзеркального відображення в загальному світловідбитті визначає глянцевість. Глянцевому паперу характерні відблиски, у матового ж вони не спостерігаються. Глянцевому властива підвищена насиченість фарб нанесеного друку, тому вони набагато краще підходять для створення різнокольорових ілюстрацій. Якщо ж необхідно наносити значну кількість дрібного тексту, краще для цього використовувати матовий папір, що запобіжить швидкому стомленню зору, провокованому на глянці високим контрастом і присутністю відблисків.

Крім того, що необхідно враховувати властивості матеріалу, важливо ще й задля запобігання непридатності приділяти увагу упакуванню, ретельному виконанню технологічних моментів, умов перевезення та зберігання. Особливо це стосується дорогих видів. До речі, про види...

Класифікація паперу

Існують різні види, класи і сорти паперу, які мають значення не тільки при купівлі виробів споживачами, а й, головним чином, при їх виготовленні. В цілому, різноманітних видів і підвидів існує понад шість сотень.

За призначенням матеріал можна розділити на десять основних груп:

1. Друкована. Є найпопулярнішою. На ній, застосовуючи різні методи, друкують видавничу і образотворчу продукцію. Це газетний, друкарський, офсетний, глубокодрукарський, ілюстративний, картографічний, обгортковий та етикетковий папір.
2. Декоративна. Поверхня має гладку структуру. Матеріал, як правило, пофарбований або крепований. Не рідкість – імітація шкіри, оксамиту, полотна і мармуру. Застосовується переважно для створення книжкових палітурок, оформлення книг, журналів і т.д.
3. Письмова. На такому папері пишуть, креслять, малюють, на нього наносять машинопис. Він може бути звичайним та кольоровим. З нього можуть виготовляти зошити, поштові вироби. Також сюди належить копіювальний, креслярський, зокрема, прозорий, ротаторний папір, калька і ватман.
4. Електротехнічна. Це матеріали для електроізоляції, телефонного і конденсаторного використання, а також мікастрічкові, кабельні, зокрема, напівпровідні.
5. Для упакування і обгорток. Сюди належить папір, в який вручну або на спеціальних автоматичних агрегатах упаковують харчові продукти (овочі, фрукти, цукор, чай, кондитерські, хлібобулочні вироби та ін.), тару, головним чином, скляну, а також текстиль та інші матеріали. При необхідності можуть бути задіяні жиро-, світлонепроникні підвиди.
6. Світлочутлива. Матеріал, на який нанесений чутливий до світла покривний шар. Такий папір змінює свій колір під впливом світлових променів, а виготовляється із застосуванням спеціальних хім. домішок.
7. Для цигарок і сигарет. Основні підвиди: курильний, мундштучний, сигаретний та цигарковий.
8. Вбираюча. Це паперові матеріали для промокання, фільтрації, застосовувані, в основному, в хроматографії.
9. Промислово-технічна. Такий папір може мати різноманітне застосування: для ртутно-цинкових елементів, хімічних джерел струму, патронів, каландрів, шпагатів, ксерографії тощо. Він може розчинятися у воді, бути перфокартковим, чутливим до тепла, мати термореактивний і захисний шари.
10. Папір-основа. Це вихідний матеріал, який застосовується для виготовлення інших видів паперу і виробів з нього. Він піддається певній обробці, просоченню, на нього наносять різні покриття: термореактивні, копіювальні, крейдовані, фото, з парафіну, пергаменту, абразивів, фольги і т.д.

Серед цікавих видів паперу, які знайшли застосування в наші дні:

- крейдований. З метою приховування основних волокон тут наносять спеціальну пасту. Виходить гладка, рівна і біла поверхня. Кількість крейдованих шарів може відрізнятися, а відбиття може бути як глянцевим, так і матовим;

- з тисненням. Поверхню такого паперу обробляють особливим способом, мета якого – отримання рельєфного зображення (ефект паморозі, льону, яєчної шкаралупи та інших текстур);

- самоклеючий (папір-самоклейка). Передбачає наявність на звороті адгезивного шару, закритого захисною плівкою, що легко знімається. Буває в різних колірних варіаціях, крейдованим/некрейдованим, прозорим, металізованим та ін. Клейкий шар може бути тимчасовим або постійним. Іноді захисний шар ділять на фракції, що сприяє його спрощеному зняттю;

- самокопіювальний. Забирає необхідність використання копірки. Оригінал копіюється при писанні ручкою або на друкарській машинці. Щоб копіювання було можливим, важливо використовувати різного кольору паперові аркуші в певному порядку один за одним. Через невелику щільність, можуть виникати труднощі при розрізуванні та в процесі друку. Тому поводитися з таким папером слід мега акуратно;

- картон. Це, як правило, багатошаровий паперовий продукт, якому характерні значні товщина, вага і жорсткість.

