Fabrication de papier

Fabrication du papier, formation d'une feuille matée ou feutrée, généralement en fibres de cellulose, à partir d'une suspension aqueuse sur un tamis métallique. Le papier est le matériau de base utilisé pour la communication écrite et la diffusion d'informations. En outre, le papier et le carton fournissent des matériaux pour des centaines d'autres utilisations, telles que l'emballage, l'emballage, le tissu éponge, l'isolation et la photographie.

Le mot papier est dérivé du nom du papyrus reedy, qui pousse abondamment le long du Nil en Égypte. Dans les temps anciens, les couches fibreuses à l'intérieur de la tige de cette plante ont été enlevées, placées côte à côte et croisées à angle droit avec un autre ensemble de couches disposées de manière similaire. La feuille ainsi formée a été humidifiée et pressée. Lors du séchage, la sève gluante de la plante, agissant comme un adhésif, a cimenté les couches ensemble. Le défibrage complet, élément indispensable à la fabrication du papier moderne, ne s'est pas produit dans la préparation des feuilles de papyrus. Le papyrus était le matériel d'écriture le plus utilisé dans les temps anciens, et de nombreux documents sur le papyrus survivent encore.

Le processus de fabrication du papier

Développement historique

La fabrication du papier remonte à environ 105 ans, lorsque Ts'ai Lun, un fonctionnaire attaché à la cour impériale de Chine, a créé une feuille de papier à base de mûrier et d'autres fibres libériennes avec des filets de pêche, de vieux chiffons et des déchets de chanvre. Dans son lent voyage vers l'ouest, l'art de la fabrication du papier atteint Samarkand, en Asie centrale, en 751; et en 793, le premier papier a été fabriqué à Bagdad à l'époque de Hārūn ar-Rashīd, avec l'âge d'or de la culture islamique qui a amené la fabrication du papier aux frontières de l'Europe.

Au 14ème siècle, un certain nombre de papeteries existaient en Europe, en particulier en Espagne, en Italie, en France et en Allemagne. L'invention de l'impression dans les années 1450 a entraîné une augmentation considérable de la demande de papier. Au cours du XVIIIe siècle, le processus de fabrication du papier est resté essentiellement inchangé, les chiffons de lin et de coton fournissant les matières premières de base. Les papeteries étaient de plus en plus en proie à des pénuries; au XVIIIe siècle, ils ont même annoncé et sollicité publiquement des chiffons. Il était évident qu'un procédé d'utilisation d'un matériau plus abondant était nécessaire.

Améliorations des matériaux et des processus

En 1800, un livre a été publié qui a lancé le développement de méthodes pratiques pour fabriquer du papier à partir de pâte de bois et d'autres pâtes végétales. Plusieurs procédés de mise en pâte importants ont été progressivement développés, ce qui a permis à l'industrie papetière de ne plus dépendre des chiffons de coton et de lin et a rendu possible une production moderne à grande échelle. Ces développements ont suivi deux voies distinctes. Dans l'un, les fibres et les fragments de fibres ont été séparés de la structure en bois par des moyens mécaniques; et dans l'autre, le bois a été exposé à des solutions chimiques qui ont dissous et éliminé la lignine et d'autres composants du bois, laissant la fibre de cellulose derrière. Fabriquée par des méthodes mécaniques, la pâte de bois de sciage contient tous les composants du bois et ne convient donc pas aux papiers dans lesquels une blancheur et une permanence élevées sont requises. Des pâtes de bois chimiques telles que la pâte de soude et de sulfite (décrites ci-dessous) sont utilisées lorsqu'une brillance, une résistance et une permanence élevées sont requises. La pâte de bois de sciage a été fabriquée pour la première fois en Allemagne en 1840, mais le processus n'a été utilisé à grande échelle qu'en 1870 environ. processus.

Une feuille de papier composée uniquement de fibres cellulosiques («waterleaf») absorbe l'eau. Par conséquent, les encres à base d'eau et autres liquides aqueux y pénétreront et se répandront. L'imprégnation du papier avec diverses substances qui retardent ce mouillage et cette pénétration est appelée encollage.

