Технологический процесс производства бумаги. Технология изготовления бумаги

Из чего и как делают бумагу?

Обойтись без бумаги в повседневности почти невозможно. Она задействована во всех сферах жизни: люди читают книги, пользуются документами, заворачивают в упаковку подарки, посылки. Бумагой утирают слезы и даже расплачиваются. Напрасно поклонники современных технологий пророчат ей скорое забвение. Этого не случится еще много веков. Из чего же ее делали раньше, и каковые технологии производства сегодня?

Как и из чего делали бумагу раньше?

Сколько человечество себя помнит, оно пишет свою историю. Сперва в виде наскальных рисунков, наглядно повествующих о быте древних племен. Позже в Египте листы для написания готовили из стеблей папируса. В ходу у римлян были дощечки, покрытые воском. А в Индии сохранились высушенные плитки слоновьего помета с витиеватыми письменами.

Создателями прототипа бумаги считаются китайцы (примерно в 105 г. н.э.). Первоначально ее делали из отходов шелковичных коконов путем размалывания, тщательной просушки и прессования. Но такое изготовление оказалось дорогим и трудоемким. Тогда внимание умельцев привлекла конопляная крапива. Однако листы, которые получались из нее, в готовом виде оставались слишком грубыми.

Наилучшим сырьем стала кора тутового (шелковичного) дерева. Ее волокна, смешанные с пенькой, золой и водой, толкли вручную, варили и укладывали на бамбуковое сито. После длительной просушки на солнце выравнивали с помощью камней. Получались прочные и тонки листы. Для усовершенствования добавляли клей, крахмал и красители. Долгое время тонкости этого рукотворного изготовления хранились в секрете. По некоторым источникам, настойчивым арабам удалось выведать тайны у мастеров под пытками. Так бумага перекочевала в Азию, а оттуда уже в Европу. Первую фабрику поспешили открыть предприимчивые немцы уже в 13 веке.

Современное производство

Раньше бумагу делали из хлопчатой, шелковой и льняной ветоши. Сегодня основным материалом служит древесина . Лидируют хвойные породы, береза, тополь, каштан, эвкалипт. Крупными предприятиями славятся Канада, Россия, США, Скандинавия, Япония, Германия. Комбинаты полностью автоматизированы.

Бревна доставляют в цеха, где агрегаты очищают их от коры. Полученный материал измельчают до тонких волокон (фибрилл). Смешивают с водой для набухания, и снова устраняют остатки щепы. Затем однородную массу помещают в специальные котлы, где она варится в смеси сильнодействующих кислот. Таким же образом отдельно обрабатывают кору и щепу, преобразуя в целлюлозу.

Потом ее смешивают с волокнами бревен, макулатурой (чернила предварительно выводятся) и продолжают обрабатывать в кислотном вареве. Чтобы придать будущей бумаге непрозрачность, добавляется каолин. Примеси клея способствуют гладкости поверхности и водоотталкивающим свойствам. Различные оксиды применяются при производстве особых сортов дорогостоящей бумажного полотна.

Настает черед самого главного механического гиганта комбината – бумагоделательной машины. Исполин достигает в длину 100 м, в ширину – 18-20 м. Между двумя его валами постоянно прокручивается металлическая сетка. На ее поверхность выкладывается сырье, прошедшее несколько этапов обработки. Сквозь ячейки стекает ненужная влага, а масса равномерно распределяется по поверхности.

Далее материал поступает под огромные валы прессов для формирования полотна. После них барабаны-утюги проглаживают гигантскую простыню, удаляя остатки воды. И в завершении огромные каландры прессуют бумажную поверхность, придавая ей готовый вид. Теперь можно отправлять рулоны на нарезку и фасовку в листы разных размеров.

Потребности человека в бумаге не иссякают, а ее производство считается вредным. Наносится ущерб лесам, которые подвергаются массовой вырубке. Комбинаты используют кислоты. Отходы, вредные вещества попадают в водоемы, находящиеся поблизости, в воздух. Из 1 тонны бумаги можно изготовить 30000 школьных тетрадей. Но, чтобы получить ее, придется вырубить 17 деревьев. Важно восполнять природные ресурсы . Тогда не придется через столетия вести детей в музеи, чтобы объяснить, что такое бумага, и как она была важна когда-то.

В век информатизации книжное издательство становится менее популярным. Набирает больше популярности электронный вид информации. Но все равно бумага при этом незаменима. Еще не создано изобретение, которое могло бы так же служить человеку в любом его деле.

Только подумать, бумага и ее производные используются повсеместно. Для работы в офисе, для писательства, для периодических изданий, для изображения различной информации и мыслей людей, для творчества, для искусства, для отопления при разжигании, для упаковки продуктов, материалов, товаров, для различных украшений и даже в качестве гигиенических средств (например, салфетки). Можно еще долго перечислять уникальные способности и возможности бумаги и ее составляющих. Без бумаги никуда.

Так как же люди дошли до того, что теперь уже не представляют себя без бумаги?

История появления бумаги лежит с древних времен, с Египта, где начали использовать для письма папирус. Конечно, в то время не могло идти речи о бумаге, которую мы знаем сейчас. В те времена для того, чтобы написать какую-нибудь информацию, не было такой легкости, как сейчас.
То есть производство бумаги исторически имеет примерное начало около 3,5 тысяч лет назад.

Процесс превращения папируса в пригодный для письма продукт имел довольно сложный характер. Тростник, используемый в качестве материала, проходил очень серьезную обработку, прежде чем на нем можно было что-либо написать. По причине трудоемкой обработки папирусные «листы» (т.е. дощечки) очень дорого стоили и имели малое количество. Главный недостаток такого изобретения был его недолговечность. Но, несмотря на этот весьма значительный недостаток, папирус имел большую популярность и очень продолжительное по времени использование.

Прогресс не стоял на месте даже в те далекие времена. В продолжение производства папируса пришло изготовление пергамента в качестве источника письма. Произошло это в Малой Азии.

Пергамент получали путем очень сложной обработки кожи животных. Он был заоблачно дорог из-за своей сложной обработки, а потому производился весьма в малых объемах. Порой за неимением средств старые записи приходилось смывать, чтобы написать что-то новое.
Эпоха пергамента вскоре сменилась более дешевым и масштабным производством бумаги через образование листового материала. Случилось это в Китае. Использовалось все: тростник с его отходами, дуб и другие древесные растения со своими отходами. Это означало масштабное и более доступное многим производство. Это привело вскоре к полному вытеснению деревянных дощечек, что было ранее привычным изобретением для письма.

Следующим серьезным этапом в развитии бумаги принято считать производство бумажных денег и туалетной бумаги. По-прежнему главным производителем оставался Китай, но Европа тоже не могла не похвастаться успехами в этом деле.

Примерно к 10 веку можно было наблюдать во многих странах Европы наличие бумажных мельниц. А спустя 5 веков бумажное производство совершенствуется преимущественно за счет изобретения и активного использования печатного станка, так как именно в странах Европы производство бумаги терпело большой прогресс.

Спустя еще 2 века появляется ролл – размалывающий аппарат, помогающий увеличивать объемы производства бумаги до невообразимых до этого размеров.

На рубеже 1799 – 1800гг. произошло очень важное событие – изобретение движущейся сетки, позволяющей механизировать отлив бумаги. Далее было ее совершенствование. Уже к 20 веку производство бумаги – это крупномасштабное и механизированное производство с разнообразной продукцией. К нашим дням это производство еще более усовершенствовалось, и имеет еще большее разнообразие производимого продукта. И абсолютно каждый на планете может пользоваться этим продуктом.

Как же в современном мире производится бумага?

Современное производство бумаги имеет ряд этапов.

Для производства бумаги используется волокна целлюлозы, полученные из древесины, соломы, хлопка или уже использованной бумаги. Для бумаги с высоким качеством используется исключительно волокна хлопка и древесины. Древесина таких твердых пород, как береза или мягких пород, как ель, сосна обеспечивает высокое качество и прочность произведенной из этих видов древесины бумаги. Бумага, сырьем которой была макулатура из использованной бумаги, может пойти на производство, например, упаковки или туалетной бумаги. В общем, чем натуральнее и свежее исходное сырье, тем высоко качественнее будет конечный продукт.

Итак, производство бумаги начинается с 1 этапа – получение целлюлозы . То есть первым в производстве бумаги является отделение волокон целлюлозы от остальных частей древесины.

Прежде чем идти дальше, объясню, что такое целлюлоза. Это органическая составляющая каждого зеленого растения. Она образуется в клетках и используется для различных целей, как самим растением с его содержанием, так и человеком для различных целей. Это то же самое, что и сахар.
Этап отделения волокон целлюлозы от остальной древесины может выполняться несколькими способами: химически, механически либо смешано.
Это довольно объемный процесс, вкратце представляющий следующее. Древесина освобождается от щепы и превращается в волокна (целлюлозная масса), которые используются далее, переходя в этап 2 – отбеливание . Бумага проходит несколько этапов отбеливания. Их количество зависит от того, какая бумага нужна в итоге. Для упаковочной бумаги хватит лишь один раз отбеливания. Для бумаги же высокого качества и яркой белизны первой стадией отбеливания является отбеливание кислородом с использованием специального оборудования. Далее происходит отбеливание перекисью водорода. И так несколько раз. Только на конечном этапе отбеливания бумага приобретает белоснежный вид.

3 этап — изготовление бумаги . Оборудование или машина, изготавливающая бумагу, имеет несколько секций. Секция подачи, сетки, отжима, сушки и проклейки. В первой секции бумага смешивается с большим процентом воды. Затем полученная масса перемещается в секцию сетки, где происходит процесс связки и обезвоживания целлюлозной массы за счет работы вакуумных насосов. Далее полученная масса переходит в секцию отжима, где уходит большая часть воды, после чего автоматически происходит переход в секцию сушки. В данной секции происходит нагревание бумаги с помощью нагретых роликов. Между секциями сушки располагается секция проклейки. Для проклейки листов бумаги используется специальное вещество, наносимое на поверхность бумаги и придающее гладкость и ровность поверхности бумаги, а также улучшающее качество и прочность бумаги. После просушки иногда бумагу пропускают через каландер, который обеспечивает еще большую гладкость и прочность бумаге. Каландер – гладильная машина для бумаги.

4 этап – мелование . Для производства мелованной бумаги используются вещества на основе минеральных материалах. Это еще больше улучшает прочность, качество и печатные свойства бумаги. Процесс мелования выглядит так, что с помощью специальных валов на поверхность бумажных листов наносятся слои минеральных соединений ровным слоем. В зависимости от конечного продукта нанесение слоев увеличивает свое количество.

5 этап – каландирование . То есть придание бумаге большей гладкости и глянца с помощью суперкаландера.
По окончании 5 этапа бумажные листы сматываются в рулоны либо нарезаются на листы различных форматов.

Бумага – одно из уникальных изобретений человека. Весьма трудоемкий и масштабный процесс. Такое тонкое, автоматизированное и массовое производство, даже целая индустрия. Она не может пострадать от перехода на электронную жизнь, когда все охвачено компьютерной системой.

Из материала Вы можете узнать, когда появилась бумага, как ее делали раньше и как делают сейчас. Вы получите общие представления о технологии производства бумаги: из чего ее делают, и какое для этого используется оборудование.
ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ БУМАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Единого мнения о первенстве в начале книгопечатания не существует. Европейцы отдают пальму первенства Иоганну Гуттенбергу, воплотившему опыт предыдущих поколений в построенном им станке, позволявшем получать оттиски с печатных форм. Сроком начала печатного производства считается 1445 год. Первые печатные славянские книги были изданы в Польше в 1491 году. А первой книгой на старославянском языке считается изданный в 1564 году дьяконом московской церкви Николы Чудотворца Иваном Федоровым «Апостол». При этом специалисты, анализировавшие это издание, единодушно пришли к мнению, что судя по качеству изготовления и применённым печатным приёмам русские печатники имели опыт задолго до этого срока. По крайней мере, «Апостол» оказался первым точно датированным изданием.

Материалы, применяемые в полиграфии, делятся на основные (непосредственно входящие в состав издания) и вспомогательные (расходные материалы, применяемые в печатных процессах). К основным относятся бумага, картон, переплётные материалы, краски, полиграфическая фольга, отделочные материалы. Вспомогательные - это печатные формы, фотоматериалы, резинотканевые пластины, различные химикаты.

ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Для производства бумаги используют волокнистые материалы растительного происхождения, выделенные из древесины хвойных и лиственных пород, стеблей, листьев и дуба некоторых растений. Иногда в бумажную массу добавляют волокна шерсти, хлопка, синтетическую органику.

Главным компонентом растительных волокон является природный полимер - целлюлоза, обладающая многими свойствами для производства бумаги.

Древесина хвойных пород - ель, сосна, пихта, лиственница;
- древесина лиственных пород - береза, осина, тополь, ольха, бук, эвкалипт;
- стебли однолетних растений - солома злаков, кукурузы, тростника, багассы (сахарного тростника), бамбука;
- лубяные волокна однолетних растений - лён, конопля, джут, кенаф;
- волокна семян хлопка и отходов хлопкового производства;
- волокна из листьев некоторых растений - манильская пенька, новозеланский лён;
- тряпьё хлопчатобумажное, льняное, пеньковое;
- макулатура (старая бумага, бумажные обрезки).

В зависимости от условий варки растительного сырья различают:
целлюлоза сульфитная - изготавливают её в основном из древесины ели и пихты;
целлюлоза сульфатная - вырабатывается из хвойных и лиственных пород древесины.

Помимо целлюлозы массовым полуфабрикатом в производстве бумаги является древесная масса: белая, бурая, термомеханическая (ТММ) и химикотермомеханическая (ХТММ). Древесная масса - основной продукт в производстве газетной бумаги, широко используется в композиции печатных видов бумаги, а также при изготовлении обойной, мундштучной бумаги и картона. Древесную массу нередко вырабатывают в белёном виде, тогда её используют для замены белёной целлюлозы с целью удешевления бумаги и придания тонкопечатным бумагам повышенной непрозрачности. Однако присутствие древесной массы ограничивает использование такой бумаги для изготовления изданий длительного срока службы, т.к. её присутствие приводит к ускоренному старению (пожелтению) бумаги.

Макулатуру в больших количествах используют в производстве гофрированного и коробочного картонов, упаковочной, туалетной и других видов бумаги. В последнее время на Западе она всё чаще используется в композиции газетной и некоторых видах бумаги для печати, в т.ч. мелованных. Кроме того, в составе любой бумаги присутствуют т.н. оборотные макулатурные волокна - отходы бумажного производства.

Синтетические волокна органического происхождения и минеральные волокна получили в последнее время применение при изготовлении специальных видов бумаги, отличающихся высокой прочностью на разрыв, химической стойкостью, стабильностью размеров при изменении относительной влажности окружающего воздуха, светостойкостью, долговечностью, термостойкостью.

При использовании синтетических волокон, например, винола, капрона, нитрона, лавсана связь между волокнами осуществляется либо введением в композицию соответствующих связующих, либо введением как добавки более легкоплавких волокон (ПВС), которые плавятся в процессе сушки и горячего каландрирования, связывая между собой тугоплавкие волокна.

Выпускаемая в настоящее время синтетическая бумага подразделяется на две основные группы: бумага из синтетических волокон и на основе синтетической пленки.

К первой группе относятся различные виды электро- и теплоизоляционной бумаги, картографическая, особо прочные упаковочные виды, различные нетканые материалы. Вторая группа используется в основном для замены писчих и печатных видов бумаги при использовании в регистрирующих приборах и электронно-вычислительных машинах.

Бумага этой группы изготавливается не на обычном бумагоделательном оборудовании, а получается либо непосредственно в результате процесса экструзии (формирования листа на полотне, на которое из дозатора наносится слой полимера заданной толщины), либо путём последующей поверхностной обработки пленки.

Производство подобной синтетической бумаги получило наибольшее распространение в Японии; изготавливается же она также в США, Англии, Германии.

Для придания бумаге требуемых свойств в её состав вносятся разнообразные специфичные добавки, проклеивающие, красящие вещества.

КЛАССИФИКАЦИЯ НА ОСНОВЕ СОСТАВА БУМАГИ

Отечественный стандарт при классификации бумаг опирался прежде всего на состав бумаги по волокну. Для опытного полиграфиста наименование «Офсет №1» или «Типографская №2» говорит само за себя. Понятие «бумага №1» подразумевает, что бумага изготовлена на основе чистоцеллюлозных волокон. Позднее понятие «чистоцеллюлозная» несколько расширилось и стало подразумевать возможность включения в состав до 10% древесной массы. В основном бумаги №1 выпускались как офсет или писчая бумага.

