Papirlaging

Papirfremstilling, dannelse av et mattet eller tovet ark, vanligvis av cellulosefibre, fra vannsuspensjon på en trådskjerm. Papir er det grunnleggende materialet som brukes for skriftlig kommunikasjon og formidling av informasjon. I tillegg gir papir og papp materialer til hundrevis av andre bruksområder, for eksempel innpakning, emballasje, håndkle, isolering og fotografering.

Ordet papir er avledet fra navnet på den reedy plant papyrus, som vokser rikelig langs Nilen i Egypt. I gamle tider ble de fibrøse lagene i stammen til denne planten fjernet, plassert side om side og krysset i rette vinkler med et annet sett lag på lignende måte anordnet. Arket som ble dannet ble dempet og presset. Etter tørking sementerte plantens limaktige safte, som fungerte som et lim, sammen. Fullstendig defibring, et uunnværlig element i moderne papirfremstilling, forekom ikke ved utarbeidelse av papyrusark. Papyrus var det mest brukte skrivematerialet i eldgamle tider, og mange papyruskiver overlever fremdeles.

Papirfremgangsmåten

Historisk utvikling

Papirfremstilling kan spores til omtrent annonse 105, da Ts'ai Lun, en tjenestemann tilknyttet den keiserlige domstol i Kina, laget et ark papir ved hjelp av morbær og andre bastfibre sammen med fiskenett, gamle filler og hampavfall. I sin trege reise vestover nådde kunsten å lage papirproduksjon Samarkand, i Sentral-Asia, i 751; og i 793 ble det første papiret laget i Bagdad i løpet av tiden Hārūn ar-Rashīd, med den islamske kulturens gullalder som brakte papirfremstilling til Europas grenser.

Ved 1300-tallet eksisterte det en rekke papirfabrikker i Europa, særlig i Spania, Italia, Frankrike og Tyskland. Oppfinnelsen av utskrift på 1450-tallet førte til et enormt økt etterspørsel etter papir. Gjennom 1700-tallet forble papirfremstillingsprosessen i hovedsak uendret, med lin- og bomullsfiller som ga de grunnleggende råvarene. Papirfabrikker ble stadig oftere plaget av mangel; på 1700-tallet reklamerte de for og til for offentlig for filler. Det var tydelig at det var behov for en prosess for bruk av et mer rikelig materiale.

Forbedringer i materialer og prosesser

I 1800 ble det gitt ut en bok som lanserte utvikling av praktiske metoder for fremstilling av papir fra tremasse og andre vegetabilske masser. Flere store masseprosesser ble gradvis utviklet som lettet papirindustrien for avhengighet av bomulls- og linfiller og muliggjort storstilt produksjon i stor skala. Denne utviklingen fulgte to forskjellige veier. I det ene ble fibre og fiberfragmenter separert fra trestrukturen ved hjelp av mekaniske midler; og i det andre ble treverket utsatt for kjemiske løsninger som løste opp og fjernet lignin og andre trekomponenter, og etterlot cellulosefiber etter. Laget av mekaniske metoder inneholder tremasse alle trekomponenter og er derfor ikke egnet for papirer der det er nødvendig med høy hvithet og varighet. Kjemiske tremasse som brus og sulfittmasse (beskrevet nedenfor) brukes når høy lysstyrke, styrke og varighet er nødvendig. Markmasse ble først laget i Tyskland i 1840, men prosessen kom ikke i utstrakt bruk før omkring 1870. Soda-masse ble først produsert av tre i 1852 i England, og i 1867 ble det utstedt patent i USA for sulfittmasse prosess.

Et ark papir som bare består av cellulosefibre (“vannblad”) er vannabsorberende. Derfor vil vannbasert blekk og andre vandige væsker trenge gjennom og spre seg i det. Impregnering av papiret med forskjellige stoffer som forsinker slik fukting og penetrering kalles dimensjonering.

Før 1800 ble papirark dimensjonert ved impregnering med animalsk lim eller vegetabilsk tannkjøtt, en kostbar og kjedelig prosess. I 1800 oppdaget Moritz Friedrich Illig i Tyskland at papir kunne dimensjoneres i kar med kolofonium og alun. Selv om Illig publiserte oppdagelsen sin i 1807, kom metoden ikke til vidt bruk på omtrent 25 år.

Oppdagelsen av elementet klor i 1774 førte til at det ble brukt til bleking av papirmasse. Mangel på kjemisk kunnskap på det tidspunktet resulterte imidlertid i produksjon av dårligere papir ved metoden, og diskrediterte det i noen år. Klorbleking er en vanlig papirfremstillingsteknikk i dag.

Introduksjon av maskiner

Før papirmaskinens oppfinnelse ble papir laget et ark av gangen ved å dyppe en ramme eller form med en siktet bunn i et kar av lager. Løfting av formen lot vannet renne og la arket ligge på skjermen. Laken ble deretter presset og tørket. Størrelsen på et enkelt ark var begrenset til størrelsen på ramme og mugg som en mann kunne løfte fra et kar med lager.

I 1798 konstruerte Nicolas-Louis Robert i Frankrike et bevegelig skjermbelte som ville motta en kontinuerlig strøm av lager og levere et ubrutt ark med vått papir til et par klemruller. Den franske regjeringen anerkjente Roberts arbeid ved å innvilge et patent.

Papirmaskinen ble imidlertid ikke en praktisk virkelighet, før to ingeniører i England, begge kjent med Roberts ideer, bygde en forbedret versjon for arbeidsgiverne deres, Henry og Sealy Fourdrinier, i 1807. Fourdrinier-brødrene fikk også patent. To år senere ble en sylinderpapirmaskin (beskrevet nedenfor) utviklet av John Dickinson, en engelsk papirmaskin. Fra denne rå begynnelsen utviklet moderne papirmaskiner seg. I 1875 ble papirbelagt med maskiner laget for bruk i utskrift av halvtoner ved den nye fotogravringsprosessen, og i 1884 oppfant Carl F. Dahl sulfatmasse (kraft) i Danzig, Tyskland.

Selv om papirmaskinen symboliserer mekaniseringen av papirindustrien, har hvert trinn i produksjonen, fra felling av trær til forsendelse av det ferdige produktet, også hatt en dramatisk økning i mekaniseringen, og dermed redusert håndarbeid. Siden papirfremstillingsoperasjoner krever gjentatt bevegelse av store mengder materiale, har design og mekanisering av materialhåndteringsutstyr vært og fortsetter å være et viktig aspekt av industriutvikling.

Selv om moderne oppfinnelser og prosjektering har forvandlet et gammelt håndverk til en meget teknisk industri, forblir de grunnleggende operasjonene i papirfremstilling den samme i dag. Trinnene i prosessen er som følger: (1) en suspensjon av cellulosefiber blir fremstilt ved å slå den i vann slik at fibrene blir grundig separert og mettet med vann; (2) papirmaterialet blir filtrert på en vevd sil for å danne et matt fiberark; (3) det våte arket presses og komprimeres for å presse ut en stor andel vann; (4) det gjenværende vannet fjernes ved fordampning; og (5) avhengig av brukskrav, blir det tørre papirarket ytterligere komprimert, belagt eller impregnert.

Forskjellene mellom forskjellige typer og papirtyper bestemmes av: (1) type fiber eller masse, (2) graden av juling eller raffinering av bestanden, (3) tilsetning av forskjellige materialer til bestanden, (4)) formasjonsbetingelser for arket, inkludert basisvekt, eller stoff per arealenhet, og (5) den fysiske eller kjemiske behandlingen som påføres papiret etter dannelsen.