Об истории изобретения и распространения бумаги

Бумага является важнейшим элементом в процессе печати, являясь основным материалом для создания полиграфической продукции. От ее качества в значительной степени зависит внешний вид книг, журналов и газет.

Николай Дубина

«Бумага — продукт перетирания лохмотьев и тряпок, коль скоро сделана и отдана под печатный станок, превратившись в книгу или газету, приобретает беспримерное могущество, становится всемирным владыкой. Она изменяет наши идеи и нашу религию, переворачивает наши нравы и законы, свергает и восстанавливает царства, решает вопросы войны и мира: она, можно сказать, управляет миром. И она получила такое распространение в наши дни, такую широкую и универсальную область применения, стала столь характеризующей нашу эпоху, что наше время можно назвать «бумажной эрой». А. Сим

Теория и история

Бумага является важнейшим элементом в процессе печати, являясь основным материалом для создания полиграфической продукции. От ее качества в значительной степени зависит внешний вид книг, журналов и газет. Прекрасное произведение, напечатанное на плохой бумаге, имеет меньший сбыт, и, наоборот, второсортная вещь, для издания которой воспользовались отличной бумагой, привлекает читателя. Кроме того, от бумаги зависит и то, насколько хорошо на ней выйдет печать текста и рисунков.

Мы до сих пор точно не знаем, когда была изобретена бумага. Несомненно, что начало следует искать в Китае, где, по преданию, в 153 году нашей эры Тцай-Лунь, министр земледелия, рекомендовал своим согражданам применять для письма бумагу «ши», изготовленную из волокон древесины «бумажного деревца» (Brussonetia papyrifera). До этого времени китайцы употребляли в качестве материала для письма камень, кости и пластинки, вырезанные из сердцевины бамбука.

Весьма интересен вопрос о происхождении в русском языке самого слова «бумага». Существует множество объяснений. Возможно, что первооснова — греческое слово bambagia (хлопчатая бумага). Хотя, поскольку в Китае бумагу делали из молодых побегов бамбука, то вполне вероятно, что слово происходит от старого названия бамбука. Кстати, в европейских языках название бумаги (фр. и нем. Papier, англ. Paper) явно ведет свое происхождение от гр. papyrus (папирус).

Однако надо заметить, что принципы изготовления бумаги и папируса — совсем разные. Если папирус представляет собой тонко нарезанные и склеенные пластинки, то для изготовления бумаги требуется расщепление частиц (волокон) того материала, который употребляется для ее производства, нарушение связи между волокнами, чтобы затем эти волокна спутать между собой (подвергнуть процессу свойлачивания) и потом сделать из этой массы тонкий и гибкий лист, пригодный для письма.

Для изготовления бумаги годятся любые растительные волокна, обладающие гибкостью. Можно назвать сотни растений, годных для производства бумаги. Кроме того, подходят не только растения, но и коконы шелковичных червей, шерсть, кожа животных и пр. Попытки делать бумагу из самых разнообразных волокон предпринимались издавна. Большой интерес в этом смысле представляют вышедшие в 1827 и в 1861 годах руководства по производству бумаги «Manuel de papeterie» (Louis Pitte), к которым приложено множество образцов бумаги, выработанной из разнообразнейших веществ, даже из торфа.

Главная проблема заключается не в выборе материала для производства бумаги, поставщиками которого являются все поля, луга и леса, а в использовании такого материала, который обеспечит мировые потребности и из которого можно изготовить бумагу вполне доброкачественную — белую, крепкую, не пропускающую чернила при письме и хорошо принимающую краску при печатании.

