Włókna papieru

XVII-wieczny kalander papierniczy, przeznaczony do gładzenia wysuszonego już papieru czerpanego – Muzeum Papiernictwa w Dusznikach-Zdroju

Papier (z gr. πάπυρος (pápyros), łac. carta papirea) – spilśniona na sicie masa włóknista pochodzenia organicznego o gramaturze od 28 do 200 g/m². Wytwarzany poprzez ułożenie na sicie (w procesie flokulacji) włókien. Papier jest wytwarzany w formie arkuszy lub wstęgi nawijanej w zwoje. Po uformowaniu masy na sicie jest odwadniany, prasowany, suszony i gładzony w podzielonych etapach ciągłego procesu wytwarzania.

Używane są zwykle włókna organiczne: z celulozy, włókno ścieru drzewnego – otrzymywane poprzez starcie i zmielenie bali sosnowych (tzw. papierówki) w procesie rozwłókniania mechanicznego. Czasem stosowany jest proces rozwłókniania chemicznego i mają zastosowanie inne włókna roślinne (słoma, trzcina, bawełna, len, konopie, bambus). Zastosowanie ma też makulatura uprzednio poddana procesowi dyspersji.

Oprócz włókien organicznych w skład papieru wchodzą substancje niewłókniste – wypełniacze organiczne: np. skrobia ziemniaczana i wypełniacze nieorganiczne – mineralne: kaolin, talk, gips, kreda oraz niekiedy substancje chemiczne typu hydrosulfit oraz barwniki. Wypełniacze poprawiają właściwości papieru (gładkość, samozerwalność, nieprzezroczystość, białość, odcień).

Rodzaj włókien, wypełniaczy oraz proporcje ich użycia określa receptura papieru, zależna od rodzaju i przeznaczenia papieru.

Historia papieru na świecie

Wytwarzanie papieru czerpanego obrazowane przez stare chińskie ryciny

Papier (według chińskich kronik) został wynaleziony w Chinach przez kancelistę na dworze cesarza He Di z dynastii Han, eunucha Cai Lun, około 105 r. n.e. Kancelista eksperymentował z korą drzew, jedwabiem, a nawet sieciami rybackimi, aż trafił na właściwą metodę (papier czerpany) z użyciem szmat jedwabnych i lnianych. Cesarz He Di w uznaniu doniosłości wynalazku podniósł go do godności ministra rolnictwa.

Wyniki badań archeologicznych pokazują jednak, że papier był już znany wcześniej, co najmniej w 8 roku p.n.e. Z tego roku pochodzi skrawek papieru z 20 chińskimi znakami odnaleziony w Nefrytowej Bramie, granicznej strażnicy jedwabnego szlaku. Być może papier jest jeszcze starszy, jego niezapisane skrawki były znajdowane w stanowiskach pochodzących prawdopodobnie z II wieku p.n.e., jednak to datowanie jest niepewne. Prawdopodobnie zatem Cai Lun wynalazł tylko metodę masowej produkcji papieru.

Po bitwie nad rzeką Tałas w 751 r. Arabowie wzięli do niewoli chińskich papierników, dzięki którym papier upowszechnił się na ziemiach arabskich. Arabowie do produkcji papieru używali skrobi, która dobrze spełniała swoje zadanie w gorącym i suchym klimacie, ale nie nadawała się do bardziej umiarkowanych regionów. Wytwarzanie trwało dość długo, gdyż włókna były oddzielane ręcznie. Początkowo w Europie używano papieru wyprodukowanego przez Arabów, którzy mieli papiernie m.in. w Hiszpanii i na Sycylii. Za najstarsze papierowe rękopisy, powstałe na kontynencie europejskim, uchodzą Breviarium i Missale mozarabicum, przepisane przed 1036 rokiem, w klasztorze Santo Domingo de Silos w pobliżu Burgos. W kręgu kultury łacińskiej pierwsze papiernie zostały założone w XII i XIII wieku: w Hiszpanii (przed 1150 r.), a następnie we Włoszech (przed 1230 r.). Od XIII wieku produkcja papieru zaczęła rozpowszechniać się w innych krajach europejskich.

Najstarszą i najbardziej znaną jest, założona w 1268 roku, papiernia w Fabriano. W procesie produkcji papieru wprowadzono tam trzy innowacje: - włókna tkanin były rozdzielane za pomocą specjalnej maszyny (pila a magli multipli), co przyczyniło się do zwiększenia produkcji i poprawy jakości gotowego wyrobu, - użyto żelatyny zwierzęcej jako środka spajającego włókna, - wprowadzono znak wodny, który umożliwiał identyfikację papierni i stanowił gwarancję jakości. Wprowadzone innowacje oraz migracje papierników przyczyniły się do rozpowszechnienia zarówno samego papieru z Fabriano, jak i sposobu jego produkcji w Europie zaalpejskiej.

