Как делают бумагу из дерева?
Древесная целлюлоза является основным сырьем для производства бумаги. Целлюлозу получают из твердых и мягких лесных пород: ели, сосны, эвкалипта, тополя, березы, каштана и других деревьев.
Самый экономичный способ получения древесной целлюлозы - механический: на деревообрабатывающем предприятии лесоматериалы измельчаются до крошки, которая смешивается с водой. Бумага, изготовленная на основе такой целлюлозы, непрочна и чаще всего идет на производство, например, газет.
Бумагу более высокого качества делают из целлюлозы, полученной химическим способом: деревянный брус режется на малые щепы, которые погружаются в химический раствор и нагреваются под давлением. Из такой древесной массы изготавливают бумагу для книг, брошюр и модных журналов, а также прочные оберточные материалы.
На деревоперерабатывающем предприятии для удаления примесей целлюлоза промывается и фильтруется. Целлюлоза, предназначенная для изготовления белой бумаги, дополнительно подлежит выбелке. После этого она превращается в лист и сушится, что впоследствии облегчит процесс производства бумаги. Лист в кипах поступает на целлюлозно-бумажный комбинат, где специальная машина, называемая разрывателем целлюлозы, вспарывает листы и смешивает их с водой. Зачастую варка целлюлозы и производство из нее бумаги проходят в непрерывном режиме, без промежуточного сушения.
К обрабатываемой бумажной массе может быть добавлена макулатура, но лишь после удаления чернил. На этом этапе производства обрабатываемая масса, состоящая из древесных волокон и воды, называется бумажным сырьем.
Затем на специальной перерабатывающей машине меняются форма и структура бумажных волокон.
Клеи - это вещества, присутствие которых в писчей бумаге отталкивает влагу. Для проклеивания бумаги чаще всего используются смолы. Благодаря им, написанное на бумаге приготовленными на водной основе чернилами, не растекается и легко распознается человеческим глазом. Бумага, используемая для печатания, не требует такого проклеивания, как писчая, поскольку печатные краски готовятся не на водной основе и не растекаются. После этого бумагу окрашивают в смесителе, куда добавляют красители или пигменты, - например, мелко размельченные вещества для мелования. Так, добавки каолина делают бумагу белой и непрозрачной. Наиболее распространенным способом изготовления бумаги является метод Фурдринье. Из миксера бумажная масса через цилиндр подается на конвейер, лента которого представляет собой сетку с ячейками; ширина этой ленты может достигать 9 метров. Конвейер движется со скоростью до 1000 м в минуту. От скорости поступления сырья зависит толщина и вес сходящей с конвейера бумаги.
По мере продвижения бумажной массы по ленточному конвейеру часть содержащейся в ней воды вытекает через ячеистые отверстия, и бумажные волокна начинают сплетаться друг с другом, образуя так называемую рулонную ленту. Прежде чем она сойдет с конвейера, из волокон выйдет еще больше воды - за счет всасывания влаги снизу. Именно теперь на волокнах бумаги можно поставить водяной знак. Для этого понадобится специальный валик с наперед заданным рисунком. Далее лента поступит на движущийся ременной транспортер из натурального войлока, и пройдет через несколько последовательно расположенных тяжелых валков, которые выдавят из бумаги еще больше влаги и еще сильнее спрессуют ее волокна. Затем бумажная лента, достигшая достаточной прочности, чтобы перемещаться сама по себе, обогнет несколько подогретых паром металлических барабанов, которые выпарят из ленты почти всю остающуюся влаге После сушки бумага пройдет через несколько расположенных в ряд и безупречно отшлифованных железных цилиндров, называемых каландрами, которые разгладят ее поверхность. После этого бумагу мотают на бобины, которые могут разрезаться на более мелкие катушки. Затем бумага режется на листы.
Встречаются в древних китайских источниках. Официальной датой первого появления первого бумажного листа считается 105 год до н.э., а связывается это событие с именем сановника из Китая Цай Луня.
Подобие бумаги использовали и до новинки, но изготавливали этот материал из сильно распаренного шелка или . Цай Лунь сделал несколько экспериментов, благодаря чему появился уникальный . В одной емкости были смешаны кусочки ткани, зола, волокна шелковицы и пенька. Все ингредиенты надо было тщательно перемешать и ровным слоем выложить в специальные формы. Затем заготовка сушилась под солнечными лучами и прессовалась при помощи камней. В итоге получались тонкие листы.
Стоит отметить, что точная дата изобретения бумаги неизвестна. Археологи нашли кусочки похожего на бумагу материала во время раскопок в Египте. Причем дата находок относится к 300-м годам до н.э.
