Общая схема производства и классификация бумаги

1. МАССОПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ ОТДЕЛ

1.1. Общая схема производства и классификация бумаги 

Бумага является упругопластичным капиллярно-пористым листовым материалом, состоящим из мелких растительных волокон, соответствующим образом обработанных и соединённых в тонкий лист, волокна в котором связанны между собой поверхностными силами сцепления.

Согласно ISO/CD 4046-4, «бумага» – общий термин для материалов в виде сплош­ного листа или полотна, получаемых осаж­дением растительных, минеральных, синте­тических волокон или их смесей из жидких суспензий на соответствующих формующих устройствах с добавлением или без добавле­ния других веществ. На эти материалы мож­но наносить покрытия, их можно пропиты­вать в процессе изготовления или по оконча­нии его, при этом материалы не теряют сво­ей тождественности бумаге.

Общая схема производства бумаги приведена на рис. 1.

Рис. 1. Общая схема производства бумаги

Технология бумаги позволяет путем при­менения функциональных добавок и опреде­ленных правил ведения технологического про­цесса придавать бумаге или картону широкую гамму свойств, порой взаимоисключающих друг друга.

Упрощенно суть явлений, сопровождающих технологический процесс, состоит в следующем. Гидродинамические воздействия во время раз­мола приводят к гидратации и фибрилляции целлюлозных волокон, в результате которых увеличивается их общая удельная поверхность и растет число свободных, т. е. не вовлечен­ных в водородную связь гидроксильных групп. При прессовании и сушке увеличиваются ко­личество и площадь межволоконных контак­тов, волокна сближаются до расстояний, при которых реализуются механизмы их взаимо­действия: образуются водородные связи, дей­ствуют силы Ван-дер-Ваальса и силы трения.

Рекомендуемые материалы

В суммарном межволоконном взаимодей­ствии вклад отдельных типов связей зависит, в частности, от степени помола массы, однако в большинстве случаев преобладают водород­ные связи. Вклад в суммарное межволокон­ное взаимодействие сил Ван-дер-Ваальса для слабо размолотых волокон составляет 20... 25 %, для сильно размолотых – не превыша­ет 4...5 %, при повышении степени помола массы снижается и роль сил трения.

Классификация бумаги

Стандартная классификация (ГОСТ 17586-80) бумаги:

Бумага для печати: газетная, типографс­кая, офсетная, для глубокой печати, мелованная,  документная и др.

Бумага для письма, черчения и рисования: акварельная, ватман, для картотек, для почтовых документов, копировальная, ма­шинописная, писчая и др.

Декоративная бумага: аэрографная, бар­хатная, крепированная декоративная и др.

Электротехническая бумага: изоляционная, электроизоляционная, кабель­ная, телефонная, конденсаторная и др.

Оберточная и упаковочная бумага: для упа­ковки продуктов на автоматах, ме­шочная, крепированная упаковочная, парафи­нированная, упаковочная, обер­точная и др.

 Светочувствительная и переводная бума­га: диазотипная позитивная светочувстви­тельная, светочувствительная диазотропная калька, белая переводная и др.

Бумага для изготовления папирос и сига­рет: курительная, мундштучная, фильтрующая мундштучная, папиросная, сигаретная.

Впитывающая бумага: для хроматогра­фии и электрофореза, промокательная, фильтровальная, для фильтрации смазочно-охлаждающих жидкостей и др.

Промышленно-техническая бумага разного назначения: каландровая, для патронирования, шпульная, шпагатная, для гоф­рирования, для копирования, биоцидная, бактерицидная, для изделий бытового и сани­тарно-гигиенического назначения и др.

