Papir, stoff fremstilt av fibrer i trevirke og andre råstoffer som frigjøres ved mekaniske og kjemiske prosesser og forenes ved papirfabrikasjonen til et sammenhengende ark.

Papir fremstilles ved at enkeltfibrer fordeles i vann som deretter frasiles. Et sammenfiltret nettverk kan deretter fjernes fra silduken og tørkes til et sammenhengende ark.

Forskjellige egenskaper oppnås ved å velge ulike råstoffer og ved å tilpasse behandlingen av dem ved papirfremstillingen. Råstoffet må vurderes med hensyn til planteslag, oppslutningsprosessen for frigjøringen av fibrene samt prosessbetingelsene i hvert enkelt tilfelle. Virke av nåletrær har vært dominerende som råstoff, men masser av løvved, spesielt av tropiske trær som eukalyptus og akasie, brukes i økende grad. Slike masser er viktige som komponent i skrive- og trykkpapir, der de innvirker positivt på papirets trykktekniske egenskaper. Også andre råstoffer som bambus, bagasse og halm har fått stor betydning i land som ikke har skogressurser.

Man kan velge mellom masser der fibrene er defibrert mekanisk, eller masser fremstilt ved kjemisk oppslutning (halvkjemisk masse, sulfittmasse, sulfatmasse; se cellulose). Størst variasjon i massekvalitet oppnås med de kjemiske metodene, f.eks. ved å variere koketemperatur, koketid og type og mengde kjemikalier. Sulfittprosessen er spesielt elastisk, men nye tilsetningsstoffer og moderne prosesser har også gjort sulfatprosessen mer fleksibel. Spesielt gjelder dette vedutbyttet, noe som har stor økonomisk betydning. Når det gjelder mekaniske masser har det vært stor utvikling både på utstyrssiden og ved prosessbetingelsene, og dette har gitt masser som tidligere var ukjente (raffinørmasser, termomekaniske masser, CTMP).

Ved papirfremstillingen lages først en tynn velling av vann og fibrer, deretter gjennomgår fibrene en mekanisk behandling, såkalt maling. Denne består i at deler av fiberveggen løsner og fibrene blir mykere, samtidig blir de opptrevlet og kuttet. Resultatet kan kontrolleres i mikroskop, i praksis ved å måle fibrenes evne til å binde vann, malegraden. Historisk foregikk malingen ved banking med stokker (kinesisk tradisjon) eller i hammerverk (europeisk tradisjon). På 1600-tallet ble hollenderen konstruert. Hollenderen arbeidet opprinnelig satsvis, og den kunne bli brukt til innblanding av farge, fyllstoff, limstoffer osv. Hollenderen ble etter hvert erstattet av møller som arbeider kontinuerlig, og der massen passerer et lukket hus med kniver på innsiden og med roterende kjerne, som også er utstyrt med kniver. Møllene er ofte koniske og har da en viss pumpende virkning. Nå brukes oftere såkalte skiveraffinører som arbeider ved høy konsistens. Disse gir bedre styrkeegenskaper og reduserer vannmengdene som må sirkuleres i fabrikken.

Både malingen og de ulike tilsetningsstoffene bidrar til å gi papiret dets spesielle egenskaper. Hygieneprodukter males oftest svært lite, mens matpapir (greaseproof) og tegnepapir males så langt som mulig. Som fyllstoffer brukes vanligvis foredlet leire (china clay), kalsiumkarbonat eller talkum. For å få papir med spesielt høy lystetthet (opasitet), tilsettes titandioksid (f.eks. i bibeltrykk eller papir som skal vokses). Som lim brukes ofte en delvis forsåpet harpiksemulsjon, som etter innblanding i massesuspensjonen utfelles på fiberoverflaten med aluminiumsulfat. Etter tørking gir dette et tynt hydrofobt sjikt på fibrenes overflate, som til en viss grad gjør papiret motstandsdyktig mot fuktighet. En svakhet ved prosessen er at papiret blir surt, noe som bidrar til at papiret nedbrytes ved lang tids lagring. For bøker og dokumenter brukes derfor fortrinnsvis syntetiske limtyper som tilsettes ved nøytral pH, noe som sammen med bruk av kalsiumkarbonat kan øke papirets livslengde mange ganger. Limingen burde heller kalles hydrofobering, fordi den ikke har noe med sammenbinding av fibrer å gjøre, og den virker ikke på papirets styrke. Kreves fullstendig resistens mot vann, må enten papiret vokses eller belegges med polyeten eller annen plastfilm. Like viktig er våtsterkt papir som beholder en betydelig styrke i våt tilstand, f.eks. sekkepapir.