Следует сказать, что не человек первым начал делать бумагу из древесины — ее «изобретателями» были некоторые виды ос. Они строят свои гнезда так: рабочие осы (неразвитые самки) весною сгрызают молодые зеленые побеги деревьев, пережевывают их и при этом отделяют волокна (клетчатку). В слюне ос есть клей, и таким образом получается клейкая масса, состав которой тот же, что и бумаги: клетчатка древесины или соломы и клей. Из этой клейкой массы осы строят свои гнезда, делают основу, прикрепляющую гнездо к дереву, стене и пр. Прочность осиных гнезд позволяет им существовать много лет, сопротивляясь дождю, снегу и ветрам. А чтобы оторвать такое гнездо от места, куда оно прикреплено, иногда нужно применить большую силу. По своему составу (если не принимать во внимание приносимую ветром в гнезда пыль) осиные гнезда до мелочей схожи с мягкими, шелковистыми сортами бумаги, производимыми в Китае и Японии.

Бумага, изготовлявшаяся в древности китайцами, имела основным недостатком рыхлость, из-за чего краска, которой на ней писали (главным образом тушь из сажи с примесью рыбьего клея и мускуса), растекалась, а бумага легко рвалась.

Дальнейший путь бумаги в Европу из Китая описывается французским ученым Авенелем так: «Она пришла из Китая очень медленным путем, со средней скоростью, может быть, сто верст в сто лет. Народы Центральной Азии, потом арабы, потом египтяне подвозили ее выделку все ближе к нам. В 650 году ее видели в Самарканде; в 800-м — встречали в Багдаде; в 1100 году она дошла до Каира. Затем она проходит по берегу Африки, переплывает через Средиземное море и долго не переходит Лангедока (Южная Франция. — Н.Д.)».

Конечно, процесс проникновения бумаги в Европу гораздо сложнее. Ранее она ввозилась через Грецию, позже через новый центр торговли на Средиземном море — Венецию — из Малой Азии и Африки (есть упоминания, что в Феце в конце XII века было до 400 бумажных заведений). Затем ее начали вырабатывать в Европе, где была открыта большая мастерская на юго-востоке Испании — в Хативе (Сан-Филиппе, в 56 км от Валенсии). Эта мастерская, существовавшая уже в 1154 году, поставляла бумагу в соседние страны главным образом через Венецию. В течение XIII и XIV веков открылись «бумажные мельницы» в Италии, Франции, Германии, Голландии. А к XIV-XV векам бумага уже получила прочное распространение в Европе.

Довольно запутанным является вопрос о сырье, употреблявшемся в то время при производстве бумаги. До 80-х годов XIX века нисколько не сомневались, что бумага вырабатывалась арабами из хлопка; откуда и ее название — «бомбицина» (иначе — charta cottonea). Однако анализ показывает, что из образцов бумаги, изготовленной с XI до XV веков, выделанной из хлопка не оказалось ни одной — большинство было изготовлено из тряпок. Может быть, это обстоятельство объясняется тем, что до Х века арабы, заимствовав из Китая способы выделки бумаги из волокон шелкового кокона и шелковичного (бумажного) дерева, в силу отсутствия такого сырья в Центральной и Малой Азии перешли к применению волокон, обволакивающих зерна хлопчатника. Но поскольку бумага получалась весьма рыхлая и малоудобная для письма, то они стали использовать тряпье (хотя название «хлопчатая бумага» сохранилось). Процесс выработки бумаги из тряпок гораздо сложнее, зато получаемая бумага вполне удовлетворяет своему назначению.

Так или иначе, но процесс производства бумаги совершенствовался, и ко времени начала книгопечатания в Европе появилось много бумажных мельниц, которые вырабатывали (исключительно из льняных и пеньковых тряпок) превосходную, не протекающую, белую бумагу, довольно плотную и прочную, «звонкую» и гибкую, сохранившуюся до наших дней в прекрасном виде.

Как папирус с IX века был вытеснен пергаментом, так бумага с XII века начинает вытеснять пергамент, и свитки и книги из пергамента окончательно заменяются книгами из бумаги. Дешевизна бумаги в сравнении с пергаментом дала возможность расширить ее производство до достаточно больших объемов (кстати, по замечанию академика Н.П.Лихачева, для одного экземпляра книги на пергаменте нужно было снять шкуры с целого стада), что явилось толчком к изобретению книгопечатания и его дальнейшему развитию.