Крім того, в деяких країнах папір ділять на класи: А (А+), В (В+) і С (С+).

Папір класу А найдорожчий. Його застосування не надто широке. Підходить для виготовлення представницької документації, кольорового друку і ксерокса на великій швидкості, кольорового друку лазером. Чорнила на ньому швидко сохнуть і добре вбираються. Завдяки значній білизні, вдається добре передати колір та контраст. А-папір відповідає високим вимогам стосовно жорсткості й вологості, при впливі високих температур і під тиском принтера не скручується. Добрий варіант для архівних документів, зберігання які передбачається протягом десятків років, а то й століть (до 150 років!).

Папір класу В – універсальний матеріал, який користується неймовірним попитом. Йому характерні: середня ціна, бездоганна якість, підвищена непрозорість та білизна, оптимальна гладкість. Підходить для 2-стороннього й швидкісного друку, багатотиражного копіювання (кольорового і лазерного). Здатний зберігати архівну документацію до 100 років.

Папір класу С не менш популярний, ніж попередній, оскільки коштує недорого і відповідає основним вимогам масового застосування. До 70 % оргтехніки працює комплектованою саме ним. Основні споживачі: офіси, малі підприємства, навчальні, громадські, державні заклади. Зверніть увагу, що С-папір не слід задіювяти для струменевого, кольорового лазерного і 2-стороннього друку.

Технологія виготовлення паперу

Як вже було сказано, сучасні виробники паперу використовують в якості основного матеріалу деревину (хвойних дерев, тополі, берези, евкаліпта, каштана і т.д.). Сучасний технологічний процес абсолютно автоматизований.

З колод, які надходять у цех, спочатку знімають кору, робочий матеріал подрібнюють на дрібні волокна, з’єднують його з водною фазою, в якій відбувається набухання. Далі йде повторне вилучення залишків тріски. Внаслідок таких маніпуляцій виходить однорідна маса, яку розміщують у казанах  для спільного варіння зі сильнодіючими кислотами. Кора і тріска обробляються аналогічним способом, тільки окремо від основної маси, трансформуючись  у целюлозу. Після цього йде змішування двох отриманих середовищ і їх обробка (вже спільна) кислотами під час варіння, а також їх розведення зворотною водою і очищення в пісочницях, очисниках і вузлоловах.

Далі вступає в роботу головний учасник виробництва – агрегат, що створює безпосередньо папір. Він має великі розміри, складається з двох валів, між якими безперервно крутиться сітка з металу. На неї і поміщають отриману масу, що рівномірно розподіляється по всьому периметру. Зайва волога при цьому відходить крізь отвори сітки. Матеріал поступово рухається, переходячи в пресувальні вали, в яких і утворюється паперове полотно. Залишок води вилучається за допомогою барабанів-прасок. Готовий вигляд надається каландрами, які на завершення пресують матерію. Далі виконуються нарізка на аркуші потрібних розмірів та фасування.

Узагальнити процес виробництва паперу можна, виділивши такі основні етапи:

- підготовка сировини (подрібнення, змішування компонентів, наповнення, фарбування);

- вироблення полотна на папероробному обладнанні (сполучення з водою, очищення, відлив, пресування, сушіння, плюс первинна обробка);

- кінцева обробка (каландрування, нарізування);

- сортування та пакування.

Що потрібно для виробництва паперу

По-перше, досвід і певні знання, навички та вміння. По-друге, спеціальне обладнання (про нього ми розповіли вище). По-третє, сировинний матеріал. Можна використовувати не тільки деревну целюлозу, а й целюлозу однорічників (конопель, соломи, очерету, рису...). Також для цієї мети підходять напівцелюлоза, макулатура й ганчір’я. Виробництво спец. видів потребує застосування азбесту, вовняних та інших текстильних волокон. Не варто забувати і про барвники, які вводяться до маси на початковому етапі. Крім основної сировини, знадобляться також допоміжні добавки.

