При обработке бумаги различными синтетическими веществами ей придаются свойства устойчивости к воде, кислотам, щелочам, маслу и паронепроницаемости. Для этих целей применяют следующие синтетические вещества: ацетат целлюлозы, нитрат целлюлозы, хлорированный каучук, полиэтилен и т.д.
Качество бумаги (соответствие ее конкретному виду) согласно требованиям ГОСТ определяется:
• структурно-размерными показателями — формат, вес 1 м2, толщина, гладкость, пористость, характер просвета;
• композицией — состав по волокну, зольность, наличие компонентов бумаги;
• механическими и упруго-пластическими свойствами — разрывная длина, сопротивление излому, разрыву, истиранию, мягкость, жесткость, упругость и др.;
• оптическими свойствами — цвет, белизна, оттенок, лоск, прозрачность, светопроницаемость;
• гидрофобными и гидрофильными свойствами — степень проклейки, впитывающая способность, гигроскопичность, влажность;
• химической чистотой — щелочность, кислотность, наличие минеральных вкраплений, наличие катионов и анионов;
• специальными свойствами — жиро-, воздухо-, паро- и водонепроницаемость, влагопрочность, термостойкость и др.
При испытании бумаги в производственных лабораториях определяют только те показатели, которые определяют ее потребительские свойства.
По назначению бумага, выпускаемая отечественной бумажной промышленностью, делится на 11 основных классов.
1. Бумага для печати (типографская, офсетная, документная, мелованная, газетная и др.) — отличается достаточно высокой степенью гладкости и белизны, хорошо воспринимает печатную краску. Типографская бумага и бумага для глубокой печати отличаются большим содержанием наполнителей и низкой степенью проклейки. Офсетная и картографическая бумага содержат меньше наполнителей, но они хорошо проклеены. Газетная бумага изготовляется из дешевых волокнистых материалов, без проклейки и наполнителей либо с низким их содержанием.
2. Бумага для письма (писчая, почтовая, конвертная и др.) — отличается хорошей проклейкой, малой впитывающей способностью и высокой гладкостью.
3. Чертежно-рисовальная бумага (рисовальная, калька, чертежная — обыкновенная, прозрачная и др.) — изготовляется без наполнителей, хорошо проклеена.
4. Электроизоляционная бумага (кабельная, телефонная и др.) — изготовляется из сульфатной небеленой целлюлозы без наполнителей и проклеивающих веществ, отличается высокой механической прочностью и чистотой.
5. Папиросная бумага (папиросная, курительная и др.) — в зависимости от вида различается по композиции, свойствам и технологии изготовления.
6. Впитывающая бумага (фильтровальная, промокательная и др.) — изготовляется из тряпичной полумассы и беленой целлюлозы без проклейки.
7. Бумага для аппаратов (телеграфная лента, перфокарточная и др.).
8. Светочувствительная бумага (для светокопии, фотоподложка для изготовления фотобумаги) — отличается высокой механической прочностью, чистотой, характером проклейки и рядом специфических свойств.
9. Переводная бумага или основа (копировальная, переводная и др.).
10. Оберточно-упаковочная бумага — изготовляется из прочных волокнистых материалов и отходов производства, применяется для упаковки пищевых продуктов и товаров.
11. Бумага промышленно-технического назначения (патронная, наждачная, шпульная и др.).
Картон, выпускаемый отечественной промышленностью, по назначению делится на:
• тарный, предназначенный для изготовления ящиков и упаковки различных изделий и материалов. Он подразделяется на гофрированный и сплошной (склеенный и коробочный);
• полиграфический картон (переплетный, матричный и прессшпан).
Общая технологическая схема производства бумаги и картона
Производство бумаги складывается из пяти основных технологических процессов:
1. Получение исходных волокнистых компонентов: разволакнивание исходных материалов, освобождение их от вредных примесей.
2. Изготовление бумажной массы: массный размол, смешение компонентов.
3. Отлив бумажного полотна на бумагоделательных машинах.
4. Отделка листового материала: выравнивание, лощение, тиснение.
5. Резка, сортировка, упаковка продукции.
