Farget papir

Papir er et stoff fremstilt av fiber av trevirke og andre råstoffer som frigjøres ved mekaniske og kjemiske prosesser og forenes ved papirfabrikasjonen til et sammenhengende ark. Papir brukes blant annet til å trykke tekst og bilder på, til emballasje og til hygieniske formål. for eksempel servietter og toalettpapir.

Faktaboks

Uttale
papˈir
Etymologi
til papyrus

Fremstilling

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

Råstoff

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 løvtrær, 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, for eksempel ved å variere koketemperatur, koketid samt 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, som raffinørmasser og termomekaniske masser; CTMP.

papir (papirfremstilling)

Skjematisk fremstilling av prosessen fra råstoff (celluloseballer) til ferdig papir.

Av /Store norske leksikon ※.

Fremstillingsprosessen

Ved papirfremstillingen lages først en tynn velling av vann og fibre, 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. Historisk foregikk malingen ved banking med stokker (kinesisk tradisjon) eller i hammerverk (europeisk tradisjon).

På 1600-tallet ble hollenderen konstruert. Den var et apparat for tilberedning av papirmasse, men den kunne også brukes til innblanding av farge, fyllstoff, limstoffer og så videre. Hollenderen ble etter hvert erstattet av møller, 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 (stor fasthet). 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 (for eksempel i bibeltrykk eller papir som skal vokses). Som lim brukes ofte en delvis forsåpet emulsjon av harpiks, 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. 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, for eksempel sekkepapir.

Etter at masseberedningen er avsluttet, justeres massesuspensjonens fasthet. Den ledes deretter i en konstant volumstrøm til papirmaskinen, og mengden tilpasses slik at papiret får den vekt per kvadratmeter (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 fibre som er lengre enn 3–4 millimeter, og styrken i det ferdige arket er avhengig av de kjemiske bindingene som vannet bidrar til å bygge opp.

Papirmaskinen

Papirmaskin
Dokumentasjonsfoto fra papirproduksjonen på Follum fabrikker.
Av /digitaltmuseum.no.
Lisens: CC BY 3.0

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 (en slags silduk) 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. I tørkepartiet passerer papirbanen over stålsylindere oppvarmet med damp og dekket med plastvirer for å bedre varmeovergangen. På 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, for eksempel bestrykningsmaskiner, oppfuktningsaggregat og kalandere. Sistnevnte består av opp til tolv valser, og etter passering mellom valsene får papiret en glatt og jevn overflate.

Papirmaskiner bygges gjerne med bredder på opp til cirka 10 meter. Maskinene kjøres i dag med hastigheter opp mot 2000 meter per minutt. 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 og så videre.

Man kan også lage papir på mer eller mindre tørr måte, 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. Det 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 det er også arbeidet mye med å effektivisere tørkepartiet.

Papirkvaliteter

Papir kan praktisk deles i tre hovedgrupper:

  1. papir for formidling av informasjon som ulike typer av skrivepapir og trykkpapir
  2. papir for emballasjeformål
  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 fibre, henholdsvis fra løvtrær og bartrær. Etter hvert har mengden løvtrefiber økt sterkt, og i bedre trykk- og skrivepapir utgjør de i dag størstedelen av totalmengden.

Av emballasjepapir er kraftpapir laget av ubleket sulfatmasse best kjent. Av dette kreves det først og fremst styrke, både i form av slitestyrke og rivestyrke. 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 (laminater) 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 med mer.

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 gram per kvadratmeter. Nedad danner kondensatorpapir grensen med en vekt på 5 gram/kvadratmeter, oppad av kartong eller papp som kan ligge langt over 200 gram/kvadratmeter. 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 med mer, 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; for eksempel MF (engelsk machine finish), det vil si at papiret er glittet i selve papirmaskinen; SC (engelsk super calandered) betyr at papiret er glittet eller satinert i spesielt maskineri; MG (engelsk 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 og lignende. Papirets overflate kan også bestrykes med en pigmentmasse, og betegnes da bestrøket papir (engelsk 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, rivestyrke, 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 påkjenningene som papiret utsettes for under videreforedlingen, for eksempel trykking eller papirets evne til å unngå banebrudd under kjøring, henholdsvis trykkbarhet og kjørbarhet.

