Бумажное производство совершенствовалось и постепенно механизировалось. Старые бумажники говорили: "Бумага делается в ролле". На языке специалистов это означает, что высококачественную бумагу можно выработать только из хорошо размолотой волокнистой массы. Такую массу приготавливают в ролле. Сквернюков П.Ф. Слово о бумаге. М.: Московский рабочий, 1980 - с. 60

Ролл - голландское изобретение. Первоначально его и называли голлендером. Он появился около 1670 г., и долгое время за пределами Голландии о нем ничего не знали. Голландцы боялись, что секрет их машины станет известен другим, что те научатся делать такую высококачественную бумагу, какую вырабатывают они. Единолично владея роллом, голландцы могли не опасаться конкуренции на рынках сбыта бумаги. Тайна устройства ролла строжайше оберегалась.

Ролл оказался поистине чудо-машиной. Он укорачивал тряпки, растирал и разрывал их и в то же время перемешивал с водой размельченное сырье. Все эти процессы происходили в небольшой, сделанной из прочного материала ванне, разделенной перегородками на два канала. В одном из них вращался тяжелый барабан с ножами. На дне ванны под барабаном также были укреплены ножи. В ванне создавалось непрерывное движение воды и тряпья. Попадая в зазор между ножами, тряпье раздиралось на мелкие кусочки. Цикл продолжался до тех пор, пока тряпки не превращались в тончайшие волоконца. Полученная таким способом бумажная масса отличалась от бумажной массы, приготовленной в толкушах, лучшим качеством. Один ролл приготавливал столько бумажной массы, сколько ее делали несколько толкуш.

Как ни старались голландцы сохранить секрет своего изобретения, тайна все же стала явной. Французским предпринимателям удалось сманить из Голландии сведущего специалиста. Он построил во Франции точную копию размалывающего механизма. Вскоре роллы появились на многих французских бумажных мельницах. В конце XVII века они работали на бумажных мельницах почти во всех странах, имевших бумажное производство.

С годами конструкция ролла совершенствовалась, В то же время на бумажных предприятиях появлялись новые размалывающие машины - быстроходные и экономичные. Бумажники охотно брали их на вооружение, но и с роллами расставаться не спешили. Так ролл дожил до наших дней.

Для технологии бумаги были сделаны важные открытия в Германии. Немцы придумали состав для смоляной проклейки бумаги. Но проклейка ручной бумаги совершается всегда в листах животным клеем - костяным или мездряным. Клей разводится большим количеством воды, к нему прибавляется немного квасцов, чтобы он не загнивал, и в этот раствор погружают листы, отжимают из них лишний клей и высушивают. [11]

В начале 1800-ых годов, хлопковая ткань и волокна зерновых культур, такие как полотно, были первичным источником для волокон, из которых производили бумагу. Увеличенный спрос на книги и материала для письма означало, что поставка льняных тканей, из которых производили бумагу, не могла поспеть за увеличением спроса на бумагу. Изготовители должны были найти дополнительный ресурс или сырье, для бумажного производства, что, в конечном счете, привело к перемещению интереса в производстве бумаги от полотна к древесной мякоти.

Следует сказать, что не человек первым начал делать из древесины - ее "изобретателями" были некоторые виды ос. Они строят свои гнезда так: рабочие осы весною сгрызают молодые зеленые побеги деревьев, пережевывают их и при этом отделяют волокна (клетчатку). В слюне ос есть клей, и таким образом получается клейкая масса, состав которой тот же, что и бумаги. Открытие нового способа принадлежало саксонскому ткачу Ф. Дж. Келлеру в 1845 г. Свои опыты Келлер начал в 1840 г. Как-то он заметил, что деревянная ручка топора, случайно прижатая к каменному кругу ручного точила, поддалась истиранию. Келлер стал стачивать доску. В корытце под точильным камнем остался сгусток серо-желтой массы. Келлер собрал ее в сосуд и разбавил водой. При взбалтывании часть густой жидкости пролилась на скатерть. Образовалось расплывчатое пятно. Келлер хотел удалить его, но увидел, что вода впиталась и на скатерти остался тонкий слой волокна. Подождав, пока масса немного затвердеет, Келлер аккуратно снял волокнистое образование и высушил его между прокладками. Получилось нечто похожее на бумажную отливку. Этот случай убедил Келлера в том, что из дерева можно делать бумагу. Он все делал сам из подручных средств - сам смастерил ванну, для древесной массы, сам приспособил к ней точильный камень, приладил устройство для прижима к камню заготовок древесины. Но Келлера ждало разочарование. Бумага из дерева оказалась грубой, жесткой, ломкой. Она не годилась ни для письма, ни для хозяйственных надобностей. Однако неудача не сломила воли изобретателя. Он продолжал опыты. Однажды он добавил к древесной массе тряпичную массу. Смешав два этих материала, он получил хорошую прочную бумагу. Изобретатель понял, что короткие, хрупкие и жесткие волокна древесной массы не могут самостоятельно образовать бумажный лист достаточной прочности. Тряпичные волокна, более длинные и эластичные, переплелись с древесными и создали надежную структуру. Документы, написанные на тряпичной бумаге, были значительно более устойчивыми. На точиле, впоследствии получившем название ручного дефибрера, Келлер изготовил за три дня работы 100 кг древесной массы, из которой при небольших добавках тряпичных волокон сделал шесть стоп бумаги. [5]

