Papír - Paper

Papír
Různé výrobky z papíru.JPG
Typ Tenký materiál
Fyzikální vlastnosti
Hustota (ρ) Od 10 g / m2 do 3000 g / m2
Papír
Papír (čínské znaky). Svg
„Papír“ v tradičních (nahoře) a zjednodušených (dole) čínských znacích
Tradiční čínština
Zjednodušená čínština

Papír je tenký archový materiál vyrobený mechanickým nebo chemickým zpracováním celulózových vláken pocházejících ze dřeva , hadrů , trav nebo jiných rostlinných zdrojů ve vodě , přičemž voda odtéká jemnou síťovinou, přičemž vlákno je rovnoměrně rozloženo na povrchu, následuje lisování a sušení. Přestože byl papír původně vyráběn ručně v jednotlivých listech, téměř vše se nyní vyrábí na velkých strojích - někteří vyrábějí kotouče o šířce 10 metrů s rychlostí 2 000 metrů za minutu a až 600 000 tun ročně. Jedná se o univerzální materiál s mnoha způsoby použití, včetně tisku , balení, zdobení, psaní , čištění , filtračního papíru, tapet, koncových papírů, konzervačních papírů, laminovaných pracovních desek, toaletních papírů, měny a bezpečnostního papíru a řady průmyslových a stavebních procesů.

Proces výroby papíru se vyvinul ve východní Asii, pravděpodobně v Číně , přinejmenším již v roce 105 n. L. Hanským dvorním eunuchem Cai Lunem , ačkoli nejstarší archeologické fragmenty papíru pocházejí z 2. století př. N. L. V Číně. Moderní celulózový a papírenský průmysl je globální, přičemž Čína vede jeho výrobu a Spojené státy jej následují.

Dějiny

Konopný balicí papír , Čína, c. 100 př. N. L

Nejstarší známé archeologické fragmenty bezprostředního předchůdce moderního papíru pocházejí z 2. století př . N. L. V Číně . Proces výroby papíru, buničiny je připisováno Cai Lun , v 2. století CE Han soudu eunuch .

Bylo řečeno, že znalosti výroby papíru byly předány do islámského světa po bitvě u Talasu v roce 751 n. L., Kdy byli zajati dva čínští výrobci papíru. Ačkoli pravdivost tohoto příběhu je nejistá, papír se v Samarkandu začal vyrábět brzy poté. Ve 13. století se znalosti a využití papíru rozšířily z Blízkého východu do středověké Evropy , kde byly postaveny první papírny poháněné vodou . Protože byl papír zaveden na Západ přes město Bagdád, nejprve se mu říkalo bagdatikos . V 19. století industrializace výrazně snížila náklady na výrobu papíru. V roce 1844 kanadský vynálezce Charles Fenerty a německý vynálezce Friedrich Gottlob Keller nezávisle vyvinuli postupy pro rozvlákňování dřevěných vláken.

Rané zdroje vlákniny

Před industrializací výroby papíru byla nejběžnějším zdrojem vláken recyklovaná vlákna z použitých textilií, zvaná hadry. Hadry byly z konopí , lnu a bavlny . Způsob odstraňování tiskových barev z recyklovaného papíru vynalezl německý právník Justus Claproth v roce 1774. Dnes se této metodě říká deinking . Teprve po zavedení dřevoviny v roce 1843 nebyla výroba papíru závislá na recyklovaných materiálech z ragpickers .

Etymologie

Slovo papír je etymologicky odvozeno z latinského papyrusu , který pochází z řeckého πᾰ́πῡρος ( pápūros ), slova pro rostlinu Cyperus papyrus . Papyrus je hustý papírový materiál vyrobený z dřeně rostliny Cyperus papyrus , který byl ve starověkém Egyptě a dalších středomořských kulturách používán k psaní před zavedením papíru. Ačkoli je slovo papír etymologicky odvozeno od papyru , oba jsou vyráběny velmi odlišně a vývoj prvního je odlišný od vývoje druhého. Papyrus je laminace přírodních rostlinných vláken, zatímco papír se vyrábí z vláken, jejichž vlastnosti byly změněny macerací.

