Papierfabricage

Papierfabricage, vorming van een gematteerd of vilten vel, meestal van cellulosevezels, uit watersuspensie op een draadscherm. Papier is het basismateriaal voor schriftelijke communicatie en informatieverspreiding. Bovendien leveren papier en karton materialen voor honderden andere toepassingen, zoals verpakking, verpakking, badstof, isolatie en fotografie.

Het woord papier is afgeleid van de naam van de papyrus van de rietplant, die overvloedig groeit langs de rivier de Nijl in Egypte. In de oudheid werden de vezellagen in de stengel van deze plant verwijderd, naast elkaar geplaatst en haaks gekruist met een andere reeks lagen die op dezelfde manier waren gerangschikt. Het aldus gevormde vel werd bevochtigd en geperst. Bij het drogen heeft het lijmachtige sap van de plant, dat als een kleefstof werkt, de lagen aan elkaar vastgemaakt. Volledige defibring, een onmisbaar element in de moderne papierproductie, kwam niet voor bij de bereiding van papyrusvellen. Papyrus was in de oudheid het meest gebruikte schrijfmateriaal en veel papyrusplaten zijn er nog steeds.

Het papierproductieproces

Historische ontwikkeling

Het maken van papier is terug te voeren tot ongeveer 105 na Christus, toen Ts'ai Lun, een ambtenaar verbonden aan het keizerlijke hof van China, een vel papier maakte met moerbei en andere bastvezels, samen met visnetten, oude lappen en hennepafval. In haar langzame reis naar het westen bereikte de kunst van het papiermaken Samarkand, in Centraal-Azië, in 751; en in 793 werd het eerste papier gemaakt in Bagdad in de tijd van Hārūn ar-Rashīd, met de gouden eeuw van de Islāmische cultuur die de papierproductie naar de grenzen van Europa bracht.

Tegen de 14e eeuw bestonden er in Europa een aantal papierfabrieken, met name in Spanje, Italië, Frankrijk en Duitsland. De uitvinding van het drukken in de jaren 1450 bracht een enorm toegenomen vraag naar papier met zich mee. Gedurende de 18e eeuw bleef het papierproductieproces in wezen onveranderd, met linnen en katoenen lappen die de basisgrondstoffen leverden. Papierfabrieken werden steeds meer geplaagd door tekorten; in de 18e eeuw adverteerden en vroegen ze zelfs in het openbaar om lompen. Het was duidelijk dat er een proces nodig was om een ​​overvloediger materiaal te gebruiken.

Verbeteringen in materialen en processen

In 1800 verscheen een boek dat de ontwikkeling van praktische methoden voor het vervaardigen van papier uit houtpulp en andere plantaardige pulp op gang bracht. Geleidelijk werden verschillende belangrijke pulpprocessen ontwikkeld die de papierindustrie van de afhankelijkheid van katoenen en linnen lappen ontlastten en moderne grootschalige productie mogelijk maakten. Deze ontwikkelingen volgden twee verschillende trajecten. In één werden vezels en vezelfragmenten mechanisch van de houtstructuur gescheiden; en in het andere geval werd het hout blootgesteld aan chemische oplossingen die lignine en andere houtcomponenten oplosten en verwijderden, waardoor cellulosevezels achterbleven. Gemaakt door mechanische methoden, bevat grondpulp alle componenten van hout en is daarom niet geschikt voor papier waar een hoge witheid en duurzaamheid vereist zijn. Chemische houtpulp zoals soda en sulfietpulp (hieronder beschreven) worden gebruikt wanneer hoge helderheid, sterkte en duurzaamheid vereist zijn. Groundwood pulp werd voor het eerst gemaakt in Duitsland in 1840, maar het proces werd pas rond 1870 uitgebreid gebruikt. Soda pulp werd voor het eerst gemaakt van hout in 1852 in Engeland, en in 1867 werd in de Verenigde Staten een patent verleend voor de sulfietpulp werkwijze.

Een vel papier dat alleen bestaat uit cellulosevezels ("waterblad") is waterabsorberend. Daarom zullen inkten op waterbasis en andere waterige vloeistoffen erin doordringen en zich daarin verspreiden. Het impregneren van het papier met verschillende stoffen die een dergelijke bevochtiging en penetratie vertragen, wordt maatvoering genoemd.

Vóór 1800 werden papieren vellen op maat gemaakt door ze te impregneren met dierlijke lijm of plantaardig tandvlees, een duur en vervelend proces. In 1800 ontdekte Moritz Friedrich Illig in Duitsland dat papier in vaten met hars en aluin kon worden opgemaakt. Hoewel Illig zijn ontdekking in 1807 publiceerde, werd de methode ongeveer 25 jaar lang niet algemeen gebruikt.

De ontdekking van het element chloor in 1774 leidde tot het gebruik ervan voor het bleken van papier. Gebrek aan chemische kennis in die tijd resulteerde echter in de productie van inferieur papier volgens de methode, waardoor het enkele jaren in diskrediet werd gebracht. Chloorbleken is tegenwoordig een veelgebruikte techniek voor het maken van papier.

Introductie van machines

Vóór de uitvinding van de papiermachine werd papier één voor één gemaakt door een frame of mal met een afgeschermde bodem in een voorraadvat te dopen. Door de mal op te tillen, kon het water weglopen en het vel op het scherm achterlaten. Het vel werd vervolgens geperst en gedroogd. De afmeting van een enkel vel was beperkt tot de afmeting van het frame en de mal die een man uit een voorraadvat kon tillen.

In 1798 bouwde Nicolas-Louis Robert in Frankrijk een bewegende zeefband die een continue stroom voorraad zou ontvangen en een ongebroken vel nat papier zou afleveren aan een paar persrollen. De Franse regering erkende het werk van Robert door het verlenen van een octrooi.

De papiermachine werd echter pas een praktische realiteit toen twee ingenieurs in Engeland, beiden bekend met de ideeën van Robert, in 1807 een verbeterde versie voor hun werkgevers, Henry en Sealy Fourdrinier, bouwden. De gebroeders Fourdrinier kregen ook een patent. Twee jaar later bedacht John Dickinson, een Engelse papiermaker, een cilinderpapiermachine (hieronder beschreven). Vanaf dit ruwe begin evolueerden moderne papiermachines. In 1875 werd door machines gecoat papier gemaakt voor gebruik bij het drukken van halftonen door het nieuwe fotograveerproces, en in 1884 vond Carl F. Dahl sulfaat (kraft) pulp uit in Danzig, Duitsland.

Hoewel de papiermachine de mechanisatie van de papierindustrie symboliseert, heeft elke productiestap, van het kappen van bomen tot de verzending van het eindproduct, ook een dramatische toename in mechanisatie gezien, waardoor handarbeid werd verminderd. Aangezien papierbewerkingen het herhaaldelijk verplaatsen van grote hoeveelheden materiaal vereisen, is en blijft het ontwerp en de mechanisatie van materiaalbehandelingsapparatuur een belangrijk aspect van de ontwikkeling van de industrie.

Hoewel moderne uitvindingen en techniek een oud ambacht tot een zeer technische industrie hebben getransformeerd, blijven de basisbewerkingen in de papierproductie tot op de dag van vandaag hetzelfde. De stappen in het proces zijn als volgt: (1) een suspensie van cellulosevezels wordt bereid door deze in water te kloppen zodat de vezels grondig worden gescheiden en verzadigd met water; (2) het papiermateriaal wordt gefilterd op een geweven scherm om een ​​gematteerd vel vezels te vormen; (3) het natte vel wordt geperst en verdicht om een ​​groot deel van het water eruit te persen; (4) het resterende water wordt verwijderd door verdamping; en (5) afhankelijk van de gebruiksvereisten wordt het droge papiervel verder gecomprimeerd, gecoat of geïmpregneerd.

De verschillen tussen verschillende soorten en soorten papier worden bepaald door: (1) het type vezel of pulp, (2) de mate van kloppen of verfijnen van de voorraad, (3) het toevoegen van verschillende materialen aan de voorraad, (4)) vormingsomstandigheden van het vel, inclusief basisgewicht of stof per oppervlakte-eenheid, en (5) de fysische of chemische behandeling die op het papier is aangebracht na de vorming ervan.