Процесс изготовления бумаги на старинных бумажных мельницах можно описать следующим образом:

материал, предназначенный для выделки бумаги, очищается от грязи и промывается;

после высыхания полученное сырье поступает на жернова водяной или ветряной мельницы, где перетирается, превращаясь в бесформенную рыхлую массу;

указанная масса помещается в чаны, наполненные водой, где с помощью пестов разрыхляется окончательно, волокна разделяются, чтобы превратиться в ровную кашицу молочного цвета;

рабочий, пользуясь формой в виде деревянной рамы с натянутой на нее тонкой проволочной сеткой, зачерпывает из чана нужное для листа бумаги количество жидкой кашицы и трясет раму над чаном, чтобы вода стекала и волоконца свойлачивались;

после того как лист на сетке примет нужную форму, рабочий переворачивает раму на кусок войлока или сукна, куда и падает лист;

сверху на этот еще сырой лист накладывается еще кусок войлока, на него кладется новый лист бумаги и т.д.;

когда наберется два-три десятка листов, вся кипа поступает под пресс и подвергается сильному сжатию, затем листы развешиваются на веревках для окончательной просушки.

Иногда, особенно при изготовлении писчей бумаги, к массе в чане добавляли клей, так как на проклеенной бумаге чернила не растекаются.

Благодаря строению металлической сети (длинные проволочки расположены вдоль и поперек) на бумаге, если посмотреть на свет, получались тонкие линии, отсюда на-именование бумаги — верже (от фр. vergeures — так назывались продольные полоски проволоки). Готовые, высушенные листы разбирались по сортам и продавались пачками.

Обычно владельцы бумажных предприятий путем вплетания какой-либо плоской фигурки из проволоки в сетку оттискивали свое фабричное клеймо (водяной знак, филигран) — в виде колокола, орла, единорога, короны, цветов, кисти винограда, монограммы из имени Иисуса Христа (I.H.S.), своих инициалов, годов и т.п. По этим водяным знакам можно в большинстве случаев определить фабриканта и век, а иногда даже год, когда бумага была произведена.

Самая старая бумага была изготовлена плохо: в некоторых образцах бросаются в глаза длинные, выдающиеся из общей ровной поверхности волокна, иногда видны даже кусочки тряпок. Позже процесс фабрикации все улучшается, мельницы совершенствуются, и опытные мастера делают великолепную, образцовую и для нашего времени бумагу.

Конечно, производство бумаги с тех пор ушло далеко вперед, и если бы рабочий-бумажник XV века попал на современную бумажную фабрику, то не смог бы понять ни терминов, ни самого процесса производства бумаги. Известно, что еще во второй половине XVII века для превращения очищенного тряпья в кашеобразную массу стал использоваться чан особого типа — голландер, в котором бумажная масса варилась вместе с хлористыми соединениями. В конце XVIII века произошел переворот и в этой области: Луи Роберт, рабочий на бумажной фабрике в Эзонне, в 1799 году изобрел прообраз современной бумажной машины, вырабатывающей бумагу в виде бесконечной ленты.

Мы не будем останавливаться на истории этой машины (это тема отдельной статьи), но вкратце опишем ее работу, предварительно ознакомившись с сырьем, употребляемым для производства бумаги.

Конец XIX — начало XX века

Как уже упоминалось, еще в XVIII веке делались попытки изготовления бумаги не из тряпок, а из волокон различных растений. Позже потребность в бумаге настолько возросла, что ограничиться производством бумаги из тряпок стало невозможно, и в бумажную массу начинают добавлять механически размельченную древесину (удачные опыты Келлера и Фельтера с 1845 года). А с 1857 года — химически обработанную едким натром (натро-сульфатный способ) древесину, в виде бело-сероватой массы целлюлозы.