Proces produkcji papieru uległ przyspieszeniu po wprowadzeniu około 1670 roku nowej maszyny tzw. "Holendra" (Hollander). Maszyna umożliwiała mielenie surowca do postaci pulpy za pomocą noży umieszczonych w kadzi (nożowisko denne i walec mielący).

Od początku XIX w. poszukiwano alternatywnych surowców do produkcji papieru. Po wielu eksperymentach najbardziej odpowiednim i prostym w produkcji okazał się ścier drzewny i celuloza. Zastosowane po raz pierwszy przez Friedricha Gottloba Kellera w 1845 r. W 1867 r. Heinrich Voelter i Johann Matthäus Voith przedstawili na wystawie w Paryżu urządzenie do produkcji papieru maszynowego z celulozy. Od tego czasu produkcja papieru stała się masowa.

Początki rozwoju papiernictwa w Polsce a rozwój drukarstwa

Papier wytwarzany w Polsce stawał się nośnikiem informacji w języku polskim – Strona tytułowa dzieła Mikołaja Reja z 1567 roku

Wytwarzanie papieru

Stare urządzenia i narzędzia do produkcji papieru czerpanego

Współczesna produkcja papieru (bezdrzewnego)

1. Surowiec włóknisty (masa pierwotna lub wtórna - makulaturowa) jest rozczyniany w urządzeniach zwanych hydropulperami.
2. W zależności od potrzeb, masa włóknista jest poddawana operacjom oczyszczania i sortowania w celu oddzielenia zanieczyszczeń ciężkich (np. piasek) i lekkich (drzazgi, pęczki, folie, styropian itp).
3. Celulozowa zawiesina włóknista jest przepompowywana przez młyny, gdzie jest poddawana procesowi mielenia po którym uzyskuje tzw. zdolność papierotwórczą.
4. W zależności od wytwarzanego asortymentu, do masy włóknistej dodaje się dodatki masowe: wypełniacze, kleje i inne środki wspomagające.
5. Tak przygotowana masa papiernicza kierowana jest do maszyny papierniczej, w której poprzez wlew podawana jest na sito formera, gdzie następuje uformowanie wstęgi poprzez usunięcie wody przez listwy i skrzynki odwadniające oraz skrzynki ssące od spodniej strony sita. Po sekcji formującej, wstęga papieru posiada wilgotność rzędu 77-85%.
6. Mokra wstęga papieru jest przenoszona na szerokich filcach przez prasy (grupy podwójnych stykających się wałów granitowych lub innych) gdzie pod ich naciskiem następuje dalsze usuwanie wody do wilgotności ok. 50-65%.
7. W zależności od rodzaju wytwarzanego papieru, może odbywać się proces powierzchniowego zaklejania, lub powlekania papieru.
8. Ostatnim etapem wytwarzania papieru w maszynie papierniczej jest suszenie. Wstęga papieru przechodzi przez grupy ogrzewanych parą gorących cylindrów, gdzie papier uzyskuje docelową wilgotność na poziomie 7,5–8%.
9. Papier jest nawijany na duże role (tambory), z których każdy może ważyć pojedynczo nawet kilkadziesiąt ton (co jest zależne od szerokości MP).
10. Na przewijarko-krajarkach, za pomocą obracających się noży pierścieniowych i tarczowych następuje cięcie wstęgi papieru na mniejsze role (podczas przewijania wstęgi z tambora).
11. Gotowe role papieru są ważone, pakowane i etykietowane.

Opis współczesnej linii produkcyjnej papieru

Kalander Voith'a z 1957 roku, przeznaczony do gładzenia już wysuszonej wstęgi papieru (o szerokości 5,5 metra), przed jej nawinięciem. W papierni "Skolwin" działał do 2005 roku i składał się z ośmiu pionowo ustawionych wałów z których dolny największy ważył 22 tony.

Maszyny papiernicze MP mogą się znacznie różnić rozmiarami i prędkościami z jakimi wytwarzają papier, co jest zależne od rodzaju wytwarzanego papieru. Dla przykładu – specjalny papier do filtrów (różnego przeznaczenia) może być wytwarzany na maszynie o szerokości 1 m z prędkością mniejszą jak 5 km/h, podczas gdy papier gazetowy może wytwarzać maszyna o szerokości 10 m, z prędkością 100 km/h.