Forbruk av papir

Det er en klar positiv korrelasjon mellom papirforbruket per innbygger (capita) og bruttonasjonalprodukt i ulike land. En velstandsøkning i verden fører derfor til en økning av papirforbruket. For å beregne forbruket av ressurser til papirfremstilling lager FNs ernærings- og landbruksorganisasjon, FAO, løpende prognoser for verdens papirforbruk. Fra 1965 til 1990 lå økningen på 4–7 prosent, men fra 2002 til 2003 økte ikke forbruket mer enn cirka tre prosent. Økningen har imidlertid forflyttet seg sterkt i den senere tid. Tidligere var det landene i Vest-Europa samt USA og Canada, som økte forbruket, men utover i 1990-årene stagnerte dette i området 200–300 kilogram per innbygger per år, mens de store folkerike landene i Asia, spesielt Kina, India og Indonesia, har hatt en betydelig vekst. Forbruket per innbygger lå per 2003 på cirka 60 kilogram i Kina mens det for få år tidligere var rundt 20 kilogram. 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 svært produktive plantasjene i tropiske strøk som delvis skapes ved å fjerne regnskog.

I de fleste verdensdeler gjenvinner man gjerne cirka 50 prosent av produsert mengde papir og kartong. I enkelte land kan denne prosentsatsen være langt høyere. Overskuddsområder for cellulose er spesielt Latin-Amerika og visse land i Asia, spesielt Indonesia, mens Europa er et underskuddsområde.

Historikk

Fremstilling av papir i det gamle Kina. Først ble bambuskvister kuttet i like lange stykker og lagt i bløt i rent vann. Tusjtegning fra en illustrert avhandling om forskjellige yrker, som utkom i Kina i 1634.

.
Lisens: Begrenset gjenbruk

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 cirka 3500 før vår tidsregning (fvt.). Fordi det ikke er laget av fibre 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 etter vår tidsregning (evt.). Det opplyses at en keiserlig forvalter ved navn Cailun er oppfinneren. Som råstoff benyttet han bastfibre, hamp og gamle tekstilfibre fra fiskenett. To byer, en i Henan- og en i Hubei-provinsen, hevder å være papirets opprinnelsessted. I Kina spredte papirmakerkunsten seg åpenbart raskt. Funn fra 150 evt. fra Dunhuang i provinsen Gansu inneholder et tusentall av dokumenter fra forskjellige deler av riket, skrevet på papir.

Kineserne søkte 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 i 793, i Kairo i 900, i Fez i Marokko omkring 1100 og i Xative (Jàtiva) nær Valencia i Spania i cirka år 1100. Etter at kong Jakob 1 av Aragón erobret Valencia fra maurerne i 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 papirmøllen opprettet i 1698 på Bentse Brug ved Akerselva i Oslo.

Alt det hittil omtalte papiret var håndlaget, det vil si 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 tekstilfibre, 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, for eksempel 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 vedfibre 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 i 1804, og 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, Friedrich Gottlob Keller, å lage et fibermateriale på mekanisk måte, det vil si 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 papirindustrien 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 tekstilfibre som råstoff for papir.

Papirproduksjon i dag

Kina var først ute med å produsere papir, og er fortsatt i dag (2019) verdens største produsent av papir og har i de senere årene mangedoblet sin produksjon. Men de har selv for lite egnede råvarer og må derfor importere mye av papirmassen, særlig fra Indonesia.

Norge er også en stor produsent av papir til verdensmarkedet: Norske Skog har i en årrekke vært en av verdens største produsenter av både avispapir og magasinpapir. Etterspørselen etter såvel avis- som magasinpapir har falt betydelig de senere årene, særlig i Europa, noe som uten tvil har sammenheng med framveksten av nettaviser og andre publikasjoner på internettet.

Les mer i Store norske leksikon

Eksterne lenker

Litteratur

  • Fasting, Kåre: Den norske papirindustris historie 1893-1968, 1967
  • Fiskaa, Haakon Mathias: Papiret og papirhandelen i Norge i eldre tid, 1940
  • Fiskaa, Haakon Mathias: Norske papirmøller og deres vannmerker 1695-1870, 1973, isbn 82-7000-019-1
  • Fiskaa, Haakon Mathias & Ove K. Nordstrand: Paper and watermarks in Norway and Denmark, 1978
  • Hunter, Dard: Papermaking: The History and Technique of an Ancient Craft, 2nd edition, 1947
  • Jerkeman, Per: Papper: en mänsklig historia, 2000, isbn 91-7203-956-6
  • Kaldal, Ingar: Papirarbeidernes historie: Norsk papirindustriarbeiderforbund 1913-1988, 1989, isbn 82-10-03204-6
  • Rudin, Bo: Papperets historia: studier i ett gammalt hantverk, 1987, isbn 91-970888-0-3

Kommentarer

Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg