Бумага— пористо-копиллярные листы или ленты, состоящие главным образом из растительных волокон, прочно соединенных между собой химическими водородными связями.
4.2.1. Основные материалы для изготовления бумаги
В течение почти 2000 лет китайцы использовали в качестве сырья для бумаги мочало, древесную кору, пеньку (коноплю), а также солому. Ранней формой бумаги был папирус, используемый египтянами для записей. Это позволило историкам изучить культуру Египта после расшифровки этих записей. Если бы египтяне не оставили записей, труд историков был бы намного тяжелее.
Сегодня рабочим сырьем для бумаги в первую очередь служит древесина. На Земле это количественно самый распространенный натуральный продукт (примерно треть суши покрыта лесом). Древесина является важнейшим источником сырья для изготовления целлюлозы и бумаги более чем 100 лет.
Целлюлоза– это волокнистый материал, который выделяют из древесины химическим путем в процессе варки древесины и другого растительного сырья (например, конопля, джут, солома хлопка или зерновых и др.).
Чтобы получить древесную массу для производства бумаги, древесина должна быть механически измельчена. Бревна очищены от коры, они отправляются в устройство, расщепляющее их на щепки для дальнейшей очистки или варки. Они должны быть выровнены по размеру для того, чтобы химикаты могли проникнуть внутрь древесины равномерно на большой скорости, поэтому после процесса расщепления фрагменты просеиваются. Очищенная древесная масса также вырабатывается из стружек и опилок (щепок), являющихся отходами лесопильных заводов.
Около 40% веса древесины составляют волокна целлюлозы/ Множественные слои целлюлозы соединены между собой посредством лигнина, и они должны быть отделены друг от друга. Есть три технологии разделения, или разрыхления волокон: механическое, химическое и полумеханическое, являющееся комбинацией обоих. Каждый из методов разрыхления имеет свои особенности и дает разные типы бумаг.
Целлюлоза отличается от древесной массы главным образом качеством волокна (она имеет более длинные, прочные и эластичные волокна) и более высокой степенью белизны. В зависимости от используемого химического раствора для обработки различают: • сульфатную целлюлозу, полученную путем варки древесной массы в едком натре (щелочной метод); • сульфитную целлюлозу, получаемую путем варки древесной массы в кислоте (кислотный метод).
Около 85% производимой во всем мире целлюлозы – это сульфатная целлюлоза. Она более прочная, чем сульфитная, но имеет меньшую степень белизны и отличается от второй печатными свойствами. Сульфитная целлюлоза нуждается в более длительной варке. Процесс варки заканчивается промыванием целлюлозы, ее отбеливанием, обезвоживанием, сушкой и упаковкой
Целлюлоза, которая отбеливается без хлора, имеет обозначение «TCF» (Totally Chlorine Free, т.е. полностью свободна от хлора). При этом самыми употребительными компонентами в технологическом процессе изготовления бумаги являются кислород и перекись водорода.
Волокна древесной массы и целлюлозы считаются первичными волокнами. Но макулатура издавна также играет большую роль при изготовлении бумаги.Уже в 1774 г. геттингенский ученый Юстас Клэпроф выпустил брошюру из бумаги, для которой в качестве сырья служила ранее запечатанная бумага.На сегодня доля использования макулатуры для изготовления бумаги составляет около 60%. Отдельные сорта бумаги могут состоят на 100% из так называемоговторичного волокна(например, газетная бумага).
Макулатура сегодня стала самым важным сырьем для производства бумаги. Полученное из макулатуры волокно имеет ограниченное использование. Макулатурное сырье должно отвечать требованиям соответствующего качества производимой бумаги. Процесс получения вторичных волокон из макулатуры требует высоких издержек производства при ее очистке и приготовлении суспензии, удалении печатной краски и сортировки волокон по длине. Волокна после 3-5 переработок становятся непригодным ресурсом для производства бумаги. Поэтому для изготовления бумаги необходимо добавление свежей древесины, т.е. увеличение в составе бумажной массы первичных волокон. Прочная, сравнительно дорогая писчая бумага или бумага для копировальных машин и принтеров может содержать 25, 50 или 100% хлопковых волокон (бумага из ветоши).
Безволоконные материалы добавляются для улучшения свойств бумаги и расширения спектра ее использования. Наполнители обычно составляют 5—30% от веса печатной или писчей бумаги, в то время как некоторые бумаги не содержат наполнителей вообще.
Наполнители могут повысить яркость, придать хорошую способность светорассеивания и неабразивности, повысить восприимчивость к краске.