Современное производство
На данный момент бумагу изготавливают на заводах, оснащенных специальным оборудованием. Существует три варианта производства – из древесной или химической целлюлозы, а также из макулатуры.
Древесную получают из коры берез, эвкалипта, сосны или ели. Материал тщательно измельчается при помощи специального оборудования, а затем смешивается с определенным количеством воды. Дальше смесь попадает на станки, которые изготавливают тонкие листы бумаги путем прессования и выравнивания. Материал такого качества в основном используется для печати газет или печатных изданий относительно низкой стоимости. Бумага имеет желтоватый оттенок и отличается не слишком высокими показателями прочности.
Химическая целлюлоза используется для изготовления белой бумаги более высокого качества. Процесс изготовления такого материала происходит также в несколько этапов. Кору деревьев измельчают в мелкую крошку, которая тщательно просеивается. Затем опилки на протяжении определенного времени варят в огромных котлах. Только после этого полученная масса смешивается со специальной кислотой. Для получения более плотной бумаги нередко к основной массе подмешивают измельченную макулатуру. Завершающий этап зависит от требований. Например, если нужна глянцевая бумага, то к смеси добавляют смолу. Если нужна бумага повышенной прочности, то дополнительным ингредиентом становится клей. После необходимых добавок смесь отправляется под пресс и тщательно высушивается.
Из макулатуры бумагу делать гораздо проще. «Старую» бумагу очищают от краски, которая используется для нанесения изображений и текста. Затем материал тщательно измельчается и подвергается специальной обработке, благодаря чему образуется смесь, напоминающая манную кашу. Масса отправляется на вращающиеся ленты и подвергается прессованию, предварительно в состав иногда добавляют древесную кору. В результате такого процесса получается белая бумага, которая потом режется на листы и формируется в отдельные блоки.
Для изготовления цветной бумаги в стандартные смеси добавляются красители определенного цвета. Дополнительной обработке подвергаются листы, которые должны стать бархатными, блестящими или рельефными.
Ответ на вопрос о том, как делают бумагу сегодня, лежит в плоскости технологий. Но стоит заглянуть в историю. Прототип материала - древнеегипетский папирус - растение, из которого делали писчий материал. Размоченную сердцевину соединяли, накладывая слои перпендикулярно друг другу. После выдерживания под прессом листы высушивали на солнце, разрезали и полировали. Готовые гибкие свитки были прочными - некоторые из них сохранились до XXI века.
Изготовление бумаги из привычных нам материалов поставили на поток в Китае. Со II века н. э. технология обработки луба тутовых деревьев постепенно начала распространяться по миру. Сначала она перешла из Китая на арабский Восток, а затем - в Европу.
Первые мануфактуры по производству бумаги появились в Европе в XIII веке. С XVII века изготовлением бумажных материалов занялись российские промышленники.
Некоторые листы пергамента хорошо сохранились
Виды бумаги
Чтобы понять, как изготавливают бумагу, надо сначала определить ее вид, ведь состав сырья может быть разным.
Различают такие разновидности материала:
- Офсетная. Широко используется в типографском деле - для печати книг и массовой полиграфической продукции. Бумага устойчива к сырости, что важно, так как при офсетной печати используют увлажнители.
- Упаковочная. Прочная, невосприимчивая к влаге. К цвету и гладкости не предъявляют повышенные требования.
- Газетная. Применяется для печати на высокоскоростном оборудовании. Ее особенность - повышенная впитываемость красок.
- Мелованная . Отличия от других видов - белизна, гладкость. Из нее печатают качественные иллюстрированные издания.
- Целлюлозная. Состоит из чистой целлюлозы плюс 1-3 % добавок. Используется для печати банкнот и ценных бумаг.
Дизайнерская бумага для упаковки подарков
Из чего делают бумагу?
Сырьем служат растительные вещества с длинными волокнами. Смешиваясь с водой, они образуют податливый, однородный полуфабрикат. Его делают из:
- дерева - масса называется целлюлозной;
- однолетних растений: из конопляной или рисовой массы изготавливают материал повышенной белизны, из соломы и тростника - прочную и плотную;
- вторичного сырья - макулатуры, тряпок;
- сырья для производства бумаги специального назначения - шерстяных, асбестовых и прочих волокон.
Основной материал в бумажной промышленности - древесина. На комбинаты поставляют стволы целиком. Там с них снимают кору, разрезают. Далее сырье измельчают в муку - до волокон-фибрилл.
