Celulózový a papierenský priemysel

Proces výroby papiera

Proces výroby papiera pozostáva z niekoľkých etáp. V prvej fáze prebieha fragmentácia a čistenie buničiny, ktorá môže byť primárneho pôvodu (drevo) alebo sekundárneho (odpadový papier). Hlavným zdrojom celulózových vlákien je drevo získavané na pílach v niekoľkých formách, napr. ako polená, drevná štiepka alebo piliny.

V ďalšej fáze vláknitý materiál prechádza ďalším spracovaním, kde sa premieňa na buničinu, ktorá sa následne spracováva na papier. Výroba buničiny sa môže uskutočňovať mechanickými alebo chemickými metódami. Pri chemickom procese rozvlákňovania sa na odstránenie lignínu, ktorý viaže vlákna, zvyčajne používa zásada (napr. hydroxid sodný vo forme lúhu alebo hydroxidu sodného ).

Použitie odpeňovačov v každej fáze výroby papiera je tiež kľúčové. Odpeňovacie látky sa používajú pri výrobe všetkých druhov papierových výrobkov. Pena vzniká zmiešaním plynov s celulózovou buničinou a je v nej zadržiavaná vďaka prítomnosti povrchovo aktívnych látok. Produkty z ponuky PCC Group je možné s úspechom použiť na odstraňovanie peny vznikajúcej v ďalších stupňoch výroby papiera. Patria sem blokové kopolyméry EO/PO ( ROKAmer ) a séria alkoxylovaných mastných alkoholov ( ROKAnol LP ). Ich vysoká účinnosť pri odstraňovaní peny a pri zamedzovaní jej tvorby umožňuje zlepšiť efektivitu následných technologických krokov.

Chemické metódy výroby buničiny

Chemické procesy rozvlákňovania pozostávajú najmä z použitia rôznych chemických činidiel, ako aj tepla na zmäkčenie lignínu. Výsledkom je, že sa rozpustí a následne mechanicky zjemní, aby sa oddelili vlákna. V praxi sa používajú dva rôzne chemické procesy výroby buničiny.

Prvým z nich je proces výroby sulfátovej buničiny , známy aj ako sulfátový proces. V súčasnosti je to dominantná technológia – touto metódou sa spracováva asi 80 %svetovej produkcie buničiny. Sulfátová buničina sa stala najpoužívanejšou metódou v dôsledku viacerých faktorov. Sulfátovo spracované vlákna majú lepšiu trvanlivosť v porovnaní s vláknami získanými v dôsledku iných dostupných technológií. Okrem toho sa dá použiť na všetky druhy dreva a samotný proces umožňuje efektívne zhodnocovanie použitých chemických surovín.

Kraftový proces spočíva v spojení drevnej štiepky s bielym lúhom (ide o vodný roztok hydroxidu sodného a sulfidu sodného). V podmienkach zvýšeného tlaku a teploty tento roztok rozpúšťa lignín a uvoľňuje celulózové vlákna. Po dokončení digesčnej reakcie sa získa čierny lúh a celulózová drť. Výluh obsahuje rozpustené organické látky, ktoré sa získavajú a môžu sa znova použiť v chemickom procese. Lignín sa z hmoty odstraňuje v procese kyslíkovej delignifikácie (v prítomnosti kyslíka a hydroxidu sodného). Takto získaný materiál sa bieli, aby sa dosiahol vhodný výkon, ako je pevnosť, lesk a čistota konečného produktu.

Druhým procesom chemického rozkladu je sulfitový proces . Spočíva v použití vodného roztoku oxidu siričitého v prítomnosti zásad (napr. vápnika, horčíka, sodíka a amoniaku). Produkty získané týmto procesom sú ľahšie a ľahšie sa bielia, avšak majú oveľa nižšiu pevnosť v porovnaní s častejšie používanou sulfátovou buničinou. Siričitanový proces si vyžaduje aj starostlivý výber drevnej suroviny – tento spôsob je netolerantný napríklad pre borovicové drevo. Sulfitový proces je v porovnaní s sulfátovou buničinou efektívnejší, produkuje menej nepríjemných plynov a tiež umožňuje získať veľmi ľahkú buničinu, ktorá sa ľahko vylúhuje. Žiaľ, v dôsledku nižšej kvality vlákna, vyššej spotreby energie a nízkej návratnosti chemických surovín použitých v procese bola sulfitová technológia nahradená sulfitovým procesom.

Mechanické metódy rozvlákňovania

Mechanické rozvlákňovanie poskytuje veľmi vysokú výťažnosť buničiny z dreva. Hlavnými procesmi používanými v priemyselnom meradle je proces výroby buničiny z kamenného dreva (SGW), termomechanické rozvlákňovanie (TMP) a chemotermomechanické rozvlákňovanie (CTMP).

Buničina z mletého dreva sa získava v procese obrusovania dreva o kameň pri atmosférickom tlaku. Drevo (z ktorého bola predtým odstránená kôra) sa rozdrví pomocou kameňa a potom sa premyje vodou. Pripravená hmota sa suší v hydrocyklónoch, odkiaľ sa dopravuje do kompaktora. V ďalšej fáze sa hustá drevná hmota dopravuje do kade a cirkulujúca voda (filtrát) sa recykluje späť do celulózky. Pri výrobe buničiny zo spracovaného dreva sa uvoľňujú živicové látky, ktoré sa ľahko aglomerujú a vytvárajú usadeniny na mlynčeku alebo vnútorných stenách potrubí. Často spôsobujú zanášanie povrchu kameňa, čo zhoršuje jeho abrazívne vlastnosti. Na odstránenie týchto takzvaných "problémov so živicou" sa používajú rôzne chemické činidlá. Najbežnejšie používaným prostriedkom na tento účel sú dispergačné činidlá, ktoré sú určené na rozptýlenie vzniknutých usadenín, čím sa uľahčí ich následné odstránenie. Produkty rady ROKAcet a ROKAfenol sú vynikajúce dispergačné činidlá určené pre celulózový a papierenský priemysel. Okrem dispergačných schopností môžu tieto produkty pôsobiť ako čistiace prostriedky, emulgátory a antielektrostatické prostriedky. ROKAfenoly sú ideálne na emulgáciu a odstraňovanie škvŕn z papieroviny a celulózy. Kým ROKAcet R40W je produkt so zmäkčujúcou vlastnosťou, ktorý je možné použiť v textilnom, kožiarskom a papierenskom priemysle.

Vylepšením metódy SGW je termomechanické rozvlákňovanie (TMP). V procese TMP sa drevná štiepka najskôr premyje, aby sa odstránil piesok, kamene a iné tvrdé nečistoty, potom sa zahrieva parou pod zvýšeným tlakom a ďalej sa rozvlákňuje v kotúčovom mlyne. V ďalšej fáze je hmota transportovaná do kade, kde dochádza k narovnávaniu a eliminácii deformácií vlákien. Nakoniec smeruje do zásobnej nádrže. Aby sa znížilo množstvo škodlivých živíc vytvorených v procese TMP, používajú sa podobné chemikálie ako v procese SGW. Takto vytvorená hmota sa najčastejšie používa na výrobu novinového papiera.

Proces CTMP spája proces TMP spolu s chemickou impregnáciou triesok. V prvej fáze sa umyjú a preosejú a následne impregnujú. V závislosti od druhu dreva sa používajú vhodné chemické roztoky. Síran sodný sa zvyčajne používa pre mäkké drevo, zatiaľ čo alkalické peroxidy sa zvyčajne vyberajú pre tvrdé drevo. Po ukončení procesu impregnácie sa triesky zahrejú a zmiešajú s vodou, čím sa uvoľnia lignínové väzby a uvoľnia sa vlákna. Proces CTMP umožňuje získať čistú buničinu s dostatočnou pevnosťou a vhodnými optickými vlastnosťami. CTMP sa používa najmä na výrobu vláknitých zložiek papieroviny, ktoré možno použiť na výrobu tlačiarenských a hygienických papierov.