Лучшая древесная масса получается из свежесрубленных хвойных деревьев, преимущественно из ели, пихты, сосны, и из лиственных (осины). Поэтому древесно-целлюлозные комбинаты почти всегда находятся в северной полосе. Дерево для дальнейшей обработки поступает на завод в виде стволов не-одинаковой длины, с которых еще в лесу обрубают сучья и частично кору. При помощи машин со стволов без остатка удаляется малопригодная для производства бумаги кора, после чего стволы разрезаются на куски. Эти куски дерева поступают в машины, превращающие их в мягкую массу (дефибрирование) путем растирания, после чего эта масса может использоваться для производства грубых сортов картона или для примешивания к целлюлозе при производстве бумаги.

Процесс получения бумажной массы из древесных стволов сложен и громоздок. Еще более сложен процесс получения химически очищенной древесной массы — целлюлозы. Главная цель этого процесса — удалить из клетчатки дерева все так называемые инкрустирующие вещества, лигнин и пр., которые делают древесину ломкой.

После раздробления в щепу полученная масса поступает в громадные котлы, где и варится по натро-сульфатному или сульфитному (с применением сернокислой соли кальция) способу. Во время варки инкрустирующие вещества отделяются от клетчатки дерева и вместе с водой уходят из массы. После этого масса промывается и очищается от сучьев, осколков дерева и грубых неразварившихся узелков волокон.

Хорошая целлюлоза получается из соломы различных злаков, близкой по строению ко льну и конопле. Солому перед отбелкой очищают на машинах от пыли, грязи, всяких посторонних примесей и т.п., режут на кусочки и подвергают варке в котлах, подобной той, что применяют для древесной массы, с добавлением едкого натра или соды и извести. После варки соломенная масса подвергается отбелке, а затем идет в толстых листах на бумажные фабрики.

Итак, на бумажных фабриках для изготовления бумаги может употребляться и механически измельченная древесная масса, и древесная или соломенная целлюлоза, и хлопчатобумажные, полотняные, холщовые из волокон льна, пеньковые, джутовые и прочие тряпки, а также старая, бывшая в употреблении бумага, с которой в процессе варки в котлах и химической очистки удаляются чернила или типографская краска.

Из одной тряпичной массы бумагу, как правило, делают сравнительно в небольшом количестве, главным образом для ценных бумаг, акций и других высших сортов бумаги.

Нередки были и случаи, когда газетные, а особенно оберточные бумаги вырабатывались почти из одной древесины, а низшие сорта оберточных бумаг иногда имели в своем составе только солому, варенную с известью.

Конечно, тряпье для производства бумаги проходит длинный путь, прежде чем превратится в однородную жидкую массу. После поступления на фабрику тряпье идет в тряпкорезку, затем в котел для бучения (варки со щелоком, как правило, из известкового молока или едкого натра). После варки тряпье уже очищено от краски и пр., но еще не превратилось в кашу. Последняя операция производится в голландере (рол, рольный аппарат). Причем масса обычно проходит три голландера: полумассный, где обращается в кашу путем рубки особыми ножами, помещенными внутри резервуара голландера, и размачивания водой; затем бельный, где происходит ее беление; после отбелки тряпичная полумасса поступает в массные голландеры (ролы), назначение которых — окончательно превратить бумажную полумассу в совершенно однообразную по своему строению, годную для отливки бумаги массу. В массных голландерах также происходит смешивание тряпичной полумассы с целлюлозой, с древесной массой, а также с химически очищенной и превращенной в массу старой бумагой. Здесь же к бумажной массе прибавляется клей, но не животный, каким пользовались до конца XVIII века, а растительный — смоляной клей, в виде канифоли (гарпиуса), представляющей собой остаток перегонки смолы хвойных деревьев на скипидар (терпентин). Канифоль путем варки с раствором соды подвергается омыливанию (иногда эта масса смешивается с крахмальным клейстером) и вливается в голландер для проклейки бумажной массы. Бумага фильтровочная, промокательная изготовляется без примеси клея. Также без клея — для лучшего всасывания краски — изготовляются иногда высшие сорта бумаги для печатания гравюр, типа веленевой, японской, китай-ской, индийской бумаг. Но основной объем бумаги, предназначенный для печати и письма, поступает на рынок после проклеивания канифольной эмульсией.

Добавление асбеста придает бумаге некоторую горючестойкость, и это свойство используется для получения кровельного материала, перегородок для комнат и т.д.

В массных голландерах в бумагу вводятся так называемые наполнители, которые придают бумаге более плотный вид и тяжесть. К наполнителям относятся каолин белый отмученный, реже — гипс, сернокислый барий, тальк, асбестин. За счет двух последних придают бумаге белизну и блеск. Для белизны вводят и синьку, так как естественный цвет бумажной массы — желтоватый или серый.

После того как процесс смешивания в массных голландерах закончился и получилась масса, необходимая для определенного сорта бумаги, она поступает в самочерпки, а оттуда — на полотно бумажной машины. Из самочерпки бумажная масса льется на бесконечную латунную сетку. Сетка с частыми отверстиями, через которые стекает вода, непрерывно движется вперед. Полоса бумаги, еще мокрая и рыхлая, у края сетки прижимается к ней при помощи сетчатого цилиндра (дандироля, наносящего на бумагу водяные знаки и сглаживающего ее верхнюю шероховатую поверхность). После дандироля полоса проходит между обтянутыми сукном валами гауч-пресса, отжимающего влагу, а затем поступает на бесконечное сукно, где опять происходит прессование и удаление влаги из бумажной полосы. Далее бумага перемещается с мокрой части машины на сухую, где горячие цилиндры убирают остатки влаги. Там же бумага проходит через тяжелые валы каландров, глазирующих ее, и через валы, поперек которых расположены кольцевые ножи, режущие полосу на более узкие ленты, скатываемые в рулоны, иногда достигающие длины десять и более километров.

Для изготовления пергаментной и восковой бумаги готовую бумагу пропускают в течение нескольких секунд через ванну с серной кислотой, затем промывают водой, раствором соды и снова водой. Серная кислота, во-первых, делает бумагу непроницаемой для жиров и некоторых кислот, во-вторых, придает ей полупрозрачность, а в-третьих — прочность.

В продажу бумага поступает в двух видах: в рулонах и флатовая (то есть нарезанная на листы или отлитая листами разного размера).

Следует отметить, что при последующем грандиозном развитии машинного производства до сих пор сохранилось производство бумаги ручным способом, особенно при выработке дорогих сортов, идущих для тонких рисунков акварелью, веленевой (похожей на пергамент), рыхлой китайской и плотной японской (для печатания роскошных изданий с гравюрами и офортами).

Интересно было бы привести обычную когда-то номенклатуру бумаг и картона, предлагаемую Центробумтрестом: актовая тряпичная; александрийская рисовальная; альбомная разноцветная матовая и глазированная; английский картон; афишная разноцветная; билетная ролевая; бристольский картон (глазированный) разноцветный; бутылочная разноцветная; бюварная (промокательная) разноцветная; верже — прокладочная и папиросная; восковая (непромокаемая); газетная в рулонах; глянцевая разноцветная; гофрированная; золотая (покрытая золотой фольгой); картографическая; картон (желтый, соломенный, белый, глазированный, серый, технический); карточная бумага и картон; картузная; кассовые и контрольные ленты; книжная белая и полубелая (в стопах и рулонах); конвертная бумага, концептная (для копировки планов) в рулонах; копировальная в стопах и рулонах; крашеная медовая; литографская бумага; масленка для обложек; мелованные бумаги; мраморные матовые и глянцевые разных рисунков; мундштучная флатовая и в бобинах; оберточная и пакетная (желтая и серая); обойная; папиросная (белая, желтая и цветная); парафинированная (непромокаемая); пергамент в рулонах и листах; писчая от № 1 до № 9 в пачках и листах; подпергамент; полотняная (тисненная под полотно); почтовая в листах и пачках; ротаторная (провощенная, специально изготовляемая для ротаторов); серебряная (покрытая серебряной фольгой); слоновая (толстая, веленевого типа, глазированная); телеграфная лента в катушках в 9-10-12-13 мм шириной; форзацная; фильтровальная белая; чайная; черная матовая и глянцевая; шагреневая для переплетов и картонов; шведский картон (глазированный) в рулонах и листах; прочие, изготавливаемые по заказам.