В соответствии с «Общероссийским клас­сификатором продукции ОК 005-93 » подкласс бумаги в зависимости от ее назначе­ния разделяется на девять групп:

1) бумага для печати (газетная, типограф­ская, офсетная, для глубокой печати, обложечная, форзацная, картографическая, бума­га для печати прочная, бумага для обоев);

2) бумага писчая и тетрадная, для черче­ния, рисования и печатная различного назна­чения (писчая и тетрадная, чертежная, рисо­вальная, карточная, билетная, печатная специального назначения – афишная, докумен­тная, эстампная);

3) бумага электроизоляционная (кабель­ная, электроизо­ляционная оксидная, кабельная, конденсаторная, телефонная, электроизоляционная пропиточ­ная и др.);

4) бумага для ручной и машинной упаков­ки продуктов и различных изделий (этике­точная, пачечная и коробочная, под пергамент, мешочная, специальная упаковочная и др.;

5) бумага оберточная и упаковочная всех видов (без бумаги для гофрирования) – оберточная специального назначения, светоне­проницаемая, спичечная и др.;

6) бумага техническая различного назна­чения (диаграммная, бумага-основа для облицовочных материалов, для хроматографии и электрофореза и др.);

7) бумага-основа (для приборов, для свето­чувствительной и переводной, для изделий бумажной промышленности и др.);

8) бумага для аппаратов и приборов (те­леграфная, для    электронно-вычислительной    техники, для контрольно-кассовых машин и др.);

9) бумага фильтровальная (специальная, лабораторная, для фильтрования и др.).

Вырабатываемые в России бумагу и картон можно также разделить на следующие группы (таблица 1).

Таблица 1

Су­ществует еще одна классификация, согласно которой вырабатываемая продукция подраз­деляется на массовую, немассовую и специ­альную.

К массовым видам продукции относятся бумаги: газетная, писчая, для печати, мешочная, оберточная, основа для гофрирования, са­нитарно-гигиеническая; картоны: для глад­ких слоев гофрированного картона, коробоч­ный, кровельный и хром-эрзац.

К немассовым видам продукции относят­ся бумаги: конденсаторная, кабельная, электроизоляционная, сигаретная, афишная, билетная, чертежная и др.

К специальным видам продукции относят­ся бумаги: электроизоляционная термостойкая, химически стойкая, реставрационная и др. бумаги.

Таким образом, технический прогресс сопровождается ре­структуризацией потребительского спроса и ассортимента вырабатываемой продукции, вследствие чего постоянно возникает необ­ходимость корректировки классификации бу­маги и картона.

Современные тенденции

В настоящее время из производимой бумаги и картона около 42% это бумага для печати (11% газетная, 31 % белые виды бумаги), 51-52 % тароупаковочные виды бумаги и картона и 6-7 % санитарно-гигиеническая бумага.

Уровень потребления бумаги в год на душу населения - в России 38…40 кг, в Азии 33 кг, в Южной Америке 38 кг, в западной Европе 155 кг, Северной Америке 303 кг, Японии 250 кг.

Современные тенденции в технологии белых видов бумаги для печати:

- использование в композиции вторичного волокна;

-  использование в композиции механической древесной массы;

- проклейка бумаги в нейтральной и щелочной среде;

- использование большого количества минеральных компонентов (в газетной бумаге до 15%; в суперкаландрированной до 29…38%; в офисной/офсетной  до 18…28%; мелованной до 40…50%);

- увеличение потребления карбоната кальция;

- высокие скорости производства;

- высокое качество материала при низкой себестоимости.

Банкнотная бумага

Для печати денежных банкнот используется многослойная бумага, состоящая из волокнистого остова из растительных волокон и содержащая весь комплекс защитных элементов. Банкнотная бумага должна обладать отличными характеристиками по воспроизведению печати и элементов защиты и быть устойчивой к воздействию света, растворителей и моющих средств. В отличие от обычной бумаги, она изготавливается без использования химического отбеливателя и поэтому в ультрафиолетовых лучах выглядит темной, в то время как простая бумага в таком освещении будет люминесцировать голубым светом. Но если «денежная» бумага попадет в раствор стирального порошка, то она впитает оптический отбеливатель и по этой причине начнет люминесцировать.

Денежная бумага – это специфическое изделие, сложное в изготовлении. В качестве волокнистых материалов для высокосортных и прочных видов бумаги, какими, в частности, являются денежные, используется хлопковое и льняное волокно (раньше применяли пеньку).

