Бумага: состав, производство, виды

Бумага (от итал. bambagia — хлопок) — многокомпонентный материал, состоящий в основном из специально обработанных мелких растительных волокон, тесно переплетенных между собой, связанных силами сцепления различного вида и образующих тонкий лист.

Считается, что бумагу изобрели в Китае во 2 в. до н.э., а уже в 76 ее применяли для книг. Из Китая бумага проникла в Японию, а затем через Персию в Северную Африку, на Кипр, в 1154 в Испанию и затем в ряд других стран. Она постепенно стала вытеснять применявшийся до этого для письма папирус и другие материалы.

До 18 века изготовление (отлив) бумаги происходило вручную. В 1799 француз П.Л. Робер предложил механизированный отлив бумаги на непрерывно движущейся бесконечной сетке, расположенной над черпальным чаном. Позднее появилась первая бумагоделательная машина, состоящая из следующих основных частей: сеточной, прессовой, сушильной, отделочной. Для получения отдельных высококачественных видов и бумаги специального назначения до сих пор применяется ручной отлив.

Наиболее распространенный способ производства бумаги — «мокрый», который базируется, как правило, на использовании плоско- или двухсеточных бумагоделательных машин. Такая бумагоделательная машина состоит из:

• сеточной
• прессовой
• сушильной частей
• каландра (пресса, состоящего из 2–20 валов, между которыми пропускают бумагу)
• наката (устройство для наматывания бумаги в рулон)

Сеточная часть имеет одну или две бесконечно движущиеся сетки, на которую (плоскосеточные машины) или в зазор между которыми (двухсеточные машины) непрерывным потоком равномерно по всей ширине сеток поступает разбавленная водой бумажная масса. При обезвоживании бумажной массы происходит формирование бумажного полотна, которое далее обезвоживается в прессовой части и окончательно высушивается в сушильной части машины. Прессовая часть состоит из нескольких 2-вальных (иногда 3-вальных) прессов, между валами которых проходит бумажное полотно. При этом часть влаги из него отжимается. Сушильная часть состоит из 2-ярусных батарей сушильных вращающихся цилиндров, обогреваемых изнутри паром. Сырое бумажное полотно, проходя между горячими поверхностями цилиндров и сушильным сукном каждой батареи, высушивается до влажности 5–7%. В конце сушильной части имеется холодильный цилиндр (иногда два) для охлаждения бумаги. Затем бумага проходит каландр, придающий ей машинную гладкость, и наматывается в рулон на накате.

Для отделки бумаги применяются суперкаландры (система вращающихся с разной скоростью валов, между которыми пропускают увлажненное бумажное полотно), обеспечивающие более ровную гладкую поверхность и глянец. Такая бумага называется каландрированной (глазированной) и высококаландрированной (дважды пропускается через суперкаландр). Для придания бумаге глянца бумажное полотно пропускают через лощильный (или фрикционный) каландр, валы которого совершают возвратно-вращательное движение, не оказывая большого давления на бумагу.

С 1950-х гг. в производстве бумаги находят применение полимерные пленки и синтетические волокна, на основе которых выпускают синтетическую бумагу. Такая бумага отличается высокой механической прочностью в сухом и влажном состоянии, хорошей стабильностью линейных размеров при увлажнении, долговечностью, высокой эластичностью.

В качестве основных компонентов композиционного состава бумаги используют волокна растительного происхождения, выделяемые из древесины хвойных и лиственных пород, из стеблей однолетних растений, семенных коробочек и листьев некоторых растений. В зависимости от метода производства, выхода гемицеллюлоз (веществ, сходных с целлюлозой, но с меньшей молекулярной массой) и лигнина (инкрустирующего вещества), получают различные полуфабрикаты: древесную массу, полухимическую массу (полуцеллюлозу), небеленую, беленую и облагороженную целлюлозу.

Для снижения гидрофильности и гигроскопичности (впитывания при смачивании и поглощения воды из воздуха) бумагу проклеивают смолами с водоотталкивающими свойствами (гидрофобные) и парафинами. Для повышения прочности, гладкости (уменьшения ворсистости), стойкости к выщипыванию и истиранию наиболее эффективна поверхностная проклейка в клеильных прессах крахмальным, карбоксиметилцеллюлозным и др. клеями. В зависимости от степени проклейки различают бумагу слабоклееную, клееную и высококлееную. В бумажную массу вводят наполнители — белые порошкообразные, нерастворимые в воде минеральные вещества: каолин, сернокислый барий, тальк, двуокись титана и др. Они повышают белизну, гладкость и непрозрачность бумаги, делают ее более мягкой, легко деформируемой (пластичной), но и менее прочной.

Повышенное содержание наполнителей (зольность) необходимо бумаге для высокой печати, т.к. повышенная пластичность позволяет снизить давление для хорошей пропечатки оттиска, а для глубокой печати — лучшего впитывания и снижения растекаемости жидкой краски на оттисках. По содержанию наполнителей различают мало-, среднезольную, повышенной зольности и высокозольную бумагу.

Важнейшие показатели бумаги:

• масса бумаги площадью 1 м2
• толщина
• плотность
• прочность
• гладкость
• пористость
• белизна
• непрозрачность,
• оттенок и др.

Листовая и рулонная бумага для печати выпускается с массой площади 40–250 г/м2. Ниже приведены характеристики некоторых видов бумаг, применяемых в издательском деле и полиграфии.

Типографская (для высокой печати) — 50–70 г/м2, на основе древесной целлюлозы или с добавлением 20–75% древесной массы, белая, малоклееная, среднезольная или повышенной зольности, машинной гладкости, каландрированная или высококаландрированная. Предназначена для печати текстовой и иллюстрационно-текстовой продукции. Бумага с массой площади 40- 50 г/м2, чистоцеллюлозная или с небольшим добавлением древесной массы, повышенной зольности, малоклееная, каландрированная, с органической прозрачностью предназначена для печатания справочников и других книг с большим количеством текста.

Для глубокой печати — белая 60–220 г/м2, чистоцеллюлозная, слабоклееная, высокозольная, обладающая ровной сомкнутой (мелкопористой) поверхностью, каландрированная. Предназначена для печатания иллюстрационно-текстовых изданий и изобразительной продукции.

Офсетная — 60–250 г/м2, чисто целлюлозная или с содержанием до 75% древесной массы, белая, клееная, с хорошей стойкостью поверхности к выщипыванию, низкой деформацией при увлажнении, машинной гладкости или каландрированная. Предназначена для печатания иллюстрационно-текстовых изданий и изобразительной продукции офсетным способом. Офсетную бумагу используют для изготовления блокнотов, блоков для записей, кубариков ( кубиков для записей).

Газетная — 45–49 г/м2, низкозольная, неклееная, машинной гладкости, в композиции преобладает древесная масса. Предназначена для печатания газет и приложений к ним, массовых брошюр способами высокой и офсетной печати.

Мелованная — с пигментированно-клеевым покровным слоем (мелованным), нанесенным на волокнистую чистоцеллюлозную или содержащую древесную массу бумагу — основу для получения микропористой и микрошероховатой поверхности. Различают одно- и двукратного мелования с одно- и двусторонним покрытием мелованным слоем. Предназначена для печатания одно- и многокрасочной изобразительной продукции, различных иллюстрационно-текстовых изданий способами высокой, офсетной и глубокой печати. Разновидность — тонкая мелованная бумага 60–70 г/м2, предназначена для издания массовой иллюстрационно-текстовой продукции способами офсетной и глубокой печати. В листовом офсете используется мелованная бумага плотностью от 90 г/м2. Для изготовления бумажных пакетов используют мелованную бумагу плотностью от 170 г.

Обложечная — светопрочная, чистоцеллюлозная или с содержанием до 40% древесной массы, клееная, малозольная бумага с небольшими усадкой и скручиваемостью при одностороннем увлажнении, каландрированная и машинной гладкости. Предназначена для изготовления обложек (140–200 г/м2) и склейки переплетных крышек (80–120 г/м2).

Форзацная — клееная, среднезольная бумага 80–160 г/м2, чистоцеллюлозная, машинной гладкости или каландрированная, отличается повышенным сопротивлением излому, ограниченной скручиваемостью после одностороннего увлажнения. Предназначена для изготовления форзацев книг.

Писчая — белая или цветная, 45–80 г/м2, чистоцеллюлозная (с добавлением целлюлозы из хлопкового линта) или содержащая небольшую часть древесной массы, клееная, машинной гладкости или каландрированная. Предназначена для изготовления бланков, унифицированных систем документации, бумажно-беловых изделий, бумаг потребительских форматов, школьных тетрадей и т.п.

Документная — на основе льнопеньковых и хлопковых волокон, малозольная, высококлееная, иногда с водяными знаками, долговечная, стойкая к механическим воздействиям. Предназначена для печатания денежных знаков, облигаций, банковских чеков и других документов.

Афишная и билетная — белая или цветная, малозольная, слабоклееная, машинной или односторонней гладкости. Предназначена для печати афиш, билетов, абонементных талонов, бланков способом высокой печати.

Картографическая — 85–160 г/м2, композиция на основе древесной целлюлозы и из хлопкового линта (отхода хлопкового производства), малозольная, клееная, машинной гладкости или каландрированная, прочная в сухом и влажном состоянии, повышенной белизны. Предназначена для печатания гидро-, топо-, географических и других карт и атласов офсетным способом.

Баритованная — используется в качестве основы фотобумаги. Белая или подцвеченная красителем толстая бумага с баритовым (из сернокислого бария) покровным слоем, нанесенным на чистоцеллюлозную, малозольную, высококлееную основу повышенной белизны для улучшения качества поверхности.

Ватманская (ватман) — белая чертежная высокосортная ручного отлива на основе механически обработанного тряпья (тряпичной полумассы) с поверхностной проклейкой. Отличается большим сопротивлением к истиранию и шероховатой поверхностью. Предназначена для чертежных работ, выполняемых карандашом, тушью и акварельными красками.

Верже — белая или цветная чистоцеллюлозная высокосортная с водяными знаками в виде близко расположенных узких полос, иногда пересеченных, под прямым углом к машинному направлению, редко расположенными полосами. Предназначена для изготовления подарочных изданий, а также форзацев и суперобложек книг.

Этикеточная — 45–120 г/м2, малоклееная или клееная, одно- или двусторонней гладкости, односторонне мелованная, с ограниченной поверхностной впитываемостью, линейной деформацией при увлажнении и скручиваемостью при одностороннем смачивании водой. Предназначена для печатания этикеток способами высокой и офсетной печати.

Крафт-бумага — особый вид оберточной бумаги на основе очень крепкой, так называемой, крафт-целлюлозы. Отличается высокой механической прочностью. Предназначена для обертки, упаковки.