Etter at masseberedningen er avsluttet, justeres massesuspensjonens konsistens. Den ledes deretter i en konstant volumstrøm til papirmaskinen, og mengden tilpasses slik at papiret får den vekt per m2 (flatevekt) man ønsker. Når arket formes, kan suspensjonen inneholde mer enn 100 ganger så mye vann som fiber. Vannet som brukes til utspeing, sirkulerer i et internt maskinsystem og virker ikke inn på papirets vekt. Den utspedde massesuspensjonen ledes inn i en innløpskasse som har to oppgaver: dels skal suspensjonen fordeles jevnt over maskinens bredde, dels skal den sørge for en jevn strøm ut på en endeløs metallduk. Grunnen til at så mye vann må brukes, er at fibrene må fordeles jevnest mulig på den endeløse viren der arket formes. Dessuten har vannet en viktig funksjon når det gjelder papirets egenskaper. I motsetning til tekstil, inneholder ikke papir fibrer som er lengre enn 3–4 mm, og styrken i det ferdige arket er avhengig av de kjemiske bindingene som vannet bidrar til å bygge opp.

Papirmaskinen er prinsipielt et system for mest mulig effektivt å fjerne alt vannet som er tilsatt. Dette skjer ved tre enhetsoperasjoner: filtrering som skjer i virepartiet, pressing som skjer i presspartiet og tørking i tørkepartiet. Kostnadene ved å fjerne vann øker sterkt fra virepartiet til tørkepartiet, og for økonomien er det derfor viktig at inngående tørrstoffinnhold til tørkepartiet er størst mulig.

Den endeløse viren er spent ut mellom to valser, brystvalsen på innløpssiden og guskvalsen på den utgående siden. Mellom disse bæres viren av maskinelementer som skal fjerne vann. Tidligere brukte man overveiende valser, men nå foretrekkes foils, lister med en vingelignende profil, og sugekasser som står under vakuum. Fra guskvalsen føres banen inn i presspartiet ved hjelp av filter. Pressvalsene kan være forsynt med hull og settes under vakuum. Vannet transporteres da gjennom filten og inn i valsen. Også rillede valser fjerner vannet effektivt. I tørkepartiet passerer papirbanen over stålsylindere oppvarmet med damp og dekket med plastvirer for å bedre varmeovergangen. På såkalte Yankeemaskiner tørkes papiret på én stor, høypolert sylinder, og papiret er her klistret fast til overflaten under tørkingen. Papiret kan også tørkes ved påblåsing av varm luft, eller ved bruk av mikrobølger eller infrarøde stråler. De to siste bidrar til å jevne ut fuktigheten i papiret.

Papiret behandles ofte med forskjellige typer av spesialutstyr for å forbedre overflaten, f.eks. bestrykningsmaskiner, oppfuktningsaggregat og kalandere. Sistnevnte består av opp til 12 valser, og etter passering mellom valsene får papiret en glatt og jevn overflate.

Papirmaskiner bygges i dag med bredder på opp til ca. 10 m, og det har i de siste årene ikke vært tendenser til noen ytterligere økning. Maskinene kjøres i dag med hastigheter opp mot 2000 m/min. Det er vanskelig å se noen praktisk øvre grense for hastigheten, den begrenses snarere av praktiske gjøremål, som fjerning av rullene fra maskinen, tilførsel av masse til maskinen osv.

