Всемирное искусство изготовления бумаги: полное руководство

Производство бумаги, одновременно искусство и наука, формировало цивилизации и способствовало распространению знаний по всему миру. От древнего Китая до современных бумажных фабрик процесс превращения сырья в повсеместно используемое вещество, известное нам как бумага, претерпел удивительную эволюцию. В этом полном руководстве рассматриваются история, процессы и мировое значение производства бумаги.

Краткая история производства бумаги

Истоки в Древнем Китае

Общепринято, что производство бумаги зародилось в 105 году н.э. в Китае и приписывается Цай Луню, чиновнику династии Хань. Ему приписывают стандартизацию процесса с использованием коры тутового дерева, конопли, старых тряпок и рыболовных сетей. Хотя есть свидетельства того, что производство бумаги могло существовать и раньше, вклад Цай Луня был решающим в усовершенствовании и популяризации этой техники. Ранняя китайская бумага использовалась для письма, упаковки и даже для изготовления одежды.

Шелковый путь и распространение на Запад

Знания о производстве бумаги веками оставались в Китае тщательно охраняемым секретом. Однако Шелковый путь, древняя сеть торговых маршрутов, в конечном итоге способствовал их распространению на запад. К 8-му веку производство бумаги достигло Самарканда (современный Узбекистан), где арабские мастера овладели этим искусством. Они значительно усовершенствовали процесс, используя лен и водяные мельницы.

Производство бумаги в Европе

Из арабского мира производство бумаги распространилось в Европу, впервые появившись в Испании в 12 веке. Первая европейская бумажная фабрика была основана в Хативе, Испания, около 1150 года. Вскоре за ней последовала Италия, ставшая крупным центром производства бумаги. Изобретение печатного станка Иоганном Гутенбергом в середине 15-го века произвело революцию в спросе на бумагу, стимулировав ее широкое производство по всей Европе.

Производство бумаги в Америке

В Америку производство бумаги пришло гораздо позже: первая бумажная фабрика была основана в Джермантауне, штат Пенсильвания, в 1690 году Уильямом Риттенхаусом. Американская бумажная промышленность постепенно росла, играя жизненно важную роль в распространении информации и развитии нации.

Процесс производства бумаги: пошаговое руководство

Хотя конкретные методы и технологии, используемые в производстве бумаги, значительно изменились, основные принципы остались прежними. Вот общий обзор процесса:

1. Подготовка сырья

Основным сырьем для производства бумаги является целлюлозное волокно. Исторически использовались такие материалы, как тряпье, конопля и кора тутового дерева. Сегодня наиболее распространенным источником является древесная масса, хотя также используются макулатура и другие растительные волокна.

• Древесная масса: Древесина обрабатывается механически (древесная масса) или химически (химическая целлюлоза, такая как крафт- или сульфитная целлюлоза) для разделения целлюлозных волокон.
• Макулатура: Макулатура собирается, сортируется, очищается и распускается для получения вторичной бумажной массы.
• Другие растительные волокна: Волокна таких растений, как хлопок, лен, конопля и бамбук, также могут использоваться, часто для специальных сортов бумаги.

2. Варка целлюлозы

Сырье измельчается до состояния бумажной массы — суспензии отдельных целлюлозных волокон в воде. Это достигается механическими или химическими способами.

• Механический роспуск: Древесина измельчается вращающимся камнем или с помощью рафинеров для разделения волокон. Этот метод дешевле, но производит менее прочную бумагу.
• Химическая варка: Использование химикатов для растворения лигнина (вещества, связывающего древесные волокна), оставляя целлюлозные волокна. Этот метод производит более прочную бумагу, но он дороже и может оказывать воздействие на окружающую среду.

3. Размол и рафинирование

Затем бумажная масса подвергается размолу и рафинированию для дальнейшего разделения волокон и улучшения их связующих свойств. Этот процесс влияет на прочность, текстуру и внешний вид бумаги.

4. Формирование листа

Бумажная масса разбавляется водой и подается на движущуюся сетку, традиционно изготовленную из проволоки. По мере стекания воды волокна сцепляются, образуя непрерывный лист бумаги. Это можно сделать с помощью:

• Бумагоделательная машина с плоской сеткой (машина Фурдринье): Самый распространенный тип бумагоделательной машины, использующий непрерывную проволочную сетку для формирования бумажного листа.
• Круглосеточная машина: Использует вращающийся цилиндр, покрытый проволочной сеткой, для захвата волокон из суспензии. Этот метод часто используется для более толстой бумаги и картона.
• Ручное изготовление бумаги: Традиционный метод, при котором рама с сеткой (форма) погружается в массу, захватывая слой волокон. Вода стекает, и лист перекладывается (отливается) на войлок.