Бумага №2 допускает наличие до 50% древесной массы. Существовали типографская, офсетная бумаги и изготовленная на основе офсета №2 книжно-журнальная бумага (не путать с понятием «книжно-журнальная бумага» по европейской классификации).

Наконец, в бумагах №3 предусматривалось преимущественное наличие древесной массы. Формально №3 присваивался только типографским бумагам, хотя аналогичным составом обладают, например, отечественные газетные бумаги.

Макулатура, как составляющая бумажной массы, применялась при производстве полиграфических сортов бумаг в ограниченном количестве и не получила своей ячейки в данной классификации. Наибольшее применение в отечественной промышленности вторичная масса получила в производстве упаковочных картонов (в т.ч. хромэрзац, т.е. картонов, состоящих из различных по составу слоев) и переплётных картонов.

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА

В технологическом процессе бумажного производства бумагоделательная машина является основным агрегатом. На ней производится отлив и формирование бумажного полотна, прессование, сушка и предварительная, а иногда и окончательная, отделка
бумаги.

Бумагоделательная машина состоит из сеточной, прессовой и сушильной частей, каландра, наката и привода машины. К бумагоделательной машине относят и вспомогательное оборудование: мешальные бассейны для аккумулирования массы, регуляторы и контрольно-измерительные приборы, аппараты для очистки массы (очистители и узлоловители), насосы для подачи массы и воды, вакуумные насосы, аппаратура для переработки брака, компрессоры, оборудование для циркуляционной смазки, подачи воздуха для вентиляции и др.

На сеточной части машины происходит отлив и формирование бумажного полотна, что связанно с удалением из бумажной массы основного количества воды. Бесконечная сетка, которая проходит по поддерживающим её регистровым валикам, выполняет функцию быстродвижущегося бесконечного фильтра. Тонкий слой волокон почти мгновенно оседает на сетку и затем сам действует как тонкий фильтр, задерживая остальные волокна. Сухость бумажного полотна после сеточной части 18 - 22%.

После сеточной части бумажное полотно поступает на прессовую часть, состоящую обычно из 2-3 прессов, на которых оно последовательно обезвоживается до сухости 27 -40%. Сеточную и прессовую части машины называют мокрой частью. Дальнейшее обезвоживание (сушка) полотна бумаги происходит на сушильной части машины.

Сушильная часть состоит из тонкостенных чугунных сушильных цилиндров, обогреваемых изнутри паром. Они расположены в шахматном порядке, обычно в два яруса. По сушильным цилиндрам проходит бумажное полотно, поочерёдно соприкасаясь с нижними и верхними цилиндрами то одной, то другой своей поверхностью. Сухость бумажного полотна после сушильной части составляет 92 - 95%. Для охлаждения бумаги до 50-55 °С и поверхностного увлажнения с целью придания бумаге лучшей пластичности и улучшения каландрирования в конце сушильной части установлены холодильные цилиндры.

Далее бумажное полотно пропускают через каландр, предназначенный для уплотнения бумаги и повышения её гладкости и лоска. Каландр состоит из 3 - 10 тщательно отшлифованных чугунных валов, расположенных друг над другом. Бумажное полотно огибает поочередно валы каландра и проходит между ними при всё возрастающем давлении. Приводным является нижний вал каландра, остальные валы приводятся в движение трением (каждый от нижележащего). Пройдя каландр, бумажное полотно поступает на накат, где непрерывно наматывается на тамбурный валик в рулоны.

После бумагоделательной машины почти все виды бумаги подвергают отделке. Для получения более высоких показателей плотности, гладкости и лоска большинство видов бумаг для печати, писчей и технической бумаги пропускают через суперкаландр. После этого бумагу направляют либо на продольно-резательный станок (где она разрезается на рулоны заданной длины), либо на бумагорезательную машину (где бумага разрезается на листы заданных размеров). Рулонную бумагу после продольной резки упаковывают на рулоноупаковочной машине. Листовую бумагу сортируют, а затем на прессах упаковывают в кипы.

Термин "проклейка бумаги" характеризует процесс, при котором в бумагу вводятся различные вещества, придающие ей специфические свойства, в зависимости от назначения бумаги: чернило- и водонепроницаемость, сомкнутость структуры, увеличение механической прочности и сопротивления истиранию поверхностного слоя. В некоторых случаях в бумагу вводятся вещества, препятствующие прониканию в неё молока, масла, различных жидкостей.

Процесс проклейки осуществляется двумя способами: введением проклеивающих веществ
в бумажную массу или поверхностной обработкой соответствующими веществами готовой бумаги.

В первом случае обеспечивается как бы склеивание между собой растительных волокон, из которых состоит бумага. Благодаря этому силы связи между волокнами возрастают и бумажный лист становится более прочным.

Во втором случае при поверхностной обработке бумаги на её поверхности образуется тонкая пленка, препятсвующая проникновению чернил или воды в толщу листа; бумажное полотно приобретает прочную поверхность. Такая бумага «не пылит». Поверхностная проклейка бумаги в настоящее время широко применяется в тех случаях, когда требуется придать поверхности бумаги какие-то определенные качества.

При выработке многих видов бумаги в их композицию вводят минеральные наполнители. Чаще всего для этой цели используют каолин. Однако на многих предприятиях применяют и другие виды: мел, гипс, тальк, двуокись титана.

