< Попер   ЗМІСТ   Наст >

Виробництво паперу

Папір – це матеріал, що складається з розмелених рослинних волокон, безладно переплетених і зв'язаних між собою силами поверхневого зчеплення. Основною сировиною для виробництва паперу є целюлоза. Для виробництва паперу кращою є деревина хвойних порід. Міцність паперу з хвойної целюлози зазвичай в 1,3-2 рази вище, ніж з листової целюлози. Утворення міцного, рівномірного за товщиною паперового полотна досягається розмелом волокон довжиною до 0,5 – 2,5 мм, причому відношення товщини до довжини волокна повинно бути 1:300. Ступінь помелу паперової маси вимірюється градусами шкали Шоппер-Риглера (0 – 100°ШР). Випускають папір більше ніж 200 видів. Для кожного виду паперу встановлена норма ступеня помелу маси, від якої залежать її фізико-механічні властивості: здатність розтягуватися, опір розриву, зламу, стиранню (табл. 8.2).

Таблиця 8.2

Характеристика розмеленого волокна в папері

Вид паперу

Ступінь помелу, °ШР

Порівняльна довжина волокна, мм

Маса їм2, г

Найтонший

96-98

0,5-0,8

7-14

Тонкий

70-92

0,8-1,5

15-30

Вбираючий

24-40

1,0-2,2

60-70

Електроізоляційний

25-40

1,8-2,4

40-110

Писальний №1

35-45

1,2-1,6

65-80

Писальний №2

45-50

1,2-1,4

65

Писальний №3

50-55

1,0-1,3

60

Газетний

60-65

0,8-1,1

50

Після розмелу та змішування з водою волокниста маса целюлози, що містить лише 0,5% сухої речовини, подається на папероробну машину. Маса розміщується шаром на рухомій сітці, на якій збезводнюється за допомогою вакуум – відсмоктувачів. Після цього вологе паперове полотно, що утворюється, переноситься із сітки на сукняну рухому смугу, на якій відбувається подальше зневоднення та сушіння. Кінцева вологість паперу складає 5 – 6%. Після цього папір піддається поліруванню (лощінню). Таким шляхом роблять односторонньо лощений папір. За необхідності лощіння здійснюють і з другої сторони. Лощений папір фахівці також називають папером машинної гладкості. Далі папір у разі потреби піддається процесам облагороджування.

Необлагороджений папір Складається з ущільнених волокон целюлози, що утворюють систему капілярів. Крім того, волокна целюлози мають властивість адсорбувати вологу (властивість гідрофільності). Завдяки капілярності та гідрофільності такий папір непридатний ні для писання чорнилами, ні для писання тушшю. Друкований текст на ньому також розпливається. Однак існують досить великі потреби і в такому папері, наприклад, з нього виготовляють паперові рушники, дитячі простирадла, туалетні рулони.

До процесів облагороджування відноситься проклеювання та введення в папір наповнювачів. Для цієї мети використовують різні природні та синтетичні клеї. Найбільш давні природні клеї – крохмаль та тваринні клеї. В процесі проклейки порожнечі та проміжки між волокнами заповнюються клейовою масою і папір значною мірою втрачає здатність всмоктувати воду. Крім проклеювання в поверхневий шар паперу вводять мінеральні пігменти для додання поверхні гладкості та кращих вбираючих друковану фарбу властивостей. Мінеральні пігменти дозволяють ховати або змінювати колір паперу і додавати йому непрозорість. Такий папір називають крейдованим. Іноді мінеральні речовини складають від 70 до 90% маси поверхневого шару.

Для забезпечення міцності з'єднання часток пігментів з папером використовують спеціальні добавки. Часто їхню роль виконують речовини, що забезпечують проклейку паперу. Як мінеральні пігменти широко використовують каолін – масу, близьку по складу до глин, що має знижену пластичність та підвищену білизну. Одним з найдавніших наповнювачів є карбонат кальцію (крейда), тому такі папери назвали крейдованими. До відомих пігментів також відносяться діоксид титану TiO2 і суміш гідроксиду кальцію Са(ОН)2 (гашеного вапна) і сульфату алюмінію Al2(SO4)3.

