Из чего делают бумагу: разбор сырья и этапов производства
Бумагу делают преимущественно из древесной целлюлозы, получаемой путем химической обработки щепы хвойных и лиственных пород. Процесс включает пять ключевых технологических этапов: от варки для отделения лигнина до формирования и сушки бумажного полотна на специализированных машинах.
Оглавление
Основное и альтернативное сырьё
Главным компонентом бумажной массы является целлюлоза. В древесине хвойных пород её содержание составляет 40–45%, при этом на долю лигнина — вещества, которое необходимо удалить в процессе производства, — приходится 20–30% (в зависимости от породы дерева).
Помимо древесины, в производстве используются недревесные материалы. К альтернативному сырью относятся хлопок, лён, конопля, бамбук и солома. Такие материалы часто применяются для создания специальных сортов бумаги с уникальными свойствами.
Состав бумажной массы На начальном этапе формирования полотна бумажная масса состоит из воды на 99%. Помимо целлюлозных волокон, в состав могут входить добавки: каолин, мел или диоксид титана. Они необходимы для повышения белизны и непрозрачности готового листа.
Технология производства: 5 основных этапов
Процесс превращения сырья в готовую бумагу представляет собой строгую последовательность действий. Каждый этап критически важен для качества конечного продукта.
Этап 1: Варка щепы
Первым шагом является процесс отделения лигнина от целлюлозных волокон. Для этого применяется крафт-процесс или сульфитный метод. При использовании крафт-метода выход целлюлозы составляет 45–50% от исходной массы древесины.
Этап 2: Отбелка целлюлозы
После варки масса подвергается отбелке для удаления остаточного лигнина, который придает материалу темный цвет. В современных технологиях для этих целей используются диоксид хлора, пероксид водорода или озон.
Этап 3: Размолаживание массы
На этом этапе происходит механическое воздействие на волокна. Цель процесса — фибрилляция (разрыхление поверхности волокон), что значительно улучшает их способность связываться друг с другом в будущем листе бумаги.
Этап 4: Формирование бумажного полотна
Подготовленная масса подается на сетку бумагоделательной машины. Именно здесь начинается формирование непрерывного полотна, параллельно с этим происходит активное удаление воды.
Этап 5: Прессование и сушка
Финальная стадия включает удаление остаточной влаги. Полотно проходит через систему валков и сушильных цилиндров, где поддерживается температура 100–120°C.
| Этап производства | Основная задача | Используемые методы/оборудование |
|---|---|---|
| Варка щепы | Отделение лигнина от целлюлозы | Крафт-процесс, сульфитный метод |
| Отбелка | Удаление остаточного лигнина | Диоксид хлора, пероксид водорода, озон |
| Размолаживание | Фибрилляция волокон | Механическое воздействие |
| Формирование полотна | Создание структуры листа | Сетка бумагоделательной машины |
| Сушка | Удаление остаточной влаги | Валки, сушильные цилиндры (100–120°C) |
История механизации производства
До конца XVIII века бумага производилась вручную. Ситуация кардинально изменилась в 1799 году, когда Николас Луи Робер изобрел первую бумагоделательную машину.
Вскоре после этого, в 1803 году, первая промышленная версия такой машины была установлена в Англии братьями Генри и Сили Фурдринье. Это изобретение позволило перейти от штучного производства к непрерывному промышленному выпуску бумажной продукции.
Частые ошибки
- Игнориров этапа размолаживания. Без механической фибрилляции волокна будут плохо сцепляться между собой, что приведет к низкой прочности готового листа.
- Недостаточная очистка от лигнина. Если на этапе варки или отбелки останется слишком много лигнина, бумага будет хрупкой и со временем пожелтеет.
- Нарушение температурного режима сушки. Превышение температуры выше 120°C может привести к пересушиванию и ломкости материала, а недостаток тепла оставит в полотне лишнюю влагу.
FAQ
Какой процент древесины превращается в целлюлозу? При использовании крафт-процесса выход готовой целлюлозы составляет 45–50% от общей массы загруженной древесины. Остальная часть уходит на удаление лигнина и других сопутствующих веществ.
Можно ли делать бумагу без использования деревьев? Да. В качестве альтернативного сырья активно используются хлопок, лён, конопля, бамбук и солома. Такое сырьё позволяет производить высококачественные или специализированные виды бумаги.
Зачем в бумажную массу добавляют воду? Вода является основной средой для транспортировки и равномерного распределения волокон. На этапе формирования полотна на сетке машины содержание воды достигает 99%, что позволяет волокнам свободно перемещаться и создавать ровный слой.
Какие вещества используют для придания бумаге белизны? Для повышения белизны и непрозрачности в бумажную массу добавляют специальные пигменты и наполнители, такие как каолин, мел и диоксид титана.