Studiul Materialelor

Hârtia este un material plan și subțire, având ca element esențial suprafața sa pe care se poate scrie, ale cărei dimensiuni sunt mult mai mari decât grosimea sa. Hârtia este obținută din fibre de celuloză amestecate, care se mențin împreună fără un alt liant cu excepția legăturilor de hidrogen și a împletirii fibrelor.

Deși cele mai căutate materiale celulozice pentru fabricarea hârtiei sunt pulpa lemnoasă a unor specii de arbori de esență moale, în special cea a coniferelor, datorită existenței fibrelor de celuloză în structura multor plante, de la ierburi până la arbori, se pot folosi și multe alte fibre, așa cum ar fi cele ale plantelor de bumbac, in, cânepă sau orez.

În jurul anului 200 î.Hr. hârtia era folosită deja în China, pe atunci confecționată din cârpe de mătase. Demnitarul chinez Tsai Lun (48-118) a inventat hârtia în varianta ei mai modernă, materialele de bază fiind cânepa, țesătura și bumbacul amestecate cu apă, transformată în pastă și întinsă pe o foaie. Un document indică precis că hârtia, a fost descoperită în anul 98, însă procedeul de fabricare a fost ținut secret până secolul al VIII-lea, când Samarkandul era un centru însemnat de producere a hârtiei. Hârtia a ajuns în Bagdad în 793, în Siria și Egipt în cca. 900 și în Africa de Nord puțin după aceea. În Europa hârtia a ajuns târziu, abia prin anii 1100 iar prima fabrică de hârtie din Europa este deschisă în 1150 la Jativa, Valencia, Spania. Mai târziu au apărut fabrici și în Franța, Germania, Anglia iar în România primele fabrici s-au construit în 1539 la Sibiu și în 1546 la Brașov, iar primul act oficial scris pe hârtie este dat de Mircea cel Bătrân Mănăstirii Tismana în anul 1406

Metode de producere:

Compoziþia medie a hârtiei

maculaturã .44% celulozã .28 %

pastã mecanicã .16 % adaos .5 %

amidon . 3 % produse chimice . 2 %

clei rãşinos. 1 % sulfat de aluminiu. 2 %

1. Materiale fibroase folosite la fabricarea hârtiei

Fibrele celulozice :

Principalul component al peretelui celular al plantelor este celuloza.

Împreuna cu celuloza se mai gasesc, în procente diferite si alte substante cum sunt lignina, hemicelulozele, substante pectice, grasimi, ceruri, gume, mucilagii, amidon, resturi de proteine, saruri minerale, s. a.

Cele mai importante componente sunt celuloza si hemiceluloza, dar si prezenta ligninei prezinta interes, ea împiedicând separarea fibrelor celulozice în procesul de macinare.

Cantitatile relative de celuloza, lignina si hemiceluloza din peretele celular al câtorva plante

Nr.

crt. Planta Celuloza

% Hemiceluloze

% Lignina

1. Lemnul 40-50 12-34 20-32

2. Paie de cereale 31-45 35-38 15-25

3. Inul 65-75 15-21 2-5

4. Bumbacul 88-96 pâna la 6

(numai subst. pectice) 0

2. Macinarea. Teoria macinarii

Pentru a obtine anumite caracteristici de calitate ale hârtiei s-a constatat ca fi-bra trebuie sa sufere un tratament mecanic. Transformarile fizice ale fibrei celulozice prin tratamente mecanice se cheama macinare. În procesul de macinare se consuma o cantitate considerabila de energie electrica.

Pentru sortimentele obisnuite de hârtie consumul variaza între 200 si 1000 Kwh/tona iar unele sortimente speciale necesita chiar si 5000-7000 Kwh/tona.

Consumul acesta mare de energie obliga pe fabricantul de hârtie sa cunoasca bine procesul de macinare pentru a obtine maximum de calitate cu minimum de energie.

Îmbunatatirile aduse hârtiei prin macinare nu sunt numaidecât proportionale cu durata macinarii.

Proprietatile de rezistenta cresc odata cu macinarea pâna la o limita si apoi încep sa scada, asa cum se vede în figura urmatoare :

Rezistenta la rupere

Duble îndoituri

Rezistenta la

plesnire

Rezistenta la sfâsiere

0 20 40 60 80 Timp de macinare [min.]

Pe lânga variatiile proprietatilor fizico-mecanice, macinarea produce si alte modificari ale hârtiei. Astfel, opacitatea scade cu cresterea gradului de macinare pe seama cresterii densitatii, retentia fata de umplutura si substantele de încleiere si de colorare creste. Unele dintre aceste shimbari sunt avantajoase, iar altele negative. Este necesar sa se cunoasca schimbarile proprietatilor hârtiei, pe seama modificarilor aduse fibrei individuale în procesul de macinare.

Examinarea microscopica arata ca prin fibrilare se reduce lungimea si grosimea si creste suprafata specifica. De asemenea, prin macinare se constata o crestere a cantitatii de apa retinuta de celuloza.

Pe lânga aceste efecte masurabile s-a mai observat ca, datorita repetatei actiuni de frecare la care este supusa fibra celulozica, se rup legaturile laterale interne având loc procesul denumit fibrilare interna. Ca urmare polizaharidele ce se gasesc pe suprafata fibrei sunt partial dispersate sau dizolvate. Acestea sunt efectele fundamentale pe care le are macinarea asupra fibrelor individuale.