Технология изготовления бумаги

История возникновения бумаги

Впервые считали, что бумагу стали изготавливать в Древнем Китае. Отцом бумаги считают китайца Пай Луня, который придумал бумагу в 105 году новой эры. В северной провинции Китая Шэньси есть пещера Баоцяо. В 1957 году в ней обнаружили гробницу, где были найдены обрывки листов бумаги. Баоцянская находка отодвигает эту дату на два столетия вперёд. Таким образом можно считать, что бумага возникла во II веке до нашей эры. В VIII в нашей эры секрет изготовления стал известен арабам, а затем его переняли византийцы. В России бумага появилась в XIV веке. До этого времени писали на пергаменте.

Технология изготовления бумаги

Бумага (от персидск. «бомбака» - «хлопок») представляет собой материал, состоящий из тонко переплетённых между собой волокон целлюлозы. Отдельные волокна связаны друг с другом посредством водородных связей,

В средние века для изготовления бумаги использовали хлопок, пеньку, а также старое трепьё – хлопковые и льняные ткани измельчали и бросали в чан с водой, взбалтывали, пока не получалась однородная масса, которую черпали бамбуковой сеткой. Осадок оставшийся лежать ровным слоем на сетке, просушивали. Этот принцип работает, и сегодня, изменились только средства производства, масштабы, скорости и сырьё.

В 18 веке было обнаружено, что удобным исходным веществом для производства бумаги может служить древесина, из которой выделяют целлюлозу.

Сегодня целлюлозу, которую выделяют из древесины, считают основным сырьём для производства бумаги. В сухой древесине содержится около 40 % целлюлозы.

Целлюлозу размалывают в специальных барабанах(роллах) до частиц с размером волокон 0,5 – 2,5 мм. При попадании в воду такие волокна легко набухают, образуя однородную бумажную массу – взвесь целлюлозы в воде.

Чтобы придать бумаге необходимые качества (цвет, светонепроницаемость, гладкость, плотность, прочность, пористость), в целлюлозу вводят наполнители: глину (каолин), тальк, мел, сульфат бария или оксид титана, различные пигменты, клейкие вещества, дополнительно связывающие между собой волокна целлюлозы. Для проклейки обычно используют смоляной клей, получаемый из канифоли. В состав такого клея входят соли абиетин и сходных с ней по составу кислот – резинаты. При добавлении в клей алюмокалиевых квасцов образуется осадок из резинатов алюминия, который обволакивает волокна целлюлозы и придаёт им большую прочность и влагонепроницаемость.

Через специальные отверстия бумажная масса наносится на непрерывно движущуюся сетку, а затем, после многократного отжима, постепенно высыхает. Так формируется бумажное полотно. Чтобы придать бумаге блеск и большую гладкость, полотно слегка увлажняют, а потом пропускают между металлическими и упругими бумажными валами (этот процесс называют каландированием бумаги). После чего специальными ножами нарезают бумагу на листы.

Для изготовления некоторых видов бумаги используют сырьё хвойных и лиственных пород. Газетная бумага вырабатывается только из ели, так как у еловой древесины наибольшее количество тонких и длинных волокон и наименьшее содержание смолистых веществ. Целлюлозу лиственных пород могут смешивать с хвойной целлюлозой. Короткие и жесткие волокна лиственной древесины, и длинные и эластичные хвойной древесины образуют массу, из которой получают бумагу с хорошими свойствами.

Молекулы целлюлозы имеют линейную структуру. В природных волоконцах хлопка макромолекулы целлюлозы располагаются в одном направлении: они ориентированы вдоль оси волокна. Возникающие при этом большие межмолекулярные силы обуславливают высокую механическую прочность этих волоконцев. В процессе прядения хлопка, эти элементарные волоконца сплетаются в более длинные и прочные нити. В целлюлозе же древесины молекулы хотя и имеют линейную структуру, но расположены беспорядоченно, не ориентированы в одном направлении. Поэтому в большом производстве из древесины нитей не плетут.

Свойства бумаги

К числу основных показателей, характеризующих свойства различных видов бумаги, относятся: плотность, толщина, зольность; степень проклейки; гладкость; белизна; прозрачность; сопротивление разрыву, излому, продавливанию, раздиранию; удлинение до разрыва; прочность поверхности; влагопрочность; деформация при намокании; скручиваемость; впитывающая способность; воздухопроницаемость. Для достижения тех или иных необходимых свойств бумаги пользуются следующими методами: подбором исходных волокнистых полуфабрикатов, т. е. составлением композиции бумаги по виду и происхождению волокон; изменением технологических режимов одного или нескольких основных процессов бумажного производства (массного размола, отлива, сушки); введением в бумажную массу различных добавок (минеральных наполнителей, красителей, проклеивающих и других веществ); отделкой бумаги, включая операции каландрирования, крепирования, гофрирования, тиснения, армирования, покрытия синтетическими пленками и др.; обработкой поверхности бумаги химикатами (поверхностная проклейка, пропитка различными составами, окраска, мелование, пластификация, лакирование, обработка минеральными реагентами).