Хлопковое и льняное волокна на 90 % и более состоят из чистой целлюлозы. Этим, в первую очередь, определяются высокие механические качества и долговечность бумаги из хлопка и льна. Для придания большой прочности и других свойств бумага проклеивается в массе или с поверхности. Для проклейки применяется крахмал, меламиноформальдегидная смола и другие подобные материалы. Механическая прочность зависит также от степени разработки (размола) волокна.

Денежная бумага изготавливается на Санкт-Петербургской и Краснокамской фабриках Гознака. Бумажное производство Гознака оснащено двумя видами бумагоделательных машин: плоскосеточными (столовыми) и круглосеточными (цилиндрическими). Главное различие между ними состоит в том, что на плоскосеточных формование (отлив) бумаги осуществляется на длинной горизонтальной сетке, а на круглосеточных - на сеточном цилиндре.

В бумажной промышленности наиболее распространены плоскосеточные машины, которые производят почти весь объем бумаги. Цилиндрические машины (с несколькими цилиндрами) применяются в основном для изготовления многослойной бумаги и картона. На бумажных фабриках Гознака денежные и ценные бумаги делаются как на столовых, так и на цилиндрических машинах. Однако бумаги с локальным водяным знаком изготовляются на цилиндрических машинах.

Важнейшим требованием к денежной бумаге является износоустойчивость. Принято считать основным показателем, характеризующим износоустойчивость, сопротивление излому и разрыву, которые нормируются техническими условиями. Бумажные деньги в обращении многократно сгибаются (складываются) и разгибаются. Поэтому при испытании образцы бумаги должны выдерживать (не разрываться) несколько тысяч двойных перегибов (обычные печатные бумаги выдерживают до двадцати двойных перегибов). Высокая прочность должна быть и на разрыв. Кроме этих важнейших показателей износоустойчивость бумаги характеризуется также и сопротивлением надрыву кромки. Этот показатель высок, но техническими условиями не нормируется. В процессе печатания прочность бумаги частично снижается, особенно при плохо отрегулированном натиске (давлении). Для обеспечения высокого качества и прочности печатного рисунка денежная бумага обладает необходимой степенью белизны, непрозрачности, гладкостью, светопрочностью. Она не должна изменять своего цвета (белизны) и снижать механическую прочность под воздействием света, солнечных лучей. Стойкость к «старению» наибольшая у тех видов бумаги, которые изготовлены из волокон льна и хлопка. Красочный слой на бумаге должен хорошо закрепляться и быть достаточно прочным на истирание.

Особое значение для денежной бумаги имеют водяные знаки, которые являются важной защитой от подделки. Кроме того, водяной знак, особенно локальный в виде портрета или другого рисунка, повышает художественный уровень денег.

Водяной знак образуется при отливе бумаги за счет различной толщины слоя волокна. Создание отчетливых и красивых водяных знаков является сложной самостоятельной задачей в технологическом процессе изготовления бумаги. Знак может быть общим, то есть с непрерывно повторяющимся рисунком (узором), или локальным – рисунком, расположенным на листе бумаги в определенном месте. Он обычно размещается на купоне, а также на другом фиксированном месте денежной купюры.

Зарождение рисунка знака происходит в мастерской водяных знаков, в которой готовятся штампы и дендироли. Здесь работают граверы и другие высококвалифицированные специалисты, которые рисунки художников (или фотографии) переносят на штампы и далее на металлическую сетку вала-дендироля или непосредственно на сетку цилиндра круглосеточной буммашины . Дендироль (ровнитель) устанавливается на сетку столовой бумагоделательной машины и при своем вращении образует на влажном бумажном полотне отпечаток своего рельефа (водяного знака). Как правило, таким способом получают бумагу с общим водяным знаком.

В промышленном масштабе денежную бумагу с локальным знаком готовят на цилиндрической (круглосеточной) буммашине. Именно на сетке цилиндра, где отштампованы рисунки знака, при формировании бумажного полотна создаются необходимые условия для получения многотонового художественного знака, который строго фиксируется на площади будущих бумажных листов. Это позволяет в дальнейшем при печатании обеспечить точное совпадение локального знака с печатным рисунком. На сетке столовой бумагоделательной машины подобных условий для получения художественного и фиксированного знака нет. Знак должен хорошо просматриваться на просвет и быть идентичным на протяжении всего тиража. Наиболее ценными и трудными для подделки являются многотоновые водяные знаки и прежде всего портреты.

