Бумага, свойства и производство

Бумага

Общие сведения

Бумага — это листы или ленты, состоящие в основном из целлюлозных волокно, древесной цёллюлозы и древесной массы, хлопка, льна и некоторых других, с массой 1 м2 до 250 г. Картон имеет массу 1 м2 выше 250 г. Кроме того, бумага, как правило однослойная, а картон — многослоен. Наряду с цёллюлозными волокнами бумага может содержать наполнители (например, каолин — белую фарфоровую глину), проклейку (например, канифольный клей), подцветку (например, в виде синих и фиолетовых красителей) и обязательно около 7% влаги. При недостаточной влажности бумага становится жесткой, хрупкой, при избыточной — теряет прочность, становится чрезмерно пластичной.

Бумага формируется на сетке бумагоделательной машины из бумажной массы сильно «разбавленной» водой суспензии волокнистых и неволокнистых компонентов бумаги.

Бумага — это пористо-капиллярное тело, доступное для проникновения воздуха, влаги и полиграфических красок, иначе своеобразный каркас, образованный из целлюлозных волокон, прочно соединенных между собой химическими водородными связями. Длина волокон, из которых образована бумага, 1—2 мм при диаметре около 25 мкм. Пространства между целлюлозными волокнами — поры могут быть частично заполнены наполнителями (например, каолином), проклеивающими веще­ствами (например, канифолью) и некоторым количеством влаги.

При намачивании в воде обычные виды бумаги совершенно теряют первоначальную механическую прочность, при пропитке керосином или маслами прочность бумаги почти не меняется. Это убеждает вас в том, что целлю­лозные волокна в бумаге соединены между собой главным образом химическими водородными связями и в меньшей мере — силами Ван-дер-Ваальса и трения. Известно, что водородные связи нечувствительны к действию углеводородов и масел.

Технологический процесс изготовления бумаги состоит из следующих стадий:

1)получение исходных волокнистых полуфабрикатов — целлюлозы, древесной массы, тряпичной полумассы макулатурной массы;

2)изготовление бумажной массы — размол наполнение, проклейка и подкраска (или окраска);

3)отлив бумаги на бумагоделательной машине;

4)отделка бумаги — каландрирование, разрезка, сортировка и упаковка.

Все эти стадии технологического процесса бумагоделательного производства выполняются на высокопроизводительных машинах.

В зависимости от волокнистого состава (иначе композиции) бумаги, природы растительных волокон, характера их обработки, содержания наполнителя, проклеи­вающих, веществ, а также технологии отлива и отделки получают бумагу с разными свойствами, разных видов.

По способу изготовления бумага может быть немелованной и мелованной. Немелованная бумага, иначе бумага с открытой поверхностью, получается непосредственно на бумагоделательной машине.

Мелованная бумага получается дополнительным нанесением на поверхность бумаги-основы с одной или обеих сторон водной суспензии, состоящей из белых пигментов и пленкообразующих веществ, делающих поверхность бумаги (после высушивания и каландрирования) более белой, гладкой и капиллярной.

Для производства немелованной, а затем и мелованной бумаги нужны волокнистые полуфабрикаты, к рассмотрению которых мы и приступаем.

Изготовление древесной целлюлозы

Целлюлозу получают, действуя на древесную щепу растворами слабых кислот или щелочи при нагревании и повышенном давлении в герметическизакрытых котлах большой емкости, например объемом 300 м3. При этих условиях лигнин разрушается и переходит в раствор, а из древесины выделяются почти неповрежденные волокна целлюлозы.

В соответствии с этим имеются два способа изготовления («варки») целлюлозы: сульфитный (кислотный) и сульфатный (щелочной).

Сульфитный способ. Древесную щепу варят с бисульфитом кальция, который при нагревании в водной среде распадается на сернистую кислоту и сульфит кальция Сернистая кислота, взаимодействуя с лигнином, образует лигносульфоновые кислоты, растворяющиеся в варочной жидкости. Сульфит кальция нейтрализует эти очень активные кислоты, предотвращая их нежелательное дей­ствие на целлюлозу.

По окончании варки целлюлозу выгружают («вываливают») через нижний люк котла в расположенный под ним бассейн, где ее отмывают от варочной жидкости. Промытая целлюлоза еще не представляет однородной волокнистой массы: в ней имеются размягченные, но сохранившие свою форму щепки, сучки, не поддающиеся варке, Весок, попавший вместе с водой, и другие загрязнения. Поэтому целлюлозу сначала разделяют сепаратором на отдельные волокна, а затем последовательно освобождают от сучков, песка и других механических загрязнений. После этого целлюлозу отсортировывают от грубых неразработанных пучков волокон, костры и пр. на центробежной сортировке, а затем пропускают через центриклинер для тонкого, окончательного сортирования.

После окончательной очистки центриклинерами целлюлоза частично обезвоживается на сгустителях.

Варка целлюлозы по сульфитному способу сопровождается побочными нежелательными явлениями: почти полным растворением и удалением гемицеллюлоз и некоторым гидролитическим расщеплением молекул целлюлозы. И тот и другой процессы отрицательно сказываются на качестве целлюлозы, а затем и бумаги, во-первых, потому, что приводят к потере ценного продукта — гемицеллюлоз и, во-вторых, в некоторой степени понижают прочность самой целлюлозы.

Сульфитный способ варки применяется преи