Man kan også lage papir på mer eller mindre tørr vei ved tilsetning av kunstige bindemidler, men dette er bare interessant for spesialpapir. Langt mer interessant er forsøkene på å fjerne vann mer effektivt ved å avvanne fra begge sider av banen. Først kom den såkalte Inverform, der banen ble formet mellom en vire på undersiden og en vals dekket med en vire med vakuum på oversiden. Senere kom den såkalt Vertiforma, der banen er formet mellom to vertikale virer som konvergerer etter hvert som vannet fjernes. I dag finnes en rekke varianter av prinsippet med tosidig vannfjerning, som også innebærer at papiret blir mer likesidig. Papirindustrien er meget kapitalkrevende, og det er viktig å utvikle billigere produksjonsmetoder. På dette feltet er det effektiviseringen av presspartiet som har fått størst oppmerksomhet, men i de siste årene har man også arbeidet mye med å effektivisere tørkepartiet, og dessuten forsøke å redusere papirets flatevekt for forskjellige formål.

Papir kan praktisk deles i tre hovedgrupper: 1) papir for formidling av informasjon som ulike typer av skrivepapir og trykkpapir, 2) papir for emballasjeformål og 3) hygiene- og husholdningspapir. Innen hver av gruppene finnes det en rekke variasjonsmuligheter, og både kvalitet og pris kan variere veldig. Skrivepapir kan variere fra kladdepapir, basert hovedsakelig på mekanisk masse, via kopieringspapir til det fineste brevpapir, ofte forsynt med et vannmerke. Slike kvaliteter fremstilles av en blanding av korte og lange fibrer, henholdsvis fra løvtrær og bartrær. Etter hvert har mengden løvtrefiber økt sterkt, og i bedre trykk- og skrivepapir utgjør de i dag opptil 60–70 % av totalmengden. Av emballasjepapir er kraftpapir laget av ubleket sulfatmasse best kjent. Av dette kreves det først og fremst styrke, både i form av slitstyrke og rivstyrke. Styrken kan økes betydelig ved å stuke fibrene i lengderetning (krepping) før papiret tørkes fullstendig, og fiberbindingene har stabilisert seg. Derved blir papiret mer tøybart, og det kan absorbere mer energi i form av støt før det brister. Andre viktige emballasjekvaliteter er kraftliner og fluting som henholdsvis danner yttersjiktet og mellomsjiktet i bølgepapp, og en rekke forskjellige kartongkvaliteter. Ved å kombinere fiberprodukter og ulike plastmaterialer har anvendelsen av emballasje økt betydelig. I slike kombinasjoner (laminat) gir fibrene stivhet og styrke, mens plastmaterialene gir tetthet overfor vann, olje, vanndamp og gasser. Eksempler på slike laminater er melkekartong, papir for margarin, kjeks m.m. I likhet med sekkepapir blir moderne hygienepapir stuket (kreppet) i langsgående retning, men her i den hensikt å gjøre papiret mykere. Dette oppnås ved å knekke fibrene og er gunstig både for toalettpapir, håndklepapir og servietter. Stilles det enda større krav til produktet, fremstilles ofte papiret av flere sjikt.

Papir kan også grupperes etter vekt, gjerne angitt i g/m2. Nedad danner kondensatorpapir grensen med en vekt på 5 g/m2, oppad av kartong eller papp som kan ligge langt over 200 g/m2. Det er et viktig mål i slike kvaliteter å oppnå ønskede egenskaper med lavest mulig flatevekt av økonomiske grunner. Dette gjelder også produkter som avispapir, magasinpapir m.m., idet papir betales på tonnbasis, mens anvendelsen skjer på basis av overflate.

Overflatebehandlingen brukes også som betegnelse på kvalitet. Dette angis ved ulike forkortelser foran den egentlige kvalitetsbetegnelse; f.eks. MF (eng. machine finish), dvs. at papiret er glittet i selve papirmaskinen; SC (eng. super calandered) betyr at papiret er glittet eller satinert i spesielt maskineri; MG (eng. machine glazed) betyr at papiret er tørket mot en stor, høyglanspolert sylinder. Sistnevnte har meget høy glans og jevnhet på den ene siden og brukes til poser for brød o.l. Papirets overflate kan også bestrykes med en pigmentmasse, og betegnes da bestrøket papir (eng. coated). Det skilles mellom bestrykning som er integrert med papirmaskinen og bestrykning som etterbehandling. Eksempel på sistnevnte er spesielt godt egnet for flerfargetrykk. Eksempler på sistnevnte er kunsttrykkpapir og andre kvaliteter som er spesielt godt egnet for flerfargetrykk.