В таком виде древесина поступает на измельчение в муку
Для производства бумаги используют:
- сосну, кедр - мягкие породы пригодны для изготовления упаковочных материалов;
- клен, дуб - основа из твердых пород гладкая, но менее прочная;
- канадскую ель - из нее делают прочный, но эластичный материал;
- каштан, березу и так далее.
Смешивая дубовое и сосновое сырье, получают книжную бумагу. Она прочная, эластичная.Для улучшения качества продукции древесный материал сортируют, фильтруют, обрабатывают химическими составами.
Производственные этапы
Технология состоит из таких этапов:
- обработка массы - размол, окрашивание, смешивание растительных и химических составляющих;
- разбавление массы водой, очищение, прессовка и сушка;
- каландирование;
- резка, сортировка и упаковка.
Процесс изготовления бумаги начинается с размалывания сырья в непрерывно действующих аппаратах. На фабриках используют роллы, мельницы конического и дискового типов, рафинеры.
Полученную муку очищают, добавляют связующее вещество и наполнитель:
- парафиновые эмульсии;
- глинозем, каолин;
- мочевино-, меламино-формальдегидную смолу;
- канифольные и животные клеи;
- тальк, крахмал и пр.
Жидкий состав выливают на плоскую сетку бумагоделательной машины. После уплотнения и формовки цельное полотно покрывают клеевыми пигментами (так производят мелованную бумагу) или другими составами.
Следующий этап - просушка при повышенной температуре с помощью шлифовочных цилиндров. Волокна застывают, образуя бумажное полотно. После обезвоживания оно попадает в каландры. Это массивные цилиндры, объединенные по 5-8 штук. Проходя между ними, бумага становится гладкой, выравнивается, уплотняется.
Так происходит сушка бумаги
Готовая лента наматывается на накат - вращающийся цилиндр с прижимным валиком. Он собирает полотно в рулон. Технология производства бумаги также предполагает постобработку - глянцевание, окрашивание, резку.
По тому же принципу производят картон - материал плотностью от 250 г/м². Из него изготавливают обложки книг, папки, упаковку и другую подобную продукцию.
Упаковка и резка
Способ резки рулонов бумаги отличается в зависимости от планов на ее использование. Рулоны разрезают в бобинорезке, затем сматывают в несколько рулонов меньшего объема и диаметра. Потом разделяют на готовые листы для печатного цеха - например, лазером (края аккуратны, на них нет нагара).
Готовые рулоны бумаги
Последний этап изготовления бумаги - упаковка. Ее самые распространенные виды:
- фасовка в пачки из 250-1 000 листов, обернутые крафт-бумагой или другим плотным и водостойким материалом;
- паллетирование - перенос листов на плоские прямоугольные подставки с выемками для захвата и крепления;
- смешанный способ - сначала листы собирают в пачки, а затем помещают на паллеты;
- упаковка «калачами» (свертками до 10-15 кг) - подходит для технической, упаковочной бумаги увеличенного формата (может переносится вручную, без пандусов и спецтехники).
Критерии качества бумаги
- Прочность - сопротивляемость разрыву и сжатию при высокоскоростной печати должна быть высокой.
- Плотность - для глубокой печати используют тонкие листы, для упаковки - толстые (диапазон - от 60 до 300 г/м²);
- Гладкость - чем она выше, тем лучше воспроизводятся детали изображения, плотнее контакт листов с формами для печати;
- Белизна - показатель попадает в диапазон 60-98 %;
- Непрозрачность - чем меньше просвечивается лист, тем меньшей будет степень проявления изображения с обратной стороны (для обычной офисной бумаги - от 89 %);
- Пористость - на пористом материале лучше фиксируется краска, но отпечатки теряют насыщенность.
- Сопротивляемость истиранию - если она мала, вязкие печатные краски «выщиплют» волокна с листов, и это загрязняет детали печатного оборудования.
- Впитываемость - чем она выше, тем быстрее краски закрепятся на поверхности листа.
- Наличие проклейки - с ней верхний слой будет прочным, устойчивым к воздействию влаги, клея.
Смотрите интересный репортаж из завода по производству бумаги:
Итоги
- Первые писчие материалы из растительного сырья появились в Древнем Египте и Китае.
- Сегодня бумагу разных видов производят из древесины, однолетних растений, вторичного сырья.
- В бумажной промышленности используют целлюлозу из хвойных пород, дуба, березы, каштана.
- Технология производства бумаги предполагает размол, подготовку массы, прессование, сушку, каландирование, намотку в рулоны. Постпроизводственные этапы - резка и упаковка.
- Качество материала определяется его плотностью, непрозрачностью, гладкостью и другими параметрами.