Výroba papíru

Chemické rozvlákňování

Při výrobě buničiny ze dřeva se pomocí chemického rozvlákňování odděluje lignin od celulózového vlákna. K rozpuštění ligninu se používá kuchyňský louh , který se poté vypere z celulózy ; tím se zachová délka celulózových vláken. Papír vyrobený z chemické buničiny je také známý jako bezdřevý papír (nezaměňovat s papírem bez stromů ); je to proto, že neobsahují lignin, který se časem zhoršuje. Buničina může být také bělena za vzniku bílého papíru, ale toto spotřebuje 5% vláken. K výrobě papíru vyrobeného z bavlny, která je již z 90% celulóza, se nepoužívají procesy chemické buničiny.

Mikroskopická struktura papíru: Mikrofotografie autofluorescenčního papíru pod ultrafialovým osvětlením. Jednotlivá vlákna v tomto vzorku mají průměr přibližně 10 µm .

Existují tři hlavní procesy chemického rozvlákňování: sulfitový proces se datuje do 40. let 19. století a byl dominantní metodou před druhou světovou válkou. Kraft proces , vynalezený v roce 1870 a poprvé použit v roce 1890, je dnes nejčastěji praktikuje strategii; jednou z jeho výhod je chemická reakce s ligninem, která produkuje teplo, které lze použít ke spuštění generátoru. Většina rozvlákňovacích operací využívajících kraftový proces je čistým přispěvatelem do elektrické sítě nebo používá elektřinu k provozu přilehlé papírny. Další výhodou je, že tento proces regeneruje a znovu používá všechna anorganická chemická činidla. Buničina ze sody je další speciální proces používaný k buničině slámy , bagasy a tvrdého dřeva s vysokým obsahem křemičitanu .

Mechanické rozvlákňování

Existují dvě hlavní mechanické buničiny: termomechanická buničina (TMP) a buničina z mletého dřeva (GW). V procesu TMP je dřevo štěpkováno a poté přiváděno do parních ohřívačů, kde jsou třísky stlačovány a přeměňovány na vlákna mezi dvěma ocelovými kotouči. Při zpracování dřeva se odkorněné klády dávkují do drtičů, kde se přitlačují na rotující kameny, z nichž se vyrábějí vlákna. Mechanické rozvlákňování lignin neodstraňuje , takže výtěžek je velmi vysoký,> 95%; lignin však způsobí, že takto vyrobený papír zežloutne a časem zkřehne. Mechanické buničiny mají poměrně krátká vlákna, takže produkují slabý papír. Ačkoli je k výrobě mechanické buničiny zapotřebí velké množství elektrické energie , stojí méně než chemický druh.

Odbarvená dužina

Recyklace papíru může využívat buď chemicky nebo mechanicky vyráběnou buničinu; smícháním s vodou a mechanickým působením lze vodíkové vazby v papíru rozbít a vlákna se znovu oddělit. Většina recyklovaného papíru obsahuje podíl čistých vláken kvůli kvalitě; obecně řečeno, odbarvená buničina má stejnou kvalitu nebo je nižší než sebraný papír, ze kterého byla vyrobena.

Existují tři hlavní klasifikace recyklovaných vláken:

  • Mlýn rozbitý nebo interní odpad z mlýna-Zahrnuje jakýkoli nestandardní papír nebo papír se změnou kvality vyrobený v papírně samotné, který se poté vrací zpět do výrobního systému, aby byl znovu rozvlákněn zpět na papír. Takový papír mimo specifikaci se neprodává, a proto často není klasifikován jako pravé recyklované vlákno; nicméně většina papíren opakovaně používá vlastní odpadní vlákno po mnoho let, dlouho předtím, než se recyklace stala populární.
  • Preconsumer waste - Jedná se o odpad ze zpracování a zpracování, například ořez gilotiny a obalový prázdný odpad; je generován mimo papírnu a potenciálně by mohl být uložen na skládku a je skutečným zdrojem recyklovaných vláken; zahrnuje vyčištěný předspotřební odpad (recyklovaný materiál, který byl vytištěn, ale nedosáhl zamýšleného konečného použití, jako je odpad z tiskáren a neprodaných publikací).
  • Post -spotřebitelský odpad - Jedná se o vlákno z papíru, které bylo použito k zamýšlenému konečnému použití a zahrnuje kancelářský odpad, noviny a novinový papír. Vzhledem k tomu, že drtivá většina tohoto materiálu byla vytištěna-buď digitálně, nebo konvenčnějšími způsoby, jako je litografie nebo rotační hlubotisk-bude buď recyklován jako potištěný papír, nebo nejprve projde procesem odstraňování inkoustu.

Recyklované papíry mohou být vyrobeny ze 100% recyklovaných materiálů nebo smíchány s panenskou buničinou, přestože nejsou (obecně) tak silné ani lesklé jako papíry vyrobené z nich.

Aditiva

Kromě vláken mohou buničiny obsahovat plniva, jako je křída nebo porcelán , které zlepšují její vlastnosti pro tisk nebo psaní. Přísady pro účely klížení s nimi mohou být smíchány nebo naneseny na papírový pás později ve výrobním procesu; účelem takového dimenzování je stanovit správnou úroveň savosti povrchu, aby vyhovovala inkoustu nebo barvě.

Výroba papíru

Papírna v Mänttä-Vilppula , Finsko

Buničiny se přivádí do papírenského stroje, kde je vytvořena jako papírového pásu a voda se odstraní z ní lisováním a sušením.

Lisování listu odstraní vodu silou. Jakmile je voda vytlačena z plechu, používá se ke shromažďování vody speciální druh plsti, která se nesmí zaměňovat s tradiční. Při ruční výrobě papíru se místo toho používá pijavý list.

Sušení zahrnuje použití vzduchu nebo tepla k odstranění vody z listů papíru. V nejranějších dobách výroby papíru se to dělo tak, že pověsili listy jako prádlo; v modernější době se používají různé formy vyhřívaných sušících mechanismů. Na papírenském stroji je nejběžnější sušička plechovek vyhřívaná párou. Ty mohou dosáhnout teploty nad 93 ° C a používají se v dlouhých sekvencích více než čtyřiceti plechovek, kde teplo vyrobené těmito produkty může snadno vysušit papír na méně než šest procent vlhkosti.

Dokončování

Papír pak může projít tříděním, aby se změnily jeho fyzikální vlastnosti pro použití v různých aplikacích.

Papír v tomto bodě je bez povlaku . Natíraný papír má na jedné nebo obou stranách nanesenou tenkou vrstvu materiálu, jako je uhličitan vápenatý nebo porcelán, aby se vytvořil povrch vhodnější pro polotónové obrazovky s vysokým rozlišením . (Nepotahované papíry jsou zřídka vhodné pro obrazovky nad 150 lpi.) Povlakované nebo nepotahované papíry mohou mít své povrchy leštěné kalandrováním . Potahované papíry se dělí na matný, polomatný nebo hedvábný a lesklý. Lesklé papíry poskytují nejvyšší optickou hustotu vytištěného obrazu.

Papír je pak podáván na kotouče, pokud má být použit na webových tiskových lisech, nebo řezán na listy pro jiné tiskové procesy nebo jiné účely. Vlákna v papíru v podstatě běží ve směru stroje. Listy jsou obvykle řezány „dlouhozrnně“, tj. Se zrnem rovnoběžně s delším rozměrem listu. Souvislý papír (nebo papírnictví) je oříznut na šířku s otvory vyraženými na okrajích a složen do stohů.

