Бумага представляет собой материал в виде тонких листов, изготавливаемый путем переработки тряпья, соломы, древесины и прочего органического сырья с волокнистой структурой, применяемый для письма, изготовления печатной продукции, упаковки и т.п.

Производство. Тонкий листовой материал может считаться настоящей бумагой только в том случае, если он делается из массы, состоящей из отдельных волокон, которая получается размачиванием целлюлозного сырья. Эта масса размешивается в воде и затем вычерпывается рамкой (черпальной формой) с натянутой сеткой, как у сита. Вынутые из воды волоконца оседают ровным пластом, а лишняя вода уходит, просачиваясь сквозь многочисленные мелкие отверстия в сетчатом дне. Тонкий слой беспорядочно перепутанных кусочков волокон на сетке, высыхая, превращается в бумажный лист. Именно таким методом Цай Лунь изготовил первый лист бумаги в 105 н.э., и тот же метод лежит в основе принципа действия самых крупных и наиболее производительных бумагоделательных машин наших дней - за минувшие почти 2000 лет радикальных изменений в формовании бумаги из растительных волокон не произошло. В китайской литературе засвидетельствовано, что Цай Лунь создал свою первую бумагу из размоченных и раздробленных лоскутьев тканей, старых веревок и кусков древесной коры. До наших дней не сохранилось ни одного из листов бумаги первых лет ее производства. Вероятно, древнейшая бумага датируется 264 н.э.

Распространение способа изготовления бумаги. Китайцы ревниво оберегали секрет выделки бумаги, и лишь ок. 600 н.э. он стал известен корейцам, а спустя еще лет 15 - и японцам. В 751 искусство производства бумаги достигло Самарканда и через 40 лет после этого было освоено в Багдаде. Из Багдада оно дошло до Египта (ок. 900), затем до Феса в Марокко (ок. 1100) и вскоре после этого появилось в Европе. В 1150 испанцы производили бумагу в Хативе и Валенсии. В 1348 в Труа (Франция), а в 1494 в Хартфорде (Англия) были построены бумажные мельницы. В Италии впервые начали делать бумагу в Фабриано (в 1276). Чуть позже производство бумаги было налажено и в Германии - в 1390 У.Штромер построил фабрику в Нюрнберге. Бумажное ремесло проникло в Новый Свет из Испании: первая бумажная фабрика была построена в Кульякане (Мексика) в 1575. В 1690 бумажных дел мастер из Германии В.Риттенхаус наладил производство бумаги близ Филадельфии (шт. Пенсильвания, США).

Поиски сырья. Почти до конца 18 в. практически вся бумага делалась из льняного и хлопкового тряпья. Благодаря утилизации этого превосходного сырья бумага, выпускавшаяся до 1775 в Европе и Америке, была по большей части прочной и могла служить долго, не теряя своих качеств. (В хлопке содержание целлюлозы составляет около 91%, в льне, конопле, джуте и т.п. - от 60 до 90%.) Однако к этому времени потребление бумаги заметно увеличилось, и ее производителям стало трудно добывать ветошь в объемах, достаточных для удовлетворения быстро растущего спроса. Книги печатались уже для массового читателя, появились газеты, а популярные журналы начали выходить ежемесячно и еженедельно. В те годы почти в каждом выпуске любого периодического издания Европы и Америки публиковались объявления с призывами к населению "не выбрасывать обноски".

Использовать древесину в качестве сырья при производстве бумаги первым предложил французский естествоиспытатель и физик Р.Реомюр (1683-1757). Наблюдая за поведением ос Polistes Vespidae, Реомюр пришел к заключению, что древесные волокна, используемые этими насекомыми как материал для строительства гнезд, вполне могут оказаться подходящим сырьем для производства бумаги. В 1727-1730 Ф.Брюкманн (1665-1736) опубликовал книгу по геологии, несколько экземпляров которой были напечатаны на бумаге, сделанной из асбеста. Фламандец А.Себа (1665-1736), автор работ по естественной истории, выдвинул идею использования морских водорослей в качестве сырья для изготовления бумаги; в 1741 член Королевской академии наук Ж.Геттар (1715-1786) предложил делать бумагу из нитчатки (зеленой пресноводной водоросли Conferva, в просторечии именуемой болотным мхом), а также из коры, листьев и древесины различных деревьев. Английский дипломат и путешественник Дж.Стрейндж (1732-1799) провел небольшое исследование, изданное в виде брошюры в 1764 в Италии, в которой ратовал за переработку ракитника (кустарникового растения семейства бобовых) и других волокнистых растений в бумагу.

