5. Бумага и картон

Бумажная промышленность - одна из крупнейших отраслей народного хозяйства России. В современном мире производится свыше 300 млн тонн бумаги и картона в год, что составляет около 50,8 кг на душу населения. При этом на каждого жителя Западной Европы приходится около 100 кг бумаги и картона, в США – 334,6 кг. В России «душевое» потребление бумаги ниже среднемировых и составляет чуть больше 14 кг.

Бумага — листовой материал массой до 250 г/м², состоящий в основном из специально обработанных растительных волокон, связанных между собой силами поверхностного сцепления. В состав бумаги могут входить химические волокна, проклеивающие вещества, минеральные наполнители, пигменты и красители. Тонкие, легкие и вместе с тем прочные и гибкие бумажные листы имеют ровную поверхность, хорошо воспринимающую краску.

Бумага служит основным материалом для издания книг, журналов, газет и плакатов. Технические виды бумаги и картона широко применяются в электротехнической промышленности для конденсаторов, изоляции силовых кабелей, прокладок, изоляции в электромашинах и т.п., в радиотехнике для производства приемников и прочей аппаратуры. Большое количество бумажной продукции в качестве тары потребляют химическая и цементная промышленность. Использование бумажных мешков дает большую экономию в народном хозяйстве, т.к. перевозка минеральных удобрений и цемента в затаренном виде сокращает потери минимум на 10 %. Кроме того, в химической промышленности широкое применение находят мешочная и картонная тара.

Картон представляет собой листовой материал массой 1 м² свыше 250 г, состоящий преимущественно из растительных волокон, связанных между собой силами поверхностного сцепления. Масса 1 м² картона является условной, так как многие виды картона выпускаются массой менее 250 г. Картон имеет следующие показатели: массу 1 м², толщину, плотность, механическую прочность, влажность, впитывающую способность, электроизоляционные и другие свойства.

Картон и бумага с большим экономическим эффектом заменяют древесину при изготовлении тары. Каждая тонна тарного картона позволяет сэкономить 14 м³ деловой древесины. Различные виды картона используются в автомобильной и тракторной промышленности. Бумагу и картон широко применяют в строительстве для изготовления правильных гидроизоляционных материалов, гипсокартонных листов, обоев.

6. Технология получения бумаги и картона

Для производства бумаги и картона наиболее широко применяют волокна древесины в виде древесной массы, древесной целлюлозы и полуцеллюлозы; соломы в виде соломенной массы, соломенной целлюлозы; тростника в виде тростниковой целлюлозы и полуцеллюлозы; тряпичные в виде тряпичной полумассы; натуральные волокна хлопка, льна и пеньки в виде полумассы; бамбука, багассы (стеблей сахарного тростника) и некоторых других растений. Для приготовления некоторых специальных видов бумаги и картона используют также животные (шерсть), минеральные (асбест) и синтетические волокна.

К обрабатываемой бумажной массе может быть добавлена макулатура, но лишь после удаления чернил, на этом этапе производства обрабатываемая масса, состоящая из древесных волокон и воды, называется бумажным сырьем. Макулатурой называют использованные бумагу и картон, отходы, образующиеся при переработке бумаги и картона. Большое количество макулатуры приходится на долю печатных бумаг – отходов полиграфической промышленности и газет. Механическая прочность бумаги, выработанной с содержанием макулатуры, часто превышает прочность бумаги, полученной из одной древесной массы.

Синтетические волокна имеют по сравнению с растительными более высокую прочность, устойчивость к действию кислот, щелочей, растворителей и незначительную влагопроницаемость. При добавлении в бумажную массу небольшого количества синтетических волокон повышаются впитывающая способность бумаги, пористость, фильтрующая способность, прочность, долговечность, снижается степень деформации; из такой массы изготовляют специальные виды бумаги (документную, картографическую, чертежную, электроизоляционную, фильтровальную), основы для внутренних слоев пластика.