Papirets egnethet for forskjellige formål bestemmes ved ulike prøvemetoder. Det er naturlig å dele disse i styrkeprøving (strekkstyrke, rivstyrke, stivhet), optiske målinger av fargenyanse, lyshet og gjennomskinnelighet, samt papirets tetthet overfor fluider som vann, oljer, luft og forskjellige gasser. Enkelte metoder simulerer direkte de påkjenninger som papiret utsettes for under videreforedlingen, f.eks. trykking eller papirets evne til å unngå banebrudd under kjøring, hhv. trykkbarhet og kjørbarhet.

Det er en klar positiv korrelasjon mellom papirforbruket per innbygger (capita) og brutto nasjonalprodukt i ulike land. En velstandsøkning i verden fører derfor til en økning av papirforbruket. For å beregne forbruket av ressurser til papirfremstilling lager FAO løpende prognoser for verdens papirforbruk. Fra 1965 til 1990 lå økningen på 4–7 %, men fra 2002 til 2003 økte ikke forbruket mer enn ca. 3 %. Økningen har imidlertid forflyttet seg sterkt i de siste 15 årene. Tidligere var det landene i Vest-Europa, samt USA og Canada som økte forbruket, men utover i 1990-årene stagnerte dette forbruket i området 200–300 kg per innbygger per år, mens de store folkerike landene i Asia, spesielt Kina, India og Indonesia, har hatt en betydelig vekst. Forbruket per innbygger ligger i dag (2003) på ca. 60 kg i Kina mens det for få år tilbake var ca. 20 kg. Til tross for mer effektiv skogsdrift og sterkt økende bruk av returfiber (makulatur) er det derfor fortsatt press på råstoffressursene. Det har da også kommet betydelig kritikk mot de meget produktive plantasjene i tropiske strøk som delvis skapes ved å fjerne regnskogen. Det bør understrekes at dette ikke gjelder alle fabrikker, for eksempel har Aracruz i Brasil tilplantet gamle savanner.

I de fleste verdensdeler gjenvinner man ca. 46–47 % av produsert mengde papir og kartong. I enkelte land kan denne prosentsatsen komme opp i 60. Overskuddsområder for cellulose er spesielt Latin-Amerika og visse land i Asia, spesielt Indonesia, mens Europa er et underskuddsområde.

Betegnelsen papir stammer fra egypterne som laget et papirlignende stoff ved å skjære opp papyrusplantens marg i tynne plater som ble limt sammen i to lag. Disse var så skjøre at de ikke kunne foldes, men måtte rulles sammen (papyrusruller). Dette materialet kjenner man fra ca. 3500 f.Kr. Fordi det ikke er laget av fibrer som har vært skilt fra hverandre er dette egentlig ikke papir.

Papiret ble oppfunnet i Kina. Første dokumentasjon av at virkelig papir har vært fremstilt, stammer fra 105 e.Kr. Det opplyses at en keiserlig forvalter ved navn Cailun er oppfinneren. Som råstoff benyttet han bastfibrer, hamp og gamle tekstilfibrer (fiskenett). To byer, en i Henan- og en i Hubeiprovinsen, hevder å være papirets opprinnelsessted. I Kina spredte papirmakerkunsten seg åpenbart raskt. Funn fra 150 e.Kr. fra Dunhuang i provinsen Gansu inneholder et tusentall av dokumenter fra forskjellige deler av riket, skrevet på papir. Kinserne søkte dog å holde kunsten hemmelig, og først i 751 ble papir fremstilt i Samarkand av kinesiske soldater i fangenskap. Dermed var papiret kommet inn i det islamske kulturområdet, og det fikk videre rask utbredelse. Fremstilling er dokumentert i Bagdad 793, i Kairo 900, i Fez (Marokko) omkring 1100 og i Xative (Jàtiva) nær Valencia i Spania ca. 1100. Etter at Kong Jakob 1 av Aragón erobret Valencia fra maurerne 1238, kom papirfremstillingen også inn i det europeiske kulturområdet. Uavhengig av dette, men noen år senere, synes papirmakerkunsten å ha nådd Italia, via Sicilia. Den første italienske papirmøllen er således kjent fra 1276 i Montefano. Fra Italia og Spania spredte papirfremstillingen seg så til Frankrike og Storbritannia, og via Tyskland til Øst- og Nord-Europa. I Norge ble den første papirmølle opprettet 1698 på Bentse Brug ved Akerselva i Oslo.