Минеральные наполнители увеличивают непрозрачность бумаги, её пористость и воздухопроницаемость, снижают деформацию бумаги при намокании, уменьшают склонность бумаги к скручиванию, увеличивают гладкость бумаги при каландрировании. Наличие минерального наполнителя в бумаге делает её просвет более равномерным, что одновременно с увеличением белизны бумаги, её непрозрачности, гладкости и впитывающей способности улучшает печатные свойства бумаги. О количестве наполнителя в бумаге судят по её зольности.

Окрашивание бумаги в какой-либо цвет осуществляется или крашением самой бумажной массы, из которой изготавливается бумага, или окраской бумаги с поверхности.

Если при помощи крашения бумаге придают определённый цвет, то для придания ей того или иного оттенка пользуются подцветкой бумаги. Для этого в бумажную массу вводят небольшие количества соответствующих красителей. Подцветку производят преимущественно для устранения желтизны различных видов бумаги для письма и печати и придания им видимой белизны.

Белизну бумаги можно повысить при использовании так называемых оптических отбеливателей. Оптические отбеливатели используются в весьма малых количествах и при этом придают бумаге высокую степень видимой белизны.

Согласно сообщениям письменных источников бумага была изобретена в Китае в I в. н.э. Традиция донесла до нас имя изобретателя - им был придворный китайского императора Цай Лунь. Свое изобретение («чжи») он получил, используя в качестве сырья кору деревьев и коноплю, тряпье и рыбацкие сети, и в 105 г. представил бумагу императору. Однако известим образцы бумаги более древние, чем эпоха Цай Луня: написанные на них рукописи обнаружены во время раскопок в китайской провинции Шэньси, они датирована II-I вв. до н.э. Сырьем для бумаги здесь служила конопля. Поэтому специалисты полагают, что бумага значительно древнее изобретения Цай Луня. Прообразом ее можно считать войлок, с древнейших времен употреблявшийся кочевыми народами.

Считается, что в Европу бумагу завезли арабы. По легенде, секрет изготовления бумаги арабы получили у китайцев после победы в битве на реке Тхерез в Туркестане в 751 г. Этот секрет якобы раскрыли победителям пленные. Во всяком случае, во 2-ой половине VIII в. было начато производство бумаги в Самарканде. Уже в 794 г. халиф Гарун- аль-Рашид в своей канцелярии ввел употребление бумаги. С конца VIII - начала IX вв. бумагу производили в Багдаде, Дамасске, несколько позже - в Египте. Арабы усовершенствовали и технологический процесс: вместо ручного песта для размельчения сырья стали использовать жернов, который приводили в движение сначала вручную, потом с помощью верблюдов и волов и, наконец, падающей воды. Так появились бумажные мельницы.

В Западной Европе долгое время ходила легенда о том, что бумагу изобрел католический монах, который, борясь с искушениями, сжевал собственную рубаху и швырнул ее в печь, а потом, отодрав от печки высохшую нашлепку, убедился в ее пригодности для письма. Несмотря на свою образность, эта легенда не выдерживает никакой критики. Не вызывает сомнений, что секрет изготовления бумаг и заимствован европейцами у арабов. Первое в Европе бумажное производство появилось на территории арабской Испании, в городе Хатива, в XI в. Древнейшая европейская рукопись написана на арабской бумаге - это Требник XI в., созданный в Испании. Уже в XIII в. бумажные мельницы существовали в Италии. Считается, что в середине XIII в. бумажное производство возникло в итальянском городе Фабриано и оттуда стало распространяться по всей стране. Так, в XIV в., когда в Фабриано работало уже 40 бумажных мельниц, бумагу изготавливали также в Болонье, Парме, Падуе, Турине.

В Италии окончательно сформировался и технологический процесс изготовления бумаги. Сырьем для бумаги служило льняное и хлопчатое тряпье. Чем более ветхими и изношенными были тряпки, тем тоньше получалась бумага. Тряпки резали на лоскутки, вымачивали и варили с добавлением извести для удаления красок, жира и грязи. Воду при этом неоднократно меняли. Далее влажное тряпье выдерживали по несколько недель в каменных подвалах или просто в кучах.

В это время тряпье бродило и расслаивалось на волокна, после чего его толкли до образования однородной густой массы. Таким образом, сырье проходило и механическую, и химическую обработку. Толкли тряпье в деревянной толчее деревянными же пестами. По трубам в толчею постоянно поступала чистая вода, а из решетки на дне толчеи утекала грязная. Так происходило промывание и отбеливание сырья. Именно по этой причине бумажные мельницы строились вдали от больших населенных пунктов - нужна была чистая вода.

Считалось, что от чистоты поступаемой в толчею воды напрямую зависит качество выделываемой бумаги. Поэтому поступающую в толчею воду иногда (в частности, в XVII-XIX вв.) очищали специальными фильтрами. Суть толчеи, изобретенной итальянцами, состоит в том, что в ней несколько пестов соединялись с жерновом, который вращался силой воды и приводил песты в движение. Со временем песты стали оковывать железом, что делало весь механизм более долговечным.

Первое описание бумажной мельницы привел в своей книге, выпущенной в 1607 г., архитектор города Падуи Витторио Цонка. Полученную однородную массу наливали в чан, из которого ее зачерпывали специальным черпаком с плоским сетчатым днищем. Вода спекала через дно, и на днище ровным тонким слоем осаживалась бумажная масса. После высыхания из нее получался лист бумаги. Европейские бумагоделатели усовершенствовали и черпальную форму - рамку с сетчатым дном. Основу ее составляли поперечные плетеные проволоки, так называемые понтюзо (от франц. pontuseau), в которые вплетались более частые продольные проволоки вержеры (от франц. vergeures). Понтюзо составляли каркас сетки, не позволяя ей прогибаться, так как бумажная масса должна была одинаково равномерно растекаться по всему дну формы. Это обеспечивало одинаковую толщину листа бумаги. Для упрочения конструкции понтюзо поддерживали специальные деревянные рейки шпангоуты. В разное время использовали различные способы плетения сетки. В ранний период вержеры были массивные, а редкие понтюзо лишь поддерживали их снизу и слабо отпечатывались на листе.

