книги из ГПНТБ / Березин, Борис Иванович. Полиграфические материалы учебник для учащихся полиграфических техникумов

а также в зависимости от содержания в бумаге влаги получают

бумагу с различными свойствами.

Технологический процесс изготовления бумаги состоит из сле­

дующих основных производственных стадий:

1. Производство волокнистых полуфабрикатов (древесная и соломенная целлюлоза, тряпичная полумасса, древесная мас­ са и др.).

2.Производство бумажной массы в виде однородной взвеси

вводе измельченных и разработанных растительных целлюлозо­

содержащих волоконец, наполнителя, проклейки.

3.Отливка бумаги на бумагоделательной машине.

4.Отделка бумаги, т. е. выравнивание ее поверхности и тол­ щины (увлажнение и каландрирование), разрезка бумаги по

формату, сортировка и упаковка.

§ 2. ИЗ ИСТОРИИ ПРОИЗВОДСТВА БУМАГИ

Бумага впервые появилась в Китае в I веке нашей эры. До изобретения и распространения бумаги китайцы применяли для письма деревянные или бамбуковые пластинки и шелк, который называли «джи». Но шелк был дорог, а бамбук — тяжел; они неудобны для изготовления книг. Изобретателями бумаги были талантливые труженики из народа, имена которых, к сожале­ нию, до нас не дошли. В то время для изготовления бумаги бра­ ли шелковую вату и обрабатывали ее в воде до получения одно­ родной массы. Затем зачерпывали эту массу частой бамбуковой сеткой; эта снятая с сетки и высохшая масса и была бумагой. Поскольку бумага в то время делалась из шелковых волокон, за ней сохранялось тогда название «джи».

В 105 г. китайский сановник Пай Лунь предложил изготов­ лять бумагу из коры деревьев, конопли, тряпья и старых рыбо­ ловных сетей. Конечно, это было большим шагом вперед, так как дорогая и не всегда доступная шелковая вата заменялась дешевыми и легко доступными материалами1. На рис. 1. изо­ бражена старинная китайская бумажная мастерская.

До изобретения и распространения бумаги в Европе для письма повсеместно пользовались папирусом, пергаментом и глиняными табличками.

Папирус вошел в употребление еще четыре тысячи лет назад, сперва в древнем Египте, а затем и в некоторых других стра­ нах. Папирус выделывали из тростника, похожего на наш ка­ мыш, росшего в изобилии в илистых местах реки Нил. Очищен­ ный от коры тростник разрезали на очень топкие пластинки, ко­ торые затем склеивали между собой (рис. 2), сушили и поли­ ровали пемзой. Получались листы светло-коричневого цвета тол-

1 Лю Го-цзюнь. Рассказы о китайской книге. Перевод с китайского, предисловие и примечание А. А. Москалева. «Искусство», 1957, стр. 35.

шиной примерно как тонкое полотно. Полосы папируса изготов­ ляли любой длины до двадцати метров.

В течение очень долгого времени папирус был в употребле­ нии по всей Европе; только в начале средневековья этот мате­ риал для письма был окончательно вытеснен хотя и более доро­ гим, но зато чрезвычайно прочным и долговечным пергаментом.

Рис. 1. Старинная китайская бумажная мастерская.

Пергамент — это особо выделанная, очищенная кожа живот­

ных (баранов, коз, козлят и др.).

Существует легенда, что название пергамента произошло от имени города Пергама в Малой Азии, где царь Эвмеп II, желая создать библиотеку, вынужден был искать подходящий для письма материал, так как египетские цари, боясь конкуренции,

не пожелали продавать Эвмену папирус.

В России наряду с пергаментом для деловой повседневной пе­ реписки находила применение простая береста, т. е. кора бере­

зового дерева.

Из Китая способ изготовления бумаги постепенно распрост­ ранялся в другие страны мира. В 1751 г. под руководством ки­ тайских мастеров бумагу начинают изготовлять в Средней Азии, в Самарканде. В 793 г. бумагу начали изготовлять в Багдаде, в 900 г. — в Египте и в 1100 г. — в Марокко. В 1150 г. бумага про­ никла в Европу, где ее стали изготовлять в Испании. Приблизи­ тельно в 1276 г. бумагу стали изготовлять в Италии, затем в

в 1690 г.

Длительное время производство бумаги было ручным, полу­ кустарным (волокнистые материалы измельчали в ручной ступе, а отливали бумагу на сетке ручным чер­

панием бумажной массы). Только в XIII ве­ ке бумагоделательное производство начина­ ют механизировать и ручную ступу заменя­ ют толчеей, представляющей собой длинное деревянное или каменное корыто с падаю­ щими в него массивными пестами. Послед­ ние поднимались из корыта посредством го­ ризонтально расположенного деревянного вала с зубцами, которые захватывали зуб­ цы соответствующих пестов и поднимали их.

