Виробництво паперу

Основу будь-якого паперу складають волокна целюлози. Ці волокна можуть бути отримані з різних джерел - деревини, соломи, бавовни, лозини, конопель, рису або з самого ж паперу. Переважна більшість використовуваного сьогодні паперу вимагають як сировину деревину. Як правило, всі сорти паперів містять суміш твердих (береза) і м'яких (ялина, сосна) порід деревини. М'які сорти дають довгі волокна, хороші міцностні властивості, що додають паперу, тверді ж сорти дають волокна короткі, завдяки яким покращуються якісні показники. Існують також альтернативні способи здобуття сировини. Наприклад, для виготовлення високоякісного паперу використовують суміш волокон бавовни і деревини, або ж лише волокна бавовни. Бавовна дає дуже довгі і міцні волокна, з яких виходить папір високої якості. Для спеціальних видів паперів використовують: азбест, шерсть і інші волокна. Напівфабрикатами для виробництва паперу можуть служити: макулатура; ганчіркова пів маса; напівцелюлоза. Технології з використанням паперових відходів дозволяють отримувати папір високої якості, не зачіпаючи при цьому природних джерел. Папери такого типа широко використовуються для виробництва газет, упаковки і так далі

Але все таки паперові відходи як сировина мають деякі обмеження. Зокрема, при подальшій переробці волокна коротшають, що веде до втрати міцності і підвищення порохнявості кінцевої продукції, що сильно позначаються на друкарських властивостях паперу.
У процесах виробництва сировина перетворюється на волокна. Ці процеси можуть бути механічні, термічні, хімічні або комбінацією цих обробок.

Принцип виробництва механічної маси з деревини полягає в здобутті деревних волокон повністю механічним методом. Існує два фундаментальні способи виробництва механічної маси: дефібрерний спосіб і рафінерний. Вироблювану деревну масу називають дефібрерна деревна маса (ДДМ), рафінерна механічна маса (РММ) і термо-механічна маса (ТММ). Процеси виробництва механічної маси мають дуже високий вжиток енергії.

Перевага механічної маси – високий вихід з деревини, більше 95%. Маса також має високу непрозорість, яка означає, що можна виробляти тонкі папери з хорошими друкарськими властивостями. Проте, з лігніном, що міститься в масі, папір з механічної маси має тенденцію до пожовтіння; зниження білизни як результат старіння або дії світла.

Механічні маси використовують в паперах з коротким життєвим циклом. Папери з механічної маси менш міцні, чим з технічної целюлози, головним чином через те, що волокна коротше і жорсткіші, в результаті вони мають меншу кількість точок утворення зв'язків. В основному деревна маса виробляється з хвойної деревини і, застосовується, головним чином, в газетному папері, щотижневих журналах, в деяких видах санітарно-гігієнічних паперів і, також в картоні.

Хімічний спосіб здобуття целюлози полягає в тому, що при вариві подрібненої деревини, тобто обробці її розчином хімічних реагентів (варильним розчином) при підвищених температурі і тиску, відбувається її делігніфікація — велика частина лігніну розчиняється, клітки деревини відокремлюються і виходить волокниста технічна целюлоза. Основними хімічними методами здобуття целюлози є сульфатний і сульфітний; застосовують також бісульфітний, ней­трально-сульфітний, різні комбіновані і ступінчасті методи варива. Перспективними є окислювальні методи — киснево-содовий, киснево-лужний і ін., які не зв'язані з використанням сірковмісних реагентів і тому роблять менший вплив на довкілля.

Шляхом відповідного підбору реагентів і умов варива регулюють вихід технічної целюлози і її властивості, в першу чергу залишковий вміст лігніну. Чим повніше видалений лігнін при вариві, тим волокно світліше, але вихід його менше. Технічна невибілена целюлоза придатна для виготовле­ння багатьох видів продукції — газетного і мішкового паперу, тарного картону і ін. Для здобуття вищих сортів писального і друкарського паперу, де потрібна підвищена білизна, використовують середньо жорстку і м'яку целюлозу, яку відбілюють хімічними реагентами, наприклад хлором, двоокисом хлору, гіпохлорітом кальцію або натрію, перекисом водню.

Особливо очищену (облагороджену) целюлозу, що утримує 92—97% альфа-целюлози (тобто фракцію целюлози, нерозчинну в 17,5%-ном водному розчині їдкого натру) використовують для виготовлення хімічних волокон, у тому числі віскозного шовку і високоміцного віскозного кордового волокна для виробництва автомобільних шин.

Велику кількість волокнистої маси виробляють з вторинної сировини — макулатури, доля якої у виробництві паперу і картону перевищує 20% від всього використовуваного волокна. На деяких підприємствах целюлозу отримують з очерету.

ВИБІЛЮВАННЯ:

Перша стадія - вибілювання киснем, що додає целюлозній масі світло-коричневий відтінок.

Яскраво-біла целюлозна маса виходить на останній стадії вибілювання. Історично цей етап проходив з використанням хлору, але оскільки хлор шкідливо впливає на довкілля, зараз широко використовуються безхлорні вибілювачі.

Також інколи як вибілювач може виступати перекис водню, що дає проміжну білизну целюлозній масі. Отже, коли маса вже готова, наступна стадія - виготовлення паперу.

Машина, що виробляє папір, як правило, включає п'ять секцій:

1 - секція подачі.

У секції подачі вихідна паперова маса змішується з водою (99% вод на 1% паперової маси). Далі дана суміш подається на рухому сіткову секцію. Секція сітки є дрібною сіткою, що проходить між двох ролей.

2 - секція сітки.

На сітці відбувається в'язка волокон, починається процес обезводнення, який забезпечують вакуумні насоси (у найбільш сучасних машинах існує ще і верхня сітка, завдяки якій вода віддаляється відразу з двох поверхонь, завдяки чому виходить якісніший продукт).

3 - секція віджимання.

Після секції сітки папір містить ще 80% води. Далі ця суміш поступає в секцію віджимання, де з неї витягується ще 10 - 15% рідини. Секція віджимання також впливає на товщину кінцевого аркуша і гладкість його поверхні.

4 - секція сушки.

Після секції віджимання слідує секція сушки, що складається з ряду нагрітих роликів.

5 - секція проклеювання.

Як правило, між секціями сушки розташовується секція проклеювання. Для проклеювання використовують спеціальну речовину, що наноситься на поверхню паперу і поліпшуюче його друкарські властивості. Для цього йому додають гідрофобні властивості: у паперову масу вводять каніфольний клей, парафінову емульсію, глинозем і інші сприяючі злипанню речовини (так зване проклеювання); для підвищення зв'язку між волокнами і збільшення механічної міцності і жорсткості додають крохмаль, тваринний клей; для збільшення міцності паперу у вологому стані — смоли сечовині і меламино-формальдегідні.

Після просушування папір інколи пропускається крізь каландер, що додає їй остаточну гладкість поверхні і товщину. Тепер папір готовий для операцій доведення.

Для підвищення білизни, гладкості, м'якості і непрозорості, а також поліпшення друкарських властивостей паперу вводять мінеральні наповнювачі (каолін, крейду, тальк); для додання кольору і підвищення білизни — анілінові (рідше мінеральні) фарбники.

Деякі види паперу, наприклад, всмоктуючі і електроізоляційні, виробляються без проклеювання і наповнення. Папір з конопляної маси і рисовий папір біліше за папір з деревної целюлози, тому частенько не вимагає додаткового хімічного вибілювання волокон.