Производство бумаги – сложный и трудоемкий процесс. Он складывается из следующих этапов: приготовление бумажной массы; отлив бумаги (процесс формования бумажного листа); отделка бумаги.

Каждый вид бумаги вырабатывается из бумажной массы определенной композиции в зависимости от того, какими свойствами должна обладать бумага. Бумажной массой называют подготовленные для отлива волокнистые компоненты бумаги в виде водной суспензии, чаще всего в смеси с наполнителями, проклеивающими веществами и подсветкой.

Приготовление бумажной массы состоит из нескольких технологических операций, необходимых для придания бумаге нужных свойств: размол волокнистых полуфабрикатов; составление композиции бумаги – смешение различных волокнистых полуфабрикатов между собой в заданном соотношении; введение наполнителей; введение проклеивающих веществ; введение подсветки.

Размол – наиболее важная операция в процессе подготовки бумажной массы. Размол заключается в механической обработке волокон в водной среде с целью: расчленить комочки и сгустки волокон; укоротить волокна; расщепить (фибриллировать) их; обеспечить их набухание и гидратацию. Структура и свойства получаемой бумаги зависят от формы, строения и размеров волокон. Тонкие, гибкие, плотно прилегающие друг к другу волокна образуют более плотную, гладкую и прочную бумагу, а толстые волокна – рыхлую, пористую, шероховатую.

Под наполнением бумаги понимают введение в бумажную массу минеральных веществ для улучшения качественных показателей бумаги. Наполнители, обычно неорганического происхождения, например, каолин (китайская глина), диоксид титана, тальк, мел (карбонат кальция), бланфикс (барит) используются для увеличения непрозрачности бумаги, улучшения способности к приему печати или экономии целлюлозы. Наполнители для бумаги должны иметь высокие белизну и дисперсность, низкую растворимость в воде, хорошо удерживаться на бумаге.

Клеи – это вещества, присутствие которых в писчей бумаге отталкивает влагу. Для проклеивания бумаги используются крахмал, казеин, канифоль, парафин. Природные компоненты часто заменяют синтетическими смолами: полиакриламид, меламиноформальдегидные смолы и др.

Назначение окрашивающих веществ — придать бумаге необходимый цвет, а подсвечивания — повысить степень белизны бумаги или придать ей надлежащий оттенок. Для этого в бумажную массу вводят один или несколько красителей. В бумажной промышленности в основном применяют искусственные органические красители, по техническим свойствам подразделяемые на основные, кислотные, прямые, сернистые, кубовые и пигментные. Благодаря поглощению синими красителями желтых лучей спектра, исчезает желтоватый оттенок волокон.

В качестве сырья для производства картона применяют те же полуфабрикаты, что и для изготовления бумаги. В производстве картона более широко используют полуцеллюлозу, сучковую целлюлозу, разные виды древесной массы, отходы тряпья, соломенную массу, шерстяное тряпье и отходы от переработки хлопка, применяют асбест и обрезки кож при изготовлении обувного картона. Показатели разных видов картона такие же, как и бумаги, достигаются композицией и режимом обработки на каждой стадии изготовления картона.

Основная операция бумагоделательного производства – отлив, то есть формирование из бумажной массы листа бумаги в результате отфильтровывания из нее воды и переплетения волокон между собой. Из размольно-подготовительного отдела готовая бумажная масса поступает в мешальный бассейн, в котором перемешивается и аккумулируется. Концентрация воды в бассейне – 2,5–3 %. Из бассейна масса направляется на бумагоделательную машину. Бумажная масса, подготовленная для отлива, поступает непрерывным потоком на движущуюся бесконечную сетку бумагоделательной машины, на которой формируется и отливается бумажное полотно. Одновременно на сетке производится интенсивное обезвоживание бумажной массы, а затем образовавшегося бумажного полотна. Конвейер движется со скоростью от 5 до 20 м/с. От скорости поступления сырья зависит толщина и вес сходящей с конвейера бумаги.

