Бумага

Т. 1. стр. 322-323

БУМАГА (от итал. bambagia - хлопок), тонколистовой волокнистый материал. Бумагу с массой 1 м² более 250 г называют картоном. Различают бумагу общего назначения (массовую и немассовую) и специальную. Принято также разделять бумагу на ряд классов: для печати (газетная, офсетная и др.); для письма, машинописи, чертежно-рисовальная; для аппаратов (перфокарточная, телеграфная лента и др.); электротехническая (кабельная, конденсаторная и т.д.); оберточная и упаковочная и т.п.

Получение. Бумага изготавливают из волокнистых полуфабрикатов: древесной целлюлозы; древесной массы - продукта истирания древесины; так называемой термомеханической древесной массы, получаемой механическим измельчением (размолом) пропаренной древесной щепы; полуцеллюлозы - продукта химической и последующей механической обработки древесины; волокон хлопка, льна, пеньки, джута. Широко применяется также в производстве бумаги макулатура. Специальные виды бумаги изготавливают из синтетических полимеров (см. Бумага синтетическая), минеральных волокон (стеклянных, базальтовых, асбестовых) и др. материалов (шерсть, слюда, металлические «усы»).

Производство бумаги включает ряд последовательных стадий: приготовление бумажной массы, изготовление бумаги на бумагоделательной машине; ее отделку, обработку, переработку и упаковку.

Приготовление бумажной массы сводится к размолу, составлению композиции и очистке массы. Размол - механо-химическая обработка волокнистых полуфабрикатов в воде, обычно в конических и дисковых мельницах непрерывного действия; при этом изменяются форма и размеры волокон, происходит их набухание, от наружной поверхности отделяются тонкие волоконца - фибриллы. Композиция бумажной массы определяется видом получаемой бумаги. Обычно в состав бумаги входит несколько видов волокнистых полуфабрикатов (включая оборотный брак), минеральные наполнители, проклеивающие и вспомогательные вещества. Так, композиция газетной бумаги содержит 70-85% древесной массы и 15-30% древесной целлюлозы. Затем полученная масса разбавляется и подвергается так называемому сортированию. В результате удаляются сгустки волокон, волокна равномерно диспергируются в воде, предотвращается образование ассоциатов волокон (флокул), обеспечивается последовательное, хаотичное переплетение волокон.

Изготовление бумаги включает подачу водной суспензии (дисперсии), содержащей 0,1-1,0% сухих веществ, в бумагоделательную машину, отлив бумажного полотна в сеточной части машины на движущейся непрерывной сетке (одной или нескольких), его прессование, сушку, каландрирование и намотку в рулон. В сеточной части машины большая часть воды стекает и формируется полотно бумаги, которое уплотняется, проходя на сетке последовательно над различными обезвоживающими (отсасывающими) элементами машины. Удаляемая вода используется в основном для разбавления бумажной массы. В прессовой части машины полотно бумаги отжимается на специальном сукне несколькими парами прессовых валов и уплотняется.

В сушильной части полотно бумаги прижимается сушильным сукном к поверхности обогреваемых паром сушильных цилиндров. Иногда бумагу сушат на воздушной подушке.

При приготовлении суспензии и ее обезвоживании обеспечивается хаотичное переплетение волокон, пучков фибрилл и отдельных фибрилл, которые при сушке стягиваются с образованием прочных межволоконных и межфибриллярных связей.

При контакте с гладкой поверхностью сушильных цилиндров происходит и поверхностная отделка бумаги. Гладкость ее дополнительно повышают каландрированием. Полученная бумага наматывается в рулон, иногда отделывается для еще большего увеличения гладкости (суперкаландрируется), а затем режется на листы или рулоны заданного размера. В бумагоделательных машинах с автоматическим управлением производительностью до 500-1000 т/сут скорость полотна бумаги шириной 10 м достигает 1000-1500 м/мин.

Иногда при получении бумаги в качестве дисперсионной среды используют не воду, а воздух (т. н. сухой способ).

Значит, часть бумаги подвергается дальнейшей обработке и переработке. Например, для улучшения печатных свойств бумагу подвергают так называемому мелованию, нанося на поверхность покрытие, содержащее обычно каолин и связующее (латекс, модифицированный крахмал, карбоксиметилцеллюлозу или др.); для получения водостойкой упаковки поверхность бумаги покрывают пленкой полиэтилена; для получения мягких кровельных и гидроизоляционных материалов Б. пропитывают растворами битума.