Позже понтюзо представляло собой две сплетенные проволоки с вплетенными между ними вержерами. Такие понтюзо в нескольких местах копились к шпангоутам. Со временем проволока в местах крепления прогибалась, что отражалось на неравномерности распределения бумажной массы по листу. Большее распространение получило другое понтюзо - более массивная, чем вержеры, проволока, к которой другой, более тонкой проволокой крепились вержеры. На бумаге такие понтюзо не оставляли отпечатка, отпечатывалось только их плетеное крепление к вержерам. Технические подробности, касающиеся изготовления черпальной фирмы, имеют значение для вопроса о сроке службы одной формы. Считается, что при повреждении плетеного понтюзо вся форма становилась непригодной, ее следовало целиком переплетать. Средний срок службы одной формы, по мнению исследователей, исчислялся примерно двумя годами.

Сетка формы отпечатывалась на листе бумаги и хорошо видна на просвет, В местах, где отпечатаны проволочные конструкции сетки (вержеры и понтюзо), бумага более тонкая, поэтому рисунок сетки виден на просвет светлым контуром. Это напоминает намоченную бумагу, которая на просвет более прозрачна, чем не намоченная. Отсюда появилось наименование отпечатка листоотливочной сетки - водяной знак . Другой термин, обозначающий тот же отпечаток - филигрань (от лат. filum - нитка и granum - зерно) - возник по аналогии с ювелирной техникой плетения из проволоки (древнерусское название этой техники - скань). До настоящего времени оба термина существовали параллельно и являлись синонимами. Недавно Л.П. Богданов предложил филигранью называть отпечаток сетки в целом, а водяным знаком - только отпечаток маркировочного знака.

Исследователями установлено, что черпальщик работал поочередно с двумя формами. Это связано с технологическими особенностями листоотливочного процесса. После того, как бумажная масса зачерпнута формой и выровнена на ее сетчатом дне топким слоем, из формы должна вытечь вода. Только после этого лист можно вынимать. Пока стекала вода из одной формы, черпальщик работал с другой.

Листы, отлитые с двух разных, но очень близких между собой форм, часто чередуются в рукописях и печатных книгах. По всей видимости, это и есть параллельно используемые формы. Они называются парными формами . Есть сведения и об использовании форм, рассчитанных на изготовление двух или трех листов. В этом случае в книжном блоке будут чередоваться не две, а четыре или шесть близких филиграней.

Со второй половины XIII в. итальянские бумагоделатели стали метить свои формы маркировочными знаками. Такой знак гнулся из проволоки на специальном шаблоне, который представлял собой ряд металлических штырьков или гвоздей, зафиксированных (вколоченных) по контуру знака. Знаки парных форм изготавливались по одному шаблону и поэтому, как правило, отличаются друг от друга незначительно. Поскольку знак крепился проволокой на сетке, то по расположению относительно понтюзо, а также по незначительному несовпадению контура можно различить знаки парных форм. Начиная с XVII в. кроме основного маркировочного знака на сетке стали вводить дополнительный - контрамарку , которая часто представляет собой инициалы владельца бумажной мельницы или названия фирмы.

После того, как вода из сетки стекала и бумажная масса слегка подсыхала, получившийся таким образом лист вынимали из формы. В более позднее время это делали при помощи суконной прокладки, к которой незастывший еще лист прилипал лучше, чем к металлической сетке. Из снятых с сеток сырых листов формировали стопку, прокладывая каждый лист сукном. В таком виде листы прессовали, отжимая из них оставшуюся влагу. Затем листы вывешивали для просушки в специально отведенных для этого помещениях - на чердаках или в сушильнях. Помещение дли сушки бумаги должно было иметь незастекленные окна для постоянной циркуляции воздуха. Для устранения короблений высушенные листы прессовали еще раз, проклеивали, окуная в раствор животного клея, и под прессом отжимали остатки клея. После просушки бумага была готова к употреблению.

Готовые листы бумаги упаковывались в пачки, называвшиеся в России XVI XVII вв. стопой и дестью. Стопа содержала 480 листов или 20 дестей, десть - 24 листа. Термин десть имеет два толкования. Его сближают с персидскими словами dest - рука, что может указывал» на формат, и deste - связка, пучок, стопка. Видимо, в последнем значении этот термин использовался для обозначения пачки бумаги. Впервые термин «десть» зафиксирован в 1494 г. на территории Великого княжества Литовского (в описи Троицкого Слуцкого монастыря).

В России его употребление прослеживается с начала XVI в. (грамота тверского епископа Нила русскому послу в Турции ВА. Колобову о поминках (подарках) для константинопольского патриарха Пахомия, около 1515 г.). Есть сведения, что на бумажных мельницах продукция мерилась кипами примерно по 53 кг. бумаги. Известно, что на производство одной кипы в зависимости от качества бумаги требовалось в среднем от полутора до двух центнеров тряпья. На упаковку пачки наклеивался этикет - лист с напечатанным па нем увеличенным и часто декорированным изображением маркировочною знака. Так, на пачке бумаги с филигранью Голова шута наклеивался этикет с изображением соответствующего знака и т.п.