В 1799 году французом Луи Робером изобрел машину, которая имела на деревянной станине чан с бумажной массой, над которой на двух валиках была натянута медная сетка. На эту сетку с помощью черпального колеса, изготовленного из тонких медных полос, подавалась бумажная масса, растекающаяся равномерно по сетке; вода опять возвращалась в чан, а на сетке образовывалось влажное полотно, которое уплотнялось и далее обезвоживалось между двумя валиками, обтянутыми сукном. Влажное бумажное полотно наматывалось на приёмный валик, а затем разматывалось и сушилось на воздухе. Производительность этой машины была около 100 кг бумаги в сутки.

Еще до того как Фридриху Келлеру пришла мысль применить ручное точило для истирания древесины, ученые изучали возможность изготовления бумажной массы из древесного сырья химическими способами. Первые такие опыты проводились в 1819 г.

Известно, что какую бы часть растения ни рассматривай под микроскопом, везде будут видны мельчайшие, прочно соединенные между собой ячейки - клетки. Из них и состоит растительный организм. Поверхность клеток представляет собой их своеобразную одежду - клеточную оболочку, сотканную из множества тончайших волоконцев. Это и есть клетчатка - целлюлоза, высокомолекулярный углевод.

Целлюлоза - это как бы каркас растительного организма, его опорная внутренняя конструкция, на которой крепятся вещества, составляющие твердую часть растения, такие, как лигнин, гемицеллюлозы, жиры, смолы, воск, белки и др. Естественно, такой конструкционный материал должен обладать высокой прочностью.

У целлюлозы завидная прочность. Волокна льна, например, больше чем вдвое превосходят прочность железа. Целлюлоза обладает и другими очень важными качествами. Ее волокна мягки и гибки, что придает бумаге эластичность и другие незаменимые свойства.

На протяжении многих лет считалось, что получать целлюлозу из древесины лучше всего сульфитным способом, т.е. в растворе слабой сернистой кислоты, основанием которой могут быть соли кальция, магния или аммония. При таком способе не нужно превращать отработанные продукты производства в исходные продукты процесса, можно обходиться дешевыми химикатами и при всем этом вырабатывать целлюлозу не темного, а светлого цвета без улучшенной отбелки. Но сначала документы, написанные на тряпичной бумаге, были значительно более устойчивыми. Использование некислых добавок, чтобы сделать бумагу стали более распространенным, и стабильность этих бумаг была гораздо выше. [2, c.87]

Химия не только позволила выделить из древесины ее наиболее ценное вещество - целлюлозу, но и помогла обработать и облагородить этот полуфабрикат, открыла дорогу для самого широкого его использования. С помощью таких химических реагентов, как двуокись хлора, перекись водорода, соединений, полученных в результате комбинирования кислорода и щелочи, целлюлозе придают ту или иную степень белизны, прочности, изготавливают из нее разные виды и сорта бумаги. Благодаря химии целлюлоза стала универсальным исходным материалом для множества непохожих одна на другую вещей - искусственных тканей, мехов, кож, пластмасс, пленок. Из целлюлозы изготавливают продукцию 60 тыс. наименований. Ее используют все отрасли народного хозяйства. [7]

Первая бумагоделательная машина в России была изготовлена русскими мастерами на Петербургском литейном заводе и в 1916 году пущена в работу на Петергофской бумажной фабрике.

Лучшая древесная масса получается из свежесрубленных хвойных деревьев, преимущественно из ели, пихты, сосны, и из лиственных (осины).

Глава 2. Современное производство бумаги

2.1 Технология изготовления бумаги сегодня

Механическая прочность - одно из основных и важнейших свойств большинства видов бумаги и картона. Стандарты на печатные виды бумаг предусматривают определенные требования к механической прочности на разрыв. Эти требования определяются возможностью выработки на современных быстроходных машинах печатных видов бумаги без обрывов, с последующим пропуском ее через быстроходные перемотно-резательные станки и с дальнейшим ее использованием на печатных машинах. Достаточная механическая прочность бумаги должна обеспечивать безостановочную работу печатных машин на полиграфических предприятиях.

В бумажной промышленности сопротивление бумаги разрыву принято характеризовать показателями разрывного груза или разрывной длиной бумаги. Обычная бумага, изготовленная на буммашине, характеризуется различными показателями прочности в машинном и поперечном направлении листа. В машинном направлении она больше, поскольку именно так ориентированы волокна в готовой бумаги. [3, c.6]

Прочность бумаги на разрыв зависит не от прочности отдельных компонентов, а от прочности самой структуры бумаги, которая формируется в процессе бумажного производства. Это свойство характеризуется обычно разрывной длиной в метрах или разрывной длиной в метрах или разрывным усилием в ньютонах. Так, для более мягких типографских бумаг разрывная длина составляет не менее 2500 м, а для жестких офсетных это величина возрастает уже 3500 м и выше.

Показатель сопротивления излому тоже является одним из существенных показателей, характеризующих механическую прочность бумаги. Он зависит от длины волокон, из которых образована бумага, от их прочности, гибкости и от сил связи между волокнами. Поэтому наиболее высоким сопротивлением излому отличается бумага, состоящая из длинных, прочных, гибких и крепко связанных между собой волокон. Для печатных видов бумаги это наиболее значимый показатель вследствие их использования в процессе переплетно-брошюровочных работ полиграфического производства.

Показатель качества, как сопротивление продавливанию, вряд ли можно отнести к числу основных. По действующим стандартам он предусматривается для весьма ограниченного количества видов бумаги, но большое значение этот показатель имеет для упаковочно-оберточных бумаг. Этот показатель в некоторой степени связан с показателями разрывного груза бумаги и удлинения ее при разрыве.

Для некоторых видов бумаги и картона показатель сопротивления поверхности к истиранию является одним из критериев, определяющих потребительские свойства материала. Это относится к чертежно-рисовальным и картографическим видам бумаги, которые допускают возможность удаления написанного, нарисованного или напечатанного путем подчистки резинкой, лезвием бритвы или ножа без лишнего повреждения поверхности. При этом подобная бумага должна сохранять удовлетворительный внешний вид после повторного нанесения текста или рисунка на стертом месте.

Удлинение бумаги до разрыва, или ее растяжимость, характеризует, как несложно догадаться, способность бумаги растягиваться. Это свойство особенно важно для упаковочной бумаги, мешочной бумаги и картона для производства штампованных изделий (бумажные стаканы), для основы парафинированной бумаги, применяемой для автоматической завертки конфет (так называемой карамельной бумаги).

Мягкость бумаги связана с ее структурой, т.е. с ее плотностью и пористостью. Так, крупнопористая газетная бумага может деформироваться при сжатии до 28%, а у плотной мелованной бумаги деформация сжатия не превышает 6-8%. Для высокой печати важно, чтобы эти деформация были полностью обратимыми, т.е. чтобы после снятия нагрузки бумага полностью восстанавливала первоначальную форму. В противном случае на оттиске видны следы оборотного рельефа, свидетельствующие о том, что в структуре бумаги произошли серьезные изменения. Если же бумага предназначена для отделки тиснением, то целью становится, наоборот, остаточная деформация, а показателем качества является ее необратимость, иначе - устойчивость рельефа тиснения.

Увеличение размеров увлажненного листа бумаги по его ширине и длине, выраженное в процентах по отношению к первоначальным размерам сухого листа, называется линейной деформацией при увлажнении. Значения деформации бумаги при намокании и остаточной деформации являются важными показателями для многих видов бумаги (для офсетной, диаграммной, картографической, для основы фотоподложки, для бумаги с водяными знаками). Высокие значения этих показателей приводят к несовмещению контуров красок при печати и, как следствие, к получению качественной печати. Однако следует отметить, что в ГОСТе заложены очень жесткие условия испытаний (намокание калиброванной полоски бумаги в течение определенного времени), использование которых для большинства печатных видов бумаги нецелесообразно. Европейские нормы предполагают использование термина "влагорасширение", определяющего изменение линейных размеров полоски бумаги при изменении влажности воздуха от 30 до 80%.

Бумаги, предназначенные для плоской печати, должны иметь минимальную деформацию при увлажнении, т.к. по условиям технологии печатного процесса они соприкасаются увлажненными поверхностями.

Бумага - материал гигроскопичный: при увеличении влажности ее волокна набухают и расширяются - главным образом по диаметру. Бумага теряет форму, коробится и морщится, а при высушивании происходит обратный процесс: Бумага дает усадку, в результате чего меняется формат. Повышенная влажность резко снижает механическую прочность бумаги на разрыв, бумага не выдерживает высоких скоростей печатания и рвется. Изменение влажности бумаги в процессе многокрасочной печати приводит к несовмещению красок и нарушению цветопередачи. [14, c.34-36]

Оптические свойства бумаги

Оптическая яркость - это способность бумаги отражать свет рассеянно и равномерно во всех направлениях. Высокая оптическая яркость для печатных бумаг весьма желательна, т.к. четкость, удобочитаемость издания зависит от контрастности запечатанных и пробельных участков оттиска.

При многокрасочной печати цветочная точность изображения, ее соответствие оригиналу возможны только при печатании на достаточно белой бумаге. Для повышения оптической яркости в дорогие высококачественные бумаги добавляют так называемые оптические отбеливатели - люминофоры, а также синие и фиолетовые красители, устраняющие желтоватый оттенок, присущий целлюлозным волокнам. Этот технологический прием называют подцветкой. Так, печатные бумаги с содержанием древесной массы должны иметь оптическую яркость не менее 72%, а вот газетная бумага может быть не слишком белой: для нее этот показатель составляет в среднем 65%.