Производство бумаги связано с использованием очень больших количеств воды; расход свежей воды в среднем составляет 150 м³/т, а при получении некоторых видов бумаги - 4000 м³/т. Во 2-й половине 20 в. благодаря переходу к созданию максимально замкнутых систем водопользования расход свежей воды при производстве, например, тарного картона сокращен в десятки раз и составляет на некоторых предприятиях менее 10 м³/т.

Малоотходные и безотходные технологии включают системы биологической очистки и доочистки сточных вод, утилизации осадков, а также повторного и оборотного применения очищенной воды. Использованные бумаги сгнивают за несколько недель пребывания в земле и не загрязняют окружающую среду.

Структура, свойства и применение. Бумага - композиционный материал. Кроме различных волокнистых армирующих компонентов, создающих непрерывную матрицу, бумага. может содержать минеральные наполнители, придающие ей непрозрачность и повышающие белизну и гладкость, а также красители, полимерные связующие и др. Проклеивающие вещества (канифольный клей и др.) предотвращают растекание чернил и туши по поверхности бумаги и их проникновение на противоположную сторону листа. Синтетические смолы, латексы, сшивающие агенты обеспечивают влагопрочность. Обычные виды бумаги имеют капиллярно-пористую структуру, состоят из волокон, пучков фибрилл и отдельных фибрилл, связанных между собой водородными связями, силами Ван-дер-Ваальса и трения. Эти связи образуются при сушке бумаги, при которой в условиях значительных усадочных напряжений, стягивающих фибриллярные элементы структуры бумаги, происходит застекловывание полимерных компонентов бумаго-образующих волокон (целлюлозы, гемицеллюлоз, лигнина). Гемицеллюлозы в условиях получения бумаги могут частично переходить в вязкотекучее состояние, а при сушке застекловываться. Такая структура обусловливает гидрофильность большинства видов бумаги, уменьшение прочности при увлажнении, зависимость свойств и размеров от относительной влажности воздуха.

На сетке бумагоделательной машины волокна бумажной массы ориентируются преимущественно по направлению движения, причем в большей степени на нижней (сеточной) стороне листа и в меньшей - на верхней (лицевой). Поэтому бумага анизотропна во всех направлениях. Анизотропия усиливается неравномерным распределением по толщине мелких волокон, наполнителей и проклеивающих веществ. Многослойную структуру имеют, напр., бумага и картон, получаемые на многосеточных машинах, а также бумаги с покрытиями, например мелованная.

Объемная масса бумаги колеблется в пределах 0,40-1,35 г/см³, прочность - от < 10 до 160 мН/текс, сопротивление излому - от 1 до десятков тысяч двойных перегибов, удельная теплоемкость - от 1,21 до 1,32 кДж/(кг·К). Удельное объемное электрическое сопротивление электроизоляционных видов абсолютно сухой бумаги составляет 10-100 Ом·м, диэлектрическая проницаемость - 2,2-5,0.

Печатная и писчая бумага воспринимают печатную краску, чернила, тушь, карандаш; обладают достаточной прочностью и долговечностью (последнее требование не относится к газетной бумаге). Упаковочные виды бумаги характеризуются хорошими физико-механическими свойствами: высокой динамической прочностью (мешочная бумага), жесткостью (гофрированный картон) и т.д. Фильтры из бумаги, имеющей заданную капиллярно-пористую структуру и высокую жесткость, применяют для очистки газов и жидкостей, например масел и топлива в двигателях внутреннего сгорания. Санитарно-гигиеническая бумага (туалетная, гигиенические пакеты, пеленки, бумажные полотенца, белье одноразового пользования) имеют высокую впитывающую способность при достаточной механической прочности и влагопрочности. Бумага, применяемая как носитель информации в электронно-вычислительной технике, отличается высокой механической прочностью (перфолента), плоскостностью (перфокарта), стабильностью размеров. Бумага, используемая в качестве регистрирующей в системах вывода и размножения информации, имеет «функциональные» покрытия (свето- и термочувствительная, полупроводниковая бумага и др.). Бумага со специальными липкими покрытиями употребляется для механизации упаковки и этикетирования, с антиадгезионными покрытиями - для упаковки липких материалов.

Мировое производство бумаги превышает 177 млн. т/год (1983). В наибольших объемах вырабатывается газетная бумага (~ 25 млн. т), печатная и писчая бумага (~ 40 млн. т), тарный картон и упаковочные виды бумаги (~ 60 млн. т), санитарно-гигиенические виды бумаги (~ 8,5 млн. т).

Лит.: Аким Э.Л., Обработка бумаги, M., 1979; Развитие параметров бумагоделательных машин, M., 1981; Фролов M.B., Структурная механика бумаги, М., 1982; Фляте Д.М., Свойства бумаги, 2 изд., M., 1986.

Э. Л. Аким