Alt det hittil omtalte papiret var håndlaget, dvs. laget ved at en tynn fibervelling ble øst opp av et kar ved hjelp av ramme med en metallduk som bunn. På denne ble det så formet et ark ved at vannet ble silt fra fibervellingen. Karet det øses fra, kalles ofte bøtten, derav navnet bøttepapir. Råstoffet for papirfabrikasjon utenfor det kinesiske området var alltid tekstilfibrer, vanligvis lin, som igjen stammet fra gamle filler.

Papirets opprinnelige oppgave var å tjene som skrivemateriale. Likevel skilte man alt før år 1000 mellom kvaliteter til forskjellige formål, f.eks. dokumentpapir, brevpapir, ja endog et eget «fuglepapir» for brevduepost, en forløper for våre luftpostkvaliteter. En reisebeskrivelse fra 1035 beretter at varene i Bagdads basarer ble innpakket i papir.

Boktrykkerkunsten stilte nye krav til papiret og i boktrykkernes spor fulgte trang til lesning og økende opplysning. Behovet for papir økte sterkt slik at tilgangen på råstoff ble utilstrekkelig. Ved å studere vepsebol lærte man imidlertid at et papirlignende stoff kunne fremstilles av vedmateriale, og alt i 1765 pekte en tysk geistlig på muligheten for å bruke vedfibrer som råstoff til papir.

Den første maskin som kunne fremstille en sammenhengende papirbane ble patentert av franskmannen Louis Robert i 1799. Brødrene Fourdrinier kjøpte patentet 1804, maskinen kalles derfor ofte en fourdriniermaskin. I 1822 forsøkte man for første gang å tørke papirbanen kontinuerlig ved å føre banen over oppvarmede sylindere, og prinsipielt har papirmaskinen samme utførelse i dag. Bentse Brug fikk Norges første papirmaskin i 1838.

Papirmaskinen skapte kaos på det knappe råstoffmarkedet. I 1844 lyktes det imidlertid en tysk tekstilarbeider, F. G. Keller, å lage et fibermateriale på mekanisk måte, dvs. ved å slipe tømmer mot en roterende slipestein under påsprøyting av vann. 13 år senere stod det første tekniske slipeapparatet ferdig, og dermed var grunnlaget lagt for den moderne papirindustri med skogen som råstoffkilde. Svakheten med denne mekaniske massen var likevel lett å se; papiret ble gulbrunt og sprøtt etter lengre tids lagring.

I 1840 kom det et patent som gikk ut på å løse «kittet» som binder fibrene i veden sammen med hjelp av kjemikalier. I løpet av 30–40 år fant man så de to grunnprinsippene for kjemisk behandling av trevirke som senere har vært i bruk. Den ene, sulfittprosessen, bruker en sur kokevæske, mens den andre, som er helt dominerende i dag, bruker en alkalisk kokevæske. Sistnevnte ble i 1884 utviklet til det vi i dag kaller sulfatprosessen. Med disse metodene, gjerne fulgt av en bleking, kan det i dag fremstilles et fibermateriale som for alle praktiske formål er likeverdig med tekstilfibrer som råstoff for papir. Se også cellulose.

1000 tonn
USA 83 612
Kina 53 463
Japan 29 253
Canada 20 578
Tyskland 20 392
Finland 14 036
Sverige 11 589
Korea 10 511
Frankrike 10 249
Norge 2 294
Verden 354 490

Kilde: FAO 2005

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål om artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.