Производство бумаги

Производство бумаги состоит из двух основных этапов. Сначала волокнистое сырьё, целлюлоза из балансовой древесины, недревесных волокон или макулатуры, превращается в массу, то есть волокнистую субстанцию, пригодную для изготовления бумаги. Затем эта масса переплетается и скрепляется в листовую структуру, образуя бумагу. В процессе производства массы бумажные волокна отделяются от древесины.

Существуют три основных типа массы: механическая, термомеханическая (ТММ) и химическая. Каждый тип даёт бумагу с особыми качественными характеристиками.

Древесина состоит из целлюлозных волокон, связанных лигнином, клееобразным веществом. Качество бумаги обычно улучшается при удалении лигнина, так как лигнин со временем вызывает пожелтение. Химическая варка удаляет лигнин, а механический и термомеханический методы нет.

Механическая масса. Основные виды: дефибрерная масса, получаемая путём прижатия балансовой древесины к вращающемуся абразивному камню, и рафинёрная механическая масса (РММ), создаваемая пропусканием щепы через дисковый рафинёр.

Термомеханическая масса. Термомеханическую массу (ТММ) получают путём пропаривания щепы или опилок под давлением для размягчения лигнина. Размягчённая щепа затем размалывается в дисковом рафинёре и отбеливается для придания белизны. Этот процесс даёт более белую, яркую бумагу с хорошей непрозрачностью для двусторонней печати. Многие качественные газеты используют ТММ.

Химическая масса. Химическая варка, самый дорогой метод, даёт бумагу высшего качества. Щепу варят под давлением в химическом растворе, предназначенном для разрушения и удаления лигнина. Полученную массу очищают и отбеливают, получая ярко-белую бумагу с превосходной долговечностью. Химическая варка освобождает целлюлозные волокна от связывающего их лигнина.

В процессе химической варки химикаты растворяют лигнин и гемицеллюлозу, высвобождая целлюлозные волокна. Отбеливание удаляет остаточный лигнин и гемицеллюлозу. Выход химической варки составляет от 45% до 55%, что значительно ниже, чем выход механических методов (90% и выше). В процессах используются кислоты, такие как сернистая кислота, и щёлочи, например едкий натр (каустическая сода).

Полухимическая масса. Полухимическую массу получают путём мягкой варки щепы с химикатами, обычно сульфитом натрия или небольшим количеством щелочной соли, такой как карбонат, бикарбонат или гидроксид натрия. Такая варка частично удаляет и размягчает лигнин, ослабляя связь между волокнами. Затем щепа проходит дисковый размол для фибриллирования с последующей химической промывкой. Полухимическая варка сохраняет значительное количество лигнина, выход составляет от 60% до 80%. Отбеливание снижает выход, как и при всех методах варки.

Отбеливание массы. Небелёная древесная масса имеет цвет от кремового до тёмно-коричневого; коричневые бумажные пакеты изготовлены из небелёной массы. Отбеливание удаляет остаточный лигнин, не повреждая сильно целлюлозные волокна, что даёт более белую бумагу, улучшающую контрастность печати и позволяющую получать более яркие цветные бумаги.

Подготовка массы и размол. Волокна целлюлозы требуют дополнительной обработки, называемой подготовкой массы, прежде чем из них можно будет сформовать высококачественную бумагу. Этот процесс включает размол волокон и смешивание их с неволокнистыми материалами для достижения нужных свойств бумаги. Хотя бумага формуется на бумагоделательной машине, многие характеристики закладываются именно на этапе подготовки массы.

Для размола используют роллы, конические мельницы (жорданы) или дисковые мельницы, которые подвергают волокна расщеплению, резке, разрыхлению и укорачиванию. В результате волокна набухают, размягчаются, на их поверхности образуются тонкие ворсинки, что улучшает связывание и повышает прочность бумаги.

В процессе подготовки массы целлюлозные волокна смешивают с наполнителями, проклейкой в массе, красителями, цветными пигментами и другими добавками, придающими бумаге определённые свойства.

Формование бумаги. Большинство печатных бумаг производится на бумагоделательных машинах типа Фурдринье, названных в честь изобретателей Генри и Сили Фурдринье. Перед формованием целлюлозу смешивают с большим количеством воды, доводя её содержание до 99%. Эту смесь целлюлозы и воды, называемую бумажной массой, затем обезвоживают и прессуют для формирования непрерывного бумажного полотна.

Экологичность остаётся ключевым фактором: растёт внимание к замкнутым системам водооборота и энергоэффективным методам производства. Развитие цифровой печати также требует бумаг с определёнными эксплуатационными характеристиками, что влияет на выбор целлюлозы и отделочные обработки.

Суперкаландрирование

. Суперкаландрированную бумагу получают, пропуская бумагу машинной отделки через суперкаландр (рис. 5-4), машину, состоящую из чередующихся полированных стальных валов и валов из прессованной бумаги или хлопка, работающих вместе под высоким давлением. Это уплотняет бумагу и повышает гладкость поверхности и глянец.

Мелованные бумаги

. Печатник часто наносит лаковое покрытие на бумагу после печати, обычно для защиты или улучшения внешнего вида. Однако бумажная фабрика также может наносить покрытие на поверхность бумаги, чтобы сделать её более пригодной для конечного использования. Мелованные бумаги, это материалы, получившие минеральное покрытие, обычно из каолина, для улучшения печатных свойств и внешнего вида. Они выпускаются с различными видами отделки. Покрытия улучшают белизну бумаги, стойкость к выщипыванию, водостойкость, удержание краски, непрозрачность, глянец и общее качество печати. Обычно бумагу мелют с двух сторон (C2S).