Для виробництва картографічних, афішних, декоративних, обгорткових та етикетних паперів застосовують люмінесцентні пігменти (сульфіди цинку ZnS і кадмію CdS, сульфіди кальцію CaS і стронцію SrS). Катування паперу – нанесення полімерної плівки або алюмінієвої фольги. Катовані папери широко використовують як пакувальний матеріал для харчових, косметичних та фармацевтичних товарів. До складу газетного паперу входить лише 25 – 30% невибіленої сульфітної целюлози, а інші 70 – 75% займає дрібна деревна маса, одержана механічною обробкою. Деревна маса також вводиться в пакувальний, шпалерний папір та папір для санітарно- побутових потреб. Заміна целюлози на деревну масу робиться тільки з метою здешевлення паперу, якість його від такої заміни стає більш низькою. Для виготовлення банківського, документного, картографічного, сигаретного та інших видів високогатункового паперу раніше використовувалася винятково ганчіркова сировина. Бавовна і луб'яні волокна льону складаються практично з чистої високоякісної целюлози. Целюлоза тканин забезпечує паперу високі фізико-механічні властивості, такі, як міцність на вигин, здатність розтягуватись, повітропроникність, стійкість до вологи і світла тобто, забезпечує довговічність. В даний час до складу тканин часто вводять штучні волокна. Відходи таких тканин і відповідне ганчір'я непридатне для паперового виробництва, оскільки погано піддається переробці. Тому значення ганчір'я в паперовому виробництві в даний час знизилося. Найбільш коштовна ганчіркова маса виходить із льняного та прядив'яного волокна, що є майже чистою целюлозою, яка добре розпускається в процесі розмелу. Бавовняна маса, що складається з бавовняних волокон, погано розпускається в процесі розмелу, тому застосовується для виробництва паперу з гарною вбираючою здатністю.

Усе більш важливе значення як сировина паперового виробництва здобуває макулатура – відходи, які отримують в процесі переробки паперу та картону, різні види використаного паперу та паперових виробів. Серед населення поняття макулатура майже цілком зведено до застарілих і тих, які прийшли в непридатність, книг та старих газет і набагато рідше – до використаних пакувальних матеріалів. Переробка макулатури на білий типографський папір та папір для письма вимагає великих витрат. Це пов'язано з необхідністю знебарвлення типографських фарб, видаленням клеїв та наповнювачів. Тому на практиці з макулатури виготовляють пакувальний папір і внутрішні шари багатошарового картону. У цих випадках переробка макулатури зводиться до механічних операцій: макулатура у воді за високої температури розбивається (розпускається) до необхідного ступеня подрібнення і маса направляється на виготовлення картону. 1т макулатури дозволяє заощадити 3,0 – 4,5м3 деревини або 15 дорослих дерев.

Продукт масою до 250 г/м2 називається папером, вище – картоном.

Для виробництва паперу та картону застосовують переважно волокнисті напівфабрикати з різноманітних порід деревини і недеревної рослинної сировини. Разом з рослинними волокнами для спеціальних технічних видів паперу останнім часом все ширше стали застосовувати штучні, синтетичні, мінеральні та інші волокна. Целюлозні волокна – головний складовий компонент рослинних клітин. Ці волокна добре набухають у воді, здатні фібрилюватися на дрібніші волокна (фібрили та мікрофібрили), мають високу міцність та стійкість до впливу температури і хімічних речовин. Що стосується інших волокон (штучних, синтетичних, мінеральних, вовняних), то вони цих властивостей не мають, тому в останньому випадку вимагається застосування різноманітних диспергуючих та в'яжучих домішок, що робить технологічний процес виробництва паперу з цих волокон значно дорожчим та складнішим.

В залежності від способу одержання волокнисті напівфабрикати, що виготовляються навіть з однієї і тієї ж рослинної сировини, мають різні властивості. Тому у виробництві паперу повинні бути враховані властивості цих напівфабрикатів та їх вплив на якість готової продукції.

