Celulózový a papírenský průmysl

Proces výroby papíru

Proces výroby papíru se skládá z několika fází. V první fázi dochází k fragmentaci a čištění buničiny, která může být primárního původu (dřevo) nebo sekundárního (sběrový papír). Hlavním zdrojem celulózových vláken je dřevo získávané na pilách v několika formách, např. jako polena, dřevěné štěpky nebo piliny.

V další fázi vláknitý materiál prochází dalším zpracováním, kde se přeměňuje na buničinu, která se dále zpracovává na papír. Výroba buničiny může být prováděna mechanickými nebo chemickými metodami. V procesu chemického rozvlákňování se k odstranění ligninu, který váže vlákna, obvykle používá alkálie (např. hydroxid sodný ve formě louhu nebo louhu ).

Použití odpěňovačů v každé fázi výroby papíru je rovněž klíčové. Odpěňovací látky se používají při výrobě všech typů papírových výrobků. Pěna vzniká smícháním plynů s celulózovou buničinou a je v ní zadržována díky přítomnosti povrchově aktivních látek. Produkty z nabídky PCC Group lze s úspěchem použít pro odstraňování pěny vznikající v dalších fázích výroby papíru. Patří mezi ně blokové kopolymery EO/PO ( ROKAmer ) a řada alkoxylovaných mastných alkoholů ( ROKAnol LP ). Jejich vysoká účinnost v eliminaci pěny a v prevenci její tvorby umožňuje zlepšení účinnosti následných technologických kroků.

Chemické metody výroby buničiny

Chemické procesy rozvlákňování sestávají hlavně z použití různých chemických činidel a také tepla ke změkčení ligninu. V důsledku toho se rozpustí a poté mechanicky zjemní, aby se oddělila vlákna. V praxi se používají dva různé chemické procesy výroby buničiny.

Prvním z nich je proces výroby sulfátové buničiny , známý také jako sulfátový proces. V současnosti je to dominantní technologie – touto metodou se zpracovává asi 80 %světové produkce buničiny. Kraftová buničina se stala nejběžněji používanou metodou díky několika faktorům. Sulfátově zpracovaná vlákna mají lepší trvanlivost ve srovnání s těmi, která jsou získána jako výsledek jiných dostupných technologií. Navíc je použitelný pro všechny druhy dřeva a samotný proces umožňuje efektivní obnovu použitých chemických surovin.

Kraftový proces spočívá ve spojení dřevěných třísek s bílým louhem (jedná se o vodný roztok hydroxidu sodného a sulfidu sodného). Za podmínek zvýšeného tlaku a teploty tento roztok rozpouští lignin a uvolňuje celulózová vlákna. Po dokončení digesční reakce se získá černý louh a celulózová buničina. Výluh obsahuje rozpuštěné organické látky, které jsou regenerovány a mohou být znovu použity v chemickém procesu. Lignin se z hmoty odstraňuje v procesu kyslíkové delignifikace (za přítomnosti kyslíku a hydroxidu sodného). Takto získaný materiál se bělí, aby se dosáhlo vhodného výkonu, jako je pevnost, jas a čistota konečného produktu.

Druhým procesem chemické digesce je sulfitový proces . Spočívá v použití vodného roztoku oxidu siřičitého za přítomnosti alkálií (např. vápníku, hořčíku, sodíku a amonia). Produkty získané tímto procesem jsou lehčí a snadněji se bělí, mají však mnohem nižší pevnost ve srovnání s častěji používaným sulfátovým rozvlákňováním. Sulfitový proces také vyžaduje pečlivý výběr dřevní suroviny – tento způsob je netolerantní například u borovicového dřeva. Sulfitový proces ve srovnání s sulfátovou buničinou je efektivnější, produkuje méně nepříjemných plynů a také umožňuje získat velmi lehkou buničinu, která se snadno vyluhuje. Bohužel kvůli nižší kvalitě vláken, vyšší spotřebě energie a nízké obnovitelnosti chemických surovin používaných v procesu byla sulfitová technologie nahrazena sulfitovým procesem.

Mechanické způsoby výroby buničiny

Mechanické rozvlákňování poskytuje velmi vysokou výtěžnost buničiny ze dřeva. Hlavními procesy používanými v průmyslovém měřítku je proces výroby buničiny z kamenného dřeva (SGW), termomechanické rozvlákňování (TMP) a chemotermomechanické rozvlákňování (CTMP).

Dřevovina se získává v procesu obrušování dřeva o kámen při atmosférickém tlaku. Dřevo (ze kterého byla předtím odstraněna kůra) se rozvlákní pomocí kamene a poté se omyje vodou. Připravená hmota se suší v hydrocyklonech, odkud se dopravuje do kompaktoru. V další fázi je hustá dřevní hmota dopravována do kádě a cirkulující voda (filtrát) je recyklována zpět do celulózky. Při výrobě buničiny ze zpracovaného dřeva se uvolňují pryskyřičné látky, které se snadno shlukují a vytvářejí sediment na mlýnku nebo vnitřních stěnách potrubí. Často způsobují zanášení povrchu kamene, což zhoršuje jeho abrazivní vlastnosti. K odstranění těchto takzvaných "problémů s pryskyřicí" se používají různé chemické prostředky. Nejčastěji používaným prostředkem pro tento účel jsou dispergační prostředky, které jsou určeny k rozptýlení usazenin, které se tvoří, a tím k usnadnění jejich následného odstranění. Produkty řady ROKAcet a ROKAfenol jsou vynikající dispergační činidla určená pro celulózový a papírenský průmysl. Kromě dispergačních schopností mohou tyto produkty působit jako čisticí prostředky, emulgátory a antielektrostatické prostředky. ROKAfenoly jsou ideální pro emulgaci a procesy odstraňování skvrn z papíroviny a celulózy. Zatímco ROKAcet R40W je produkt se změkčovací schopností použitelný v textilním, kožedělném a papírenském průmyslu.

Vylepšením metody SGW je termomechanické rozvlákňování (TMP). V procesu TMP se dřevěné štěpky nejprve perou, aby se odstranil písek, kamínky a jiné tvrdé nečistoty, poté se zahřívají párou za zvýšeného tlaku a dále se rozvlákňují v kotoučovém mlýnu. V další fázi je hmota dopravována do kádě, kde dochází k rovnání a eliminaci deformace vláken. Nakonec je nasměrován do akumulační nádrže. Aby se snížilo množství škodlivých pryskyřic vznikajících v procesu TMP, používají se podobné chemikálie jako v procesu SGW. Takto vytvořená hmota se nejčastěji používá k výrobě novinového papíru.

Proces CTMP kombinuje proces TMP spolu s chemickou impregnací třísek. V první fázi se promyjí a prosévají a následně impregnují. V závislosti na druhu dřeva se používají vhodné chemické roztoky. Síran sodný se obvykle používá pro měkké dřevo, zatímco alkalické peroxidy jsou obvykle vybírány pro tvrdé dřevo. Po dokončení impregnačního procesu se třísky zahřejí a smíchají s vodou, čímž se uvolní ligninové vazby a uvolní se vlákna. Proces CTMP umožňuje získat čistou buničinu s dostatečnou pevností a vhodnými optickými vlastnostmi. CTMP se používá především k výrobě vláknitých složek papíroviny, které lze použít pro výrobu tiskových a hygienických papírů.

Flotace a bělení

Další fází zpracování buničiny je odbarvování kombinované s mechanickým odstraňováním nečistot. Při výrobě papíru je nejdůležitějším parametrem barva (bělost – v případě tiskového papíru). Z tohoto důvodu je nutné recyklovaný papír důkladně očistit od tiskové barvy. Základní podmínkou pro jeho odstranění je uvolnění částic barvy z vláken a jejich udržení v rozptýleném stavu. Jemně rozdělené částice inkoustu se pak oddělí od suspenze vláken. Obvykle se tak děje na základě rozdílů ve fyzikálních vlastnostech materiálů, jako je měrná hmotnost nežádoucích látek ve srovnání s vlákny a vodou. Vzhledem k tomu, že větší nečistoty, jako jsou kovové části (skoby), kamínky a písek, jsou odstraněny již ve fázi rozvlákňování, jsou ve vztahu k jemným nečistotám velmi často používány flotační procesy.

Častým doplňkovým procesem je bělení a používá se u výrobků vyžadujících vysokou čistotu, kde není žádoucí žloutnutí (např. papíry pro psaní a tisk). Chlornan sodný je velmi oblíbená látka používaná k bělení. Lze jej také použít pro výrobu karboxymethylcelulózy (CMC) z pilin. V tomto procesu se také používá roztok hydroxidu sodného akyselina chloroctová (MCAA) . Bělení zahrnuje použití vhodných chemikálií, které se přidávají přímo do dispergačního prostředku pro zvýšení bělosti hmoty. Na stupeň vybělení buničiny má velký vliv druh použitých vláken a požadované konečné vlastnosti výrobku. Hmoty obsahující materiály s vysokou hustotou se obtížně bělí a vyžadují vysoké dávky chemikálií. Odpadní vody z bělících zařízení před recyklací vyžadují řadu chemických činidel, která mají snížit jejich pěnivost, korozivnost nebo snížit schopnost tvorby vodního kamene. Produkty PCC Group, jako jsou ROKAmers , jsou ideální pro použití v procesech, kde dochází k pěnění odpadních a technologických vod. Produkty ROKAmer jsou blokové kopolymery ethylenoxidu a propylenu. Tyto produkty snižují povrchové napětí mezi kapalinou a vzduchem a zároveň zlepšují „odvodnění“ pěny, což ve skutečnosti způsobuje její snížení.

Finální zpracování papíroviny

Po procesech rozpouštění, flotace a bělení je hotová celulózová buničina zpracována na papírovou buničinu, která se následně používá k výrobě papíru. Tento proces zahrnuje několik fází:

1. míchání celulózové buničiny,
2. tvorba disperze buničiny ve vodě,
3. rafinace,
4. zavedení nezbytných doplňků.

Přísady se používají k výrobě papírových výrobků se speciálními vlastnostmi (tzv. speciální papíry) nebo ke zlepšení procesu papíru. Nejoblíbenější doplňky jsou:

1. pryskyřice a vosky pro hydrofobizaci,
2. plniva, jako jsou např. jíly, mastek a oxid křemičitý,
3. anorganická a organická barviva,
4. anorganické sloučeniny zlepšující strukturu, hustotu, jas a kvalitu tisku (např. oxid titaničitý, síran vápenatý a sulfid zinečnatý),
5. e) emulgátory a čisticí prostředky. Skupina PCC nabízí řadu produktů ROKAcet , které mohou plnit obě funkce. Díky své struktuře je lze použít i v papírenském průmyslu jako nízkopěnidla a změkčovadla.

V závěrečné fázi je hmota zpracovávána na speciálních strojích na papírový produkt. Po dokončení procesu se papír sroluje, aby byl chráněn před poškozením a nečistotami. K balení papíru se nejčastěji používá PE-papírový laminát. Takový obal poskytuje dobrou ochranu proti mechanickému poškození, prachu a vlhkosti. Velkou výhodou tohoto typu obalu je také to, že je zcela recyklovatelný.