Zrno papíru

Veškerý papír vyráběný papírovými stroji jako Fourdrinier Machine je tkaný papír, tj. Drátěné pletivo, které přenáší pás, zanechává vzor se stejnou hustotou podél zrna papíru a napříč vláknem. Texturované povrchové úpravy, vodoznaky a drátěné vzory napodobující ručně vyrobený položený papír lze vytvořit použitím vhodných válečků v pozdějších fázích stroje.

Papír Wove nevykazuje „položené čáry“, což jsou malé pravidelné čáry zanechané na papíře, když byl ručně vyráběn ve formě vyrobené z řad kovových drátů nebo bambusu. Položené čáry jsou velmi blízko sebe. Běží kolmo na „chainlines“, které jsou od sebe dále. Ručně vyráběný papír podobně vykazuje „hrany paluby“ neboli drsné a opeřené okraje.

Aplikace

Papírové peníze z různých zemí

Papír lze vyrábět se širokou škálou vlastností v závislosti na jeho zamýšleném použití.

Publikované, písemné nebo informační položky

  • Pro představu hodnoty : papírové peníze , bankovka , šek , jistota (viz bezpečnostní list ), voucher , lístek
  • Pro ukládání informací : kniha , notebook , grafický papír , děrná karta , fotografický papír
  • Pro publikované materiály, publikace a čtecí materiály: knihy, noviny, časopisy, plakáty, brožury, mapy, značky, štítky, reklamy, billboardy.
  • Pro individuální použití : diář , sešity, bloky na psaní, deníky na poznámky, plánovače, poznámky pro připomenutí atd .; pro dočasné osobní použití: škrábací papír
  • Pro obchodní a profesionální použití: papír do kopírky, papír do hlavní knihy, psací papír, papír do počítačové tiskárny. Specializovaný papír pro formuláře a dokumenty, jako jsou faktury, účtenky, lístky, poukázky, účty, smlouvy, oficiální formuláře, dohody.
  • Pro komunikaci : mezi jednotlivci a/nebo skupinami lidí: dopis , pohlednice, letecká pošta, telegramy, novinový papír , karton
  • Pro organizaci a odesílání dokumentů : obálky, složky se soubory, obaly, kapesní složky, oddíly.
  • Pro umělecká díla a použití; papír na kreslení, pastely, malby vodovými barvami, skicáky , kresby uhlem ,
  • Pro speciální tištěné položky pomocí elegantnějších forem papíru; nehybný, pergamen,

Balení a průmyslové použití

Odhaduje se, že papírová řešení pro ukládání zachytila ​​0,33% z celkového počtu v roce 1986 a pouze 0,007% v roce 2007, přestože v absolutním vyjádření se světová kapacita pro ukládání informací na papír zvýšila z 8,7 na 19,4 petabajtů . Odhaduje se, že v roce 1986 představovaly poštovní dopisy na papíře méně než 0,05% světové telekomunikační kapacity, přičemž po masivním zavádění digitálních technologií prudce klesala.

Papír má ve výtvarném umění hlavní roli. Sám o sobě slouží k vytváření dvoj a trojrozměrných tvarů a koláží . Vyvinul se také jako konstrukční materiál používaný při navrhování nábytku. Akvarel papír má dlouhou historii výroby a používání.

Druhy, tloušťka a hmotnost

Karty a papír pro řemeslné použití přicházejí v široké škále textur a barev

Tloušťka papíru se často měří posuvným měřítkem, které se ve Spojených státech obvykle udává v tisícinách palce a ve zbytku světa v mikrometrech (µm). Papír může mít tloušťku 0,07 až 0,18 milimetru (0,0028 až 0,0071 palce).

Papír je často charakterizován hmotností. Ve Spojených státech je hmotnost hmotností balíku (svazku 500 listů) různých „základních velikostí“ před rozříznutím papíru na velikost, v jaké je prodán koncovým zákazníkům. Například balík papíru 216 mm × 279 mm o hmotnosti 20 lb, 8,5 × × 11 palců váží 5 liber, protože byl rozřezán z větších listů na čtyři kusy. Ve Spojených státech je papír na tisk obvykle nejvýše 20 lb, 24 lb, 28 lb nebo 32 lb. Krycí zásoba je obvykle 68 liber a 110 liber nebo více je považováno za karetní akcie .

