Современные предприятия по производству бумаги используют технологии, которые совершенствовались на протяжении нескольких столетий. Впервые этот волокнистый материал на основе целлюлозы был изготовлен в Китае около двух тысячелетий назад. Тогда бумага не отличалась высокой прочностью, быстро размягчалась в воде, была темной и грубой.
Со временем бумажная промышленность стремительно развивалась, и сегодня она предлагает несколько сотен видов и сортов бумаги и картона — от дешевой типографской до уникальной дизайнерской бумаги разной плотности, цвета и фактуры. В этом обзоре мы подробно расскажем о видах бумаги, технологиях и оборудовании для ее производства, критериях качества, способах утилизации и переработки. Итак, обо всем по порядку.
Из чего делают бумагу?
Как и много веков назад, основным сырьем для производства бумаги остается древесная целлюлоза. Как правило, используется измельченная древесина сосны, березы, тополя и клена. Реже для этих целей используется дуб, каштан, кедр и другие более ценные породы.
Древесная целлюлоза — природное органическое соединение (волокно), получаемое методом варки измельченной древесной щепы. Целлюлоза является ключевым структурным элементом, из которого состоит оболочка растительной клетки. Волокно обладает удивительно высокой гибкостью и механической прочностью. Эти свойства передаются и самим растениям.
При производстве качественной бумаги невозможно обойтись без использования различных химикатов. Они позволяют повысить белизну, гладкость, прочность конечного продукта, изменить свойства, повысить эффективность работы бумагоделательных машин — основного оборудования по производству бумаги. Всего на современном бумажном производстве используется свыше 20 разных химических реагентов и их число периодически пополняется.
Из чего еще делают бумагу? Некоторые сорта бумаги и картона делают из вторсырья — макулатуры. Вторичная переработка старых газет, журналов, книг и других бумажных отходов снижает необходимость в вырубке лесов, что особенно актуально в условиях современного мира с его экологическими проблемами.
К сожалению, менее 1% бумаги в России производится из макулатуры. В развитых европейских странах этот показатель доходит до 50 процентов, а в Японии из вторсырья производят порядка 65% новой бумажной продукции.
Виды бумаги
Современная бумажная промышленность предлагает несколько сотен сортов бумаги. Они отличаются форматом, плотностью, белизной, наличием/отсутствием глянца, жесткостью, прочностью, фактурой и целым рядом других характеристик. В зависимости от области применения можно выделить несколько наиболее востребованных видов бумаги:
- Газетная — низкокачественная бумага невысокой плотности (как правило, не более 50 граммов на квадратный метр). В качестве сырья для производства газетной бумаги в основном используется переработанная макулатура.
- Типографская. Это белая малоклеенная бумага, предназначенная для печати книг, плакатов, рекламных буклетов и прочей полиграфической продукции, содержащей текст и графику. Плотность такой бумаги — 65-300 г/м2.
- Дизайнерская — бумага широкой цветовой палитры с необычной фактурой. Такая бумага может иметь тиснение, металлизированные и прочие элементы, позволяющие добиться эксклюзивных фактурных эффектов. Применяется дизайнерская бумага в основном для малотиражного изготовления рекламной продукции, визиток, приглашений и т.п.
- Упаковочная и оберточная бумага. Используется для изготовления разных видов упаковки для промышленной продукции, продуктов питания, медикаментов и т.п.
-
Самоклеящаяся — бумага, на одну из сторон которой нанесен равномерный клеевой слой. Такая бумага используется для изготовления стикеров.
- Бумага для отделочных материалов. Применяется для изготовления обоев на бумажной основе, гипсокартона, кровельного пергамина и других строительно-отделочных материалов.
- Бумага и картон для производства одноразовой посуды — плотная (150-300 г/м2) бумага с ламинацией, которая повышает устойчивость к воздействию влаги и высоких температур.
- Картон. В зависимости от области применения бывает нескольких видов: коробочный (из небеленой целлюлозы или вторсырья), бурый, с мелованным слоем и белым покрытием.
- Санитарно-гигиеническая — бумага невысокой плотности (как правило, не более 40 г/м²), предназначенная для изготовления салфеток, бумажных полотенец и туалетной бумаги.
- Впитывающая бумага (фильтровальная и промокательная) — состоит из чистой целлюлозы и используется для изготовления фильтрующих элементов, промокашек и т.п.
- Папиросная бумага — самая тонкая и очень легкая бумага. Как правило, полупрозрачная. Используется не только для производства табачной продукции, но и в качестве упаковочного и прокладочного материала. Плотность папиросной бумаги редко превышает 25 граммов на квадратный метр.
- Бумага промышленного назначения. Используется для изготовления гильз, втулок, кабельных оболочек, патронной упаковки, трафаретов и т.п.
Компоненты для изготовления бумаги
Как уже было отмечено выше, основными компонентами для изготовления бумаги является древесная целлюлоза, вода и химические реагенты. Волокна целлюлозы получают из методом измельчения из древесины сосны, ели, березы, тополя и других пород. Реже (для изготовления особых сортов бумаги) используется целлюлоза из хлопка.
Для изготовления газетной бумаги, упаковочного картона, втулок, шпуль, кассет для яиц и прочей низкосортной продукции используют макулатуру. В результате переработки из вторсырья выделяют волокна целлюлозы, которые подвергают очистке от примесей и отбеливанию.
В качестве наполнителей и связующих элементов производители используют химические составы. Так, для улучшения влагостойкости и снижения расхода краски в волокнистую массу добавляют проклеивающие вещества — чаще это сульфат алюминия или канифоль. Эти компоненты достаточно вредные, поэтому современные комбинаты отказываются от их использования в пользу нейтральных наполнителей.
