Николай Дубина
«Бумага— продукт перетирания лохмотьев и тряпок, коль скоро сделана и отдана подпечатный станок, превратившись в книгу или газету, приобретает беспримерноемогущество, становится всемирным владыкой. Она изменяет наши идеи и нашурелигию, переворачивает наши нравы и законы, свергает и восстанавливаетцарства, решает вопросы войны и мира: она, можно сказать, управляет миром. Иона получила такое распространение в наши дни, такую широкую и универсальнуюобласть применения, стала столь характеризующей нашу эпоху, что наше времяможно назвать «бумажной эрой». А. Сим
Теория и история
Бумагаявляется важнейшим элементом в процессе печати, являясь основным материалом длясоздания полиграфической продукции. От ее качества в значительной степенизависит внешний вид книг, журналов и газет. Прекрасное произведение, напечатанноена плохой бумаге, имеет меньший сбыт, и, наоборот, второсортная вещь, дляиздания которой воспользовались отличной бумагой, привлекает читателя. Крометого, от бумаги зависит и то, насколько хорошо на ней выйдет печать текста ирисунков.
Мыдо сих пор точно не знаем, когда была изобретена бумага. Несомненно, что началоследует искать в Китае, где, по преданию, в 153 году нашей эры Тцай-Лунь, министрземледелия, рекомендовал своим согражданам применять для письма бумагу «ши», изготовленнуюиз волокон древесины «бумажного деревца» (Brussonetia papyrifera). До этоговремени китайцы употребляли в качестве материала для письма камень, кости ипластинки, вырезанные из сердцевины бамбука.
Весьмаинтересен вопрос о происхождении в русском языке самого слова «бумага».Существует множество объяснений. Возможно, что первооснова — греческое словоbambagia (хлопчатая бумага). Хотя, поскольку в Китае бумагу делали из молодыхпобегов бамбука, то вполне вероятно, что слово происходит от старого названиябамбука. Кстати, в европейских языках название бумаги (фр. и нем. Papier, англ.Paper) явно ведет свое происхождение от гр. papyrus (папирус).
Однаконадо заметить, что принципы изготовления бумаги и папируса — совсем разные.Если папирус представляет собой тонко нарезанные и склеенные пластинки, то дляизготовления бумаги требуется расщепление частиц (волокон) того материала, которыйупотребляется для ее производства, нарушение связи между волокнами, чтобы затемэти волокна спутать между собой (подвергнуть процессу свойлачивания) и потомсделать из этой массы тонкий и гибкий лист, пригодный для письма.
Дляизготовления бумаги годятся любые растительные волокна, обладающие гибкостью.Можно назвать сотни растений, годных для производства бумаги. Кроме того, подходятне только растения, но и коконы шелковичных червей, шерсть, кожа животных и пр.Попытки делать бумагу из самых разнообразных волокон предпринимались издавна.Большой интерес в этом смысле представляют вышедшие в 1827 и в 1861 годахруководства по производству бумаги «Manuel de papeterie» (Louis Pitte), ккоторым приложено множество образцов бумаги, выработанной из разнообразнейшихвеществ, даже из торфа.
Главнаяпроблема заключается не в выборе материала для производства бумаги, поставщикамикоторого являются все поля, луга и леса, а в использовании такого материала, которыйобеспечит мировые потребности и из которого можно изготовить бумагу вполнедоброкачественную — белую, крепкую, не пропускающую чернила при письме и хорошопринимающую краску при печатании.
Следуетсказать, что не человек первым начал делать бумагу из древесины — ее«изобретателями» были некоторые виды ос. Они строят свои гнезда так: рабочиеосы (неразвитые самки) весною сгрызают молодые зеленые побеги деревьев, пережевываютих и при этом отделяют волокна (клетчатку). В слюне ос есть клей, и такимобразом получается клейкая масса, состав которой тот же, что и бумаги:клетчатка древесины или соломы и клей. Из этой клейкой массы осы строят своигнезда, делают основу, прикрепляющую гнездо к дереву, стене и пр. Прочностьосиных гнезд позволяет им существовать много лет, сопротивляясь дождю, снегу иветрам. А чтобы оторвать такое гнездо от места, куда оно прикреплено, иногданужно применить большую силу. По своему составу (если не принимать во вниманиеприносимую ветром в гнезда пыль) осиные гнезда до мелочей схожи с мягкими, шелковистымисортами бумаги, производимыми в Китае и Японии.