Вал приводился в движение от водяного ко­ Рис. 2. Склеенные по­ леса, в связи с чем бумажные предприятия лоски папируса.

того времени назывались «бумажными мель­ ницами».

Дальнейшее совершенствование бумагоделательного произ­ водства состояло в замене примитивной толчеи, не позволяющей регулировать в нужной степени характер размола волокна, бо­ лее совершенной машиной — массным роллом. Массный ролл был изобретен в Голландии в XVII веке, в других странах эта машина появляется в XVIII веке. Бумажная фабрика XVIII века показана на рис. 3.

С некоторыми конструктивными, но не принципиальными из­ менениями массный ролл и теперь является важным оборудова­ нием бумагоделательного производства.

В 1799 г. француз Николай Луи Робер изобрел машину для отливки бумаги в виде бесконечной ленты (рис. 4), но ему не удалось осуществить своего гениального изобретения; в 1828 г. он умер в глубокой бедности. Изобретение Робера осуществил англичанин Донкен, который в 1803 г. построил первую бумаго­ делательную машину. Во Франции машина появилась в 1815 г., в России — в 1817 г., в Германии — в 1819г. ив Америке — в 1827 г.

Вконце XIX века производство бумаги и полиграфия разви­ ваются в крупные отрасли промышленности, имеющие большое культурное и экономическое значение.

ВРоссии первые бумажные мельницы были построены в XVI веке при Иване IV. Есть сведения, что бумага вырабатыва­ лась на бумажной мельнице в селе Вантеевка в 30 верстах от

Москвы в 1564 г., но эта бумажная мельница просуществовала недолго.

Впервой четверти XVII века бумага производилась в Киеве,

Рис. 3. Бумажная фабрика XVIII века.

Рис. 4. Схема устройства бумажной машины самочерпки Луи Робера:

/— ванна с бумажной массой; 2— колесо с лопастями, подающими бумажную массу на сетку бумагоделательной машины: 3 — сегкя бумагоделательной машины, натянутая на два вала в виде беско­ нечной ленты; 4 — пресс; 5 — валик-ровнитель.

а также в Литве и Белоруссии. Дальнейшее, более серьезное развитие русская бумажная промышленность получила лишь при Петре I. По его указу в 1708 г. была построена казенная бумаж­ ная фабрика на реке Пахре в 20 верстах от Москвы, близ села Богородского. Кроме того, в России были построены и другие бумажные фабрики, причем две из них в Петербурге.

Бумагу стали производить в таком количестве, что стал ощу­ щаться недостаток в тряпье — основном сырье; " бумагоделатель-

нэго производства того времени. В связи с этим Петр 1 издал указ, предписывающий собиоать тряпье и негодную бумагу и доставлять их на бумажные мельницы за установ­ ленную плату.

В 30-х годах XVIII века была сооружена «Казенная бумажная ма­

учреждения) обязаны были приобретать писчую бумагу русской выделки». В эти же годы была построена «Фабрика для выделки ассигнаций» в окрестностях Москвы, переведенная в 1812 г. в Петербург, где она и получила название «Экспедиции заготовле­ ния государственных бумаг» (ныне действующая фабрика «Гознак»),

В1817 г. в Петродворце была пущена Бумажная мануфак­ тура, на которой впервые в России начали выделку бумаги ма­ шинной вычерпки.

Всередине XIX века в России насчитывалось уже много бу­ мажных фабрик, оборудованных бумагоделательными машина­ ми. Но в царской России не были созданы условия для развития

бумагоделательного производства. Бумагу вырабатывали преи­ мущественно из импортных полуфабрикатов, своей целлюлозной и древомассной промышленности почти не было. Бумагодела­ тельные машины также привозились из-за границы. Только при советской власти производство бумаги "в нашей стране получи­ ло необходимый размах, став одной из крупных отраслей про­ мышленности. У пас построены современные целлюлозные и бу­ магоделательные комбинаты: Балахнинский, Камский, Красно­ вишерский, Кондопожский и многие другие.

В состав древесины, кроме целлюлозы, входят гемицеллюло­ зы, лигнин, смолы, жиры и др. Нужно иметь также в виду, что

к минеральным кислотам и щелочам и др.

Древесина обладает неплохими механическими свойствами, в особенности если учесть ее легкость. Так, прочность на разрыв (вдоль волокна) для древесины различных пород составляет 700—1300 кг)см2 при удельном весе 0,5 (сосна), 0,7 (дуб, лиственница) и 0,8 (граб). Более тяжелые породы древесины значительно прочнее легких. Прочность древесины в различных направлениях различна: поперек волокон (поперек ствола) она меньше, чем вдоль.