Avant 1800, les feuilles de papier étaient dimensionnées par imprégnation avec de la colle animale ou des gommes végétales, un procédé coûteux et fastidieux. En 1800, Moritz Friedrich Illig en Allemagne a découvert que le papier pouvait être formaté dans des cuves avec de la colophane et de l'alun. Bien qu'Illig ait publié sa découverte en 1807, la méthode n'a pas été largement utilisée pendant environ 25 ans.

La découverte de l'élément chlore en 1774 a conduit à son utilisation pour le blanchiment du papier. Le manque de connaissances chimiques à l'époque, cependant, a conduit à la production de papier inférieur par la méthode, le discréditant pendant quelques années. Le blanchiment au chlore est une technique de fabrication du papier courante aujourd'hui.

Introduction de machines

Avant l'invention de la machine à papier, le papier était fabriqué une feuille à la fois en plongeant un cadre ou un moule avec un fond tamisé dans une cuve de stock. Le soulèvement du moule a permis à l'eau de s'écouler, laissant la feuille sur l'écran. La feuille a ensuite été pressée et séchée. La taille d'une seule feuille était limitée à la taille du cadre et du moule qu'un homme pouvait soulever d'une cuve de stock.

En 1798, Nicolas-Louis Robert en France a construit une bande d'écran mobile qui recevrait un flux continu de stock et livrerait une feuille de papier humide ininterrompue à une paire de rouleaux presseurs. Le gouvernement français a reconnu le travail de Robert par l'octroi d'un brevet.

La machine à papier n'est pas devenue une réalité pratique, cependant, jusqu'à ce que deux ingénieurs en Angleterre, tous deux familiers avec les idées de Robert, aient construit une version améliorée pour leurs employeurs, Henry et Sealy Fourdrinier, en 1807. Les frères Fourdrinier ont également obtenu un brevet. Deux ans plus tard, une machine à papier cylindrique (décrite ci-dessous) a été conçue par John Dickinson, un papetier anglais. De ces débuts grossiers, les machines à papier modernes ont évolué. En 1875, du papier couché par des machines était utilisé pour l'impression de demi-teintes par le nouveau procédé de photogravure, et en 1884, Carl F. Dahl inventa la pâte au sulfate (kraft) à Dantzig, en Allemagne.

Bien que la machine à papier symbolise la mécanisation de l'industrie du papier, chaque étape de la production, de l'abattage des arbres à l'expédition du produit fini, a également connu une augmentation spectaculaire de la mécanisation, réduisant ainsi le travail manuel. Comme les opérations de fabrication du papier nécessitent le mouvement répété de grandes quantités de matériaux, la conception et la mécanisation des équipements de manutention des matériaux ont été et continuent d'être un aspect important du développement de l'industrie.

Bien que les inventions et l'ingénierie modernes aient transformé un ancien métier en une industrie hautement technique, les opérations de base dans la fabrication du papier restent les mêmes à ce jour. Les étapes du processus sont les suivantes: (1) une suspension de fibre cellulosique est préparée en la battant dans de l'eau de sorte que les fibres sont complètement séparées et saturées d'eau; (2) la pâte à papier est filtrée sur un écran tissé pour former une feuille de fibre emmêlée; (3) la feuille humide est pressée et compactée pour évincer une grande proportion d'eau; (4) l'eau restante est éliminée par évaporation; et (5) en fonction des exigences d'utilisation, la feuille de papier sèche est en outre compressée, enduite ou imprégnée.

Les différences entre divers grades et types de papier sont déterminées par: (1) le type de fibre ou de pâte, (2) le degré de battage ou d'affinage du papier, (3) l'ajout de divers matériaux au papier, (4) les conditions de formation de la feuille, y compris le grammage ou la substance par unité de surface, et (5) le traitement physique ou chimique appliqué au papier après sa formation.