История появления и развития бумаги

В европейских языках понятие «бумага» связано с корнем слова папирус — растения, из которого в прошлом изготавливался бумагоподобный материал, используемый древними египтянами, греками, римлянами. Например, бумага по-английски — the paper, по-немецки — das papier, по-французски — le papier.

Датой рождения бумаги считается 105 г н.э., когда советник китайского императора Цай Лунь обобщил и усовершенствовал уже имеющиеся способы изготовления бумагоподобных материалов. Ранее в Китае в качестве материалов для письма в основном использовали бамбук, пеньку, шелк.

Цай Луню после многих опытов удалось впервые открыть основной технологический принцип создания бумаги: формирование листового материала осаждением и переплетением на сетке измельченных тонких волокон, разбавленных ранее водой. Он также усовершенствовал процесс изготовления бумаги, когда заменил плоские камни ступкой с пестом, а также применил для отлива листа сетчатую форму. Получать бумагу стало возможным из различных видов волокнистого сырья. Эти новшества положили начало производству бумаги – более доступной и дешевой в сравнении с предыдущими материалами для письма.

Позднее процесс изготовления бумаги усовершенствовали: для повышения прочности начали добавлять клей, крахмал и естественные красители.

В III веке н.э. бумага из растительных волокон уже не являлась в Китае редким материалом и почти полностью вытеснила из употребления деревянные дощечки, которые ранее применялись для письма. Бумагу производили необходимого размера, цвета, а также пропитывали специальными веществами для увеличения срока хранения.

В бумажную массу стали добавлять побеги бамбука, либо тростник. В IV веке уже существовало несколько сортов бумаги. Технология производства усложнилась. Сначала сырье долго промывали и вымачивали. Затем варили с добавлением извести и золы. После этого сырье  тщательно измельчали деревянными билами в больших ручных ступах. Получившаяся кашицеобразная бумажная масса разводилась водой, размешивалась и выливалась на сетку из проволоки или бамбуковых волокон. Для получения гладкой бумаги на сетке равномерно распределяли бумажную массу. Готовые листы перед просушиванием отжимали между кусками сукна.

В течение столетий только китайцы владели секретами производства бумаги, потому и хранили данную технологию в тайне. Бумагу продавали за большие деньги, обменивали на дорогие ткани и металл. В Китае в IX веке появились первые бумажные деньги фэй-тянь, которые прозвали «летающими монетами». Также китайцами была изобретена и туалетная бумага. Научились изготавливать бумагу также из специально обработанных ветхих тряпок. На рубеже X-XI веков китайцы из уплотненной бумаги начали изготавливать игральные карты. Со временем китайская бумага проникла и в другие страны.

В 610 году странствующий буддийский монах Дан-хо приехал в Японию и передал секрет производства бумаги и туши. Японским мастерам со временем удалось создать бумагу более высокого качества. Японскую бумагу называли ВАСИ: ВА – иное чтение иероглифа Ямато, обозначающего Японию, а СИ – это бумага. Китайская бумага в Японии получила название КАРА-ГАМИ. Мастера в Японии не отцеживали волокнистую пульпу через неподвижное сито, как делалось китайцами, а непрерывно покачивали его, заставляя бумажную массу оседать равномернее. Вторым нововведением стало применение сока водного растения ТОРО-АОИ в качестве отличного средства для проклеивания бумажного листа. В VIII веке растущие потребности императорского двора, монастырей и храмов привели к буму производства бумаги и появлению множества больших и малых мастерских, которые выпускали 180 видов бумаги. В Японии возникло Оригами - искусство складывания из бумаги прекрасных фигурок. В VII веке секрет производства бумаги стал известен и в Корее.

В Индии нашли способ создания бумаги из тряпок, парусины, сетей и канатов. Данное сырье смачивали водой, а потом растирали между мельничными жерновами.

В 751 году арабы одержали победу над китайцами в Таласской битве, а также захватили в плен несколько китайских бумажных мастеров, от которых переняли технологию производства бумаги. Благодаря этому Самарканд стал крупным центром бумажного производства. Около 800 года арабский халиф Гарун аль-Рашид с помощью китайских мастеров организовал производство бумаги в Багдаде. Позднее в Дамаске и Каире также появились мастерские по изготовлению бумаги. К XI веку Арабский мир и Индия активно использовали в различных сферах бумагу, которая постепенно вытеснила папирус и пергамент. Из-за недостатка лубяного сырья арабы использовали при производстве бумаги хлопок. В IX веке собственную бумагу создали майя в Америке.

В IX-XI веках бумага начинает проникать в Европу через Испанию, Византию и Италию. Первоначально ее покупали у арабов. В X веке в Испании появляются первые бумажные мельницы, которые через столетие выпускают бумагу довольно высокого качества. В XII веке собственные бумажные мастера появляются в Италии и Франции. В XIII-XV веках производство бумаги освоили в других странах Европы: Венгрии, Германии, Англии, Польше и пр. Более грубая европейская бумага оказалась белее восточной, а также склеивалась животным клеем. В Европе в качестве сырья для изготовления бумаги использовали дерево, кору, солому, размолотые тряпки и т. п. Применение толчеи улучшило качество бумажной массы. Для разравнивания бумажной массы начали также использовать клиновые прессы. Итальянцы изобрели водяные знаки. В XIV веке улучшился контроль над качеством бумажной массы, процессами лощения и проклейки. Началось производство игральных карт, появились рекламные плакаты.

В различных странах для производства бумаги часто использовались мельницы. Водяное колесо приводило в движение вал, механическая энергия которого расходовалась на измельчение сырья для бумажной массы. К металлическому сетчатому черпаку прикреплялся проволокой какой-нибудь знак, который затем проявлялся на бумажной массе после высыхания.

Изобретение в XV веке книгопечатания способствовало значительному росту производства бумаги.

До XVI века в Московскую Русь бумаги завозили в основном из европейских стран. При царе Иване Грозном в середине XVI века наладили собственное производство.

В Голландии в 1670 году был изобретен ролл (голлендер), предназначенный для размола бумажной массы. Данный аппарат оказался в три раза более производительным, чем ранее применявшаяся толчея, а также повысил качество бумаги.

В 1770 году английский фабрикант Дж. Ватман предложил новую бумажную форму, обеспечивающую листы бумаги без следов сетки.

Сохранявшийся до конца XVIII века ручной отлив (вычерпывание) бумаги в значительной мере тормозил производственный рост. Только в 1799 году француз Н. Л. Робер изобрел бумагоделательную машину с механизированным отливом бумаги с помощью непрерывно движущейся сетки. Производительность новой машины достигала 100 килограммов в сутки.

С начала XIX века начинается машинный этап развития производства бумаги. В 1804 г.  первую бумагоделательную машину, которую усовершенствовали братьями Фурдринье и Донкиным, установили в Англии. 

Первые бумагоделательные машины производили только формование бумажного полотна, а также его прессование, но сушилась бумага все еще на воздухе. В 1823 г. к бумагоделательной машине присоединили сушильную часть. В ее сушильных цилиндрах с целью обогрева их поверхности установили жаровни с углем. Позднее удалось осуществить обогрев цилиндров паром. В 1825 г. под сеткой были установлены отсасывающие ящики, разрежение в которых осуществлялось при  помощи вакуум-насоса. В последующие десятилетия многие детали конструкции бумагоделательных машин были в значительной степени усовершенствованы. Благодаря этому уже к середине XIX века бумагоделательные машины превратились сложные агрегаты, которые работали непрерывно и автоматически. От выпуска листовой бумаги теперь можно было перейти к ее производству в рулонах.

В 1846 г. саксонский инженер Фельтер изобрел дефибрер - аппарат для получения механической древесной массы. В 1850-х гг. англичанами и французами были открыты натронный и сульфитный методы варки целлюлозы. С середины XIX века в качестве сырья для производства бумаги в основном используется механическая древесная масса, а также химическая древесная целлюлоза хвойных пород.

В XX веке производство бумаги стало крупной высокомеханизированной отраслью промышленности с непрерывной поточной схемой в технологии производства, мощными теплоэлектрическими станциями и сложными химическими цехами по выпуску полуфабрикатов из волокон.

Бумагоделательные машины, созданные с учетом последних достижений научно-технического прогресса, представляют собой образцы высокопроизводительных аппаратов. На большинстве новых машин осуществляется двухсеточное формование, установлены автоматические системы управления технологическим процессом, которые обеспечивают эффективную работу машины на высоких скоростях.

В последние десятилетия в бумажной промышленности ведущую роль все больше занимают огромные корпорации и трансконтинентальные промышленные группы. Разрабатываются новые специализированные сорта бумаги. Проводятся исследования направленные на создание новых технологий, позволяющих уменьшить объемы промышленных выбросов.