Исследователи предполагают, что первая бумага, возможно из шелка, производилась в Китае еще задолго до нашей эры. Так как в одном из захоронений, относящихся к эпохе, предшествовавшей правлению династии Хань, археологами были обнаружены хорошо сохранившиеся обрывки бумаги. Однако точное место происхождения этой бумаги и время возникновения до сих пор не установлено.
При археологических раскопках в пещере Баоця, северной провинции Китая — Шаньси, была обнаружена древняя гробница, в которой наряду с другими артефактами были найдены небольшие обрывки бумаги. Проведенное исследование показало, что найденные образцы листов бумаги были изготовлены во II веке до н.э. Эта находка еще раз подтвердила, что две тысячи лет до н.э. в Китае существовало производство бумаги.
В процессе производства шелка после тепловой и механической обработки сырья на циновках оставался волокнистый слой, который после просушивания превращался в тонкий лист, пригодный для письма. Позже для изготовления бумаги, которая называлась «ватной», стали пользоваться бракованными коконами шелкопряда. Бумага была дорогой, так как дорогим было само сырье.
Согласно китайским летописям, задокументированным фактом является то, что в 105 году нашей эры Цай Лунь — китайский сановник восточной династии Хань, предоставил императору доклад об усовершенствовании технологии изготовления бумаги.
Заключалась она в следующем: он взял волокна шелковицы, старые тряпки и пеньку, древесную золу, все это тщательно растолок и смешал с водой. Полученную массу выложил на деревянную раму и сито, сделанное из узких длинных полосок бамбука. После того, как вода стекала, массу сушили на солнце и тщательно разглаживали с помощью камней. В итоге были получены прочные листы бумаги, не уступавшие по качеству бумаге из шелкового сырья, но намного дешевле.
Впервые в истории человечества был получен доступный и качественный материал, пригодный для письма. Император Хэ Ди которому Цай Лунь представил свой доклад, пожаловал ему за это изобретение высокий титул и хорошее вознаграждение. За своё трудолюбие и изобретательность Цай Луня не раз повышали в должности. За сорок шесть лет жизни при дворе он послужил пяти императорам, завоевал их расположение и получил титул князя. Но жизнь закончил самоубийством после участия в одной из дворцовых интриг при дворе императора Ань Ди, и отравился.
Секрет изготовления бумаги много веков Поднебесная держала в строжайшей тайне. Но постепенно технология производства бумаги все же распространилось за пределы Китая. Во II веке новой эры бумага достигла Кореи. В III веке бумага «двинулась» к берегам Японии. Но настоящее развитие она получила только к 610 году, и со временем ученики превзошли китайцев – бумага японцев, по качеству лучше китайской, могла использоваться только для письма, но и для изготовления зонтиков, вееров, ширм и даже одежды. В III веке бумага проникла в Центральную Азию. В VII веке стала известна в Индии, в VIII веке – в Западной Азии. В Х веке бумага «дошла» до Африки, в XII – вступила в Европу.
В VIII веке, когда арабы захватили Самарканд, секрет производства бумаги попал от них в Месопотамию, Сирию, Египет. Первая бумажная мастерская, построенная в Самарканде, была создана арабами с помощью пленных китайцев. Арабы экспортировали бумагу в Европу через Испанию и Сицилию. Из Италии готовую бумагу начали вывозить в Южную Францию, Германию, и далее в Польшу, Чехию, Из Испании – на север Франции, в Англию и Скандинавию. Таким же путем шло и распространение производства бумаги.
В технологии изготовления бумаги того времени насчитывалось 30 операций. Главной фигурой на бумажной мельнице был черпальщик, а основным рабочим инструментом ему служила четырехугольная форма с сеточным дном. Он опускал ее в чан, наполненный бумажной массой, и быстро поднимал. Требовалось делать это так, чтобы на сетке, после того как с нее стечет вода, остался ровный волокнистый слой, из которого потом получался лист бумаги. Черпальщик считался важной персоной и обладал рядом привилегий в отличии от остальных мастеров. Эта операция была очень трудоемкой, требовала больших физических затрат, опыта, сноровки.
Сделав свое дело, черпальщик передавал раму рабочему - приемщику. Тот ловко переворачивал раму, и волокно попадало на матерчатую суконную прокладку. Сырые бумажные листы разделялись прокладками и собирались в стопы. Затем из них удаляли воду прессом.
Сушка была завершающей, но не самой последней операцией. После удаления влаги листы распрямляли, разглаживали на гладком катке каталкой из твердых пород деревьев как бук, орех или костью. Затем снова прессовали. Иногда бумагу окунали в кювету с разведенным животным или рыбьим клеем, с последующей повторной сушкой и разглаживанием.
Современное изготовление бумаги ведется на целлюлозно-бумажных комбинатах. Эти предприятия располагаются невдалеке от водоемов, поскольку технология изготовления бумаги предполагает использование значительных объемов воды.
Основной материал, используемый для производства бумаги — древесина разных (больше – хвойных, потому что они на 40–50% состоят из целлюлозы) сортов и макулатура. В особых случаях используется хлопок. Еще один вид сырья, появившийся относительно недавно, — синтетические волокна. Также основой для производства бумаги может стать ветошь, волокна однолетних растений, шерсть, асбест. Зачастую для изготовления бумаги используются такие полуфабрикаты, как целлюлоза и древесная масса в разных соотношениях.
Целлюлозу получают в процессе варки древесины в химическом растворе. Именно она придает материалу белизну и высокую прочность. В чистом виде целлюлоза используется для производства высококачественной бумаги дорогих сортов.
Механическая обработка, помол древесины, приводит к образованию древесной массы — частиц диаметром два-три миллиметра. Этот полуфабрикат содержит не только целлюлозу, но и лигнин — полимер, скрепляющий волокна растений. Древесная масса в чистом виде может применяться только для производства бумаги недорогих сортов (газетная, упаковочная).
Производство начинается с изготовления бумажной массы, которая представляет собой смесь воды, целлюлозы и древесной массы с добавлением различных веществ для проклейки, окраски, улучшения свойств материала. Соотношение воды и волокон таково, что бумажная масса представляет собой 2,5–3% суспензию.
Предварительно очищенная бумажная масса поступает в бумагоделательную машину (БДМ) — сложный агрегат огромных размеров. За одну минуту полуфабрикат успевает пройти через все части БДМ;
Под напором этот состав непрерывно поступает на движущуюся проволочную сетку бумагоделательной машины. Технология изготовления бумаги такова, что волокна располагаются и переплетаются вдоль движения сетки, создавая машинное направление, которое в дальнейшем будет играть важную роль при использовании готового продукта. По мере движения сетки вода постепенно уходит и осуществляется формование бумажного полотна.
Далее полотно идет на прессовку. В процессе прессования полотно проходит между несколькими парами прессов-валов, уплотняясь и отдавая большую часть влаги. Следующей, сушильной части, бумага-основа высушивается нагретыми паром цилиндрами. Но даже после этого в полотне остается до 8% влаги. Предварительно остуженное холодными барабанами полотно проходит каландрирование — пропускается между тяжелыми полированными валами — каландрами для придания ему большей гладкости и прочности. Каландрированная бумага сматывается в рулон и подвергается резке на меньшие рулоны или размотке и резке на листы.