Далее лента поступит на движущийся ременной транспортер из натурального войлока и пройдет через несколько последовательно расположенных тяжелых валков, которые выдавят из бумаги еще больше влаги и спрессуют ее волокна. Затем бумажная лента, достигшая достаточной прочности, чтобы перемещаться сама по себе, обогнет несколько подогретых паром металлических барабанов, которые выпарят из ленты почти всю оставшуюся влагу. После сушки бумагу пропускают через несколько, расположенных в ряд и безупречно отшлифованных железных цилиндров, называемых каландрами, которые разгладят ее поверхность. Для повышения лоска, гладкости и плотности большинство видов бумаги после сушки и охлаждения на холодильном цилиндре подвергается отделке на машинном каландре, установленном между сушильной частью и накатом. После каландра бумага поступает на накат, где она наматывается в рулон. Для придания поверхности гладкости и лоска, уплотнения и выравнивания толщины некоторые виды бумаги перед, накатом увлажняют, а затем подвергают каландрированию на суперкаландре, установленном отдельно за бумагоделательной машиной. Полотно бумаги высушивается до сухости 92–95 %.

Бракованную бумагу в виде срывов (оборотный брак) снова превращают в массу и перерабатывают в бумагу.

Изготовление бумаги заканчивается ее отделкой, состоящей из следующих операций: каландрирования, дополнительной обработки поверхности (лощение, поверхностная проклейка, окраска, нанесение пигментного слоя и др.), разрезания в продольном направлении на листы, сортирования и упаковки. Под облагораживанием понимают придание бумаге и картону путем специальной обработки (например, мелованием, пропиткой, оклейкой, нанесением покрытий и др.) дополнительных свойств, расширяющих области их применения.

Органическими материалами для покрытия бумаги могут быть битум, асфальт, пластики, воск, стеарин. Клей, например, канифоль, в смеси с квасцами, используется для уменьшения впитывающей способности бумаги. Иногда бумагу и картон обрабатывают парафином: вощеная бумага отталкивает воду. Для придания бумаге, картону заданных специальных свойств их пропитывают. В качестве пропитывающих материалов используются различные природные и синтетические вспомогательные вещества, например продукты нефтепереработки (парафин, битум), искусственные смолы и искусственный воск, синтетические дисперсии, каменноугольный деготь, производные целлюлозы, крахмалы, инсектицидные, бактерицидные химикаты, коррозионно-защитные средства и др. Пропитывающие материалы придают бумаге и картону целый ряд специальных свойств, в частности влагопрочность, гидрофобность, паропроницаемость, жаростойкость, бактерицидность, фунгицидность, инсектицидность, масло- и жиронепроницаемость, антикоррозионность, газонепроницаемость, прозрачность и пр.

После процесса производства бумагу мотают на бобины, которые могут разрезаться на более мелкие катушки. Далее бумагу разрезают на рулоны нужной ширины или листы. Ролевую бумагу упаковывают на рулоноупаковочных станках. На станке рулон обертывается слоями плотной оберточной бумаги, затем накладываются торцовые круги, торцы заделывают на специальном станке или вручную. Далее рулон поступает в пресс, где приклеиваются торцовые бумажные круги с маркировкой рулонов. Для некоторых целей бумагу и картон разрезают на полоски шириной от 15 до 200 мм и выпускают в виде кругов, которые называются бобинами (например, конденсаторную бумагу, папиросную, мундштучную, бумагу для спичечных коробок, оберточную и тонкий картон массой 120—300 г/м²).

Писчую, высококачественную для печати, оберточную, упаковочную и другую бумагу разрезают на листы определенного формата на ротационных саморезах. Нарезанные листы конвейерами доставляются на листоукладчик. Листы сортируют, удаляют бракованную бумагу, устанавливают сортность, считают и складывают их в стопы. Высокосортные виды бумаги упаковывают в пачки. Готовую бумагу направляют на упаковку, а отбракованную — в цех ширпотреба для переработки на блокноты, записные книжки, конверты и т. п. В бумажно-картонном 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.