Бумага,изготовлявшаяся в древности китайцами, имела основным недостатком рыхлость, из-зачего краска, которой на ней писали (главным образом тушь из сажи с примесьюрыбьего клея и мускуса), растекалась, а бумага легко рвалась.
Дальнейшийпуть бумаги в Европу из Китая описывается французским ученым Авенелем так: «Онапришла из Китая очень медленным путем, со средней скоростью, может быть, стоверст в сто лет. Народы Центральной Азии, потом арабы, потом египтяне подвозилиее выделку все ближе к нам. В 650 году ее видели в Самарканде; в 800-м —встречали в Багдаде; в 1100 году она дошла до Каира. Затем она проходит поберегу Африки, переплывает через Средиземное море и долго не переходитЛангедока (Южная Франция. — Н.Д.)».
Конечно,процесс проникновения бумаги в Европу гораздо сложнее. Ранее она ввозиласьчерез Грецию, позже через новый центр торговли на Средиземном море — Венецию —из Малой Азии и Африки (есть упоминания, что в Феце в конце XII века было до400 бумажных заведений). Затем ее начали вырабатывать в Европе, где былаоткрыта большая мастерская на юго-востоке Испании — в Хативе (Сан-Филиппе, в 56 км от Валенсии). Эта мастерская, существовавшая уже в 1154 году, поставляла бумагу в соседниестраны главным образом через Венецию. В течение XIII и XIV веков открылись«бумажные мельницы» в Италии, Франции, Германии, Голландии. А к XIV-XV векамбумага уже получила прочное распространение в Европе.
Довольнозапутанным является вопрос о сырье, употреблявшемся в то время при производствебумаги. До 80-х годов XIX века нисколько не сомневались, что бумагавырабатывалась арабами из хлопка; откуда и ее название — «бомбицина» (иначе —charta cottonea). Однако анализ показывает, что из образцов бумаги, изготовленнойс XI до XV веков, выделанной из хлопка не оказалось ни одной — большинство былоизготовлено из тряпок. Может быть, это обстоятельство объясняется тем, что до Хвека арабы, заимствовав из Китая способы выделки бумаги из волокон шелковогококона и шелковичного (бумажного) дерева, в силу отсутствия такого сырья вЦентральной и Малой Азии перешли к применению волокон, обволакивающих зернахлопчатника. Но поскольку бумага получалась весьма рыхлая и малоудобная дляписьма, то они стали использовать тряпье (хотя название «хлопчатая бумага»сохранилось). Процесс выработки бумаги из тряпок гораздо сложнее, затополучаемая бумага вполне удовлетворяет своему назначению.
Такили иначе, но процесс производства бумаги совершенствовался, и ко времениначала книгопечатания в Европе появилось много бумажных мельниц, которыевырабатывали (исключительно из льняных и пеньковых тряпок) превосходную, непротекающую, белую бумагу, довольно плотную и прочную, «звонкую» и гибкую, сохранившуюсядо наших дней в прекрасном виде.
Какпапирус с IX века был вытеснен пергаментом, так бумага с XII века начинаетвытеснять пергамент, и свитки и книги из пергамента окончательно заменяютсякнигами из бумаги. Дешевизна бумаги в сравнении с пергаментом дала возможностьрасширить ее производство до достаточно больших объемов (кстати, по замечаниюакадемика Н.П.Лихачева, для одного экземпляра книги на пергаменте нужно былоснять шкуры с целого стада), что явилось толчком к изобретению книгопечатания иего дальнейшему развитию.
Процессизготовления бумаги на старинных бумажных мельницах можно описать следующимобразом:
материал,предназначенный для выделки бумаги, очищается от грязи и промывается;
послевысыхания полученное сырье поступает на жернова водяной или ветряной мельницы, гдеперетирается, превращаясь в бесформенную рыхлую массу;
указаннаямасса помещается в чаны, наполненные водой, где с помощью пестов разрыхляетсяокончательно, волокна разделяются, чтобы превратиться в ровную кашицу молочногоцвета;
рабочий,пользуясь формой в виде деревянной рамы с натянутой на нее тонкой проволочнойсеткой, зачерпывает из чана нужное для листа бумаги количество жидкой кашицы итрясет раму над чаном, чтобы вода стекала и волоконца свойлачивались;
послетого как лист на сетке примет нужную форму, рабочий переворачивает раму накусок войлока или сукна, куда и падает лист;
сверхуна этот еще сырой лист накладывается еще кусок войлока, на него кладется новыйлист бумаги и т.д.;
когданаберется два-три десятка листов, вся кипа поступает под пресс и подвергаетсясильному сжатию, затем листы развешиваются на веревках для окончательной просушки.
Иногда,особенно при изготовлении писчей бумаги, к массе в чане добавляли клей, так какна проклеенной бумаге чернила не растекаются.
Благодарястроению металлической сети (длинные проволочки расположены вдоль и поперек) набумаге, если посмотреть на свет, получались тонкие линии, отсюда на-именованиебумаги — верже (от фр. vergeures — так назывались продольные полоскипроволоки). Готовые, высушенные листы разбирались по сортам и продавалисьпачками.
Обычновладельцы бумажных предприятий путем вплетания какой-либо плоской фигурки изпроволоки в сетку оттискивали свое фабричное клеймо (водяной знак, филигран) —в виде колокола, орла, единорога, короны, цветов, кисти винограда, монограммыиз имени Иисуса Христа (I.H.S.), своих инициалов, годов и т.п. По этим водянымзнакам можно в большинстве случаев определить фабриканта и век, а иногда дажегод, когда бумага была произведена.
Самаястарая бумага была изготовлена плохо: в некоторых образцах бросаются в глазадлинные, выдающиеся из общей ровной поверхности волокна, иногда видны дажекусочки тряпок. Позже процесс фабрикации все улучшается, мельницысовершенствуются, и опытные мастера делают великолепную, образцовую и длянашего времени бумагу.
Конечно,производство бумаги с тех пор ушло далеко вперед, и если бы рабочий-бумажник XVвека попал на современную бумажную фабрику, то не смог бы понять ни терминов, нисамого процесса производства бумаги. Известно, что еще во второй половине XVIIвека для превращения очищенного тряпья в кашеобразную массу стал использоватьсячан особого типа — голландер, в котором бумажная масса варилась вместе схлористыми соединениями. В конце XVIII века произошел переворот и в этойобласти: Луи Роберт, рабочий на бумажной фабрике в Эзонне, в 1799 году изобрелпрообраз современной бумажной машины, вырабатывающей бумагу в виде бесконечнойленты.
Мыне будем останавливаться на истории этой машины (это тема отдельной статьи), новкратце опишем ее работу, предварительно ознакомившись с сырьем, употребляемымдля производства бумаги.
Конец XIX — начало XX века
Какуже упоминалось, еще в XVIII веке делались попытки изготовления бумаги не изтряпок, а из волокон различных растений. Позже потребность в бумаге настольковозросла, что ограничиться производством бумаги из тряпок стало невозможно, и вбумажную массу начинают добавлять механически размельченную древесину (удачныеопыты Келлера и Фельтера с 1845 года). А с 1857 года — химически обработаннуюедким натром (натро-сульфатный способ) древесину, в виде бело-сероватой массыцеллюлозы.
