Технология бумаги и картона

ПРОИЗВОДСТВО БУМАГИ

КЛАССИФИКАЦИЯ И СВОЙСТВА БУМАГИ

Бумагой и картоном называют материалы, изготовленные преимущественно из специально обработанных растительных волокон, связанных между собой силами поверхностного сцепления в листовую форму. В СССР листовые материалы, имеющие меньшую толщину и массу 1 м 2 до 250 г, относят к бумаге, а материалы с большей толщиной и массой 1 м2 свыше 250 г — к картону [1. 13].

Изобретение бумаги относится к началу нашей эры, когда в Китае около 1900 лет тому назад возник ручной метод производства бумаги. Этот метод изготовления бумаги медленно распространялся в страны Ближнего Востока, Восточной и Центральной Азии, Египет, а из них в XVI в. в Европу.

Появление бумаги в России датируется XII—ХШ столетиями. Первые бумажные мельницы "появились в XVII веке. Технический переворот в бумажном производстве России произвела бумагоделательная машина, начавшая работать с 1816 г. в Петербурге. В 1916 г. в России уже действовало 55 целлюлозно-бумажных предприятий. Средняя ширина бумагоделательных машин не достигала н 2 м, а их скорости не превышали 100 м/мнн.

После Великой Октябрьской социалистической революции на всех этапах становления Советского государства на основе общегосударственных планов-развития народного хозяйства развивалась и отечественная целлюлозно-бумажная промышленность. Сегодня целлюлозно-бумажная промышленность — современная неотъемлемая отрасль народного хозяйства СССР. Бумага — это учебники и тетради, книги, газеты и журналы, телеграфная лента и обои, географические карты н фотографические снимки, это деньги, документы, ноты, рисунки и чертежи, электроизоляцня и фильтрующие материалы, картонная тара, оберточные и упаковочные материалы, это салфетки, полотенца, скатерти, бумажная посуда я бумажная одежда. Этот далеко не полный перечень областей применения картонно-бумажной продукции убедительно подтверждает пророческие слова великого русского ученого Д. И. Менделеева о том, что современный период жизни людей можно считать веком бумаги.

Современные бумаг о- и картоиоделательные машины отличаются большой производительностью, быстроходностью и высоким уровнем автоматизации. Ширина машин, например, для выработки газетной бумаги достигает 10 м, а скорость свыше 1000 м/мнн. Ожидается, что на машинах новейших конструкций скорость производства газетной бумаги достигнет 1500—1700 м/мин, санитарно-гигиенической бумаги 1800—2000 м/мин н картона 500—600 м/мин. Производительность таких машии превысит 1000 т продукции в суткн. Для вывоза суточной продукции только одной подобной машины требуется железнодорожный состав более чем из 60 вагонов [13].

Классификация бумаги. Все многообразие видов бумаги, выпускаемой в Советском Союзе, согласно ГОСТ 17586—80 подразделяется на десять классов.

Бумага для п е ч а т н — наиболее массовый вид бумаг, предназначенных для печатания различными методами издательской н изобразительной продукции (газетная, типографская, офсетная, для глубокой печати, иллюстрационная, картографическая, обложечная, этикеточная и др.).

Декоративная — бумага, имеющая окрашенную гладкую,-. Ьлн кре-пированную поверхность, нлн поверхность, имитирующую бархат, мрамор, кожу, полотно; это — аэрографная, бархатная, крепированная, мраморная и другие виды бумаг, применяемые для отделки книжных переплетов, оформления кннж-но-журнальной продукции.

Бумага для письма, машинописи, черчения и рисования — пнсчая, писчая цветная, тетрадная, почтовая, машинописная, ротаторная, копировальная, чертежная, бумага ватман, бумажная калька, прозрачная чертежная бумага, рисовальная и др.

Электротехническая бумага — электроизоляционная, телефонная, конденсаторная, кабельная, полупроводящая кабельная, микалентная и др.

. 5. Упаковочная и оберточная бумага — бумага для упаковки продуктов на автоматах, упаковочная бумага для "сахара, чая, фруктов, стеклянной тары, текстильной продукции, мешочная бумага, бумага для спичечных коробок, светонепроницаемая бумага для кинофотоматериалов, жиронепроницаемая упаковочная бумага, оберточная, растительный пергамент, пергамин, под-пергамент и др.

Светочувствительная бумага — светочувствительная, диапозитивная светочувствительная и фотографическая бумага, бумажная диапозитивная светочувствительная калька.

Бумага для изготовления папирос и сигарет — курительная, мундштучная, папиросная и сигаретная.

Впитывающая бумага — впитывающая бумага для хроматографии, промокательная, фильтровальная различного назначения.

Промышленно-техническа я бумага разного назначения для ртутно-цинковых элементов, химических источников тока, каландровая бумага, патронная, шпагатная, водорастворимая, перфокарточная, термореактивная, теплочувствнтельная, для электрографии, гуммированная бумага для переводных изображений и др.

10. Бумага-основа — к ней относятся бумаги, используемые в качестве основы для производства многих видов бумаг, бумажных изделий и фибры путем соответствующих обработок, пропиток н покрытий (бумага-основа, основа мелованной, термореактивной, копировальной, парафинированной, пергамента, фотобумаги, фотокалькн, абразивной; основа для переводной фольги, облицовочного материала, упаковочной для молочных продуктов, гигиенических салфеток, клеевой ленты, склеенного картона и др.

Из приведенной классификации видно, что ассортимент бумаги очень обширен. Бумаги, относящиеся к 1, 5, 9 и 10-му классам, являются массовыми видами. В настоящее время в мире производится свыше 640 видов бумаги и картона. Каждый вид бумаги обладает определенными свойствами", обусловливающими его потребительскую ценность. Свойства бумаги характеризуются многими различными показателями качества, номенклатура и величина которых для каждого вида бумаги нормируются ГОСТ и ТУ. Соответствие данного вида бумаги нормам, закрепленным ГОСТ или ТУ, устанавливается испытаниями качества бумаги.

Следует четко разграничивать понятия вид и сорт бумаги. Принадлежность бумаги к тому или иному виду определяется совокупностью свойств, обеспечивающих возможность ее применения для конкретных целей. Сорт обычно определяет качество одного и того же вида бумаги. Например, газетная бумага—это вид бумаги для печатания газет, но по качеству она может быть 1-го и 2-го сортов.

Свойства бумаги и их связь со свойствами волокнистых полуфабрикатов. Все волокнистые материалы различного происхождения, известные на сегодняшний день, могут служить полуфабрикатом для производства бумаги и картона. Однако основную массу волокнистых полуфабрикатов бумажно-картонного производства составляют растительные волокна: волокна древесины в виде различной древесной массы, целлюлозы и полуцеллюлозы; волокна макулатуры в виде макулатурной массы; волокна тростника и соломы в виде тростниковой и соломенной целлюлозы и полуцеллюлозы; волокна тряпья в виде тряпичной полумассы. Для придания некоторых специальных свойств бумаге и картону нашли также применение животные (шерстяные), минеральные (асбестовые, базальтовые, стеклянные) и синтетические (лавсан, нитрон, капрон, поливинильные, полиэтиленовые, полиэфирные и др.) волокна.

Возможности изготовления широкого ассортимента бумажно-картонной продукции с приданием ей того или иного свойства или сочетания нескольких свойств появились в связи с успехами, достигнутыми при разработке научных основ технологии бумажного производства. По современным воззрениям бумага как физическое тело представляется капиллярно-пористым коллоидным материалом, и с этой точки зрения множество разнообразных свойств бумаги легче всего поддаются объяснению.

К числу основных показателей, характеризующих свойства различных видов бумаги, относятся: толщина, или объемная масса; зольность; степень проклейки; гладкость; белизна; прозрачность; сопротивление разрыву, излому, продавливанию, раздиранию; удлинение до разрыва; прочность поверхности; влагопрочность; деформация при намокании; скручиваемость; впитывающая способность; воздухопроницаемость; показатели электрической прочности.

Для достижения тех или иных необходимых свойств бумаги (картона) пользуются следующими методами:

подбором исходных волокнистых полуфабрикатов, т. е. составлением композиции бумаги и картона по виду и происхождению волокон;

иэмеиением технологических режимов одного или нескольких основных процессов бумажного производства (массного размола, отлива, сушки);

введением в бумажную массу различных добавок (минеральных наполнителей, красителей, дефлокулянтов, проклеивающих и других веществ);

отделкой бумаги или картона, включая операции каландрирования, крепи-рования, гофрирования, тиснения, армирования, покрытия, синтетическими пленками и др.;

обработкой поверхности бумаги или картона химикатами (поверхностная проклейка, пропитка различными составами, окраска, мелование, пластификация, лакирование, обработка минеральными реагентами).

В бумажно-картоином производстве часто одни и те же свойства изготовляемой продукции можно придать различными методами, поэтому в каждом конкретном случае необходимо выбирать наиболее простой, экономичный и наиболее удобный метод.

Композицией бумаги или картона называется совокупность волокнистых, наполняющих, проклеивающих, красящих и других веществ, из которых производится бумага или картон данного вида. Композиция каждого вида бумаги (картона) определена ГОСТом.

Бумаго образующие свойства нельзя охарактеризовать однозначно каким-либо показателем. По отношению к процессу размола, например, бумагообразующие свойства волокон характеризуются склонностью их к укорочению или фибриллированию, скоростью достижения требуемой степени помола. По отношению к процессу отлива бумажного листа важным является способность волокнистой массы быстро или медленно обезвоживаться на сетке, а для обеспечения безобрывной работы бумагоделательной машины существенное значение имеет влагопрочность полотна при его сухости 20 %. Таким образом, именно бумагообразующие свойства исходных волокнистых материалов в основном определяют свойства готовой бумаги: механическую прочность, оптические свойства, впитывающую способность, электроизоляционные и другие свойства, специфические для того или иного вида бумаги.

Бумагообразующие свойства волокнистых полуфабрикатов главным образом зависят: от природы волокон (растительные, животного происхождения, минеральные, синтетические); вида волокон (целлюлоза, ЦВВ, полуцеллюлоза, древесная масса, макулатурная масса); метода получения волокон; химического состава волокон, их структуры и состояния поверхности клеточных стенок.

Волокна сульфатной целлюлозы, как правило, придают бумаге более высокие показатели механической прочности. Они обладают более высокими показателями диэлектрических свойств. Добавка сульфатной целлюлозы в композицию бумаги повышает ее прочность во влажном состоянии. Волокна сульфатной целлюлозы более гибкие, на их поверхности меньше микротрещин, они труднее размалываются, меньше укорачиваются при размоле, чем сульфитные. Расход энергии на размол сульфатной целлюлозы больше.

Поэтому сульфатная целлюлоза успешно используется для изготовления бумаг, обладающих высокой прочностью (упаковочных и оберточных электротехнических бумаг, бумаг-основ), и в композиции других видов бумаг для повышения механических показателей [13].

Сульфитная целлюлоза по сравнению с сульфатной отличается большей молекулярной неоднородностью, наличием множества микротрещин на поверхности волокон, меньшим содержанием ге-мицеллюлоз , что снижает механическую прочность, долговечность и термостойкость изготовленной из нее бумаги. Волокна сульфитной целлюлозы легче размалываются и больше укорачиваются при размоле. Применяется сульфитная целлюлоза при выработке бумаг, обладающих большей пухлостью, пористостью, мягкостью, впитывающей способностью (бумаги для печати, писчих, санитарно-гигиенических и др.).

  Бисульфитная целлюлоза и ЦВВ из хвойных пород древесины по механической прочности приближается к сульфатной крафт-целлюлозе. По показателям белизны, склонности к старению и непрозрачности бисульфитная целлюлоза уступает сульфитной. Используется бисульфитная целлюлоза для производства писчих бумаг, бумаги для печати, газетной, упаковочной, мешочной, обойной и других видов бумаги.

В последнее десятилетие значительно расширилось применение лиственных волокнистых полуфабрикатов в производстве бумаги и картона. Ожидается, что доля волокон из лиственных пород древесины в общем балансе волокнистых полуфабрикатов будет неуклонно расти . Основной недостаток лиственной целлюлозы, ограничивающий ее применение, — это короткие волокна, не обеспечивающие необходимой прочности бумажному листу. Однако, как выяснилось, при введении этой целлюлозы в композицию бумаги улучшаются многие ее печатные свойства. Короткие волокна лиственной целлюлозы заполняют промежутки между более длинными волокнами хвойной целлюлозы, благодаря чему повышается однородность бумаги, она приобретает более ровный просвет, увеличивается гладкость ее поверхности и непрозрачность бумаги, повышается удержание наполнителей. Широкое ее применение возможно для производства различных видов бумаги для печати, писчих и впитывающих бумаг, а также различных видов картонов. Содержание лиственной целлюлозы в композиции бумаги (картона) может достигать 15—60 %.

Волокна дефибрерной и рафинерной белой древесной массы преимущественно используются в композиции с целлюлозой для производства газетной бумаги, а также находят применение в композиции печатных, писчих, обойной и других видов бумаги и картона. Термомеханическая и химико-термомеханическая древесные. массы, благодаря большой гибкости, эластичности и механической прочности волокон приближающиеся к сульфитной целлюлозе, находят все более широкое применение в производстве газетной, печатной, писчей и многих других видов бумаги и картона. Причем содержание этих видов древесной массы в композиции может достигать 70—100 %. Применение древесной массы в производстве бумаги и картона существенно снижает их стоимость.