Производство бумаги: история, технологии и материалы

Введение

Экономический сектор

Бумажное производство – это изготовление бумаги и картона, которые широко используются для печати, письма и упаковки, среди множества других целей. Сегодня почти вся бумага производится с использованием промышленного оборудования, в то время как ручная бумага сохранилась как специализированное ремесло и среда для художественного самовыражения. В процессе производства бумаги разбавленная суспензия, состоящая преимущественно из отдельных целлюлозных волокон в воде, фильтруется через ситоподобный экран, в результате чего формируется полотно из хаотично переплетенных волокон. Вода удаляется из этого полотна путем прессования, иногда с использованием всасывания, вакуума или нагрева. После высыхания получается, как правило, плоский, однородный и прочный лист бумаги. До изобретения и повсеместного внедрения автоматизированных машин вся бумага изготавливалась вручную, специализированные рабочие формировали или укладывали листы по одному. Даже сегодня мастера, изготавливающие бумагу вручную, используют инструменты и технологии, весьма схожие с теми, что существовали сотни лет назад, изначально разработанные в Китае и других регионах Азии, или впоследствии модифицированные в Европе. Ручная бумага по-прежнему ценится за её неповторимую уникальность и мастерство, требуемое для изготовления каждого листа, в отличие от большей однородности и безупречности, достигаемых в промышленных изделиях по более низкой цене.

История

Конопляная бумага использовалась в Китае для упаковки и наполнителя с VIII века до нашей эры. Бумага с разборчивыми китайскими письменами датируется 8 годом до нашей эры. Традиционно изобретение бумаги приписывается Цай Луню, чиновнику императорского двора во времена династии Хань (202–220 гг. н.э.), который, как считается, изобрел бумагу около 105 года н.э., используя тутовник и другие лубяные волокна, а также рыболовные сети, старые тряпки и конопляные отходы. Бумага как писчий материал получила широкое распространение к III веку, а к VI веку в Китае начали использовать и туалетную бумагу. Во времена династии Тан (618–907 гг. н.э.) бумагу складывали и сшивали в квадратные мешки для сохранения аромата чая. В Багдаде производство бумаги находилось под надзором великого визиря Джафара ибн Яхьи. Мусульмане разработали способ изготовления более толстых листов бумаги. Это нововведение способствовало превращению бумажного производства из ремесла в крупную промышленность. Самые ранние упоминания о бумажных фабриках также относятся к средневековому исламскому миру, где они впервые были зафиксированы в IX веке арабскими географами в Дамаске. Традиционное азиатское производство бумаги использует внутренние волокна коры растений. Это волокно замачивают, варят, промывают и традиционно вручную отбивают для получения бумажной массы. Длинные волокна укладываются слоями, образуя прочные, полупрозрачные листы бумаги. В Восточной Азии тремя традиционными волокнами являются абака, козо и гампи. В Гималаях бумагу изготавливают из растения локта. Эта бумага используется для каллиграфии, печати, книжного искусства и трехмерных работ, включая оригами. В Европе были разработаны формы для изготовления бумаги с использованием металлической проволоки, а такие элементы, как водяные знаки, стали общепринятыми к 1300 году н.э. Основным источником целлюлозы служили конопляные и льняные тряпки, однако хлопок постепенно занял их место после того, как южные плантации начали производить его в больших количествах. Современное производство бумаги началось в начале XIX века в Европе с разработкой машины Фурдринье. Эта машина производит непрерывный рулон бумаги, а не отдельные листы. Эти машины имеют большие размеры. Некоторые производят бумагу длиной 150 метров и шириной 10 метров. Они могут производить бумагу со скоростью 100 км/ч. В 1844 году канадец Чарльз Фенерти и немец Фридрих Готтлоб Келлер изобрели машину и соответствующий процесс для использования древесной массы в бумажном производстве. Это нововведение положило конец почти 2000-летнему использованию тряпичной целлюлозы и открыло новую эру для производства газетной бумаги, а в конечном итоге почти вся бумага стала изготавливаться из древесной целлюлозы.