V Evropě a dalších regionech používajících systém klížení papíru ISO 216 je hmotnost vyjádřena v gramech na metr čtvereční (g/m 2 nebo obvykle jen g) papíru. Papír pro tisk se obvykle pohybuje mezi 60 g a 120 g. Za kartu se považuje cokoli těžšího než 160 g. Hmotnost balíku tedy závisí na rozměrech papíru a jeho tloušťce.

Většina komerčních papírů prodávaných v Severní Americe je řezána na standardní velikosti papíru na základě obvyklých jednotek a je definována délkou a šířkou listu papíru.

Systém ISO 216 používaný ve většině ostatních zemí je založen na ploše listu papíru, nikoli na šířce a délce listu. Poprvé byl přijat v Německu v roce 1922 a obecně se rozšířil, když národy přijaly metrický systém. Největší papír standardní velikosti je A0 (A nula), měří jeden metr čtvereční (přibližně 1189 × 841 mm). A1 je poloviční než velikost listu A0 (tj. 594 mm × 841 mm), takže dva listy A1 umístěné vedle sebe se rovnají jednomu listu A0. A2 je poloviční velikost listu A1 atd. Běžné velikosti používané v kanceláři a domácnosti jsou A4 a A3 (A3 je velikost dvou listů formátu A4).

Hustota papíru v rozmezí od 250 kg / m 3 (16 lb / cu ft) pro hedvábný papír na 1 500  kg / m 3 (94 lb / cu ft) pro některé speciální papír. Tiskový papír má hmotnost přibližně 800 kg/m 3 (50 lb/cu ft).

Papír lze rozdělit do sedmi kategorií:

  • Tisk papírů široké škály.
  • Balicí papíry na ochranu zboží a zboží. Patří sem voskové a kraftové papíry.
  • Psací papír vhodný pro potřeby papírnictví. To zahrnuje hlavní knihu, banku a kancelářský papír.
  • Blotovací papíry obsahující malou nebo žádnou velikost.
  • Kreslící papíry obvykle s hrubým povrchem používané umělci a designéry, včetně kartušového papíru.
  • Ručně vyráběné papíry včetně většiny dekorativních papírů, papírů Ingres , japonského papíru a kapesníků , všechny charakterizované nedostatkem směru zrna.
  • Speciální papíry včetně cigaretového papíru, toaletního papíru a dalších průmyslových papírů.

Některé typy papíru zahrnují:

Stabilita papíru

Velká část raného papíru vyrobeného ze dřevěné buničiny obsahovala významná množství kamence , různé soli síranu hlinitého, které jsou výrazně kyselé . Alum byl přidán do papíru, aby pomohl při dimenzování , takže byl do určité míry odolný proti vodě, takže inkousty „neunikaly“ ani se nekontrolovaně nešířily. Časní výrobci papíru si neuvědomovali, že kamenec, který liberálně přidali, aby vyléčil téměř každý problém, se kterým se při výrobě svého produktu setkali, bude nakonec škodlivý. Tyto celulózová vlákna, která tvoří papír, jsou hydrolyzovány kyselinou, a přítomnost kamence se odbourává vlákna až do papíru rozpadá v procesu známém jako „ mírném ohni “. Dokumenty napsané na hadrovém papíru jsou výrazně stabilnější. Používání nekyselých aditiv k výrobě papíru se stává stále více rozšířeným a stabilita těchto papírů je menší problém.

Papír vyrobený z mechanické buničiny obsahuje značné množství ligninu , hlavní složky dřeva. V přítomnosti světla a kyslíku lignin reaguje za vzniku žlutých materiálů, a proto novinový papír a další mechanický papír zežloutnou. Papír vyrobený z bělené sulfátové nebo sulfitové buničiny neobsahuje významné množství ligninu, a proto je vhodnější pro knihy, dokumenty a další aplikace, kde je bělost papíru zásadní.

Papír vyrobený ze dřevoviny není nutně méně odolný než hadrový papír. Chování papíru při stárnutí je určeno jeho výrobou, nikoli původním zdrojem vláken. Testy sponzorované Kongresovou knihovnou navíc dokazují, že veškerý papír je ohrožen rozpadem kyselin, protože samotná celulóza produkuje kyseliny mravenčí, octovou, mléčnou a šťavelovou.

Mechanické rozvlákňování poskytuje téměř tunu buničiny na tunu použitého suchého dřeva, a proto jsou mechanické buničiny někdy označovány jako „vysoce výnosné“ buničiny. S téměř dvojnásobným výtěžkem než chemické rozvlákňování jsou mechanické buničiny často levnější. Hromadné brožované knihy a noviny obvykle používají mechanické papíry. Vydavatelé knih mají tendenci používat papír bez kyselin , vyrobený z plně bělených chemických buničin, pro vázané a brožované knihy.

Zásah do životního prostředí

Výroba a používání papíru má řadu nepříznivých účinků na životní prostředí.

Celosvětová spotřeba papíru za posledních 40 let stoupla o 400%, což vedlo ke zvýšení odlesňování , přičemž 35% vytěžených stromů bylo použito na výrobu papíru. Většina papírenských společností také vysazuje stromy, aby pomohla znovuvyrůst lesům. Těžba starých pralesů představuje méně než 10% dřevní hmoty , ale je jedním z nejkontroverznějších problémů.

Papírový odpad představuje až 40% celkového odpadu vyprodukovaného ve Spojených státech každý rok, což jen v USA ročně přidá až 71,6 milionu tun papírového odpadu. Průměrný úředník v USA vytiskne 31 stránek každý den. Američané také používají v řádu 16 miliard papírových kelímků ročně.

Konvenční bělení buničiny pomocí elementárního chloru produkuje a uvolňuje do životního prostředí velké množství chlorovaných organických sloučenin , včetně chlorovaných dioxinů . Dioxiny jsou uznávány jako perzistentní látky znečišťující životní prostředí, mezinárodně regulované Stockholmskou úmluvou o perzistentních organických znečišťujících látkách . Dioxiny jsou vysoce toxické a zdravotní účinky na člověka zahrnují reprodukční, vývojové, imunitní a hormonální problémy. Je o nich známo, že jsou karcinogenní. Více než 90% expozice člověka je prostřednictvím potravin, především masa, mléčných výrobků, ryb a měkkýšů, protože dioxiny se hromadí v potravinovém řetězci v tukové tkáni zvířat.

Papírenský průmysl a tiskový průmysl emitovaly dohromady asi 1% světových emisí skleníkových plynů v roce 2010 a asi 0,9% v roce 2012, ale méně než obrazovky: digitální technologie vyzařovaly přibližně 4% světových emisí skleníkových plynů v roce 2019 a počet do roku 2025 může být dvakrát větší.

Budoucnost

Někteří výrobci začali používat novou, výrazně ekologičtější alternativu k expandovaným plastovým obalům. Nový obal, vyrobený z papíru a komerčně známý jako PaperFoam, má mechanické vlastnosti velmi podobné vlastnostem některých obalů z expandovaného plastu, ale je biologicky rozložitelný a lze jej také recyklovat běžným papírem.

S rostoucími environmentálními obavami ohledně syntetických povlaků (jako je PFOA ) a vyšších cen petrochemických produktů na bázi uhlovodíků se pozornost zaměřuje na zein (kukuřičný protein) jako povlak na papír v aplikacích s vysokým obsahem tuku, jako jsou pytle s popcornem.

Také syntetika jako Tyvek a Teslin byla zavedena jako tisková média jako odolnější materiál než papír.

Viz také

Citace

Obecné reference

Další čtení

externí odkazy