Хотя многие маститые ученые на протяжении 18 в. предлагали свои варианты сырья для производства бумаги, священник из Регенсбурга (Германия) Я.Шеффер (1718-1790) изготовил образцы бумаги из волокон 80 с лишним растений, которые росли у его дома. Результаты своих экспериментов он изложил в 6-томном трактате (1765-1771). Среди листов этих томов были вплетены образцы бумаги, сырьем которым послужили осиные гнезда, мох, виноградная лоза, конопля, солома, капустные кочерыжки, асбест, стебли лопухов, чертополох, дерн, рогоз, сережки древесных соцветий, семена, мальва, зверобой, листья кукурузных початков, дрок, сосновые шишки, картофель, старые кровельные дранки и солома, лыко всяких деревьев, ботва бобовых, конский каштан, грецкий орех, тюльпаны и листья липы.

Развитие производства бумаги из древесной массы. В 1800 проживавший в Лондоне голландец М.Купс построил первую бумажную фабрику, способную выпускать большие партии бумаги из древесины и соломы. Хотя он оказался первым промышленником, сумевшим наладить изготовление бумаги из сырья, которого с избытком хватало для массового производства, его старания закончились крахом, ибо потребители не пожелали приобретать бумагу, сделанную из непривычных материалов, заменивших льняное и хлопковое тряпье.

Станок для истирания древесины. В 1840 саксонский ткач Ф.Келлер оформил в Германии патент на устройство для истирания древесины и способ получения бумаги из древесной массы. Келлер стал измельчать деревянные чурки, прижимая их к вращающемуся абразивному камню обычного ножного станка точильщика, а древесную муку разводить водой, но, чтобы улучшить внешний вид и прочность своей бумаги, ему пришлось добавлять в древесную пульпу около 40% ветоши. В 1846 патент Келлера купил Г.Фельтер (тоже саксонец), который и довел устройство Келлера до дефибрера, пригодного для промышленного производства бумаги. В 1866 А.Пагенштехер построил первый в США дефибрер, основанный на патенте Келлера - Фельтера. Однако до 1880 бумага из древесной массы еще не воспринималась на потребительском рынке как достойный заменитель бумаги из тряпичных отходов.

Лучшие сорта бумаги всегда делались из льняных и хлопковых волокон. Однако теперь мы повседневно пользуемся только бумагой из древесной массы, а та, что делается из тряпичной ветоши, обычно идет на производство денежных купюр и облигаций.

Бумагоделательная машина. Проект первой бумагоделательной машины разработал француз Н.Робер (1761-1828); заявку на патент он подал 9 сентября 1798. Сначала его работу финансировал Л.Дидо (1767-1829), потомственный издатель и типограф. В 1799 Дидо переговорил с англичанином Дж.Гэмблом, который пообещал поддержку строительства в Англии крупногабаритной машины по проекту Робера.

Машина Фурдринье. Благодаря стараниям Дж.Гэмбла лондонские издатели и торговцы книжной продукцией и канцелярскими товарами Г. и С.Фурдринье заинтересовались новой машиной. Они передали искусному английскому механику Б.Донкину проект машины, разработанный в соответствии с чертежами и моделью Робера, и финансировали ее создание. К 1803 на заводе Донкина была построена первая самочерпная машина, выпускавшая бумагу довольно хорошего качества. Через год Донкин завершил строительство второй, еще более производительной машины на фабрике Фрогмора (Ту-Уотерс, графство Хартфордшир). Своими разработками и рискованной инициативой ни братья Фурдринье, ни Робер не обеспечили себе никаких доходов. Та конструкция плоскосеточной бумагоделательной машины, которую задумал Робер и усовершенствовал Донкин, позволяла формовать бумагу в виде нескончаемой ленты или рулона, благодаря чему потом к ней был приспособлен вальцовый пресс.

Круглосеточная машина. В США механизированное производство бумаги началось в августе 1817 на круглосеточной бумагоделательной машине, которая была создана в мастерской Т.Гилпина под Уилмингтоном (шт. Делавэр), где до этого бумагу делали вручную.

