Хартията е тънък, плосък материал във формата на лист, използван за писане, рисуване, печатане, пакетиране, почистване и др. Произвежда се чрез пресоването на влажни растителни влакна, съдържащи целулоза. Когато влакната изсъхват те остават слепени обиковено без допълнително свързващо средство, основно благодарение на водородните връзки и донякъде на това, че те са преплетени. За добиването на целулозата най-често използваният материал е дървесна маса от подходящи дървесни видове – с мека дървесина като например смърч, ела, бор, но могат да се използват и други растителни влакна – от памук, лен, коноп и оризова слама. За производството на хартия се използват видовете дървесина от култивирани гори, които са по-точно отпадъчен дървен материал и трудно могат да бъдат употребени за друга цел. Така тази непотребна част от дървения материал се използва като суровина за хартиената промишленост. Втората важна суровина за производството на хартия е рециклиран или вторичен влакнест материал, получен от отпадъчна хартия и използван картон.
Хартията и процесът на производство от целулоза е открит в Китай в началото на II век по време на династията Хан Производството на хартия достига до пределите на средновековна Европа през Ал Андалус (днешна Испания и Португалия) през X век. Подобряването на качеството на хартията по-късно допринася за успеха на Йоханес Гутенберг в създаването на модерното книгопечатане.
История
Преди изобретението на хартията хората използват най-различни материали – кожи, папирус, бамбук.
Най-старите познати археологически фрагменти, които представляват непосредствен предшественик на съвременните хартия, са от II век пр.н.е. от Китай. Производството на хартия се смята за едно от четирите велики изобретения на Китай. През 105 г. възрастен евнух на име Цай Лун, който служи в двора на династията Хан, изобретява хартията като използва износена рибарска мрежа, кора от черница, влакна от лико и парцали. Тези суровини са евтини и се намират в изобилие. Той ги смесва с вода, прави каша, която после суши и пресова. Според легендата, той наблюдава как птиците правят гнезда и взима идеята оттам. Цай представя изобретението си в двора и то много се харесва. Производството се пази в дълбока тайна дълго време.
Евтините материали позволяват производството на голямо количество хартия. Широката ѝ употреба започва през III век, a през VI век китайците изобретяват тоалетната хартия. По време на династия Тан (618 – 907 г.) хартията се използва за създаване на торбички. По време на династия Сун (960 – 1279 г.) китайците започват да правят хартиени печатни пари. За производството на хартия са използвали лико от липа, дървесна кора, влакна от тропически растения, слама.Материалознание , Производство на хартия и картон (Посетен на 10.12.2011)
Технологията на производство на хартия напуска Китай и достига до Индия. Арабите се срещат с нея, когато завладяват Централна Азия през VIII век и виждат колко е практично да я използват за административни цели: хартията се изработва по-лесно от пергамента, не се напуква като папируса и попива мастилото, което прави записите по-трайни. Първите сведения за това са от Самарканд, по-късно в Багдад и Дамаск. Производството на хартия достига до пределите на средновековна Европа през Ал Андалус (днешна Испания и Португалия) през X век. Именно от тези страни европейците се научават да правят хартия от лен и са изградени първите фабрики за хартия, задвижвани с вода. Подобряването на качеството на хартията за кратко време по-късно допринася за успеха на Йоханес Гутенберг в създаването на модерното книгопечатане.Stromer 1993, S. 14 f. Първата машина за производство на непрекъсната хартия е изобретена и патентована от Никола Луи Робер през 1798 г. През XIX век промишленото производство значително намалява разноските като позволява по-висококачествено и евтино производство на хартия. Така обменът на информация, записана на хартия, допринася за значими културни промени. През 1844 г. независимо един от друг канадският изобретател Чарлз Фенърти и немският Ф.Г. Келер откриват възможност за производство на хартия от дървесни влакна.
Свойства
Общи свойства Хигроскопичност (реакция на влажността на въздуха) Адсорбция (поемане на влагата) Десорбция (отдаване на влагата) Нехомогенност (нееднакво разпределение на съставните части в хартията) Микрониво: ориентиране на влакната, количество пълнители Макронива: формиране Анизотропност (зависимост от посоката на съставните части) По посока на изтегляне: голяма здравина Напречно на посоката на изтегляне: висока способност за разтягане Двустранност Горна страна: гладка, плътна, с по-голямо съдържание на фини материали Долна страна: груба, порьозна, с по-голямо съдържание на груби материали
Хартията не се разтваря във вода, но при омокряне поема много влага и губи здравината си поради своята хигроскопичност. При изсъхване хартията губи формата си, променя се неравномерно в размерите си и на местата на омокряне се изкривява.
Хартията може да бъде с различна дебелина (маса на един квадратен метър). Материал с маса от 40 до 250 g/m2 се смята за хартия, а над тези стойности за картон.
Около 20% от добивите на дървен материал в света служат за производство на хартия, което е свързано с високо потребление на вода и химикали. Ето защо се обръща все повече внимание на възможностите за вторичната ѝ обработка. В наши дни рециклираната хартия е най-важната суровина за повечето опаковъчни и вестникарски видове, защото спомага за опазване на горите и природата като цяло.
Физични свойства Порестост: Порестостта показва колко въздух може да пропусне една хартия при определено налягане през определена повърхнина. Гладкост/Грапавост: има различни методи за измерване. Устойчивост на климатични условия Абсорбция на масло Топлопроводимост Съдържание на пепел
Стареене на хартията
Голяма част от произведените в миналото книги не са съхранени или са запазени в много лошо състояние. Причината е в различни външни влияния, както и насекоми като люспеницата, която като цяло няма вредно влияние в дома.
