Χαρτοποιία

Παραγωγή χαρτιού, σχηματισμός ενός μαλακωμένου ή πτυχωμένου φύλλου, συνήθως από ίνες κυτταρίνης, από εναιώρημα νερού σε ένα συρματόπλεγμα. Το χαρτί είναι το βασικό υλικό που χρησιμοποιείται για τη γραπτή επικοινωνία και τη διάδοση πληροφοριών. Επιπλέον, το χαρτί και το χαρτόνι παρέχουν υλικά για εκατοντάδες άλλες χρήσεις, όπως συσκευασία, συσκευασία, πετσέτα, μόνωση και φωτογραφία.

Η λέξη χαρτί προέρχεται από το όνομα του παπύρου φυτού reedy, ο οποίος αναπτύσσεται άφθονα κατά μήκος του ποταμού Νείλου στην Αίγυπτο. Στην αρχαιότητα, τα ινώδη στρώματα εντός του στελέχους αυτού του φυτού αφαιρέθηκαν, τοποθετήθηκαν δίπλα-δίπλα και διασταυρώθηκαν σε ορθή γωνία με ένα άλλο σύνολο στρωμάτων παρόμοια διατεταγμένο. Το φύλλο που σχηματίστηκε υγραίνεται και συμπιέζεται. Κατά την ξήρανση, ο κόλλας του φυτού με κόλλα, ενεργώντας ως συγκολλητικό υλικό, συγκολλούσε τις στρώσεις μαζί. Κατά την προετοιμασία των φύλλων πάπυρου, δεν υπήρξε πλήρης απινίωση, απαραίτητο στοιχείο στη σύγχρονη χαρτοποιία. Ο Πάπυρος ήταν το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο υλικό γραφής στην αρχαιότητα, και πολλά αρχεία παπύρων σώζονται ακόμη.

Η διαδικασία χαρτοποιίας

Ιστορική εξέλιξη

Η παραγωγή χαρτιού μπορεί να εντοπιστεί περίπου στο 105 μ.Χ., όταν ο Ts'ai Lun, ένας αξιωματούχος που ήταν προσκολλημένος στο Αυτοκρατορικό δικαστήριο της Κίνας, δημιούργησε ένα φύλλο χαρτιού χρησιμοποιώντας μουριά και άλλες ίνες μαστού μαζί με δίχτυα, παλιά κουρέλια και απορρίμματα κάνναβης. Στο αργό ταξίδι του προς τα δυτικά, η τέχνη της χαρτοποιίας έφτασε στο Σαμαρκάντ, στην Κεντρική Ασία, το 751. και το 793 το πρώτο χαρτί δημιουργήθηκε στη Βαγδάτη κατά την εποχή του Χαρούν αρ-Ρασίδη, με τη χρυσή εποχή του Ισλαμικού πολιτισμού που έφερε τη χαρτογράφηση στα σύνορα της Ευρώπης.

Μέχρι τον 14ο αιώνα υπήρχαν διάφορα χαρτοβιομηχανία στην Ευρώπη, ιδίως στην Ισπανία, την Ιταλία, τη Γαλλία και τη Γερμανία. Η εφεύρεση της εκτύπωσης στη δεκαετία του 1450 έφερε μια πολύ αυξημένη ζήτηση για χαρτί. Μέσα στον 18ο αιώνα, η διαδικασία παραγωγής χαρτιού παρέμεινε ουσιαστικά αμετάβλητη, με λινό και βαμβακερά πανιά να παρέχουν τις βασικές πρώτες ύλες. Οι χάρτινοι μύλοι μαστίζονταν όλο και περισσότερο από ελλείψεις. τον 18ο αιώνα διαφημίστηκαν και ζήτησαν δημόσια για κουρέλια. Ήταν προφανές ότι χρειάστηκε μια διαδικασία για την χρησιμοποίηση ενός πιο άφθονου υλικού.