Древесина имеет разнообразное применение, в частности она является основным сырьем для производства целлюлозы и бума­ ги, а также многих ценных химических продуктов. В полигра­ фии из древесины готовятся крупнокегельные афишные шрифты, подставки под клише, марзаны резальных машин, мебель для наборных цехов и пр.

§ 4. ЦЕЛЛЮЛОЗА И ВЕЩЕСТВА, ЕИ СОПУТСТВУЮЩИЕ

часть клеточных стенок деревьев и растений. Хлопковые волок­ на, образующиеся в семенных коробочках хлопчатника и покры­ вающие семена пушистым слоем, представляют собой почти чис­ тую целлюлозу. Волокна древесины также в значительной части

пшеницы, ржи, камыша, крапивы и многих других растений сос­ тоят из целлюлозосодержащих волокон.

Строение целлюлозы. Целлюлоза — типичный представитель высокомолекулярных (высокополимерных) соединений — принадлежит к классу углеводов (полисахаридов). Целлюло­ за имеет вытянутую в длину нитеобразную гигантскую молеку­

полимеризации, показывающий, сколько раз элементарное зве­ но— остаток глюкозы — повторяется в молекуле целлюлозы. Каждые два остатка глюкозы, соединенные между собой кисло­ родным мостиком, образуют в свою очередь остаток дисахари­ да— целлобиоза. Таким образом, молекула целлюлозы имеет следующее химическое строение:

Идействительно, путем гидролиза, т. е. присоединения воды

врезультате действия, например сверхконцентрированной со­ ляной кислоты, молекулы целлюлозы распадаются сперва на целлобиозу, а затем на глюкозу, являющуюся конечным продук­ том гидролитического расщепления целлюлозы.

коэффициент полимеризации, а следовательно, и различный мо­ лекулярный вес (табл. 2). Чем выше молекулярный вес, тем крупнее молекула и тем прочнее техническое целлюлозное волок­ но. Вот почему самым прочным волокном будет льняное, затем— хлопковое и наконец — древесное.

(реактив Швейцера) Cu(NH3)4++- (ОН)2. Из реактива Швейцера целлюлоза осаждается кислотами в химически неизменном состоянии, но приобретает при этом другую физическую струк­ туру. Такая переосажденная физическая модификация целлюло­ зы носит название гидратцеллюлозы. Каждое волокно целдюло-

зы имеет внутри капилляр, по этой причине с некоторым'приближением его можно сравнить с полой трубкой очень небольшого диаметра. Кроме того, целлюлоза как технический продукт, т. е. совокупность большого числа волокон — клеток, пронизана си­ стемой пор. Чистая целлюлоза очень гигроскопична, она хорошо смачивается водой и способна хорошо впитывать влагу из окру­ жающего воздуха. Но молекулярная природа целлюлозы тако­ ва, что она хорошо смачивается и маслами. Разница в действии воды и масла на целлюлозу (и на бумагу) состоит в том, что вода смачивает и гидратирует целлюлозу, т. е. ослабляет водородные связи; масло же — только смачивает ее. Таким образом понятно, почему целлюлозу считают гидрофильным коллоидом, что, стро­ го говоря, не вполне правильно. Целлюлоза хорошо поддается механической обработке — измельчению, а в водной среде — раз­ делению на фибриллы, что и используется в процессе массного размола.

Химические свойства целлюлозы определяются наличием в каждом элементарном ее звене (остатке глюкозы) трех гидро­ ксильных групп. Так, подобно многоатомным спиртам целлюло­ за, не теряя своей волокнистой структуры, реагирует со ще­ лочью, образуя соединения типа алкоголятов по схеме:

[С6Н,О2(ОН)3 ]„ + 3 п NaOH-> [С, Н,О2 (ONa)3 ]„ + 3 п Н2О.

Щелочная целлюлоза более реакционноспособна, чем цел­ люлоза, и применяется поэтому для получения различных произ­ водных целлюлозы, например карбооксимегилцеллюлозы.

Физически процесс набухания целлюлозы представляет со­ бой проникновение раствора едкого натра внутрь волокна цел­ люлозы. Это проникновение сначала в неориентированную часть волокна, в капиллярные трещины, пронизывающие волокна, а затем уже между отдельными ориентированными молекулами целлюлозы вызывает ослабление вандерваальсовских сил и водо­ родных связей, раздвигает отдельные молекулы и приводит во­ локно в другое физическое состояние *.

При промывке водой щелочная целлюлоза превращается в

гидратцеллюлозу, которая химически одинакова с исходной природной целлюлозой, но отличается лишь физическим состоя­ нием. Такая целлюлоза называется регенерированной.

Целлюлоза образует простые и сложные эфиры.

1 В. М. Никитин. Химия древесины и целлюлозы. Гослесбумиздат, 1951, стр. 265.