Цюльпих (Германия),памятник бумажникам
Памятник мастерам-бумажникам в немецком городе Цуплихе
После изобретения бумаги, а затем и искусства печати в древнем Китае быстро увеличивалось количество книг. К концу XV века общее число книг в Китае составило 50 000 наименований в 700 000 томах1. Это превысило общее число книг, существовавшее в то время, во всех других странах мира.Остальной мир подотстал. В Европу производство бумаги пришло практически через 15 веков после её появления в китайском культурном пространстве. Скорость движения, таким образом, составила около 100 километров за 100 лет.
Общую историю бумажного производства можно разделить на несколько эпох и увидеть их особенности по нескольким признакам:
Профессор Ханс Хеншел [1] выделил в истории бумажного производства пять эпох. Будем основываться на этой периодизации, дополнив её новыми фактами.
Первая эпоха — возникновение изготовления бумаги в китайском культурном пространстве, Хеншел её назвал восточноазиатской эпохой рождения производства бумаги. Продолжалась она до VIII века.
Время первых опытов производства бумаги размыто в пространстве от Монголии до Тибета и Тайланда. При этом, организующее влияние китайской культуры на народы этого региона бесспорно. Часто начало производства бумаги связывает с именем Цай Луня и относит его к 105 году. Мы, зная о более поздних находках, должны отнести истоки производства бумаги на более ранний период во II век до нашей эры. А может быть, это произошло и раньше, точных данных нет, а косвенные вполне допускают начало изготовления бумаги на 600 лет до Цай Луня.
В первую эпоху, с одной стороны, существовала строгая азиатская секретность о способе производства, с другой, известно об экспорте бумаги из Китая во многие сопредельные страны. Умение изготавливать бумагу распространялось прежде всего на восток, в Корею (II-III век нашей эры) и Японию (начало производства зафиксировано документально- 610 год).
Производство бумаги, как процесса получения бумажного листа из измельчённых природных материалов при содействии воды и механического воздействия, активирующего измельчённую волокнистую субстанцию, начавшееся в первую эпоху, представляется выдающимся открытием.
В эту эпоху первоначально бумагу производили с помощью, так называемого, “плавающего сита”. По этому способу фиксированное количество волокнистой массы наливалось в форму, частично погружённую в воду. Форма представляла собой деревянную раму с натянутой на неё грубой тканью. После того, как вода стекала, производилась сушка ткани с бумагой на ней, после чего лист снимался с ткани.
Позже появился способ с использованием “черпающего сита”. В нём используется гибкая съёмная сетка, которая погружается черпальщиком в ванну (чан), заполненный волокнистой массой, сетка зачерпывает волокно и, после свободного стекания воды, мокрый лист снимается с сетки и переносится на другую поверхность для прессования и сушки. Этот способ производства впоследствии распространился более широко, хотя в азиатских странах до сих пор остались мастерские с ручным отливом “плавающим ситом”.
Для измельчения сырья использовалась вначале ручная ступа, а позднее толчея с ножным приводом.
Это эпоха ручного отлива. Ремеслом изготовления бумаги занимались семьями, используя свои дома и дворы.
Как уже отмечалось в нашем предудущем посте, сырьём для бумаги в разных регионах Китая, в Корее, Японии служили разные растительные материалы. Это были кора и луб тутового дерева (шелковицы), коконы тутового шелкопряда (их следует отнести к животному происхождению) , молодые побеги бамбука, конопля, старые рыболовные сети, обрезки шёлка. В Китае ещё в древности исписанную бумагу использовали повторно, как мы теперь используем макулатуру. Сбор использованной бумаги считался, как сейчас бы сказали, богоугодным делом.
Корейцы и японцы познакомились с бумагой из Китая в качестве носителя буддистских текстов. Японцы производили бумагу первоначально из конопли, позднее стали использовать луб кустарников:кодзо и гампи, матсумата и других растений.
Важно отметьть, что и в эпоху зарождения производства бумаги в Китае и, как увидим дальше, в средневековую эпоху производства бумаги в Европе, и в наше время, бумага встречается в своём развитии с ткачеством.
Определённо установлено, что утилизация тряпья и отходов шёлка в древнем Китае началась примерно на 600 лет раньше, чем началось производство бумаги по Цай Луню [2]. Это ещё одно свидетельство того, что бумагу изготавливали до него.