Βελτιώσεις σε υλικά και διαδικασίες

Το 1800 εκδόθηκε ένα βιβλίο που ξεκίνησε την ανάπτυξη πρακτικών μεθόδων για την κατασκευή χαρτιού από πολτό ξύλου και άλλους πολτούς λαχανικών. Αρκετές σημαντικές διαδικασίες χαρτοπολτού αναπτύχθηκαν σταδιακά που απαλλάσσουν τη βιομηχανία χαρτιού από την εξάρτηση από βαμβακερά και λινά πανιά και κατέστησαν δυνατή τη σύγχρονη παραγωγή μεγάλης κλίμακας. Αυτές οι εξελίξεις ακολούθησαν δύο διαφορετικές οδούς. Σε ένα, οι ίνες και τα θραύσματα ινών διαχωρίστηκαν από τη δομή του ξύλου με μηχανικά μέσα. Και στο άλλο, το ξύλο εκτέθηκε σε χημικά διαλύματα που διαλύθηκαν και αφαίρεσαν λιγνίνη και άλλα συστατικά του ξύλου, αφήνοντας πίσω τις ίνες κυτταρίνης. Κατασκευασμένος με μηχανικές μεθόδους, ο πολτός εδάφους περιέχει όλα τα συστατικά του ξύλου και επομένως δεν είναι κατάλληλος για χαρτιά στα οποία απαιτείται υψηλή λευκότητα και μονιμότητα. Χημικοί πολτοί ξύλου όπως σόδα και θειώδης πολτός (περιγράφονται παρακάτω) χρησιμοποιούνται όταν απαιτείται υψηλή φωτεινότητα, αντοχή και μονιμότητα. Ο πολτός εδάφους κατασκευάστηκε για πρώτη φορά στη Γερμανία το 1840, αλλά η διαδικασία δεν τέθηκε σε εκτεταμένη χρήση μέχρι περίπου το 1870. Ο πολτός σόδας κατασκευάστηκε για πρώτη φορά από ξύλο το 1852 στην Αγγλία και το 1867 εκδόθηκε ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας στις Ηνωμένες Πολιτείες για τον πολτό θειώδους επεξεργάζομαι, διαδικασία.

Ένα φύλλο χαρτιού που αποτελείται μόνο από κυτταρινικές ίνες ("waterleaf") είναι απορροφητικό του νερού. Ως εκ τούτου, μελάνια με βάση το νερό και άλλα υδατικά υγρά θα διεισδύσουν και θα εξαπλωθούν σε αυτό. Ο εμποτισμός του χαρτιού με διάφορες ουσίες που επιβραδύνουν τέτοια διαβροχή και διείσδυση ονομάζεται μέγεθος.

Πριν από το 1800, τα φύλλα χαρτιού είχαν μέγεθος με εμποτισμό με κόλλα ζώων ή κόμμεα λαχανικών, μια ακριβή και κουραστική διαδικασία. Το 1800 ο Moritz Friedrich Illig στη Γερμανία ανακάλυψε ότι το χαρτί θα μπορούσε να έχει μέγεθος σε δοχεία με κολοφώνιο και στυπτηρία. Αν και ο Illig δημοσίευσε την ανακάλυψή του το 1807, η μέθοδος δεν χρησιμοποιήθηκε ευρέως για περίπου 25 χρόνια.

Η ανακάλυψη του στοιχείου χλωρίου το 1774 οδήγησε στη χρήση του για λεύκανση χαρτιού. Η έλλειψη χημικών γνώσεων εκείνη την εποχή, ωστόσο, είχε ως αποτέλεσμα την παραγωγή κατώτερου χαρτιού με τη μέθοδο, δυσφημίζοντας την για μερικά χρόνια. Η λεύκανση με χλώριο είναι μια κοινή τεχνική παραγωγής χαρτιού σήμερα.

Εισαγωγή μηχανημάτων

Πριν από την εφεύρεση της χάρτινης μηχανής, το χαρτί κατασκευάστηκε ένα φύλλο τη φορά βυθίζοντας ένα πλαίσιο ή μούχλα με έναν κοσκινισμένο πυθμένα σε ένα δοχείο αποθέματος. Η ανύψωση του καλουπιού επέτρεψε στο νερό να στραγγίσει, αφήνοντας το φύλλο στην οθόνη. Το φύλλο στη συνέχεια συμπιέστηκε και ξηράνθηκε. Το μέγεθος ενός φύλλου περιοριζόταν στο μέγεθος του πλαισίου και του καλουπιού που ένας άντρας μπορούσε να σηκώσει από ένα δοχείο αποθεμάτων.