Каждая операция вносит в полуфабрикат характерные признаки, которые в конечном счете создают совокупность признаков, общую лишь для какого-то определенного количества готовой продукции.
Основным компонентом бумаги являются волокнистые материалы (полуфабрикаты — целлюлоза, полуцеллюлоза, древесная масса), вырабатываемые из древесины хвойных и лиственных пород, из соломы различных злаков, стеблей однолетних растений, лубяных волокон льна, конопли, джута, рами, волокон хлопка, тряпичной массы и макулатуры.
Химически необработанная древесная масса применяется лишь при изготовлении бумаги низких сортов, к которым не предъявляется требование долговечности.
Для промышленного производства писчей бумаги различных видов в настоящее время применяется главным образом беленая и небеленая древесная целлюлоза (основу которой составляют оболочки клеток растений), полученная одним из способов варки — сульфитным (кислотным) или сульфатным (щелочным). Соответственно способу получения целлюлоза носит название сульфитной или сульфатной.
На первом этапе технологического процесса получения бумаги выделяется один компонент — волокна целлюлозы. Для этого сырье мелко измельчают, смешивают с водой и подвергают термической обработке — варке. Сульфитная целлюлоза получается из древесины хвойных пород (ели и пихты), а также древесины лиственных пород (тополя и осины) путем обработки этой древесины так называемой варочной кислотой, содержащей в своем составе воду, гидросульфит кальция и свободную сернистую кислоту.
Сульфатная целлюлоза приготовляется из сосновой древесины или из соломы. Варка по сульфатному способу производится щелоком, состоящим из едкого натра и сульфида натрия. Сульфатный способ отличается от сульфитного тем, что в первом способе отработанный варочный щелок регенерируется и вновь идет по своему назначению на производство.
В процессе вываривания первичного сырья чистая целлюлоза освобождается в той или иной степени от входящих в древесно-растительную массу так называемых инкрустирующих веществ: лигнина, смолы, гемицеллюлозы и других веществ.
Для придания полуфабрикату белого цвета и более глубокой очистки волокон проводится отбелка целлюлозы. Для отбелки используются: хлор, хлорная известь, гипохлорид кальция, перекись водорода и др.
На втором этапе технологического процесса изготовления бумаги волокна целлюлозы подвергаются массному размолу (дефибрилляции). Процесс массного размола способствует лучшему формированию листа бумаги. Благодаря ему из одних и тех же волокон можно изготовить бумагу с разными свойствами. По степени разработанности различают три вида помола: тощий (волокна измельчаются и укорачиваются главным образом в длину, при этом структура волокна остается без изменений); жирный (большая часть волокна расщепляется на элементарные волокна — фибриллы); очень жирный помол (все волокна расщепляются на фибриллы). Различного вида помолы характеризуются еще по длине входящих в их состав волокон (длинный, средний, короткий).
Массу с тощим помолом волокна используют при производстве газетных, фильтровальных бумаг, а с жирным и очень жирным — при производстве прочных, плотных бумаг.
Для получения бумажной массы измельченные волокнистые компоненты сильно разбавляют водой; в зависимости от вида (сорта) изготовляемой бумаги в полученную таким образом взвесь вводят наполнители, проклеивающие вещества, отбеливающие и красящие вещества.
Третьим технологическим этапом является отлив бумажного волокна, который осуществляется на бумагоделательных машинах (БДМ).
Бумажная масса из специального дозирующего устройства поступает на движущуюся в виде транспортерной ленты металлическую или полимерную сетку, натянутую на ряд валов. Волокна бумажной массы, двигаясь вместе с сеткой, которой дополнительно придается боковая тряска, спутываются, обезвоживаются и принимают вид бумажного полотна. Сетчатая часть БДМ заканчивается прессующими обрезиненными валами, на которых бумажное полотно уплотняется. Далее специальными сукнами оно подается в прессовальную часть машины, представляющую собой несколько валов, которые уплотняют и обезвоживают бумагу. Окончательно бумажное полотно обезвоживается в сушильной секции БДМ, состоящей из системы обогреваемых цилиндров, где оно высушивается до влажности 6-8%.