Водяные знаки. Водяные знаки на бумаге начали делать в 13 в. Итальянские изготовители бумаги тех времен сгибали проволочку длиной около 5 см в кольцо и накладывали на него перекрестье из кусочков проволоки, а затем пришивали его к верхней стороне сетки черпальной формы. Когда влажный слой будущего бумажного листа начинал уплотняться в форме, над проволочками он оказывался тоньше; в итоге это место при рассматривании высохшего листа на просвет выглядело чуть прозрачней. С тех пор как родилась бумажная филигрань (ок. 1270), все водяные знаки наносились именно таким способом. С начала 19 в. водяные знаки на бумаге превратились просто в фирменные марки бумажных фабрик.

Полутоновая техника. В середине 19 в. англичанин У.Смит изобрел новый способ формирования полутоновых водяных знаков. Если после внедрения филиграни в бумажную массу старым методом у высохшего листа было только две толщины (он становился несколько тоньше в тех местах, где пришивался проволочный орнамент будущего водяного знака), то в результате технологии Смита толщина бумаги в районе филиграни менялась плавно и водяной знак становился похожим на фотографию с мягкими переходами тонов. Для этого сначала делалась восковая модель нужного рельефа или маска объемного объекта, причем воска было больше там, где в изображении водяного знака бумаги требовался больший контраст. Потом поверхность воска покрывалась графитом, который служил электродом при изготовлении двух металлических матриц методом гальванопластики. Затем между этими матрицами зажимался сплетенный из тонких латунных проволочек сетчатый экран, на котором отпечатывались все нюансы восковой маски. Этот экран накладывался поверх сетки черпальной формы, и в толще бумаги, формуемой в ней, запечатлевались все тональные переходы восковой маски.

Денди-роллерная техника. В способах нанесения водяных знаков на бумагу ручного изготовления использовались черпальные формы с накладной или плетеной сеткой. После изобретения бумагоделательной машины с непрерывным бумажным полотном появилась потребность включить в процесс механизированного производства бумаги и формирование филиграни. В 1826 эту проблему решил Дж.Маршалл, английский специалист по ручным черпальным формам, предложив схему денди-ролла. Это устройство состояло из цилиндрического каркаса с натянутой на него плетеной сеткой, поверх которой нашивались (как в ручной черпальной форме) проволочные структуры, обеспечивающие образование водяных знаков во влажной бумажной массе. Денди-ролл, продвигаясь сверху вдоль формуемого бумажного полотна, оставлял в нем оттиски филигранного орнамента. Таким образом, в денди-роллерном методе проволочки филигранного узора вводятся в непросохшую бумагу сверху, а в ручном наоборот - сырая бумага какое-то время лежит на них, поэтому водяные знаки видны отчетливее на бумаге ручного изготовления, нежели машинного.

Применение бумаги. Разнообразие возможных применений бумаги отображается в ассортименте продукции бумажной промышленности. Бумага выпускается во всем многообразии ее реакции на воду - от противофильтрационной (не пропускающей даже водяных паров) до растворимой в воде; существует множество видов бумаги - от толстых картонов (что используются в качестве строительных материалов) до очень тонких калек (с помощью которых копируют чертежи). Имеется много типов непрозрачной бумаги, светонепроницаемость которой не зависит от ее толщины; бывает бумага жесткая, бывает и очень эластичная.

Не прекращаются разработки новых видов бумажной продукции. Так, сочетание пластиков с бумагой привело к рождению целого семейства новых писчих материалов, срок службы которых необычайно долог. На некоторых видах этих материалов специалисты по биологии моря делают свои заметки прямо под водой. Бумагой и материалами с преобладающим содержанием бумаги зачастую заменяют ткани во многих изделиях - от подвенечных платьев до купальников "бикини", детских пеленок, больничных простыней, хирургических халатов и полотенец одноразового пользования. Необычайно увеличился расход бумаги на распечатки с использованием копировальной аппаратуры и компьютерных принтеров.

Повторная переработка. Повторной переработкой бумаги начали заниматься в Китае лишь спустя несколько столетий после ее изобретения (в 105 н.э.). Появление в Европе бумаги, изготовленной из бумажных отходов, документально зарегистрировано в 1800 в виде английского патента, выданного М.Купсу на "способ удаления печатных и письменных красителей с отпечатанной и исписанной бумаги и превращения упомянутой бумаги в массу с целью изготовления из той массы новой бумаги, пригодной для письма, печати и прочих целей". Уже с середины 19 в. многие бумажные фабрики использовали бумажные отходы как единственное или основное сырье для производимой ими бумаги. Около 30% выпущенной в мире бумаги делается из макулатуры. См. также КНИГА; ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ; ПОЛИГРАФИЯ.