Hemp paper had been used in China for wrapping and padding since the eighth century BCE. Paper with legible Chinese writings on it has been dated to 8 BCE. The traditional inventor attribution is of Cai Lun, an official attached to the Imperial court during the Han dynasty (202 BCE – 220 CE), said to have invented paper about 105 CE using mulberry and other bast fibres along with fishnets, old rags, and hemp waste. Paper used as a writing medium had become widespread by the 3rd century and, by the 6th century, toilet paper was starting to be used in China as well. During the Tang dynasty (618–907 CE) paper was folded and sewn into square bags to preserve the flavour of tea, In Baghdad, papermaking was under the supervision of the Grand Vizier Ja'far ibn Yahya. Muslims invented a method to make a thicker sheet of paper. This innovation helped transform papermaking from an art into a major industry. The earliest references to paper mills also come from the medieval Islamic world, where they were first noted in the 9th century by Arabic geographers in Damascus. Traditional papermaking in Asia uses the inner bark fibers of plants. This fiber is soaked, cooked, rinsed and traditionally hand beaten to form the paper pulp. The long fibers are layered to form strong, translucent sheets of paper. In Eastern Asia, three traditional fibers are abaca, kōzo and gampi. In the Himalayas, paper is made from the lokta plant. This paper is used for calligraphy, printing, book arts, and three dimensional work, including origami. In Europe, papermaking moulds using metallic wire were developed, and features like the watermark were well established by 1300 CE, while hemp and linen rags were the main source of pulp, cotton eventually taking over after Southern plantations made that product in large quantities. Modern papermaking began in the early 19th century in Europe with the development of the Fourdrinier machine. This machine produces a continuous roll of paper rather than individual sheets. These machines are large. Some produce paper 150 meters in length and 10 meters wide. They can produce paper at a rate of 100 km/h. In 1844, Canadian Charles Fenerty and German Friedrich Gottlob Keller had invented the machine and associated process to make use of wood pulp in papermaking. This innovation ended the nearly 2,000 year use of pulped rags and start a new era for the production of newsprint and eventually almost all paper was made out of pulped wood.

Промышленный

Современная бумажная фабрика разделена на несколько секций, примерно соответствующих процессам, связанным с изготовлением бумаги вручную. Древесная масса очищается и смешивается с водой и другими добавками для получения бумажной суспензии. Головной ящик бумагоделательной машины, называемой машиной Фордринье, распределяет суспензию на движущуюся непрерывную сетку, вода стекает из суспензии под действием силы тяжести или вакуума, влажный бумажный лист проходит через прессы и сушится, а затем сворачивается в большие рулоны. Полученный продукт часто весит несколько тонн. Другой тип бумагоделательной машины, изобретенный Джоном Дикинсоном в 1809 году, использует цилиндрическую форму, которая вращается, частично погруженная в чан с разбавленной целлюлозой. Целлюлоза поднимается проволочной сеткой и покрывает форму по мере ее подъема из чана. Прижимной вал прижимается к форме для разглаживания целлюлозы и снимает влажный лист с формы. Производство бумаги по-прежнему вызывает экологические опасения из-за использования агрессивных химических веществ, потребности в больших объемах воды и связанных с этим рисков загрязнения, а также потери секвестрации углерода из-за обезлесения, вызванного вырубкой деревьев, используемых в качестве основного источника древесной массы.

Известные производители бумаги

На протяжении большей части своей истории изготовление бумаги считалось делом всей жизни, исключительной профессией, однако термин "известные производители бумаги" часто не ограничивается теми, кто непосредственно занимается изготовлением бумаги. Особенно в сфере ручного изготовления бумаги наблюдается пересечение деятельности некоторых известных мастеров бумажного искусства с другими видами художественного творчества, а в академической среде этот термин может применяться к исследователям, преподавателям и специалистам по консервации книг и бумажных артефактов. В промышленном секторе эта область тесно связана с наукой, технологиями и инженерией, а часто и с управлением предприятиями целлюлозно-бумажной промышленности. Некоторые известные производители бумаги прославились в других областях, настолько, что их прошлое в бумажной промышленности почти забыто. Одним из наиболее ярких примеров могут служить братья Монгольфье, первые люди, совершившие полет, о которых многие упоминания едва касаются бумажной фабрики, принадлежавшей их семье, хотя бумага, использованная в их воздушных шарах, сыграла важную роль в их успехе, как, вероятно, и их знакомство с этим легким и прочным материалом. Среди ключевых изобретателей – Джеймс Уотман, Генри Фурдринье, Генрих Вольтер и Карл Даниэль Экман, и другие. К середине XIX века ручное изготовление бумаги в Соединенных Штатах прекратилось. К 1912 году издатель и типограф Дард Хантер возродил ремесло изготовления тонкой бумаги ручной работы, но к 1930-м годам интерес к нему снова угас.

Примечания и ссылки

24. Лонгвуд Л. К. "Наука и практика ручного изготовления бумаги": (2004). 25. Вестерлунд Л. К. "Варианты использования волокна для устойчивого развития австралийской бумажной и целлюлозной промышленности": (2004).