Лучшаядревесная масса получается из свежесрубленных хвойных деревьев, преимущественноиз ели, пихты, сосны, и из лиственных (осины). Поэтому древесно-целлюлозныекомбинаты почти всегда находятся в северной полосе. Дерево для дальнейшейобработки поступает на завод в виде стволов не-одинаковой длины, с которых ещев лесу обрубают сучья и частично кору. При помощи машин со стволов без остаткаудаляется малопригодная для производства бумаги кора, после чего стволыразрезаются на куски. Эти куски дерева поступают в машины, превращающие их вмягкую массу (дефибрирование) путем растирания, после чего эта масса можетиспользоваться для производства грубых сортов картона или для примешивания кцеллюлозе при производстве бумаги.
Процессполучения бумажной массы из древесных стволов сложен и громоздок. Еще болеесложен процесс получения химически очищенной древесной массы — целлюлозы.Главная цель этого процесса — удалить из клетчатки дерева все так называемыеинкрустирующие вещества, лигнин и пр., которые делают древесину ломкой.
Послераздробления в щепу полученная масса поступает в громадные котлы, где и варитсяпо натро-сульфатному или сульфитному (с применением сернокислой соли кальция)способу. Во время варки инкрустирующие вещества отделяются от клетчатки дереваи вместе с водой уходят из массы. После этого масса промывается и очищается отсучьев, осколков дерева и грубых неразварившихся узелков волокон.
Хорошаяцеллюлоза получается из соломы различных злаков, близкой по строению ко льну иконопле. Солому перед отбелкой очищают на машинах от пыли, грязи, всякихпосторонних примесей и т.п., режут на кусочки и подвергают варке в котлах, подобнойтой, что применяют для древесной массы, с добавлением едкого натра или соды иизвести. После варки соломенная масса подвергается отбелке, а затем идет втолстых листах на бумажные фабрики.
Итак,на бумажных фабриках для изготовления бумаги может употребляться и механическиизмельченная древесная масса, и древесная или соломенная целлюлоза, ихлопчатобумажные, полотняные, холщовые из волокон льна, пеньковые, джутовые ипрочие тряпки, а также старая, бывшая в употреблении бумага, с которой впроцессе варки в котлах и химической очистки удаляются чернила или типографскаякраска.
Изодной тряпичной массы бумагу, как правило, делают сравнительно в небольшомколичестве, главным образом для ценных бумаг, акций и других высших сортовбумаги.
Нередкибыли и случаи, когда газетные, а особенно оберточные бумаги вырабатывалисьпочти из одной древесины, а низшие сорта оберточных бумаг иногда имели в своемсоставе только солому, варенную с известью.
Конечно,тряпье для производства бумаги проходит длинный путь, прежде чем превратится воднородную жидкую массу. После поступления на фабрику тряпье идет в тряпкорезку,затем в котел для бучения (варки со щелоком, как правило, из известковогомолока или едкого натра). После варки тряпье уже очищено от краски и пр., ноеще не превратилось в кашу. Последняя операция производится в голландере (рол, рольныйаппарат). Причем масса обычно проходит три голландера: полумассный, гдеобращается в кашу путем рубки особыми ножами, помещенными внутри резервуараголландера, и размачивания водой; затем бельный, где происходит ее беление;после отбелки тряпичная полумасса поступает в массные голландеры (ролы), назначениекоторых — окончательно превратить бумажную полумассу в совершенно однообразнуюпо своему строению, годную для отливки бумаги массу. В массных голландерахтакже происходит смешивание тряпичной полумассы с целлюлозой, с древесноймассой, а также с химически очищенной и превращенной в массу старой бумагой.Здесь же к бумажной массе прибавляется клей, но не животный, каким пользовалисьдо конца XVIII века, а растительный — смоляной клей, в виде канифоли (гарпиуса),представляющей собой остаток перегонки смолы хвойных деревьев на скипидар(терпентин). Канифоль путем варки с раствором соды подвергается омыливанию(иногда эта масса смешивается с крахмальным клейстером) и вливается в голландердля проклейки бумажной массы. Бумага фильтровочная, промокательная изготовляетсябез примеси клея. Также без клея — для лучшего всасывания краски —изготовляются иногда высшие сорта бумаги для печатания гравюр, типа веленевой, японской,китай-ской, индийской бумаг. Но основной объем бумаги, предназначенный дляпечати и письма, поступает на рынок после проклеивания канифольной эмульсией.
