Лекция 1. 1. Основные сведения о бумаге

1. Основные сведения о бумаге

Бумага – упругопластичный и капиллярно-пористый материал, изготовленный преимущественно из волокна растительного происхождения и связанного между собой силами поверхностного сцепления в листовую форму.

Все основные потребительские свойства бумаги обусловлены упругопластичными и капиллярно-пористыми свойствами.

Первый бумагоподобный материал использовался в Древнем Египте при изготовлении папируса. Папирус – тростник, который расщеплялся на полосы, склеивался и сушился.

Изготовление бумаги относится к началу нашей эры, когда в Китае более 2-х тысяч лет назад возник способ ручного черпания. Сырьем для получения бумаги служили: отходы шелка, тряпья и кора. Это сырье измельчалось в каменной ступке с большим количеством воды. Размешенная масса зачерпывалась тонким шелковым ситом. После стекания воды на сите образовывался влажно-бумажный лист. Его снимали, прессовали и сушили. Способ ручного черпания сохранился до наших дней для изготовления факсимильных изданий.

После проникновения технологии изготовления бумаги в Западную Европу, во Франции была изобретена бумагоделательная машина, основным элементом которой служила непрерывно движущаяся сетка. В результате удалось повысить производительность труда и, как следствие, снизить цену на бумагу.

Совершенно условно принято считать, что листовой материал, имеющий массу одного квадратного метра (поверхностная плотность) выше 250 г называется картоном, а менее 250 г – бумагой (Рисунок 1) За рубежом граница между бумагой и картоном составляет 150 г/м².

Рисунок 1

Многообразие видов бумаги подразделяется на следующие классы:

1) бумага для печати;

2) упаковочная или оберточная бумага;

3) бумага-основа;

4) бумага для папирос и сигарет;

5) Декоративная бумага;

6) Бумага для письма, машинописи, черчения и рисования;

7) электротехническая бумага;

8) Светочувствительная бумага;

9) Впитывающая бумага;

10) Промышленно-техническая бумага.

В свою очередь бумага для печати подразделяется на:

v газетную;

v типографскую;

v офсетную;

v бумагу для глубокой печати;

v иллюстрационную;

v картографическую;

v обложечную;

v этикеточную.

Картоны подразделяются на:

1) полиграфические;

2) тарный и упаковочный;

3) фильтровальный;

4) картон для легкой промышленности;

5) строительный;

6) технический;

7) электроизоляционный.

В мире выпускается более тысячи видов бумаги и картона. Из общего объема бумаги 70 % потребляет полиграфия. В балансе полиграфической бумаги 25 % приходится на газетную бумагу.

2. Растительные волокна для производства бумаги

Растительные волокна подразделяются на ДРЕВЕСНЫЕ и НЕДРЕВЕСНЫЕ. К древесным волокнам относят древесную массу, техническую целлюлозу, полуцеллюлозу (из древесины хвойных и лиственных пород). Недревесные: волокна тростника, льна, хлопка, пеньки, соломы в виде соответствующей технической целлюлозы, а так же волокна макулатуры и тряпья. Для придания бумаге некоторых специальных свойств применяют животные волокна (шерсть), минеральные (асбест), синтетические (лавсан, нитрон, капрон, полипропилен).

Все виды волокна отличаются по химическому составу и по длине. Древесные волокна имеют длину 1-3 мм, недревесные – от 10 до 50 мм, макулатура – 0,5 мм. Любые виды волокна имеют плотность примерно 1,5 г/см³.

3. Техническая целлюлоза

Основная масса бумаги для полиграфии изготовлена из технической целлюлозы. В химическом отношении техническая целлюлоза – это природный композиционный материал, полученный в результате химической обработки исходного растительного сырья и состоящий из целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина и экстрактивных веществ. В физическом отношении техническая целлюлоза представляет собой элементарное волокно веретенообразной формы, имеющее в середине полый канал и пронизанное пустотелыми ходами (рисунок 2).

Рисунок 2

Целлюлоза – природный линейный полимер регулярного строения, построенный из остатков глюкозы. Она нерастворима в воде, щелочах и слабых неорганических кислотах. Растворима в концентрированных серной и соляной кислотах, а так же в растворах некоторых солей. Целлюлоза способна набухать в воде, щелочах и растворах некоторых солей. Каждое элементарное звено целлюлозы содержит 3 свободные гидроксильные группы (ОН), почти все потребительские свойства целлюлозы определяются этим фактором. Так, например, целлюлоза способна смачиваться (гидрофильное свойство) водой, поглощать влагу из воздуха (гигроскопичность). Все прочностные свойства целлюлозы определяются водородными связями. В технической целлюлозе содержится 70-90 % целлюлозы.

Гемицеллюлоза. Природные низкомолекулярные разветвленные полимеры, состоящие из остатков различных сахаров: ксилозы, арабинозы, галактозы, маннозы, глюкозы и др. В отличие от целлюлозы, гемицеллюлоза способна растворятся в растворах щелочей. Все остальные свойства близки к свойствам целлюлозы. Наличие гемицеллюлоз способствует получению бумаги с повышенной механической прочностью.

Лигнин (рисунок 3) – природное высокомолекулярное вещество нерегулярного строения, состоящее из фенилпропановых единиц. Он нерастворим в минеральных кислотах, органических кислотах и щелочах при обычных температурах.

Рисунок 3

При повышенных лигнин растворим в водных растворах некоторых кислот, солей, щелочей. В первом приближении можно представить, что лигнин скрепляет волокна древесины, препятствуя их распаду на отдельные волокна. Процесс удаления лигнина из древесины называется делигнификация. При удалении лигнина из древесины, она превращается в полуцеллюлозу или техническую целлюлозу. Исходное содержание лигнина в древесине обычно составляет 20-30 %. В технической целлюлозе 0-5 %, в полуцеллюлозе 5-10 %.