Люди изобрели бумагу тысячи лет назад, чтобы записывать свои мысли и важные технические открытия. Способ передачи информации с помощью бумаги, производство которой растет с каждым годом, всегда остается актуальным.
Из чего изготавливают
Даже маленький ребенок знает, что сырье для производства бумаги – это древесина. Для этого подходят практически любые породы:
- Каштан;
- Береза;
- Тополь;
- Эвкалипт;
- Сосна.
Бревна с лесопилки привозят на комбинаты, где их пилят на мелкие части, а затем делают щепки. Чтобы сделать 50 листов формата А4, нужно 1 кг дерева. Для сокращения вырубки лесов применяется макулатура, то есть бумага, бывшая в употреблении. Для изготовления сырья подходит солома, рис, хлопок, а также тряпичные отходы и асбест.
Кроме этого сырья, для производства нужно много воды. Часто бумажные предприятия строят на берегах рек и озер. Естественные источники используют для забора воды и сплава леса.
Как изготавливают
Этапы процесса изготовления бумаги:
- Бревна очищают от коры и распиливают на щепки.
- Их погружают в воду в соотношении 5 частей дерева к 95 частям воды. В результате щепки набухают и отбеливаются.
- Материал варят в растворах кислот, оксидов и других веществ. Это необходимо для получения равномерного вязкого состава без примесей. От этого этапа зависит качество, сорт и цвет бумаги.
- Полученную целлюлозу фильтруют. В чистом виде она используется только для дорогих сортов бумаги. Для обычных листов в целлюлозу вводят специальные добавки.
- В состав полуфабрикатов вводят дополнительные вещества, которые влияют на внешний вид бумаги. Смола вводится для получения глянцевой поверхности, клей – для повышения прочности, красители – для создания оттенка. Парафиновая эмульсия делает бумагу пригодной для письма и печати изображений. Для отбеливания в массу добавляют мел и тальк. Интересно, что бумажная масса из конопли и риса имеет белый цвет, она не нуждается в дополнительном отбеливании.
- Масса попадает в бумагоделательную машину. Сначала состав попадает на ячеистую сетку, где из него стекает вода. Волокна при этом переплетаются вдоль движения станка, что позволяет получить прочную основу. Бумажная масса отправляется на прессы, где она уплотняется, и выходит еще больше воды.
- Бумага проходит через металлические барабаны, где она высушивается. Окончательная обработка проходит на валах, бумажное полотно сдавливается, выравнивается, уплотняется и окончательно высушивается.
- Рулоны бумаги отправляются на следующий станок, который режет их на листы и упаковывает.
В готовом виде упаковки поступают в магазины и к конечным потребителям. Изготовление бумаги – быстрый процесс, сегодня он реализуется за счет механических и электронных станков, практически не предполагает участия человека. Это позволяет производить товар в больших объемах.
Как изготавливали в древности
Первые надписи люди оставляли на скалах, стенах пещер, глиняных табличках. Береста, папирус и пергамент – древние прародители бумаги. На них можно было писать, но они были недолговечны.
Первое производство было организовано в Китае около 105 года. На изготовление бумаги шли растения – мох, трава, бамбук. Волокна замачивали в воде, а затем варили с золой и известью. Эти вещества нужны для растворения лигнина – полимера, который придает прочность растениям.
Сырье дробили на мелкие волокна, добавляли растительные соки и крахмал и отливали бумажные листы. После стекания воды, листы высушивались прессом. Со временем секрет производства распространился в арабские земли, откуда попал в Европу. Там начали делать бумагу из дерева, первые опыты были поставлены в начале 18 века.
Как проверяют качество
Для проверки качества бумаги используют несколько характеристик:
- Толщина. Важно сохранять одинаковую толщину на всей партии товара.
- Пористость. Чем она больше, тем лучше держится типографская краска.
- Непрозрачность. Это важная характеристика для книг и офисной бумаги. Газетные листы делают более прозрачными для экономии.
- Гладкость. Эта характеристика улучшает качество изображения за счет лучшего соприкосновения бумажных листов с печатными формами.
- Прочность. Важна для высокоскоростной печати, а также для упаковочных материалов.
- Устойчивость к истиранию. Напрямую влияет на долговечность готовых книг, рукописей, газет.
- Впитываемость. Влияет на скорость проникновения красок.
Виды бумажной продукции
Современное производство бумаги предполагает изготовление разных ее видов:
- Газетная. Недорогая в производстве и быстро впитывающая краску.
- Офсетная. Самый распространенный вид, используется для печати книг, тетрадей, для офисных целей.