Добавлениеасбеста придает бумаге некоторую горючестойкость, и это свойство используетсядля получения кровельного материала, перегородок для комнат и т.д.
Вмассных голландерах в бумагу вводятся так называемые наполнители, которыепридают бумаге более плотный вид и тяжесть. К наполнителям относятся каолинбелый отмученный, реже — гипс, сернокислый барий, тальк, асбестин. За счет двухпоследних придают бумаге белизну и блеск. Для белизны вводят и синьку, так какестественный цвет бумажной массы — желтоватый или серый.
Послетого как процесс смешивания в массных голландерах закончился и получилась масса,необходимая для определенного сорта бумаги, она поступает в самочерпки, аоттуда — на полотно бумажной машины. Из самочерпки бумажная масса льется набесконечную латунную сетку. Сетка с частыми отверстиями, через которые стекаетвода, непрерывно движется вперед. Полоса бумаги, еще мокрая и рыхлая, у краясетки прижимается к ней при помощи сетчатого цилиндра (дандироля, наносящего набумагу водяные знаки и сглаживающего ее верхнюю шероховатую поверхность). Последандироля полоса проходит между обтянутыми сукном валами гауч-пресса, отжимающеговлагу, а затем поступает на бесконечное сукно, где опять происходит прессованиеи удаление влаги из бумажной полосы. Далее бумага перемещается с мокрой частимашины на сухую, где горячие цилиндры убирают остатки влаги. Там же бумагапроходит через тяжелые валы каландров, глазирующих ее, и через валы, попереккоторых расположены кольцевые ножи, режущие полосу на более узкие ленты, скатываемыев рулоны, иногда достигающие длины десять и более километров.
Дляизготовления пергаментной и восковой бумаги готовую бумагу пропускают в течениенескольких секунд через ванну с серной кислотой, затем промывают водой, растворомсоды и снова водой. Серная кислота, во-первых, делает бумагу непроницаемой дляжиров и некоторых кислот, во-вторых, придает ей полупрозрачность, а в-третьих —прочность.
Впродажу бумага поступает в двух видах: в рулонах и флатовая (то есть нарезаннаяна листы или отлитая листами разного размера).
Следуетотметить, что при последующем грандиозном развитии машинного производства досих пор сохранилось производство бумаги ручным способом, особенно при выработкедорогих сортов, идущих для тонких рисунков акварелью, веленевой (похожей напергамент), рыхлой китайской и плотной японской (для печатания роскошныхизданий с гравюрами и офортами).
Интереснобыло бы привести обычную когда-то номенклатуру бумаг и картона, предлагаемуюЦентробумтрестом: актовая тряпичная; александрийская рисовальная; альбомнаяразноцветная матовая и глазированная; английский картон; афишная разноцветная;билетная ролевая; бристольский картон (глазированный) разноцветный; бутылочнаяразноцветная; бюварная (промокательная) разноцветная; верже — прокладочная ипапиросная; восковая (непромокаемая); газетная в рулонах; глянцеваяразноцветная; гофрированная; золотая (покрытая золотой фольгой);картографическая; картон (желтый, соломенный, белый, глазированный, серый, технический);карточная бумага и картон; картузная; кассовые и контрольные ленты; книжнаябелая и полубелая (в стопах и рулонах); конвертная бумага, концептная (длякопировки планов) в рулонах; копировальная в стопах и рулонах; крашенаямедовая; литографская бумага; масленка для обложек; мелованные бумаги;мраморные матовые и глянцевые разных рисунков; мундштучная флатовая и вбобинах; оберточная и пакетная (желтая и серая); обойная; папиросная (белая, желтаяи цветная); парафинированная (непромокаемая); пергамент в рулонах и листах;писчая от № 1 до № 9 в пачках и листах; подпергамент; полотняная (тисненная подполотно); почтовая в листах и пачках; ротаторная (провощенная, специальноизготовляемая для ротаторов); серебряная (покрытая серебряной фольгой);слоновая (толстая, веленевого типа, глазированная); телеграфная лента вкатушках в 9-10-12-13 мм шириной; форзацная; фильтровальная белая; чайная;черная матовая и глянцевая; шагреневая для переплетов и картонов; шведскийкартон (глазированный) в рулонах и листах; прочие, изготавливаемые по заказам.