Прочность- это способность материала сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению формы(пластической деформации) при действии внешних нагрузок. Прочность тел обусловлена силами взаимодействия между атомами и ионами, составляющих тело. Прочность зависит не только от самого материала, но и от вида напряжённого состояния ( растяжение, сжатие, изгиб, кручение, сдвиг), от условий эксплуатации (температура, влияние окружающей среды,, скорость нагружения). Повышение прочности материалов достигается обработкой материалов.

При изготовлении бумаги используют различные минеральные вещества –наполнители. О содержании наполнителя в бумаге судят по показателю зольности бумаги, который определяют по массе прокалённого остатка после сжигания навески бумаги и выражают в % к массе бумаги. Зольность придаёт бумаге в основном наполнитель, так как естественная зольность волокон не более 1%.

При добавлении наполнителей существенно снижаются механические показатели

бумаги, прочность бумаги становится меньше.

Технология изготовления бумажной верёвки

При изготовлении бумажной верёвки ориентировались на следующие свойства бумаги: прочность, впитывающая способность, влагопроницаемость, степень проклейки, плотность, скручиваемость, зольность.

Поэтому остановила свой выбор на следующих видах бумаги: газетная, туалетная, крафт – бумага(от нем. Kraft – сила). Крафт – бумага относится к обёрточному виду бумаги. Из неё изготавливают упаковочные мешки.

Также данные виды бумаги дешёвые и имеются практически в каждом доме.

Бумага обладает свойством анизотропности, т. е. зависимость свойств среды от направления. В процессе изготовления бумаги, когда бумажная масса потоком поступает на движущуюся сетку бумагоделательной машины, волокна, увлекаемые потоком, принимают преимущественно расположение, когда их оси совпадают с направлением движения сетки машины. Поэтому свойства бумажного листа в продольном и поперечных направлениях будут несколько различны, а именно – прочность бумаги будет выше в продольном направлении. Эффективным способом снижения анизотропности является вытягивание волокон. За счёт регулирования вытяжки можно целенаправленно изменять прочностные свойства верёвки.

Приём определения направления волокон бумаги

1) Если мы разорвем бумагу по длине и по ширине листа, то разрыв по направлению движения сетки бумагоделательной машины будет ровным, а в поперечном направлении разрыв будет неровным (драным). Направление ровного разрыва бумаги и есть направление отлива бумаги.

2) отрезать одинаковые полоски по длине листа и по его ширине. Положить одну полоску на другую. Выравнить. Взять в руку большим и указательным пальцами. Вытянуть руку под прямым углом перед собой. Та полоска, которая свисать будет меньше и определяет направление отлива бумаги.

Бумага изготавливается из природного полимера неупорядоченной структуры и путём обработки можно перестроить в нём расположение макромолекул, уложить их в одном направлении. Для этого используем воду. За счёт поверхностных явлений происходит сцепление молекул, образуя прочную нить.

Также прочность верёвки зависит от степени крутости свивания нитей. Для образования длинной нити волокна должны быть много раз соединяемы в длину, что достигается посредством прядения, т. е. через соединение их в длину свиванием по спиральному направлению; при натягивании нитки они, захватывая друг друга на разной длине, так прижимаются друг к другу, что образуют прочное механическое соединение, выдерживающее соответствующие нагрузки.

Крутку верёвки характеризуют числом витков прядей на единицу длины верёвки (на 1 м). Величина крутки влияет на внешний вид и технические свойства: чем она больше, тем ровнее, плотнее и влагоустойчивее верёвка. Однако при увеличении крутки возрастает жёсткость верёвки, стремление раскрутиться. Излишняя крутка уменьшает прочность верёвки. Но нельзя также и не докрутить их, потому что в таком случае они тоже будут непрочны.

Жёсткость на изгиб верёвки, состоящего из N волокон в N раз меньше, чем из цельного материала, т. е. верёвка гнётся, но не рвётся.

При использовании верёвки возможно действие окружающей среды, что ведёт к разрушению верёвки, поэтому их можно обработать смолами для меньшей изнашиваемости.

Грузоспособность верёвки определяется грузом, при котором происходит разрыв; этот груз в килограммах приблизительно равен 50С, где С – окружность в сантиметрах. Во время нагрузки происходит удлинение верёвки, что может привести к разрыву.