Для повышения гладкости и плотности в бумажное сырье добавляют каолин — это нейтральное с химической точки зрения вещество, поэтому его использование считается безопасным. Для этих же целей используют и карбонат кальция (мел), но он применяется только в паре с синтетическими склевающими веществами.
Для придания бумаге цвета и белизны используют красящие составы органического и неорганического происхождения.
Чтобы снизить прозрачность, в бумажную массу добавляют двуокись титана — этот безвредный оксид имеет белый цвет и также используется в качестве красящего пигмента. Присутствие в составе бумаги диоксида титана повышает стойкость к воздействию ультрафиолетовых лучей, бумага не желтеет и длительное время сохраняет прочность.
Технология производства
Производством бумаги занимаются целлюлозно-бумажные комбинаты. Сам процесс изготовления представляет собой несколько последовательных этапов, рассмотрим по порядку, как производят бумагу:
1. Подготовка бумажной массы. На этом этапе древесину избавляют от коры, измельчают до древесных волокон, которые подвергают отбеливанию и очистке от смолы. Далее составляют композицию бумаги, улучшая характеристики массы при помощи различных наполнителей и красящих веществ.
2. Варка. На втором этапе происходит обработка целлюлозной массы кислотами под высокой температурой. Сырье варится в котлах до получения жидкой однородной смеси целлюлозных волокон. В ходе данного процесса в состав вводятся различные отбеливатели и другие наполнители.
3. Формирование бумаги на бумагоделательной машине. Из готового сырья вырабатывается готовая продукция. Масса разбавляется водой и при помощи насосов подается на движущуюся сетку огромного станка, где формируется полотно. Затем бумага просушивается и прессуется, проходя через металлические валы бумагоделательной машины.
4. Накатка. Готовая бумага наматывается на шпулю и в виде рулонов поступает на дальнейшее производство.
Интересный факт: Для каждого этапа производства новой бумаги требуется огромное количество чистой воды. По оценкам экологов, на производство одного листа формата А4 уходит порядка 7 литров жидкости. Использованная вода возвращается в реки и озера, а вместе с ней и токсичные компоненты, которые даже в самой малой концентрации представляют угрозу для всех живых организмов.
Оборудование
Для производства бумаги на современных комбинатах используются бумагоделательные машины четвертого поколения. Это оборудование с полностью автоматизированным управлением, выполняющее полный цикл операций. В ходе непрерывной работы этих функциональных линий из волокнистой суспензии получается высококачественный картон или бумага с заданными характеристиками.
Различают два вида бумагоделательных линий:
- столового типа с плоской сеткой;
- цилиндровые с круглой сеткой
Наибольшее распространение получили машины второго типа, поскольку они более универсальны и подходят для изготовления бумаги всех популярных видов.
Сама линия состоит из четырех секций, каждая из которых отвечает за свой этап технологического процесса:
1. Сеточная часть, куда изначально подается суспензия и где формируется бумажное полотно;
2. Прессовая секция для удаления излишней влаги и повышения плотности бумаги;
3. Сушильный блок из нескольких обогреваемых паром цилиндров;
4. Отделочная секция, где бумага приобретает необходимую гладкость и сматывается в рулоны
Критерии качества
Плотность. Одна из ключевых характеристик бумаги, которая выражается в виде массы одного квадратного метра полотна. Плотность мелованной бумаги обычно находится в диапазоне от 70 до 300 граммов на квадратный метр. Для оргтехники оптимальным вариантом является бумага плотностью 80 г/м2.
Белизна. Этот качественный (визуальный) показатель указывает на приближенность цвета листа к эталонному белому цвету. Особенно важна эта характеристика для типографской бумаги, ведь чем ближе образец к эталону, тем точнее цветопередача при печати продукции.
Толщина. Этот параметр измеряется в микронах или десятых (сотых) долях миллиметров. Чем толще лист, тем он менее прозрачен. Для офисной бумаг среднего качества оптимальной толщиной считается 104-106 мкм.
Жесткость — ключевой показатель сопротивления бумаги деформации при прохождении через копировальный аппарат. Чем жестче лист, тем лучше он проходит через валики и ниже вероятность его застревания.
Гладкость / Шероховатость. Так называемая геометрия поверхности бумажного листа определяется по присутствующим на нем макро- и микронеровностям. Они отвечают не только за шероховатость и гладкость поверхности, но и за равномерность распределения массы по площади.
Непрозрачность — это показатель того, как бумага препятствует просвечиванию напечатанного изображения на оборотную сторону листа. Этот параметр особенно важен при двусторонней печати.
Прочность на разрыв и излом — наиболее важные прочностные характеристики бумаги.
Переработка и утилизация
Макулатура является ценным вторсырьем, поскольку состоит из бумажного волокна. В ходе многоступенчатой переработки волокно отделяется от примесей и проходит глубокую очистку. После этого целлюлоза снова может быть использована в качестве сырья для производства новой бумаги и бумажных изделий.
Такая переработка может проводиться несколько раз — до тех пор, пока волокно не станет таким мелким, что перестанет представлять какую-то ценность. В этом случае бумажные отходы направляются на конечную утилизацию.
Интересный факт: Вы когда-нибудь задумывались, сколько бумаги ежегодно расходует средний менеджер, бухгалтер или юрист. По оценкам экологов каждый офисный работник за год расходует такое количество бумаги, на производство которого требуется порядка 17 взрослых деревьев!
Теперь, когда вы знаете о производстве бумаги больше, наверняка захотите сдать имеющиеся у вас бумажные отходы на вторичную переработку, а компания "Корона", в свою очередь, позаботится, чтобы вторсырье было использовано максимально эффективно.