Добавки, що знайшли місце в паперовому виробництві

З урахуванням сучасних реалій, де мають місце високі виробничі швидкості при створенні паперу, не обійтися без надійних та ефективних добавок. Добавки покликані покращувати якість матеріалу, надавати йому специфічних властивостей, робити можливими деякі технологічні етапи, підтримувати чистоту на виробництві, спрощувати обробку стоків і виконувати низку інших не менш важливих завдань. Що для чого може знадобитися – читайте далі.

У виготовленні паперу має місце такий процес, як делігніфікація, тобто вилучення з деревної тріски лігніну. Щоб його виконати, необхідно використовувати, наприклад, такі речовини: натрій гідроксид, сульфід натрію або молібдат амонію. Це надважливі учасники лужної делігніфікації деревини, мета якої – створення сульфатної целюлози. Основний етап цієї термохімічної обробки – сульфатне варіння, в ході якого деревну тріску обробляють розчином H2O з гідроксидом/сульфідом натрію.

Очищення паперу способом відбілювання передбачає застосування таких окислювачів, як гіпохлорит натрію, хлорне вапно, силікат натрію, хлорамін, перманганат калію або перекис водню. Примітна в цьому плані перша з перерахованих добавок, яка містить 42 г/л активного хлору і 15 г/л лугу. Спосіб відбілювання з її залученням відомий давно. Вона добре дає раду там, де завдання не під силу хлораміну або пероксиду водню. Підходить для обробки щільного і міцного матеріалу, сировиною для якого послужило ганчір’я. Розчин цієї речовини готують залежно від рівня забруднення. У нього поміщають папір і тримають від 20 хвилин до години. Потім промивають: спочатку – 2 %-м розчином натрію тіосульфату  (сіркуватистокислого натрію), опісля – проточною водою. Також відбілювання можливе шляхом тампонування. Варто зазначити, що застосування окислювача приводить до того, що аркуші стають світлішими, ніж необроблені. Для досягнення рівномірного забарвлення всіх елементів знадобиться додатково виконати тонування.

Як відбілювач при виготовленні паперу і картону застосовується і діоксид титану. Може бути використаний для прямого відбілювання, поліпшення покривання паперової пульпи, а також при створенні покривних матеріалів. З його допомогою виробляють білий, кольоровий, просочений, парафіновий папір та шпалери. Не можна забувати про його роль тут як пігменту. Щоб зробити матеріал гладкішим, білішим і надати йому високих друкарських властивостей, діоксид титану можна наносити на поверхню як самостійно, так і в поєднанні з іншими пігментуючими речовинами. Пігментами можуть слугувати  і такі матеріали, як вапно гашене (гідроксид кальцію) і сульфат алюмінію.

Якщо необхідно підвищити непрозорість паперу, можна використовувати каолін.

На різних виробничих стадіях знадобиться і така важлива речовина як крохмаль (різні його види). Специфічні властивості та доступність зумовили його широке застосування в паперовій справі. Як гідрофільний агент його додають до целюлози при подрібненні для збільшення набухання волокон, гнучкості та еластичності, а також для допомоги у формуванні додаткових міжволоконних зв’язків у готовому папері. Для збільшення міцності, надання пружності та стійкості до механічних впливів крохмаль вводять на мокрому кінці папероробного обладнання. Якщо додати його (зокрема, іонний, катіонний і аніонний види) в паперову масу, можна краще утримати наповнювач. А якщо нанести його на одну або обидві сторони висушеного паперового полотна при поверхневому проклеюванні на формувальному пресі, можна досягти гідрофобності, підвищити міцність і поліпшити зовнішній вигляд матеріалу. Ця речовина застосовується також при крейдуванні (входить до складу покриттів і є адгезивом). При виготовленні картону і гофрокартону нею проклеюють плоскі шари.

Тепер ви знаєте, як роблять папір, чим він є, які види цього матеріалу бувають і без чого не обійтися на виробництві. Тож цей процес не повинен викликати у вас труднощів. У випадку чого, звертайтеся – консультативно і в плані поставок різних добавок допоможемо з виконанням поставлених завдань!