Реферат на тему «Производство бумаги: история и современные технологии»

Введение

Лист бумаги кажется настолько обычной вещью, что о его происхождении редко задумываешься. Между тем за ним почти две тысячи лет изобретений: от китайского мастера, который растирал в каменной ступе старые рыболовные сети, до бумагоделательной машины длиной с футбольное поле, выпускающей полотно со скоростью больше ста километров в час. История бумаги тесно связана с историей письменности, книгопечатания и образования, и без неё трудно понять, как знания стали доступны миллионам людей.

У темы есть и вполне современная сторона. Цифровые устройства не вытеснили бумагу, как предсказывали в конце XX века: офисной бумаги действительно стало меньше, зато резко выросло производство упаковочного картона, которым заполнены склады маркетплейсов. Одновременно целлюлозно-бумажные комбинаты остаются одними из самых водоёмких и энергоёмких предприятий, поэтому вопросы переработки макулатуры и чистоты стоков обсуждаются в отрасли постоянно.

Цель реферата — проследить, как менялись способы производства бумаги от древности до наших дней, и описать основные современные технологии. В первой главе рассказывается о материалах для письма, которые предшествовали бумаге, об изобретении бумаги в Китае и её пути в Европу и Россию, а также о промышленной революции в бумажном деле. Во второй главе речь идёт о том, как бумагу делают сейчас: получению целлюлозы и древесной массы, работе бумагоделательной машины, использованию макулатуры и экологическим задачам отрасли. При подготовке реферата использовались учебные пособия по технологии целлюлозно-бумажного производства, научно-популярные книги по истории бумаги и статистика ФАО.

Глава 1. История производства бумаги

1.1 До бумаги: папирус, пергамент и другие материалы

Люди писали задолго до того, как появилась бумага, и выбирали для этого то, что было под рукой. В Месопотамии клинописные знаки выдавливали палочкой на сырой глине, а затем табличку сушили или обжигали, и благодаря этому до нас дошли целые архивы хозяйственных записей. В Древнем Египте материалом служил папирус, который делали из стеблей одноимённого растения, растущего в дельте Нила: сердцевину резали на полосы, укладывали в два слоя крест-накрест, прессовали и высушивали. Папирусный свиток был лёгким и удобным, но ломким, плохо переносил влажный климат и годился только для письма с одной стороны.

Во II веке до нашей эры в малоазийском городе Пергам распространился другой материал, получивший название от этого города. Пергамент выделывали из шкур телят, коз и овец, тщательно очищая и выскабливая их, и он оказался гораздо прочнее папируса. На нём можно было писать с обеих сторон, листы удобно сшивать в книги, а при необходимости старый текст соскабливали и писали поверх него новый. Недостаток у пергамента был один, зато серьёзный: на рукописную книгу уходили шкуры целого стада, поэтому книги стоили очень дорого.

На Руси для повседневных записей долго использовали бересту. Новгородские берестяные грамоты, первая из которых была найдена экспедицией А. В. Арциховского в 1951 году, показывают, что писать умели не только монахи и князья, но и купцы, ремесленники, даже дети. Буквы на бересте процарапывали заострённой костяной или металлической палочкой — писалом, и сохранились эти записи благодаря влажной почве Новгорода, где не было доступа кислорода.

1.2 Изобретение бумаги и её путь на Запад

Традиция связывает изобретение бумаги с именем Цай Луня, чиновника при дворе императора династии Восточная Хань, который в 105 году доложил императору о новом материале. Он измельчал кору шелковицы, коноплю, старые тряпки и рыболовные сети, вымачивал эту массу в воде, а затем вычерпывал волокна сеткой, давал воде стечь и сушил получившийся тонкий слой. Археологи, правда, находят в Китае обрывки бумаги и более раннего времени, так что Цай Лунь, скорее всего, не изобрёл бумагу с нуля, а усовершенствовал и распространил технологию. Но принцип, найденный тогда, используется до сих пор: бумага представляет собой войлок из растительных волокон, сцепившихся между собой при высыхании.

Несколько веков китайцы держали способ изготовления в секрете, и бумага медленно распространялась по Восточной Азии, в Корею и Японию. На запад она попала, по известному преданию, после битвы при Таласе в 751 году, когда арабы взяли в плен китайских мастеров, и вскоре в Самарканде заработали бумажные мастерские. Дальше путь лежал через Багдад, Дамаск и Каир в Северную Африку и мусульманскую Испанию. Основные вехи этого пути собраны в таблице 1.

Таблица 1 — Основные этапы истории бумаги

Европейские мастера быстро внесли в технологию собственные улучшения. В итальянском Фабриано в XIII веке начали проклеивать листы животным клеем, чтобы чернила не расплывались, и придумали водяные знаки, которые формировались проволочным рисунком на дне отливной формы. Измельчали сырьё теперь не руками, а молотами, приводимыми в движение водяным колесом, поэтому бумажное производство так и называли — мельницей. Сырьём служило льняное и хлопковое тряпьё, и его нехватка на несколько веков стала главным ограничением отрасли.

В Россию бумагу долго привозили из-за границы. Первая отечественная бумажная мельница появилась в XVI веке на реке Уче под Москвой, однако работала недолго, и по-настоящему бумажное дело развернулось при Петре I, когда для нужд армии, флота и государственных учреждений бумаги потребовалось несравнимо больше. Пётр не только строил мельницы, но и требовал собирать по всей стране тряпьё, а в 1720-е годы бумажные фабрики уже работали в Москве, Петербурге и их окрестностях.

1.3 Промышленная революция в бумажном деле

До конца XVIII века каждый лист отливали вручную: черпальщик опускал форму в чан с бумажной массой, встряхивал её, и опытная бригада за день делала несколько тысяч листов. В 1799 году француз Николя Луи Робер получил патент на машину, в которой масса непрерывно текла на движущуюся бесконечную сетку и превращалась в длинное полотно. Идею доработали в Англии на средства братьев Фурдринье, и машины этого типа до сих пор называют фурдриньерами, хотя нынешние агрегаты отличаются от первых, как самолёт от воздушного змея.

Машины ускорили производство, но обострили проблему сырья: тряпья на всех не хватало. Выход нашли в древесине. В 1840-е годы саксонский ткач Фридрих Готлоб Келлер научился истирать древесину о вращающийся камень и получать древесную массу, а во второй половине века химики разработали способы варки щепы, которые освобождали целлюлозные волокна от лигнина. Сначала появился сульфитный способ, затем сульфатный, предложенный К. Ф. Далем, который даёт особенно прочную целлюлозу, из неё делают крафт-бумагу.

Результат этих изобретений хорошо виден на рисунке 1. Бумага, которая когда-то была предметом роскоши, превратилась в один из самых массовых материалов, и мировое производство бумаги и картона за шесть десятилетий выросло примерно в пять раз.

Рост замедлился только в последние годы, и не потому, что бумага стала не нужна, а потому, что изменилась её структура. Газетной и писчей бумаги выпускают меньше, а упаковочных картонов, санитарно-гигиенических бумаг и специальных видов, наоборот, больше. Заметную долю сырья теперь даёт не лес, а макулатура: из старых коробок и газет получают волокно для нового картона, и в странах с налаженным раздельным сбором бумагу перерабатывают по нескольку раз. Как устроено современное производство, которое обеспечивает эти объёмы, рассматривается во второй главе реферата.