За да се запазят книгите са разработени различни технологии, които да намалят разрушаващото въздействие на времето върху тях. Днес хартията, която трябва да е устойчива на стареене трябва да изпълнява следните критерии: Хартията трябва да бъде направена от 100 % избелена целулоза. Трябва да има pH стойности от pH 7,5 до pH 9,9 Трябва да има съдържание на Калциев карбонат минимум 3 % като допълнителна защита. Трябва да има висока устойчивост към оксидиране Устойчивостта на скъсване надлъжно и напречно трябва да бъде 350 mN минимум при хартии с маса от 70 g/m².
В Съветския съюз и в Русия например съществуват няколко типа разделяне на хартията, предназначена за печатни произведения. По дълговечност, най-голям живот има хартия № 1 – с най-голямо съдържание на целулоза от 0,8 до 1, на нея са печатани например енциклопедии, събрани съчинения и други, хартия № 2 – по-малко дълговечна със съдържание на целулоза 0,5 – 0,6, на която са печатани основно учебници, и хартия № 3 – най-малко дълговечна със съдържание на 0,35 и по-малко. В зависимост от гладкостта на хартията, тя може да бъде матова (леко гладка), глазирана (малко по-гладка) и тебеширена (най-гладка).
Съгласно стандарт от Германия DIN 6738 от 1999.1., хартията се дели на четири класи на дълговечност. LDK 6 – 40 за минимум 50 години. LDK 6 – 70 за минимум 100 години LDK 12 – 80 за няколкостотин години LDK 24 – 85 с най-високи изисквания.
Производство
Независимо от вида на използваните за производството на хартията влакна, тя може да бъде произвеждана както ръчно така и машинно. За машинното производство през годините е създадена развита хартиена промишленост, произвеждаща хартия, картон и мукава.
Хартията се състои основно от целулоза, влакната на която е от няколко милиметра до няколко сантиметра. Първоначално целулозата се почиства като се освобождава от хемицелулоза, смоли и други части на растителен произход. Получената целулоза се разрежда с много вода и се отделят влакната едно от друго. Получената рядка каша е готов материал и при нейното разпределяне върху едно фино сито, съдържанието на вода е 99%, а при ръчна обработка е 97%. Голяма част от водата се окапва. Ситото трябва да се придвижва така, че влакната да лягат едно върху друго и едно до друго и образуват основата на хартиения лист. Когато хартията изсъхне, повърхността ѝ се затваря с помощта на нишесте, модифицирана целулоза или поливинилов алкохол. Този процес се нарича импрегнация. Това импрегниране става и вътре в материала чрез добавки.
Когато върху ситото се постави една форма или нишка, на това място се отлагат по-малко влакна и в готовата хартия могат да се видят водни знаци като минимум при преглед срещу светлина.
Суровини Необходимите за производство изходни суровини могат да се разделят на четири групи: Влакнест материал (влакна) като дървесна маса, целулоза, стара хартия, други влакна. Импрегниращи вещества като лепила от животински произход (туткали), смоли, парафини и вакси. Пълнители: около 30% от състава като каолин, талк, бариев сулфат, тебешир, титаново бяло. Чрез запълването на обемите между влакната тези пълнители правят хартията по-мека и по-гладка и предават гладкост на повърхността на хартията. Помощни вещества като оцветители, диспергиращи средства, обезпеняващи средства, коагулатори и свързващи средства.
Подготовка на полумасата Механична подготовка Бяла дървесна маса: Бялата дървесна маса се получава от стрити дървесни стебла. За целта обелени стебла се раздробяват с много вода. Кафява дървесна маса се получава при варенето на стеблата в големи казани и след това се раздробяват. Термомеханична дървесна маса се получава от отпадъците в дърводобивната промишленост. Обработват се при 130 °С. При това лигниновите свръзки между влакната се разхлабват. Накрая дървените парчета се смилат при добавка на вода.
Химична подготовка Дървесните частици се обработват химически при процеса на варене. Влакната се освобождават при 12 до 15-часово варене от нежеланите съставки на дървесината. Химически дървесината се състои от: 40% до 50% от целулоза 10% до 15 % от хемицелулоза 20% до 30% от лигнин 6% до 12% от други органични вещества 0,3% до 0,8% неорганични вещества
Обезцветяване на стара хартия При премахването на старото мастило от хартията втора употреба се използват химикали (сапуни и натриев силикат) за разтварянето му от влакната на старата хартия. Чрез продухването с въздух на повърхността на кашата се образува пяна, в която се събират остатъците от боята и могат да се отстранят. този метод се нарича флотация.
Подготовка на готовата хартиена маса Полумасата се преработва в готова хартиена маса чрез смилане на влакната и смесване. Влакната на материалите на полумасата се разделят по-нататък в рафиниращи пречистващи машини. Полуготовият продукт преминава в рафиниращата машина между валяк с ножове и странично закрепени основни ножове. При това влакната или се нарязват или премачкват. Това зависи от разположението на ножовете. В зависимост от тази обработка получената хартия е мека, обемна и с по-голяма хигроскопичност като попивателната хартия или здрава твърда хартия като например прозрачна хартия за чертане. Освен това влакната могат да се запазят по-дълги или да се скъсят, като при това дългите влакна по-лесно се сплъстяват.
Машина за производство на хартия
Готовата хартиена маса с концентрация 2,5 – 3,5 % се подава с помощта на помпа от подготовката към смесителния съд и от там влиза в машината за производство на хартия. Предварително масата се разрежда с оборотна вода (до концентрации 0,1 – 0,7 %) и се прекарва след това през очиствателни съоръжения.