Το 1798, ο Nicolas-Louis Robert στη Γαλλία δημιούργησε μια κινούμενη ζώνη οθόνης που θα έπαιρνε συνεχή ροή αποθεμάτων και θα έδινε ένα σπασμένο φύλλο υγρού χαρτιού σε ένα ζευγάρι ρολών. Η γαλλική κυβέρνηση αναγνώρισε το έργο του Robert με τη χορήγηση διπλώματος ευρεσιτεχνίας.

Η χάρτινη μηχανή δεν έγινε πρακτική πραγματικότητα, ωστόσο, έως ότου δύο μηχανικοί στην Αγγλία, και οι δύο εξοικειωμένοι με τις ιδέες του Ρόμπερτ, δημιούργησαν μια βελτιωμένη έκδοση για τους εργοδότες τους, τον Henry και τον Sealy Fourdrinier, το 1807. Οι αδελφοί Fourdrinier απέκτησαν επίσης ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας. Δύο χρόνια αργότερα, μια κυλινδρική μηχανή χαρτιού (περιγράφεται παρακάτω) επινοήθηκε από τον John Dickinson, έναν Άγγλο κατασκευαστή χαρτιού. Από αυτές τις ακατέργαστες αρχές, εξελίχθηκαν σύγχρονες μηχανές χαρτοποιίας. Μέχρι το 1875, χαρτί με επικάλυψη μηχανημάτων κατασκευάζονταν για χρήση στην εκτύπωση ημίτονων με τη νέα διαδικασία φωτοχαρακτικής και το 1884 ο Carl F. Dahl εφηύρε πολτό θειικού (kraft) στο Danzig της Γερμανίας.

Αν και η χάρτινη μηχανή συμβολίζει τη μηχανοποίηση της βιομηχανίας χαρτιού, κάθε βήμα της παραγωγής, από την υλοτόμηση των δέντρων έως την αποστολή του τελικού προϊόντος, έχει επίσης δει μια δραματική αύξηση της μηχανοποίησης, μειώνοντας έτσι τη χειρωνακτική εργασία. Καθώς οι εργασίες παραγωγής χαρτιού απαιτούν την επαναλαμβανόμενη κίνηση μεγάλων ποσοτήτων υλικού, ο σχεδιασμός και η μηχανοποίηση του εξοπλισμού χειρισμού υλικών υπήρξε και συνεχίζει να αποτελεί σημαντική πτυχή της βιομηχανικής ανάπτυξης.

Αν και οι σύγχρονες εφευρέσεις και η μηχανική έχουν μετατρέψει ένα αρχαίο σκάφος σε μια πολύ τεχνική βιομηχανία, οι βασικές λειτουργίες στη χαρτοποιία παραμένουν οι ίδιες μέχρι σήμερα. Τα στάδια της διαδικασίας είναι τα εξής: (1) ένα εναιώρημα κυτταρινικής ίνας παρασκευάζεται χτυπώντας το σε νερό έτσι ώστε οι ίνες να διαχωριστούν πλήρως και να κορεστούν με νερό. (2) το απόθεμα χαρτιού φιλτράρεται σε υφασμένη οθόνη για να σχηματίσει ένα ματ φύλλο ινών. (3) το υγρό φύλλο συμπιέζεται και συμπιέζεται για να συμπιέσει ένα μεγάλο ποσοστό νερού. (4) το υπόλοιπο νερό απομακρύνεται με εξάτμιση. και (5) ανάλογα με τις απαιτήσεις χρήσης, το φύλλο ξηρού χαρτιού συμπιέζεται περαιτέρω, επικαλύπτεται ή εμποτίζεται.

Οι διαφορές μεταξύ διαφόρων τύπων και τύπων χαρτιού καθορίζονται από: (1) τον τύπο ινών ή χαρτοπολτού, (2) τον βαθμό ξυλοδαρμού ή εξευγενισμού του αποθέματος, (3) την προσθήκη διαφόρων υλικών στο απόθεμα, (4)) συνθήκες σχηματισμού του φύλλου, συμπεριλαμβανομένου του βασικού βάρους, ή της ουσίας ανά μονάδα επιφάνειας, και (5) η φυσική ή χημική επεξεργασία που εφαρμόζεται στο χαρτί μετά το σχηματισμό του.