- Мелованная. Характеризуется высоким качеством и повышенной белизной. Используется для печати дорогих каталогов.
- Упаковочная. Главное для нее – устойчивость к внешней среде. Изготавливается из чистой древесины, так как нужна небольшая стоимость.
- Денежная. Самый качественный вид, используется для печати денежных знаков.
- Картон. Бумага повышенной плотности.
В России хорошо развито производство бумаги из древесины, так как наша страна богата лесами. На месте вырубленных деревьев постоянно сажают новые, это возобновляет ресурсы предприятий. В каждом городе есть пункты сбора макулатуры, которые дают дополнительное сырье бумажным мануфактурам. Теперь вы знаете, как делают бумагу, и какой это сложный процесс.
Бумага - это материал на основе растительных волокон, дополненных различными добавками и наполнителями.
Этот материал причисляют к важнейшим изобретениям человечества, и неспроста. Без него не был бы возможен такой высокий уровень прогресса, какой существует сейчас.
Изготовление бумаги ведется на целлюлозно-бумажных комбинатах. Эти предприятия располагаются невдалеке от водоемов, поскольку технология изготовления бумаги предполагает использование значительных объемов воды.
Сырье для производства бумаги
Основной материал, используемый для производства бумаги - древесина разных (больше – хвойных, потому что они на 40–50% состоят из целлюлозы) сортов и макулатура. В особых случаях используется хлопок. Еще один вид сырья, появившийся относительно недавно, - синтетические волокна. Также основой для производства бумаги может стать ветошь, волокна однолетних растений, шерсть, асбест.
Для изготовления бумаги чаще всего используются такие полуфабрикаты, как целлюлоза и древесная масса в разных соотношениях.
Заготовленная древесина проходит специальную обработку: химическую и механическую.
Целлюлозу получают в процессе варки древесины в химическом растворе. Именно она придает материалу белизну и высокую прочность. Целлюлоза в полусыром виде может быть сразу отправлена на дальнейшую переработку в цех, а может быть спрессована, высушена и в виде серых листов отправлена на продажу другим предприятиям. В чистом виде целлюлоза используется для производства высококачественной бумаги дорогих сортов.
Механическая обработка, помол древесины, приводит к образованию древесной массы - частиц диаметром два-три миллиметра. Этот полуфабрикат содержит не только целлюлозу, но и лигнин - полимер, скрепляющий волокна растений. Именно из-за этого вещества полиграфическая продукция, напечатанная на газетной бумаге, с течением времени становится желтовато-коричневой под воздействием света. Древесная масса в чистом виде может применяться только для производства бумаги недорогих сортов (газетная, упаковочная).
Как изготавливают бумагу
Производство начинается с изготовления бумажной массы, которая представляет собой смесь воды, целлюлозы и древесной массы (соотношение целлюлозы и д. м. определяет будущие характеристики продукции) с добавлением различных веществ для проклейки, окраски, улучшения свойств материала (клея, смолы, крахмала, мела, каолина и прочего). Соотношение воды и волокон таково, что бумажная масса представляет собой 2,5–3% суспензию.
Предварительно очищенная бумажная масса поступает в бумагоделательную машину - сложный агрегат огромных размеров (длина - свыше 100м, ширина - 15-18м). За одну минуту полуфабрикат успевает пройти через все части БДМ;
- Сеточная часть. Под напором этот состав непрерывно поступает на движущуюся проволочную сетку бумагоделательной машины. Технология изготовления бумаги такова, что волокна располагаются и переплетаются вдоль движения сетки, создавая машинное направление, которое в дальнейшем будет играть важную роль при использовании готового продукта. По мере движения сетки вода постепенно уходит и осуществляется формование бумажного полотна.
- Прессовая часть. В процессе прессования полотно проходит между несколькими парами прессов-валов, уплотняясь и отдавая большую часть влаги.
- Сушильная часть. В ней бумага-основа высушивается нагретыми паром цилиндрами. Но даже после этого в полотне остается до 8% влаги.
- Каландры. Предварительно остуженное холодными барабанами полотно проходит каландрирование - пропускается между тяжелыми полированными валами - каландрами для придания ему большей гладкости и прочности. Каландрированная бумага сматывается в рулон и подвергается резке на меньшие рулоны или размотке и резке на листы.
После и/или перед каландром могут быть установлены устройства для мелования бумаги. Мелование - нанесение покрытия из каолина или диоксида титана для увеличения гладкости бумаги и улучшения ее печатных свойств, оно бывает одно- или двухсторонним, однократным и многократным.