5. Прессование

Затем влажный бумажный лист прессуется между валами для удаления излишков воды и уплотнения волокон.

6. Сушка

Отжатый бумажный лист высушивается, обычно путем пропускания его через нагретые цилиндры или через сушильную печь. Этот процесс удаляет оставшуюся воду и укрепляет бумагу.

7. Отделка

Высушенная бумага может подвергаться различным процессам отделки для улучшения ее поверхностных свойств, таким как каландрирование (пропускание через полированные валы для сглаживания поверхности), мелование (нанесение слоя веществ, таких как глина или полимеры, для улучшения печатных свойств или внешнего вида) или проклейка (обработка химикатами для уменьшения впитываемости).

Виды бумаги и их применение

Бумага существует в огромном разнообразии видов, каждый из которых имеет свои специфические характеристики и области применения. Вот несколько распространенных примеров:

• Бумага для печати и письма: Используется для книг, журналов, газет и для общих письменных нужд. Примеры включают бонд-бумагу, офсетную бумагу и мелованную бумагу.
• Упаковочная бумага: Используется для изготовления коробок, пакетов и других упаковочных материалов. Примеры включают крафт-бумагу, гофрированный картон и тарный картон.
• Санитарно-гигиеническая бумага: Мягкая, впитывающая бумага, используемая для салфеток для лица, туалетной бумаги и бумажных полотенец.
• Специальные виды бумаги: Бумага, предназначенная для конкретных целей, такая как фотобумага, обои и бумага для ценных бумаг.
• Бумага ручной работы: Уникальная, художественная бумага, созданная с использованием традиционных техник ручного изготовления.

Мировая бумажная промышленность: ключевые игроки и тенденции

Мировая бумажная промышленность — это огромный и сложный сектор с крупными игроками в различных регионах. Ключевые страны-производители включают:

• Китай: Крупнейший в мире производитель и потребитель бумаги.
• Соединенные Штаты: Крупный производитель бумаги и картона, особенно упаковочных материалов.
• Япония: Известна своей высококачественной бумажной продукцией и передовыми технологиями производства бумаги.
• Германия: Ведущий производитель бумаги для печати и письма, а также специальных видов бумаги.
• Канада: Значительный экспортер целлюлозы и бумаги, в основном из своих обширных лесов.

Несколько ключевых тенденций формируют мировую бумажную промышленность:

• Устойчивое развитие: Растущий спрос на экологически чистую бумажную продукцию, включая макулатуру, древесную массу из устойчиво управляемых лесов и биоразлагаемую упаковку.
• Цифровизация: Рост цифровых медиа привел к снижению спроса на некоторые виды бумаги, такие как газетная и бумага для печати. Однако спрос на упаковочную бумагу вырос из-за роста электронной коммерции.
• Инновации: Постоянные исследования и разработки направлены на создание новых технологий производства бумаги, улучшение ее свойств и поиск альтернативных видов сырья.
• Развивающиеся рынки: Быстрый экономический рост в развивающихся странах стимулирует увеличение спроса на бумажную продукцию, особенно в упаковке и строительстве.

Ручное изготовление бумаги: вечное искусство

Хотя промышленное производство бумаги доминирует на рынке, ручное изготовление бумаги остается живым видом искусства, которым занимаются ремесленники и любители по всему миру. Вот краткий обзор процесса:

Материалы и инструменты

• Волокно: Хлопковое тряпье, льняные обрезки, абака (манильская пенька) и другие растительные волокна.
• Форма и декель: Прямоугольная рама с сеткой (форма) и съемная рама (декель), которая надевается сверху.
• Чан: Емкость для суспензии бумажной массы.
• Войлок: Впитывающие ткани, на которые отливаются влажные листы бумаги.
• Пресс: Для удаления воды из отлитых листов.

Процесс

1. Подготовка массы: Волокно варится и размалывается для создания суспензии.
2. Формирование листа: Форма и декель погружаются в чан, захватывая слой волокон.
3. Отливка: Влажный лист бумаги переносится на войлок.
4. Прессование: Стопка отлитых листов прессуется для удаления воды.
5. Сушка: Отжатые листы высушиваются, часто на бельевой веревке или в сушильной стойке.

Мировые вариации

Традиции ручного изготовления бумаги значительно различаются в разных культурах. Некоторые известные примеры включают:

• Японская бумага васи: Известная своей исключительной прочностью и красотой, васи изготавливается из внутренней коры деревьев кодзо, мицумата или гампи. Она используется для широкого спектра целей, включая каллиграфию, живопись и дизайн интерьера.
• Непальская бумага локта: Изготавливается из коры кустарника локта, который растет на больших высотах в Гималаях. Бумага локта прочна и естественно устойчива к насекомым, что делает ее идеальной для религиозных текстов и архивных документов.
• Бутанская бумага дезо: Традиционная бумага, изготавливаемая из растения дафна, известная своей текстурированной поверхностью и натуральным цветом.
• Тайская бумага саа: Изготавливаемая из коры тутового дерева, бумага саа часто украшается цветами, листьями и другими природными материалами.

Воздействие производства бумаги на окружающую среду и устойчивые практики

Производство бумаги может оказывать значительное воздействие на окружающую среду, включая вырубку лесов, загрязнение воды и выбросы парниковых газов. Однако отрасль все чаще применяет устойчивые практики для смягчения этих последствий.

Ключевые экологические проблемы

• Вырубка лесов: Неустойчивые методы лесозаготовок могут привести к вырубке лесов, потере среды обитания и сокращению биоразнообразия.
• Загрязнение воды: Процессы производства бумаги могут приводить к выбросу загрязняющих веществ в водоемы, включая химикаты, используемые при варке и отбеливании.
• Выбросы парниковых газов: Производство и транспортировка бумаги способствуют выбросам парниковых газов, особенно за счет потребления энергии и транспортировки.
• Образование отходов: При производстве бумаги образуется значительное количество твердых отходов, включая шлам и неиспользуемые волокна.

Устойчивые практики производства бумаги

• Устойчивое лесопользование: Использование древесины из устойчиво управляемых лесов, которые пересаживаются и вырубаются ответственно. Сертификаты, такие как Лесной попечительский совет (FSC), помогают обеспечить ответственное управление лесами.
• Макулатура: Использование макулатуры в качестве сырья снижает спрос на первичную древесную массу и сохраняет природные ресурсы.
• Альтернативные волокна: Изучение использования альтернативных волокон из сельскохозяйственных отходов, таких как солома и багасса, может снизить зависимость от древесной массы.
• Более чистые технологии производства: Внедрение более чистых технологий производства, которые снижают потребление воды и энергии, минимизируют образование отходов и исключают или сокращают использование вредных химических веществ.
• Очистка сточных вод: Очистка сточных вод от процессов производства бумаги для удаления загрязняющих веществ перед их сбросом в водоемы.
• Сокращение потребления бумаги: Поощрение сокращения потребления бумаги за счет цифровых альтернатив, двусторонней печати и осознанного использования бумаги.

Будущее производства бумаги

Будущее производства бумаги, вероятно, будет определяться несколькими ключевыми факторами, включая технологические инновации, проблемы устойчивого развития и меняющийся потребительский спрос. Некоторые потенциальные разработки включают:

• Передовые материалы: Разработка новых материалов на основе бумаги с улучшенными свойствами, такими как прочность, долговечность и барьерные свойства, для использования в упаковке, строительстве и других областях.
• Биопереработка: Интеграция производства бумаги с процессами биопереработки для извлечения ценных химикатов и материалов из древесной массы, максимизируя использование ресурсов.
• Нанотехнологии: Использование нанотехнологий для улучшения свойств бумаги, таких как прочность, печатные свойства и водостойкость.
• Системы с замкнутым циклом: Внедрение систем производства бумаги с замкнутым циклом, которые минимизируют отходы и потребление воды.
• Персонализированная бумага: Разработка технологий, которые позволяют создавать персонализированные бумажные изделия с уникальными текстурами, цветами и свойствами.

Заключение

Производство бумаги — это увлекательная и жизненно важная отрасль с богатой историей и многообещающим будущим. С момента своего скромного зарождения в Древнем Китае до современного мирового присутствия бумага играла решающую роль в формировании нашего мира. Понимая процессы, проблемы и возможности, связанные с производством бумаги, мы можем оценить ее значение и способствовать ее устойчивому развитию.