Flotácia a bielenie

Ďalšou fázou spracovania buničiny je odfarbovanie spojené s mechanickým odstraňovaním nečistôt. Pri výrobe papiera je najdôležitejším parametrom farba (belosť – v prípade tlačového papiera). Z tohto dôvodu musí byť recyklovaný papier dôkladne očistený od tlačovej farby. Základnou podmienkou jej odstránenia je uvoľnenie častíc farby z vlákien a ich udržanie v rozptýlenom stave. Jemne rozdelené častice atramentu sa potom oddelia od suspenzie vlákien. Zvyčajne sa to robí na základe rozdielov vo fyzikálnych vlastnostiach materiálov, ako je špecifická hmotnosť nežiaducich látok v porovnaní s vláknami a vodou. Vzhľadom na to, že väčšie nečistoty, ako sú kovové časti (sponky), kamene a piesok, sú odstránené už v štádiu rozvlákňovania, vo vzťahu k jemným nečistotám sa veľmi často používajú flotačné procesy.

Častým dodatočným procesom je bielenie a používa sa vo výrobkoch vyžadujúcich vysokú čistotu, kde nie je žiaduce žltnutie (napr. papiere na písanie a tlač). Chlórnan sodný je veľmi populárna látka používaná na bielenie. Dá sa použiť aj na výrobu karboxymetylcelulózy (CMC) z pilín. V tomto procese sa tiež používa roztok hydroxidu sodného akyselina chlóroctová (MCAA) . Bielenie zahŕňa použitie vhodných chemikálií, ktoré sa pridávajú priamo do dispergačného činidla na zvýšenie belosti hmoty. Na stupeň bielenia buničiny má veľký vplyv druh použitých vlákien a požadované konečné vlastnosti výrobku. Hmoty obsahujúce materiály s vysokou hustotou sa ťažko bielia a vyžadujú vysoké dávky chemikálií. Odpadové vody z bieliacich zariadení pred recykláciou vyžadujú množstvo chemických činidiel, ktoré sú určené na zníženie ich penivosti, korozívnosti alebo na zníženie schopnosti tvorby vodného kameňa. Produkty skupiny PCC, ako napríklad ROKAmers , sú ideálne na použitie v procesoch, kde dochádza k peneniu splaškových a technologických vôd. Produkty ROKAmer sú blokové kopolyméry etylénoxidu a propylénu. Tieto produkty znižujú povrchové napätie medzi kvapalinou a vzduchom a zároveň zlepšujú „odvodňovanie“ peny, čo v skutočnosti spôsobuje jej zníženie.

Finálne spracovanie papieroviny

Po procesoch rozpustenia, flotácie a bielenia sa hotová celulózová buničina spracuje na papierovú buničinu, ktorá sa následne používa na výrobu papiera. Tento proces zahŕňa niekoľko fáz:

1. miešanie celulózovej buničiny,
2. tvorba disperzie buničiny vo vode,
3. rafinácia,
4. zavedenie potrebných doplnkov.

Prísady sa používajú na výrobu papierových výrobkov so špeciálnymi vlastnosťami (tzv. špeciálne papiere) alebo na zlepšenie papierenského procesu. Najpopulárnejšie doplnky sú:

1. živice a vosky na hydrofobizáciu,
2. plnivá, ako sú napr. íly, mastenec a oxid kremičitý,
3. anorganické a organické farbivá,
4. anorganické zlúčeniny zlepšujúce štruktúru, hustotu, jas a kvalitu tlače (napr. oxid titaničitý, síran vápenatý a sulfid zinočnatý),
5. e) emulgátory a čistiace prostriedky. Skupina PCC ponúka rady produktov ROKAcet , ktoré môžu vykonávať obe funkcie. Vďaka svojej štruktúre sa dajú použiť aj v papierenskom priemysle ako nízkopenivé a zmäkčovacie prostriedky.

V záverečnej fáze sa hmota na špeciálnych strojoch spracuje na papierový výrobok. Po dokončení procesu sa papier zroluje, aby bol chránený pred poškodením a nečistotami. Na balenie papiera sa najčastejšie používa PE-papierový laminát. Takéto balenie poskytuje dobrú ochranu proti mechanickému poškodeniu, prachu a vlhkosti. Veľkou výhodou tohto typu obalu je aj to, že je úplne recyklovateľný.