Бумага выпускалась двух форматов: в развернутый лист («в большую десть», «большой руки» по древнерусской терминологии) и в лист, сложенный вдвое («в малую десть», «малой руки»). Формат в развернутый лист называли александрийским. Иногда, правда, данный термин указывал не на формат, а на исключительно хорошее качество бумаги. Именно в таком значении его употребляет известный описатель жизни русского общества середины XVII в. Г. Котошихии. Как полагают исследователи, поводом для столь необычного названия формата и качества бумаги послужили грамоты Александрийского патриарха первой половины XVI в., написанные на превосходной бумаге больших форматов.

Ранняя итальянская бумага, так называемая бомбицина , по виду напоминает арабскую бумагу. В XIX в. полагали, что эта бумага вырабатывалась из хлопка (отсюда и ее название), но потом отказались от данного предположения. Считается, что бомбицина изготавливалась из пеньки и льна, как и более поздняя бумага. Отличает бомбицину примитивность технологического процесса, что отражается на ее внешнем виде. Это толстая, рыхлая, волокнистая бумага, нередко с «ворсом». Маркировочные знаки на ней отсутствуют, вержеры и понтюзо редкие и часто неровные. Встречаются понтюзо в виде не одной, а трех линий.

Древнерусских рукописей, написанных на бомбицине, не известно. В западно-европейских манускриптах бомбицина встречается до XIII в., в византийских - до XIV в. Однако само название бумаги «бомбицина» все же указывает на хлопок как сырье для ее изготовления. А это, в свою очередь, говорит о том, что местом производства бумаги в раннее средневековье были азиатские хлопкопроизводящие территории.

В начале XIV в. бумагу стали производить во Франции (в Труа), чуть позже - в Германии (в Нюрнберге, Хемнице, Равенсбурге), с конца XV в. - в Англии, с начала XVI в. - в Швеции, Дании и Голландии.

Первая бумажная мельница на территории Польши была построена в Гданьске в 1420 г. В конце XV в. там построили еще несколько мельниц - во Вроцлаве в 1490 г., Кракове между 1493 и 1496 гг. К середине XVI в. польские мельницы изготавливали ежегодно до 200 тыс. стоп бумаги, что составляет 96 млн. листов. В 1556 г. в Речи Посполитой был создан цех бумажников, что свидетельствует о высоком уровне организации и развития бумажного производства.

Примерно с середины XVII в. на первое место в Европе по производству и, соответственно, экспорту бумаги выдвинулась Голландия. Природные условия Голландии вынуждали использовать вместо водяных мельниц ветряные. Ветер, как известно, менее надежный «двигатель», чем вода. В безветренную погоду мельницы не работали, что создавало в бумажном производстве немалые сложности. Технология изготовления бумаги предполагала, что для более эффективного измельчения в однородную массу сырье несколько недель подвергалось гниению. Вынужденные простои в работе мельниц приводили к тому, что часть сырья сгнивала окончательно.

Выход из этого положения голландские бумажники нашли в ускорении размола сырья. Для этого был изобретен и стал применяться вместо толчеи ролл. Его отличие от толчеи в том, что сырье в нем не толчется, а режется ножами. Эти ножи устанавливались на валах, которые были вмонтированы в дно баков для размола массы. Преимущество ролла - большая скорость размола массы и долговечность эксплуатации (ролл в отличие от деревянной толчеи был металлическим). К недостаткам ролла можно отнести то, что он не мял волокна, подобно толчее, а рвал их. В результате волокна получались короткими, а бумага - менее прочной. Несмотря на это изобретение ролла явилось крупной вехой в технологии производства бумаги. В Голландии поначалу изобретение ролла держали в тайне и даже грозили смертной казнью за его раскрытие. Но уже в конце XVII в. ролл начинает проникать в другие европейские страны, а в 1684 г. он был даже запатентован в Англии X. Джонсоном. Чертеж ролла впервые опубликован в 1718 г. немецким инженером и архитектором Л.X. Штурмом, который назвал его голлендером (т. е. голландским). Впоследствии за роллом это наименование закрепилось.

Следует отметить, что в XVIII в. ролл прижился далеко не во всех странах, где долгое время единственным механизмом размола тряпья оставалась толчея. Например, во Франции в начале XVIII в. замена толчеи другим механизмом запрещалась законом. При этом предлагались способы сделать толчею более долговечной - изготавливать ее из камня и пр. Причина подобного консерватизма, видимо, в том, что применение ролла предполагало перестройку всею производственного процесса, что было сопряжено с известными расходами и подчас оказывалось нереальным. Все же со временем ролл окончательно вытеснил толчею.

Во второй половине XVII в. в связи с расширением бумажного производства стала ощущаться нехватка сырья. Поставщики сырья, тряпичники, жестко конкурировали друге другом. В некоторых странах даже издавались законы, запрещающие вывоз тряпья из страны. В Пруссии, например, такой запрет сохранялся до 1803 г. Наряду с этими мерами бумажники активно искали другое сырье для производства бумаги. В 1655 г. в Голландии бумагоделатели получили привилегию изготавливать бумагу из водорослей. В 1684 г. в Англии были попытки при изготовлении бумаги применять в качестве сырья асбест. Правда, бумага из асбеста получалась низкого качества и весьма непрочная, и этот материал не прижился. С 1716 г. английские бумажные мастера стали производить бумагу из пеньки, для чего при бумажных мельницах заводили плантации конопли и разрабатывали способы ее обработки. Бумага из конопли получалась прочная, но ее качество заметно уступало тряпичной. Она не могла употребляться для письма и типографских нужд.

В 1734 г. француз Саба предложил вырабатывать бумагу из однолетних растений. Такой способ издревле применялся на Востоке. В XVIII в. предлагали производить бумагу также из соломы, мха и т. п. Изготавливать бумагу из древесины впервые предложил известный французский физик Р.-А.-Ф. Реомюр. Он заметил, что вещество, из которого осы строят свои гнезда, похоже на бумагу. Ученый определил, что материалом для изготовления этого вещества является гнилая древесина. Осы ее пережевывают, смешивая со слюной, и выкладывают тонкими слоями. Высыхая, этот природный аналог бумаги приобретает прочность и эластичность. В 1719 г. Реомюр сделал доклад о своем открытии на сессии Парижской Академии наук, где предложил исследовать данный процесс и пытался заинтересовать им изготовителей бумаги.

Предложение Реомюра было реализовано почти 100 лет спустя. В 1800 г. М. Купе выпустил книгу о возможности использовать древесину в бумажном производстве. Его книга напечатана на «древесной» бумаге. Чуть позже Ф.Г. Келлер изобрел способ измельчения древесины в однородную массу. На основе этого изобретения был сконструирован дефибрер, широко использовавшийся при машинном способе производства бумаги. Дефибрер измельчал и волокнистую часть древесины, и не волокнистую. Последняя придавала бумаге ломкость, поэтому из древесины поначалу изготавливали только низкокачественную бумагу. В 50-60-е гг. XIX в. научились химическими способами выделять из древесины ее волокнистую часть - целлюлозу, что положило начало современной эпохе в производстве бумаги, когда целлюлоза полностью заменила собой тряпье.

Технологический процесс изготовления бумаги включает в себя пять основных циклов: заготовку древесины, вывозку древесины из леса, сплав древесины, размол древесины, получение бумажного полотна.

Основным исходным сырьем для получения бумаги являются древесина и целлюлоза.

Целлюлоза - это основа растительных клеток. Ее приготавливают из древесины и смолы. В специальных варочных котлах размолотую древесину подвергают действию химических реактивов и пара. Сваренную целлюлозу промывают, измельчают и отбеливают. Готовая целлюлоза служит сырьем для кинофотопленки, из нее вырабатывают искусственный шелк и другие материалы. В бумажной промышленности целлюлоза является основным полуфабрикатом для изготовления высококачественной бумаги.

Бывшая в употреблении бумага и бумажные отходы, называемые макулатурой, - прекрасное вторичное сырье для бумаги и картона. Переработка макулатуры позволяет экономить миллионы кубометров леса.

Поступающее на бумажную фабрику исходное сырье (тряпье, целлюлоза, древесная и соломенная масса, макулатура) подвергают механической обработке: разбивают в гидроразбивателях, очищают от посторонних примесей и размалывают в специальных мельницах. В результате такой обработки волокна расщепляются. К размолотым волокнам добавляют наполнители, проклеивающие и красящие вещества. Наполнители - каолин, мел, тальк, гипс, титановые белила и другие вещества - служат для того, чтобы сделать бумагу непрозрачной, уплотнить ее структуру, улучшить ее поверхность и др. Некоторые виды бумаги проклеивают, чтобы она становилась влагонепроницаемой. Для проклейки бумаги используют канифоль, синтетические смолы, крахмал, парафин. Для подцветки и окраски бумаги применяют различные красители.

Процесс производства бумаги на бумажной фабрике начинается с приготовления бумажной массы. Древесная масса и целлюлоза в специальной мельнице - ролле - перерабатывается в пыльцу. При этом длину волокон доводят до необходимого размера. К размолотым волокнам добавляют наполнители, красители, клей, воду. Затем бумажная масса поступает на бумагоделательную машину. В массовом бассейне при постоянном вращении мешалки получается бумажная масса, которая течет через песочницу и узлоуловитель. Под разбрызгивателем масса равномерно распределяется по бесконечной сетке, образуя тонкий волокнистый слой. Благодаря вибрации сетки волокна сцепляются. Валик-ровнитель вдавливает ребра массе, а при необходимости и водяные знаки. Волокнистый слой под давлением мокрых прессов, частично обезвоживается и поступает под «мокрый» пресс с суконным бандажом. Между сукнами и сушильными цилиндрами бумага высушивается. При этом смола, содержащаяся в волокнах хвойных древесин, расплавляется и склеивает волокна. В машинном каландре бумага приобретает необходимую поверхность и далее скатывается в рулон. С помощью дискового ножа осуществляют продольную разрезку бумажного полотна. При необходимости поперечный нож рубит бумагу на листы.

Современные бумагоделательные машины - это огромные агрегаты, достигающие в длину 150 м.

Бумага обладает определенными физическими, механическими и технологическими свойствами. К физическим свойствам относят: вес, цвет, шероховатость, теплопроводность, гигроскопичность, электропроводность; к механическим - прочность на разрыв, излом, истирание; к технологическим-способность подвергаться различной обработке.

Машинный процесс производства картона в принципе не отличается от производства бумаги. Картоном называют волокнистый материал, квадратный метр которого весит более 230 г. Машины производят два основных вида картона: однослойный и многослойный.

Картон изготавливают на картоноделательных машинах. Основные технологические операции при получении картона - разлив, прессование, сушка - принципиально не отличаются от подобных операций при выработке бумаги. Основное отличие заключается в том, что для изготовления картона используют сырье с более грубыми и жесткими волокнами: бурую древесину, полуцеллюлозу и др. Изготавливают и многослойный картон, внутреннюю часть которого отливают из дешевого сырья, а наружный слой - из более прочных и дорогих волокон.