Папір пройшов довгий шлях, перш ніж його почали виготовляти в тому вигляді, в якому ми його знаємо зараз. Винайдений у Китаї, з самого початку він був важливим носієм інформації, тоді для його виробництва використовувалися шовкові та лляні волокна.
Процес виготовлення паперу
Процес виробництва паперу складається з кількох етапів. На першому етапі відбувається дроблення та очищення целюлози, яка може бути первинного походження (деревина) або вторинного походження (макулатура). Основним джерелом целюлозних волокон є деревина, отримана на лісопильних заводах у різних формах, наприклад у вигляді колод, деревної стружки або тирси.
На наступному етапі волокнистий матеріал проходить подальшу обробку, де він перетворюється на целюлозу, яка потім переробляється на папір. Виробництво целюлози може проводитися механічним або хімічним методами. У процесі хімічного виготовлення целюлози луг (наприклад, гідроксид натрію у формі лугу або каустичної соди ) зазвичай використовується для видалення лігніну, який зв’язує волокна.
Використання піногасників на кожному етапі виробництва паперу також має вирішальне значення. Піногасники використовуються в процесі виробництва всіх видів паперової продукції. Піна утворюється шляхом змішування газів з целюлозною масою і утримується в ній завдяки наявності поверхнево-активних речовин. Продукти з пропозиції PCC Group можна успішно використовувати для видалення піни, що утворюється на наступних етапах виробництва паперу. До них належать блок-сополімери EO/PO ( ROKAmer ) і серія алкоксильованих жирних спиртів ( ROKAnol LP ). Їх висока ефективність у видаленні піни та запобіганні її утворенню дозволяє підвищити ефективність наступних технологічних етапів.
Хімічні способи виробництва целюлози
Хімічні процеси виготовлення целюлози в основному складаються з використання різних хімічних реагентів, а також тепла для пом’якшення лігніну. В результаті він розчиняється, а потім механічно очищається для відділення волокон. На практиці використовуються два різні процеси хімічного варіння целюлози.
Перший із них — процес крафт-варіння , також відомий як сульфатний процес. В даний час це домінуюча технологія – близько 80%світового виробництва целюлози переробляється цим методом. Крафт-целюлоза стала найпоширенішим методом завдяки кільком факторам. Волокна, оброблені сульфатом, мають кращу міцність у порівнянні з тими, які отримані в результаті інших доступних технологій. Крім того, його можна використовувати для всіх типів деревини, а сам процес дозволяє ефективно відновлювати використану хімічну сировину.
Крафт-процес полягає в поєднанні деревної стружки з білим розчином (це водний розчин гідроксиду натрію та сульфіду натрію). В умовах підвищеного тиску і температури цей розчин розчиняє лігнін, звільняючи целюлозні волокна. Після завершення реакції зброджування отримують чорний луг і целюлозну пульпу. Лікер містить розчинені органічні речовини, які відновлюються та можуть бути знову використані в хімічному процесі. Лігнін видаляється з маси в процесі кисневої делигнификации (в присутності кисню і гідроксиду натрію). Отриманий таким чином матеріал відбілюють, щоб досягти відповідних характеристик, таких як міцність, яскравість і чистота кінцевого продукту.
Другий процес хімічного зброджування – це сульфітний процес . Він полягає у використанні водного розчину діоксиду сірки в присутності лугів (наприклад, кальцію, магнію, натрію та амонію). Продукти, отримані в цьому процесі, легші та легші для відбілювання, однак вони мають набагато нижчу міцність порівняно з більш часто використовуваним сульфатним варінням целюлози. Сульфітний процес також вимагає ретельного відбору деревної сировини – цей метод нестерпний, наприклад, для деревини сосни. Сульфітний процес у порівнянні з крафт-целюлозою є більш ефективним, утворює менше неприємних газів, а також дозволяє отримати дуже легку целюлозу, яка легко вилуговується. На жаль, через нижчу якість волокна, високе споживання енергії та низьку відновлюваність хімічної сировини, що використовується в процесі, сульфітну технологію замінили крафт-процесом.
Механічні способи варіння целюлози
Механічне варіння целюлози забезпечує дуже високий вихід целюлози з деревини. Основними процесами, які використовуються в промислових масштабах, є процес виготовлення целюлози з деревної целюлози (SGW), процес термомеханічного виробництва целюлози (TMP) і хіміо-термомеханічного виробництва целюлози (CTMP).
Целюлозу отримують в процесі шліфування деревини на камені при атмосферному тиску. Деревину (з якої попередньо зняли кору) подрібнюють за допомогою каменю, а потім промивають водою. Підготовлена маса сушиться в гідроциклонах, звідки транспортується в компактор. На наступному етапі щільна деревна маса транспортується в чан, а циркулююча вода (фільтрат) повертається назад на целюлозний завод. При виробництві целюлози з обробленої деревини виділяються смолисті речовини, які легко злежуються і утворюють осад на подрібнювачі або внутрішніх стінках трубопроводів. Вони часто викликають обростання поверхні каменю, що погіршує його абразивні властивості. Щоб усунути ці так звані «проблеми зі смолою», використовуються різні хімічні засоби. Найбільш часто використовуваним засобом для цієї мети є диспергатори, які призначені для диспергування утворених відкладень, полегшуючи їх подальше видалення. Продукти серії ROKAcet і ROKAfenol є чудовими диспергаторами, призначеними для целюлозно-паперової промисловості. Крім своїх диспергуючих властивостей, ці продукти можуть діяти як миючі засоби, емульгатори та антиелектростатичні засоби. ROKAfenol ідеально підходить для процесів емульгування та видалення плям з паперової маси та целюлози. У той час як ROKAcet R40W є продуктом із властивістю пом’якшення, який можна використовувати в текстильній, шкіряній та паперовій промисловості.
Удосконаленням методу SGW є термомеханічне варіння целюлози (TMP). У процесі TMP деревна стружка спочатку промивається для видалення піску, каменів та інших твердих домішок, потім нагрівається парою під підвищеним тиском і далі подрібнюється в дисковому млині. На наступному етапі маса транспортується в чан, де відбувається розправлення і усунення деформації волокон. Нарешті, він направляється в накопичувальний резервуар. Щоб зменшити кількість шкідливих смол, що утворюються в процесі TMP, використовуються подібні хімікати, як і в процесі SGW. Створена таким чином маса найчастіше використовується для виробництва газетного паперу.
Процес CTMP поєднує процес TMP разом із хімічним просоченням чіпсів. На першому етапі їх промивають і просівають, а потім просочують. Залежно від породи деревини використовуються відповідні хімічні розчини. Сульфат натрію зазвичай використовують для деревини хвойних порід, тоді як для листяної деревини зазвичай вибирають лужні пероксиди. Після завершення процесу просочення стружку нагрівають і змішують з водою, що послаблює зв’язки лігніну та звільняє волокна. Процес CTMP дозволяє отримати чисту целюлозу з достатньою міцністю та відповідними оптичними властивостями. CTMP в основному використовується для виробництва волокнистих компонентів паперової маси, які можна використовувати для виробництва друкарського та гігієнічного паперу.
Флотація та відбілювання
Наступним етапом переробки целюлози є знебарвлення в поєднанні з механічним видаленням домішок. У виробництві паперу найважливішим параметром є колір (білина – у випадку паперу для друку). З цієї причини перероблений папір необхідно ретельно очистити від друкарської фарби. Основною умовою її видалення є звільнення частинок фарби від волокон і збереження їх у дисперсному стані. Потім дрібно подрібнені частинки чорнила відокремлюються від суспензії волокон. Зазвичай це робиться на основі відмінностей у фізичних властивостях матеріалів, таких як питома вага небажаних речовин у порівнянні з волокнами та водою. У зв’язку з тим, що більш великі домішки, такі як металеві деталі (скоби), каміння і пісок, видаляються вже на стадії дефібрування, для дрібних домішок дуже часто використовуються процеси флотації.
Частим додатковим процесом є відбілювання, яке використовується в продуктах, які потребують високої чистоти, де пожовтіння небажане (наприклад, папір для писання та друку). Гіпохлорит натрію – дуже популярна речовина, яка використовується для відбілювання. Його також можна використовувати для виробництва карбоксиметилцелюлози (КМЦ) з тирси. У цьому процесі також використовуються розчин гідроксиду натрію тахлороцтової кислоти (MCAA) . Відбілювання передбачає використання відповідних хімічних речовин, які додають безпосередньо в диспергатор для збільшення білизни маси. Тип використовуваних волокон і бажані кінцеві властивості продукту мають великий вплив на ступінь відбілювання целюлози. Маси, що містять матеріали високої щільності, важко відбілити і вимагають великих доз хімікатів. Стічні води з відбілюючих установок перед переробкою вимагають ряду хімічних агентів, які мають на меті зменшити їх піноутворення, корозійну активність або зменшити здатність утворювати накип. Такі продукти PCC Group, як ROKAmers , ідеально підходять для використання в процесах, де відбувається спінювання стічних і технологічних вод. Продукція ROKAmer – це блок-сополімери етиленоксиду та пропілену. Ці продукти зменшують поверхневий натяг між рідиною та повітрям, водночас покращуючи «дренаж» піни, що фактично спричиняє її зменшення.
Остаточна обробка паперової маси
Після процесів розчинення, флотації та відбілювання готова целюлозна маса переробляється в паперову масу, яка потім використовується для виробництва паперу. Цей процес складається з кількох етапів:
- змішування целюлозної маси,
- утворення дисперсії целюлози у воді,
- рафінування,
- внесення необхідних доповнень.
Добавки використовуються для виробництва паперової продукції зі спеціальними властивостями (так званий спеціальний папір) або для покращення процесу виготовлення паперу. Найпопулярніші доповнення:
- смоли та віск для гідрофобізації,
- наповнювачі, такі як, наприклад, глини, тальк і кремнезем,
- неорганічні та органічні барвники,
- неорганічні сполуки, що покращують структуру, щільність, яскравість і якість друку (наприклад, діоксид титану, сульфат кальцію і сульфід цинку),
- д) емульгатори та миючі засоби. PCC Group пропонує серію продуктів ROKAcet , які можуть виконувати обидві функції. Завдяки своїй структурі вони також можуть використовуватися в паперовій промисловості як малопіноутворюючі та пом’якшувальні агенти.
На завершальному етапі маса переробляється на паперовий виріб за допомогою спеціальних машин. Після завершення процесу папір скручується, щоб захистити його від пошкоджень і бруду. Для упаковки паперу найчастіше використовується ламінат з ПЕ-паперу. Така упаковка забезпечує хороший захист від механічних пошкоджень, пилу та вологи. Великою перевагою цього виду упаковки є також те, що вона повністю підлягає переробці.