Что дальше?
Прогрессне стоит на месте. Все части бумагоделательной машины были усовершенствованы, увеличенаширина полотна. Вместо тряпичного сырья стали использовать древесину. Старыеролы постепенно вытеснялись размалывающими аппаратами непрерывного действия.
Дляотделки бумаги теперь применяются суперкаландры (система вращающихся с разнойскоростью валов, между которыми под давлением пропускают увлажненное бумажноеполотно), обеспечивающие более ровную гладкую поверхность и глянец. Такаябумага называется каландрированной и высококаландрированной. Для приданиябумаге глянца бумажное полотно пропускают через лощильный каландр, валыкоторого совершают возвратно-вращательное движение, не оказывая большогодавления на бумагу.
Основнойкомпозиционный состав почти не изменился — это волокна растительногопроисхождения из древесины хвойных и лиственных пород, стеблей однолетнихрастений, листьев и т.п. В зависимости от метода производства, выходагемицеллюлоз (веществ, сходных с целлюлозой, но с меньшей молекулярной массой)и лигнина (инкрустирующего вещества) получают различные полуфабрикаты:древесную массу, полухимическую массу (полуцеллюлозу), небеленую, беленую иоблагороженную целлюлозу.
Дляснижения гидрофильности и гигроскопичности (впитывания при смачивании ипоглощения воды из воздуха) бумагу проклеивают гидрофобными (сводоотталкивающими свойствами) смолами и парафинами. Для повышения прочности, гладкости(уменьшения ворсистости), стойкости к выщипыванию (липкой краской припечатании) и истиранию наиболее эффективна поверхностная проклейка в клеильныхпрессах крахмальным, карбоксиметилцеллюлозным и другими клеями. Проклейканеобходима для офсетной, картографической, фототипной, форзацной, обложечной, чертежной,писчей и прочих бумаг, которые увлажняются в процессах полиграфическогопроизводства (при печатании, склеивании) или при пользовании. В зависимости отстепени проклейки различают бумагу слабоклееную, клееную и высококлееную. Вбумажную массу вводят наполнители — белые порошкообразные, нерастворимые в водеминеральные 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.
Повышенноесодержание наполнителей (зольность) необходимо бумаге для высокой печати, таккак повышенная пластичность позволяет снизить давление для хорошей пропечаткиоттиска, и бумаге для глубокой печати — в целях лучшего впитывания и снижениярастекаемости жидкой краски на оттисках. Белая пигментно-клеевая композициянаносится на поверхность мелованной бумаги для получения высокой гладкости иглянца, что необходимо в производстве рекламных и высококачественныхиллюстрированных многокрасочных изданий. По содержанию наполнителей различаютмало-, среднезольную, повышенной зольности и высокозольную бумагу. Бумагумашинной гладкости, имеющую матовую поверхность, применяют преимущественно дляпечатания текстовых или содержащих штриховые иллюстрации изданий, акаландрированную и высококаландрированную — для изданий, содержащих тоновые(растровые) иллюстрации. Важнейшие показатели — масса бумаги площадью 1 м2, толщина, плотность, прочность, гладкость, пористость, белизна, непрозрачность, оттенок, стоимостьи др.
Список литературы
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта www.idlazur.ru/