Что дальше?

Прогресс не стоит на месте. Все части бумагоделательной машины были усовершенствованы, увеличена ширина полотна. Вместо тряпичного сырья стали использовать древесину. Старые ролы постепенно вытеснялись размалывающими аппаратами непрерывного действия.

Для отделки бумаги теперь применяются суперкаландры (система вращающихся с разной скоростью валов, между которыми под давлением пропускают увлажненное бумажное полотно), обеспечивающие более ровную гладкую поверхность и глянец. Такая бумага называется каландрированной и высококаландрированной. Для придания бумаге глянца бумажное полотно пропускают через лощильный каландр, валы которого совершают возвратно-вращательное движение, не оказывая большого давления на бумагу.

Основной композиционный состав почти не изменился — это волокна растительного происхождения из древесины хвойных и лиственных пород, стеблей однолетних растений, листьев и т.п. В зависимости от метода производства, выхода гемицеллюлоз (веществ, сходных с целлюлозой, но с меньшей молекулярной массой) и лигнина (инкрустирующего вещества) получают различные полуфабрикаты: древесную массу, полухимическую массу (полуцеллюлозу), небеленую, беленую и облагороженную целлюлозу.

Для снижения гидрофильности и гигроскопичности (впитывания при смачивании и поглощения воды из воздуха) бумагу проклеивают гидрофобными (с водоотталкивающими свойствами) смолами и парафинами. Для повышения прочности, гладкости (уменьшения ворсистости), стойкости к выщипыванию (липкой краской при печатании) и истиранию наиболее эффективна поверхностная проклейка в клеильных прессах крахмальным, карбоксиметилцеллюлозным и другими клеями. Проклейка необходима для офсетной, картографической, фототипной, форзацной, обложечной, чертежной, писчей и прочих бумаг, которые увлажняются в процессах полиграфического производства (при печатании, склеивании) или при пользовании. В зависимости от степени проклейки различают бумагу слабоклееную, клееную и высококлееную. В бумажную массу вводят наполнители — белые порошкообразные, нерастворимые в воде минеральные вещества: каолин, сернокислый барий, тальк, двуокись титана и др. Они повышают белизну, гладкость и непрозрачность бумаги, делают ее более мягкой, легко деформируемой (пластичной), но и менее прочной.

Повышенное содержание наполнителей (зольность) необходимо бумаге для высокой печати, так как повышенная пластичность позволяет снизить давление для хорошей пропечатки оттиска, и бумаге для глубокой печати — в целях лучшего впитывания и снижения растекаемости жидкой краски на оттисках. Белая пигментно-клеевая композиция наносится на поверхность мелованной бумаги для получения высокой гладкости и глянца, что необходимо в производстве рекламных и высококачественных иллюстрированных многокрасочных изданий. По содержанию наполнителей различают мало-, среднезольную, повышенной зольности и высокозольную бумагу. Бумагу машинной гладкости, имеющую матовую поверхность, применяют преимущественно для печатания текстовых или содержащих штриховые иллюстрации изданий, а каландрированную и высококаландрированную — для изданий, содержащих тоновые (растровые) иллюстрации. Важнейшие показатели — масса бумаги площадью 1 м2, толщина, плотность, прочность, гладкость, пористость, белизна, непрозрачность, оттенок, стоимость и др.