Для защиты от подделки в денежную бумагу иногда добавляют тонкие цветные волокна, вводят металлизированную нить и другие специальные материалы. Применяются волокна, видимые только в определенном спектре лучей. Конкретная информация о способах и приспособлениях для ввода нити в бумажное полотно обычно является ноу-хау производителей бумаги (особенно это относится к так называемой «ныряющей нити») и поэтому не разглашается.

Банкнотная бумага изготавливается с отсутствием в ней оптики, т.е. несветящаяся с ультрафиолетовым излучением. Фон оптического отбеливателя не более 35%. В этой бумаге предусмотрено до 11 степеней защиты:

· бумага с локальным водяным знаком (бумага типа банкнотной, когда знак расположен в строго регламентированном месте на листе с привязкой к геометрии листа);

· бумага с полосовым водяным знаком (водяные знаки проходят по листу в определенном месте как бы полосой);

· бумага с общим водяным знаком (водяные знаки расположены по всей площади листа) и могут быть

§ двухтоновые, т.е. имеют светлые и темные элементы;

§ трехтоновые, т.е. имеют светлые, темные и полутоновые элементы;

· наличие в бумаге хлопкового волокна:

§ 25% хлопка и 75% целлюлозы;

§ 15% хлопка и 85% целлюлозы;

§ 50% хлопка и 50% целлюлозы;

§ 75% хлопка и 25% целлюлозы;

§ 100% хлопка;

· наличие в бумаге защитных волокон различных цветов и в определенном количестве;

· вложение в бумагу голографической нити, деметаллизированной и металлизированной нити с микротекстом;

· бумага с ныряющей нитью различной ширины до 4 мм;

· изготовление бумаги различных оттенков для защиты от цветного ксерокса;

· бумага, химически защищенная при проверке определенным маркером (дает реакцию на определенные химические реагенты);

· бумага с полосовым введением защитных волокон;

· бумага с полосовым введением конфетти.

Свойства бумаги

Общепринятым является подразделение свойств бумаги на следующие группы:

1) структурно-размерные свойства – фор­мат, толщина, плотность, гладкость, разносторонность и др. – зависят от состава по во­локну, степени помола, условий изготовления на машине; структура бумаги и картона вли­яет на их прочность, пористость, анизотро­пию свойств и другие показатели;

2)  композиционные свойства  – состав по волокну, наличие наполнителей и других ком­понентов; изменение композиции бумаги и картона позволяет в широких пределах изменять и их свойства;

3)  механические   и   упруго-пластические свойства – сопротивление разрыву, излому расслаиванию, истиранию, влагопрочность, жесткость, деформация при увлажнении и др.;

4) оптические свойства – цвет, белизна, лоск, оттенок, светопроницаемость, непрозрачность и др.;

5)  гидрофобные   и   гидрофильные   свой­ства – степень проклейки, впитывающая способность, гигроскопичность, влажность и др.;

6) химические свойства – наличие остат­ков кислот или щелочей, минеральных вкраплений, различных катионов и анионов;

7) электрические свойства – электричес­кое сопротивление, диэлектрическая проницаемость, электрическая прочность, число токопроводящих включений на 1 м   и др.;

8) печатные свойства– структура поверх­ности, мягкость, взаимодействие с типографскими красками и др.;

9) специальные    свойства — барьерные, жиро-, паро-, газо- и водопроницаемость, влагопрочность, термостойкость, долговечность, биостойкость и др.

Средневековые путешествия и традиции гостеприимства - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

Различные свойства бумаге или картону придают обычно следующими способами:

подбором исходных полуфабрикатов, т.е. составлением композиции бумаги по виду и свойствам волокна;

изменением параметров процессов произ­водства бумаги (размола, отлива, прессования, сушки);

введением в бумажную массу различных вспомогательных веществ (наполнителей, про­клеивающих и связующих веществ, красите­лей, дефлокуляторов, полиэлектролитов и др.);

отделкой и поверхностной обработкой бу­маги (каландрированием, крепированием, тиснением, мелованием, пластификацией и пр.).