Вторая эпоха – арабо – мавританская (VIII-XI века) наступила благодаря расцвету культуры этих народов, которые занимали территорию от южной Испании до западной границы Китая, включая север Африки. бумага стала широко распространяться на арабском востоке: в Йемене, Египте, Сирии, Палестине, а затем, так как арабы владели Ираком, Алжиром, Тунисом, Марокко бумага пришла и туда. Использовали сначала экспортируемую из Китая бумагу. С помощью пленных китайских мастеров уже в VIII веке в Самарканде стали производить свою бумагу. Считается, что это произошло при следующих обстоятельствах. В середине восьмого века на одной из рек в Туркестане, почти у самых границ Китая, произошло жестокое сражение между китайскими и арабскими войсками. Китайцы потерпели поражение, многое из них попали в плен. Среди военнопленных оказались знатоки бумажного дела. В обмен на освобождение они научили арабов выделке бумаги. Возможно передача технологии произошла как — то по — другому, ведь китайцы, как и их бумага, передвигались по многим сопредельным странам.
В отсутствии привычного волокна луба шелковицы арабские бумажники начали использоваться волокна старых льняных, пеньковых и хлопковых тряпок.
Изобилие бумаги позволило арабским халифам создавать огромные библиотеки, насчитывающие сотни тысяч рукописей. Арабская бумага была высококачественной, в её технологию был внесён ряд изменений. Производилась бумага из тряпья, которое было в основном из льна и конопли и пеньковых канатов. Была улучшена проклейка бумаги, усовершенствована технология крашения.
В искусстве калиграфии и создания узоров арабы остались не превзойдёнными.
Считается, что арабы стали первыми использовать энергию животных и водяного колеса для производства бумаги. Для измельчения сырья использовали мельничные жернова.
Использовалась отделка поверхности с использованием мела, гипса, талька и крашение.
Уже в IX веке здесь производились различные сорта бумаги белой и цветной, грубой и тонкого качества, и для письма и шёлковой бумаги для голубиной почты.
В 1100 году в городе Фесе (современный Тунис) уже было около 400 бумажных мельниц.
В 1035 году, посещая базар в Каире, персидский путешественник с удивлением писал, что повсюду товары заворачиваются в бумагу.
Арабская бумага появилась в конце-концов в Европе.
Третья эпоха — (с XII века): средневековая – интенсивное развитие производства бумаги в Европе.
Медленное распространение бумаги – примерно 100 км за 100 лет, только частично можно объяснить засекреченностью технологии в Китае. Сказалась предубеждённость, недоверие к новому материалу. Не сразу поняли, что такой, с виду хрупкий, лёгкий, не солидный материал может заменить пергамент. В Европе, например, после начала производства бумаги ещё несколько веков параллельно использовался пергамент. Ещё в VII веке появляются законы, обязывающие при написании государственных документов использовать пергамент. Долгое время запрещалось использовать бумагу в судопроизводстве. Это способствовало уходу от папируса, но поддерживало предубеждение к бумаге. При этом папская канцелярия долго не признавала пергамент и пользовалась папирусом.
Потребности в дешёвом материале для письма или бытовых нужд в Европе сформировалась позднее. Библиотек в 20–30 тысяч рукописей, как в Египте, в Европе не было. Здесь редкостью были собрания в 500 – 1000 пергаментных свитков. Книга была огромной ценностью. Известны случаи, когда книги для сохранности приковывались цепью к стене цепями. Часто владельцы единственной книги указывали в завещании, кому из наследников она должна быть передана.
И это не удивительно. Европейцы занимались бесконечными междоусобными разборками, сказывался гнёт инквизиции. Книги писали на пергаменте, да к тому же на латинском языке. Крестьяне, ремесленники, да и большинство представителей высших классов не утруждали себя грамотностью.
Так как юг Испании и Сицилия принадлежал арабскому миру, здесь развивалась мавританская культура и привезена была арабская технология производства бумаги. В XII веке на юго-востоке Каталонии, в области Валенсии и южных провинциях Барселоны возникли бумажные мельницы и мануфактуры. Бумага производилась из конопли и текстильной ветоши.
Для механической обработки волокон, первоначально использовалась толчея или молотковая мельница. Для привода мельницы использовалось водяное колесо и иногда сида лошади. Толчея позволяла получать лучшую разработку волокон по сравнению с использовавшейся арабами мельницей с каменными жерновами.
В XIII веке началось производство бумаги в Италии, хотя, по крайней мере, столетие до этого она привозилась в страну торговцами.
Такое положение, когда бумага уже многие годы в стране использовалась, но не производилась характерно для Европы. Между временем начала использования бумаги и временем начала изготовления в стране собственной бумаги проходило 100–300 лет.
В наше время больше половины стран не производят бумагу, покупая её у других 109-и государств - производителей бумаги и картона.
Влияние итальянцев на развитие производства бумаги оказалось очень продуктивным. Арабы использовали пшеничный (возможно и рисовый) крахмал для проклейки бумаги, итальянцы стали использовать животный клей, что позволило получать новое качество (износостойкость, барьерность по отношению к воде).
В Италии впервые стали использовать толчею с приводом от водяного колеса, для измельчения сырья. Здесь были сформулированы требования к бумаге, праобраз стандартов, по производимым форматам, использованию водяных знаков, качеству, количеству листов в стопах, штрафам.
Итальянцы первыми стали использовать водяной знак.В Болонье была найдена бумага с водяным знаком 1282 года изготовления [2]. По другим данным [3] первый описанный водяной знак получен в 1271 году на бумаге, изготовленной на бумажной фабрике Фабриано. Водяной знак стал отличительной особенностью европейской бумаги. Благодаря наличию водяного знака, до сих пор удаётся датировать многие культурно-исторические документы.
Здесь отметим, что первые водяные знаки были светлыми по отношению к полю бумаги. В месте водяного знака, использованная для его получения проволока (филигрань), создавала более тонкие места в бумаге, которые на просвет выглядели белыми.
В 1818 году в России, на бумажной фабрике Экспедиции заготовления государственных бумаг (теперь это "Гознак"), впервые получили водяной знак с переменной оптической плотностью (многотоновый). Это было достигнуто штамповкой сетки на которой отливалась бумага с получением разноуровневого рельефа на сетке.
Итальянцы, а вслед за ними и другие европейцы, долгое время считали, что бумагу изобрели в Италии, в местечке Фабриано. В средние века в Фабриано работало около 40 предприятий по изготовлению бумаги.
И хотя к XV веку бумажное производство освоили в большинстве стран Европы, итальянская бумага всё ещё доминировала на рынке Европы.
В результате технических и технологических нововведений к XVII веку стали пользоваться большим спросом французская, английская и голландская бумага. В значительной степени этому способствовало появление в Голландии устройства для размола — голландера (позднее его стали называть роллом). Немцы задержались с внедрением роллов на своих мельницах — в результате проиграли в качестве бумаги.
Начиная с XVI века производство бумаги в Европе стало расцветать. Этому способствовало несколько обстоятельств:
В середине XV в немецком городе Майнце Юханесом Гутенбергом изобретён способ “искусственного письма”- печати с литерным набором. И хотя печать вначале деревянными, а затем глиняными литерами был изобретена в Китае за 400 лет до Гутенберга [3], это повторное, европейское изобретение, вскоре потребовало бумагу для печати и в больших количествах. Кроме того, благодаря Реформации возник спрос на соответствующую литературу. Наконец, возникла почта и она, в отличии от нынешней, электронной, не могла обходиться без бумаги.
И хотя 30-летняя война в Европе в 1618–1648 гг затормозила развитие техники в целом, строительство новых мельниц было не остановить. В XVIII веке мельниц стало больше, чем до войны и появились более крупные производства — мануфактуры.
В истории бумаги сбор и переработка тряпья занимают важное место в средневековой эпохе.
В XVII веке на бумажных мельницах и мануфактурах стал обнаруживаться дефицит сырья. Хотя были предприняты попытки законодательно обеспечить сбор бывшей в употреблении одежды и принимались меры поощрения сборщиков. Стало очевидно, что бумажные мельницы не могут быть обеспечены сырьём, а потребность в бумаге всё увеличивалась.
Для бумажников возникла серьёзная проблема нехватки сырья для производства.
Постепенно, уже начиная с XVI века стали появляться предложения о новых источниках сырья. В поисках, как тогда выражались, суррогатов, вспоминали старину, когда использовали листья, кору деревьев. Уходили в сторону, пробуя делать бумагу с асбестом (1685 г , англичанин E.Lloid), c добавлением травы, сена, соломы, крапивы, бобовых растений и т.д. (немецкий пастор J.C. Schaffer,1760‑е годы), который был одновременно известным в то время исследователем электропроводности, известны его труды по ботанике и зоологии. Шаффер исследовал свыше 50 материалов.
В первой половине XVIII века Louis Piette (Диллинген, Германия) исследовал 300 растений в поисках суррогатов, пригодных для производства бумаги.В 1838 году вышла его книга со 160‑ю образцами бумаги. Книга была напечатана на бумаги из соломы. Такие случаи печати книг с добавлением соломы, травы, крапивы, водорослей и других материалов были не единичны. Эти поиски привели к созданию декоративных видов бумаги, бумаги для обоев.
Бумага из соломы в середине XVIII века стала производиться в Германии, Франции, Бельгии и других странах.
У сторонников замены тряпья в бумаге были и противники. Когда Rene Reaumur в 1719 году в Парижской Академии наук, говорил о целесообразности использованияя измельчённой древесины для производства бумаги, приводя в пример искусство ос, делать бумагоподобный материал и строить из него гнёзда — ответом был смех слушателей. Против были так же многочисленные владельцы бумажных мельниц.
Всё же сознание людей постепенно менялось, крепло понимание того, что традиционное производство бумаги с помощью чана и сита идёт навстречу переменам.
Наряду с государством и церковью, активным творцом истории, стал гражданин. Гражданские интересы требовали книг, журналов, газет. Бумага ручного черпания не могла производиться в требуемом количестве.
Четвёртая эпоха – это период становления машинного способа производства бумаги, когда были изобретены и быстро внедрены многие основополагающие процессы и оригинальные виды оборудования.
Первые три эпохи, вплоть до XVIII века охватывают ручной отлив бумаги в виде листов. С XIX века начинается четвёртая эпоха-эпоха машинного способа производства бумаги.
В 1799 году, работавший на предприятиях печатного и издательского дома Дидо (Didot), в который входила и бумажная мельница (по другим данным (2) это была мануфактура) в Эссене под Парижем Николас — Луис Робер ( Nikolas — Louis Robert) получил патент на агрегат по изготовлению полотна бумаги, сматывающегося в рулон. Это был весьма энергичный молодой человек, к тому времени побывавший на военной службе. У Дидо он работал бухгалтером, cмотрителем и мастером.
Изобретение Робера (о нём ещё информация в нашем посте здесь), как говорили: ” убрало сетку из рук черпальщика, из рук валяльщика сукно и лист бумаги из рук укладчика”.
На самом деле, машина ликвидировала эти профессии, но возникли другие и бумага всё ещё, на разных стадиях её производства, продолжала делалаться буквально руками мастеров — бумажников, которые в контакте с бумажной массой а затем бумагой ещё долгое время оценивали её качество и управляли таким образом процессом производства.
Первое непрерывное полотно на своей машине в Эссене Робер получил в 1800 году оно было длиной около 5 метров и имело ширину 60 см.
Две эпохи, почти до XII века – время производства, базировавшегося на энергии человеческих мускулов, на смену которым, постепенно приходит энергия воды и ветра на бумажных мельницах и мануфактурах, приводящая в действие толчеи для обработки волокон.
При этом, несмотря на то, что машинный способ производства бумаги возник в самом начале XIX века, вплоть до 1878 года в Европе, а в Англии и России до более позднего времени, бумага производилась как ручным так и машинным способом.
Первая промышленная бумагоделательная машина появилась в 1803 году, благодаря интересу, проявленному лондонскими торговцами бумаги братьями Фурдринье (Fourdrinier). Они привлекли инженера Брайяна Донкина к реализации проекта на базе машины Робера. В истории осталось наименование машин с плоской сеткой как “фурдринер”. Донкин за 20 лет выпустил 38 длинносеточных машин. Машины строились всё большей ширины, скорости получения бумажного полотна увеличивались.
Кроме плоскосеточных машин появились и до сих пор существуют и круглосеточные (цилиндровые) машины. Изобретателей цилиндровых машин было несколько. Первыми были англичане Джозеф Брамах в 1805 году, Джон Дикинсон в 1809 году. Дикинсон был первым создателем цилиндровой машины с погруженным в ванну с бумажной массой сеточным цилиндром.
Начиналось производство бумаги на основе лубяных волокон шелковицы, бамбукового дерева, обрезков производства шёлка. Потом технология производства бумаги из древесных волокон уступила место технологии переработки тряпья холщового и хлопчатобумажного. Уже с VIII века преобладает переработка тряпья из пеньки, конопли, льна. Такая сырьевая ситуация сохраняется вплоть до XIX века.
В последней четверти XIX века в производстве бумаги наступила эпоха в которую произвдство бумаги основывается на использовании древесного сырья. При этом создаётся ряд новых технологических решений и новых видов оборудования, которые позволили получать новые свойства бумаги и картона, а главное, существенно повысили производительность оборудования.
Попросту говоря, продукция из чана (т.е. ручного отлива) основана на тряпье, а машинная на древесине.Таким образом "новое" сырье - это возврат к "старейшему" с которого и начиналась история бумаги, к древесине.
В 1806 году появилась публикация Иллига (Illig Moritz Friedrich) из Германии о проклейке бумаги не с поверхности, как до сих пор, а в бумажной массе. Это так называемая массная смоляная проклейка. Она сменила проклейку желатином.
В 1840‑х годах немецкий мастер ткацкого производства Фридрих Келлер (Keller Fridrich Gottlob) придумал способ измельчения древесины путём истирания её на шероховатой поверхности камня. С помощью бумажника Генриха Волтера и механика Иохана Фойта в 1848 году они сделали первый промышленный дефибрёр. С этого момента появилась возможность увеличивать содержание древесного сырья в бумаге. ДДМ — дефибрёрная древесная масса была единственным видом древесной массы до середины 60‑х годов XX века.
Выход древесной массы из древесины составляет 93–98%, т.е. древесина используется почти полностью.
При способах получения древесной массы, сочетающих тепловую и химическую обработку с механической, в раствор переходит до 15% вещества древесины. Качество получаемой древесной массы при этом различно.
В 60–70‑х годах ХХ века были разработаны и получили промышленное применение новые виды древесной массы с комбинированной обработкой: термо-механическая, химико-термомеханическая и другие. Развивались способы сортирования и отбелки древесной массы.
В 1853 годах француз Меллир (Mellir) взял патент на способ получения основного компонента древесины — целлюлозы при высокотемпературной обработке (варке) соломы в каустической соде. Почти одновременно, в 1853–1854 годах, англичанин Уатт (Watt) и американец Бфрджесс получили патенты на получение целлюлозы таким же способом из древесины. Это было начало щелочного (натронного) способа производства целлюлозы.
В 1866–1872 гг несколькими авторами был открыт сульфитный способ получения целлюлозы, в 1879 году сульфатный способ.
Целлюлоза, в отличии от древесной массы, позволяла производить более прочную бумагу и в сочетании с древесной массой были получены новые виды бумаги и изделий с новыми свойствами.
Параллельно с изменением сырья развивался основной агрегат производства бумаги — бумагоделательная машина. Последовательно увеличивалось скорость работы машин, увеличивалась ширина бумажного полотна. Кроме машин с плоской сеткой, появились круглосеточные, цилиндровые машины. На машине появилась прессовая и сушильная часть.
В ХХ веке машиностроители, кажется достигли предела технических возможностей в скорости и ширине бумагоделательных машин. Об этом мы говорили здесь.
Современный период производства бумаги и картона, начиная с конца XX века, отличается особенностями, связанными с масштабностью производства. Объём производства бумаги и картона в мире в превысил 400 млн. тонн, при этом, прирост в последние годы составляет свыше 2 млн тонн в год. Определяющими условиями развития технологии глубокой переработки древесины являются:
Это развитие присходит при усилении связей между секторами производства, занимающимися процессами глубокой механической, химической и энергетической переработки древесины, создание Лесопромышленных комплексов (ЛПК) с безотходным производством-развитие технологии биорефайнинга древесины.
Новые технические решения развиваются при взаимодействии различных отраслей.
Интересные результаты уже получаются при взаимодействии производителей бумаги и строительными отраслями, отраслями занимающимися продуктами питания, транспортом, здоровьем и гигиеной, коммуникациями и обменом информацией, логистикой.
Бумагоделательные машины оснащаются устройствами, позволяющими получать бумажное полотно с использованием приемов ткацкого производства-поперечного перемещения волокон. Такие технологии получения новых нетканых материалов уже реализованы в промышленности фирмами “Voith”,“Trutzschler”, “Andritz”. Об этом в следующих постах.
Отметим ещё раз, что из 251 страны в наше время, бумагу производят 109 стран. Крупнейшие из них по производству бумаги и картона по данным (FAO) 2016 года (млн т):
| Китай 108,5 |
| США 71,8 |
| Япония 26,1 |
| Германия 22,6 |
| Корея 11,5 |
| Бразилия 10,3 |
| Канада 10,2 |
| Финляндия 10,2 |
| Швеция 10,1 |
| Индонезия 9,8 |
В России в 2018 году (Росстат) произведено около 9 млн т бумаги и картона.
Потребление бумаги и картона на душу населения в мире около 60 кг/т, примерно столько же в России.
Наши посты по истории бумаги:
Использованные источники:
Колличество свежей воды, используемой в производстве бумаги постоянно сокращается. Оказалось, что и остающуюся в технологическом…
Как представить такую сложную структуру в виде формулы?
Согласно многим исследованиям, ответ — да. Здесь речь идёт не о снижении когнитивной способности с…
Решение о конкретных разработках по программе производства целлюлозы без выбросов направленную на значительное сокращение расхода…
В сложившихся условиях возрастает роль мероприятий проводимых профессиональными сообществами в стране. Профессионалы должны общаться. К…
Ультразвук довольно давно используется для исследования материалов. По поглощению ультразвуковых волн материалом или по скорости…
View Comments