Рослинні волокна, які застосовуються для виробництва паперу, відрізняються між собою як за хімічним складом, так і за анатомічною та морфологічною будовою. Найбільш цінними є волокна, одержані з хвойних порід деревини. Ці волокна можна використовувати не тільки самостійно, але і додавати до них менш цінні коротковолокнисті напівфабрикати, такі, як деревна маса, волокна листяних порід деревини та однорічних рослин, макулатурна маса.

Волокнисті напівфабрикати з листяних порід відрізняються від напівфабрикатів з хвойних порід передусім тим, що вони мають більш короткі волокна, які, крім того, менш однорідні за своєю анатомічною будовою. Ці волокна утворені на 75 – 90% з відносно коротких та товстостінних клітин лібриформу з голкоподібними кінцями і на 10 – 25% з судинних клітин неволокнистої будови, що є короткими, тонкостінними та широкосмуговими трубками. Клітини лібриформу мають довжину 0,7 – 1,5 мм, ширину близько 0,025 мм; довжина судин 0,3 – 0,7 мм, ширина – 0,05 – 0,06 мм. Тому розлом напівфабрикатів з листяних порід деревини слід проводити таким чином, щоб не було істотного скорочування волокон і не відбувалося значного збільшення ступеня помелу маси.

Застосовувані волокнисті напівфабрикати класифікуються як за способом одержання, так і за виходом з абсолютно сухої сировини. Основними компонентами рослинної тканини є: целюлоза (клітковина), лігнін, геміцелюлози (пентозани та гексозани), смоли, жири, віск та ін.

У технічній клітковині крім хімічних елементів чистої клітковини, містяться також і означені компоненти. Геміцелюлози покращують папероутворюючі властивості волокна, а лігнін їх погіршує. В залежності від величини виходу напівфабрикатів з рослинної сировини їх поділяють на клітковину, клітковину високого виходу, напівцелюлозу, напівцелюлозу високого виходу та деревну масу. Приблизні межі виходу цих напівфабрикатів становлять: клітковини – 45 – 55%, клітковини високого виходу – 55 – 65%, напівцелюлози – 65 – 85%, напівцелюлози високого виходу – 85 – 90% та деревна маса – 90 – 97%. Чим вищий вихід напівфабрикату, тим більше в ньому міститься геміцелюлоз і лігніну. Тому якість виробленого паперу великою мірою залежить від застосованих напівфабрикатів.

У теперішній час основними волокнистими напівфабрикатами є: клітковина сульфатна з хвойних та листяних порід деревини, клітковина сульфітна, деревна маса, напівцелюлоза, макулатура, ганчірна напівмаса, клітковина вдосконалена, інші види волокон (синтетичні, штучні, мінеральні, вовняні).

Клітковину сульфатну одержують варінням подрібненої рослинної сировини у розчині в котлах періодичної або безперервної дії за температури 160 – 180°С і тиску 0,7 – 1,2 МПа. Цей спосіб дозволяє переробляти будь-яку рослинну сировину і одержувати найбільш тривкі волокнисті напівфабрикати. Сульфатна клітковина після варіння має темний колір, тому у небіленому вигляді застосовується в основному для технічних видів паперу та картонів високої міцності, наприклад, електроізоляційних, пакувальних тощо.

Клітковину сульфітну одержують головним чином з деревини малосмолистих хвойних порід шляхом обробки сульфітним варильним розчином, основними компонентами якого є: водний розчин сульфітів та бісульфітів, відповідних основ (кальцію, магнію, натрію або амонію). Сульфітне варіння здійснюється в основному у котлах періодичної дії за температури 130 – 145°С і тиску 0,6 – 1,2 Мпа. В процесі виробництва сульфітної клітковини досягається більш високий, ніж у випадку сульфатного варіння, вихід клітковини з деревини, а з відпрацьованих лугів одержують етиловий спирт, білкові кормові дріжджі, ливарні концентрати, дубильні речовини та інші цінні продукти. Сульфітна клітковина після варіння стає більш світлою у порівнянні з сульфатною і легше піддається відбілюванню.

Однією з найважливіших технологічних операцій виробництва паперу є розмелювання, перед яким сухі (товарні) волокнисті напівфабрикати попередньо розпускаються водою в гідророзбивачах, а потім змішуються в певному співвідношенні в регуляторах композиції. Паперова маса, залежно від вимог до якості паперу, може йти або на виготовлення паперу, або на додаткове введення в неї композиції речовини для проклеювання, наповнювачів, барвників та інших добавок. Для осадження на волокнах у паперовій масі компонентів, що додаються, застосовують сірчанокислий алюміній, поліакриламід або інші речовини. Целюлозну масу очищають від домішок і пропускають тонким шаром конвеєром через ряд гарячих валків, які висушують і пресують папір (рис. 8.2).

Існують чотири основні хімічні способи одержання паперу:

  • • сульфатний або крафт-процес;
  • • сульфітний процес;
  • • напівхімічний процес;
  • • содовий процес.

Сульфатний або тафт-процес. Деревна пульпа містить два основні компоненти – клітковину та лігнін. Волокна клітковини, що складають пульпу, в деревині зв'язані лігніном.

Технологічні процеси виготовлення паперу

Рис. 8.2. Технологічні процеси виготовлення паперу:

І – здирання кори зі стовбурів; 2 – подрібнення деревини; 3 – утворення деревної пульпи; 4 – розщеплення пульпи на волокна; 5 – відбілювання пульпи; 6 – осадження пульпи через дрібновічкову стрічку; 7 – сушіння та пресування волокна в аркуші паперу; 8 – готовий папір; 9 – пульпа з макулатури.

Щоб перевести клітковину в форму, придатну для виробництва паперу, необхідно спочатку використати будь-який хімічний процес для вилучення лігніну. В цьому процесі деревні тріски варяться за підвищеної температури та тиску в сульфатній варильній рідині (білій рідині), що є водним розчином сульфіду натрію Na2S та гідроксиду натрію NaOH. Біла рідина хімічно розчиняє лігнін деревини. Клітковина у вигляді пульпи, що залишається, відфільтровується від відпрацьованої варильної рідини і промивається водою. Звичайно процес приготування пульпи складається з кількох проміжних стадій промивання і, можливо, вилуговування, після чого пульпа пресується і висушується в кінцевий продукт – папір.

Для підведення балансу процесу необхідно регенерувати витрачені реактиви та рекуперувати тепло. Відпрацьована варильна рідина та вода після промивання пульпи змішуються разом, утворюючи слабкочорну рідину, що концентрується в багатоступеневому випарному апараті до вмісту твердих речовин близько 55%. Чорну рідину можна концентрувати далі до вмісту твердих речовин 65% або у випарнику прямого контакту, в якому рідина випарюється в процесі контакту з газами, що відходять з рекупераційної топки, або у випарнику непрямого контакту. Міцна чорна рідина (лігнітний шлак) подається в регенераційну топку. В процесі згоряння органічних продуктів, розчинених в рідині, виділяється тепло, необхідне для регенерації пари, що використовується в процесі перетворення сульфату натрію Na2SO4 в Na2S. Для компенсації втрати реагентів технологічного циклу звичайно додається сульфат натрію, який у топці перетворюється в сульфід Na2S. Сульфат додається до магнітного шлаку перед його розпиленням у топці. Неорганічні продукти, що містяться в лузі, збираються на дні топки у вигляді сплаву. Сплав, що складається з карбонату натрію та сульфіду натрію, розчиняється у воді, утворюючи зелену рідину, що подається в каустифікаційний резервуар, куди додається негашене вапно (СаО) для перетворення карбонату натрію в гідроксид натрію. Утворення гідроксиду натрію завершує регенерацію білої рідини, яка повертається в автоклав. Шлак карбонату кальцію, що осаджується в каустифікаторі, кальцинується у вапняковій печі для регенерації негашеного вапна.

Сульфітний процес. Виробництво пульпи сульфітним методом схоже з крафт-процесом, але основна різниця полягає в тому, що для розчинення лігніну деревини замість сульфідного лужного розчину використовується сіль сірчистої кислоти. Для підвищення буферності розчину використовуються гідросульфіти магнію, амонію, кальцію або натрію. Системи на основі кальцію використовуються тільки на старих підприємствах і витісняються новими процесами.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >