Производство на хартия

Изработка на хартия, образуване на сплъстен или филцов лист, обикновено от целулозни влакна, от водна суспензия върху телена параван. Хартията е основният материал, използван за писмена комуникация и разпространение на информация. В допълнение, хартията и картонът предоставят материали за стотици други приложения, като опаковане, опаковане, кърпи, изолация и фотография.

Думата хартия произлиза от наименованието на папируса на растението Reedy, което расте изобилно по поречието на река Нил в Египет. В древни времена влакнестите слоеве в стъблото на това растение са премахнати, поставени една до друга и кръстосани под прав ъгъл с друг набор от слоеве, подредени по подобен начин. Така оформеният лист беше навлажнен и притиснат. След изсушаване лепиловидният сок на растението, действащ като лепило, циментира слоевете заедно. Пълното дефибриране, незаменим елемент в съвременното производство на хартия, не се е случило при подготовката на листове от папирус. Папирусът е бил най-използваният материал за писане в древни времена и много папирусни записи все още оцеляват.

Процесът на изработка на хартия

Историческо развитие

Производството на хартия може да се проследи до около 105 г., когато Цай Лун, служител, прикрепен към Императорския съд на Китай, създаде лист хартия, използвайки черница и други голени влакна, заедно с мрежи от риба, стари парцали и конопени отпадъци. В бавното си пътуване на запад изкуството на производството на хартия достига Самарканд в Централна Азия през 751 г.; и през 793 г. първата книга е направена в Багдад по времето на Харун ар-Рашид, със златния век на ислямската култура, донесъл хартиеното дело на границите на Европа.

До XIV век в Европа съществуват редица хартиени фабрики, особено в Испания, Италия, Франция и Германия. Изобретението за печат през 1450-те години доведе до значително увеличено търсене на хартия. През 18-ти век процесът на производство на хартия остава по същество непроменен, като ленените и памучните парцали предоставят основните суровини. Мелниците за хартия все повече бяха измъчвани от недостиг; през 18 век дори рекламират и отправят молба за парцали. Беше очевидно, че е необходим процес за използване на по-изобилен материал.

Подобрения в материалите и процесите

През 1800 г. е издадена книга, която стартира разработването на практически методи за производство на хартия от дървесна маса и други зеленчукови каши. Постепенно се развиват няколко основни процеса на целулоза, които освобождават хартиената промишленост от зависимостта от памучни и ленени парцали и правят възможно съвременното мащабно производство. Тези развития следват два различни пътя. В едно, влакна и фрагменти от влакна бяха отделени от дървената структура с механични средства; а в другата дървесината беше изложена на химически разтвори, които разтваряха и премахваха лигнин и други дървесни компоненти, оставяйки целулозни влакна зад себе си. Произведена по механични методи, целулозната маса съдържа всички компоненти на дървесината и по този начин не е подходяща за хартии, в които се изисква висока белота и постоянство. Химически дървесни каши като сода и сулфитна маса (описани по-долу) се използват, когато се изискват висока яркост, здравина и постоянство. Целулозната дървесина е произведена за първи път в Германия през 1840 г., но процесът не влезе в широко приложение до около 1870 г. Калциевата сода е произведена за първи път от дърво през 1852 г. в Англия, а през 1867 г. в Съединените щати е издаден патент за сулфитно разтваряне процес.

Лист хартия, съставен само от целулозни влакна („воден лист“), абсорбира вода. Следователно, мастила на водна основа и други водни течности ще проникнат и се разпространяват в нея. Импрегнирането на хартията с различни вещества, които забавят омокрянето и проникването, се нарича оразмеряване.

Преди 1800 г. хартиените листове бяха оразмерени чрез импрегниране с животинско лепило или растителни венци, скъп и досаден процес. През 1800 г. Мориц Фридрих Илиг в Германия открива, че хартията може да бъде оразмерена във вани с колофон и стипца. Въпреки че Илиг публикува откритието си през 1807 г., методът не влиза в широка употреба в продължение на около 25 години.

Откриването на елемента хлор през 1774 г. доведе до използването му за избелване на хартиени запаси. Липсата на химически познания по онова време обаче доведе до производството на по-ниска хартия по метода, дискредитирайки я в продължение на няколко години. Избелването с хлор днес е често срещана техника за производство на хартия.

Въвеждане на машини

Преди изобретяването на хартиената машина, хартията се правеше един лист по едно, като потопете рамка или калъп с екранирано дъно във вана със склад. Повдигането на матрицата позволи на водата да се оттича, оставяйки листа на екрана. След това листът се пресова и суши. Размерът на един лист се ограничаваше до размера на рамката и плесен, който човек можеше да издигне от вана със склад.

През 1798 г. Никола-Луи Робърт във Франция конструира движещ се колан за екрана, който ще получи непрекъснат поток на склад и ще достави непрекъснат лист мокра хартия на чифт свиващи ролки. Френското правителство призна работата на Робърт чрез предоставяне на патент.

Машината за хартия обаче не се превърна в практическа реалност, докато двама инженери в Англия, и двамата запознати с идеите на Робърт, не построиха подобрена версия за своите работодатели Хенри и Сиали Фурдриние през 1807 г. Братята Fourdrinier също получиха патент. Две години по-късно машина за цилиндрова хартия (описана по-долу) е разработена от Джон Дикинсън, английски производител на хартия. От тези сурови начала се развиха съвременни машини за производство на хартия. До 1875 г. хартия, покрита с машини, се прави за използване при отпечатването на полутонове чрез новия процес на фотогравиране, а през 1884 г. Карл Ф. Дал изобретява сулфатна (крафт) целулоза в Данциг, Германия.

Въпреки че хартиената машина символизира механизацията на хартиената промишленост, във всяка стъпка на производството, от изсичането на дървета до изпращането на готовия продукт, също се наблюдава драстично увеличение на механизацията, като по този начин се намалява ръчния труд. Тъй като операциите по производство на хартия изискват многократно движение на големи количества материал, проектирането и механизирането на оборудване за обработка на материали е било и продължава да бъде важен аспект в развитието на индустрията.

Въпреки че съвременните изобретения и инженеринг са превърнали древен занаят във високо техническа индустрия, основните операции в производството на хартия остават същите и до днес. Стъпките в процеса са следните: (1) суспензия от целулозни влакна се приготвя, като се бие във вода, така че влакната да се отделят старателно и да се наситят с вода; (2) хартиеният материал се филтрира върху тъкан, за да образува сплъстен лист от влакно; (3) мокрият лист се пресова и уплътнява, за да се изцеди голяма част от водата; (4) останалата вода се отстранява чрез изпаряване; и (5) в зависимост от изискванията за употреба сухият лист хартия е допълнително компресиран, покрит или импрегниран.

Разликите между различните марки и видове хартия се определят от: (1) вида на влакното или целулозата, (2) степента на биене или рафиниране на запаса, (3) добавянето на различни материали към запаса, (4) условия на образуване на листа, включително базово тегло или вещество на единица площ, и (5) физическата или химическата обработка, прилагана върху хартията след нейното образуване.