مقالات
در حال خواندن
آشنایی با فرایند تولید کاغذ
0

آشنایی با فرایند تولید کاغذ

توسط میثم نجفی ارشادی۱۱ فروردین, ۱۳۹۶

کاغذ یک ماده مصنوعی است که از مواد مختلفی بدست می‌آید. چوب، ماده اصلی ساخت کاغذ است. کاغذ را می‌توان از پنبه، نیشکر و… نیز ساخت. برای ساخت کاغذ از دو شیوه متفاوت استفاده می‌شود.در ادامه با مکاسیس همراه باشید تا با مراحل و فرایند تولید کاغذ آشنا شویم.

از درخت تا کاغذ

چوب ماده اصلی کاغذ است. ساخت کاغذ از چوب ۶مرحله اصلی دارد. مراحل تهیه کاغذ از چوب عبارتند از:

  • قطع درختان
  • حمل الوار به کارخانه
  • کندن پوست درختان
  • تبدیل درختان به تکه‌های ریز چوب و تهیه چیپس چوب و پختن آن
  • از بین بردن رنگ زرد چوب و مخلوط چیپس چوب با آب و مواد شیمیایی (از جمله گچ، پلاستیک، آب ژاول پتاسیم پرمنگنات و…)
  • خشک کردن خمیر کاغذ و تهیه کاغذ.
فرایند تولید کاغذ در یک نگاه

فرایند تولید کاغذ در یک نگاه

فرآیند تولید کاغذ از این قرار است : الیاف سلولزی را در آب می‌گذارند تا رطوبت را جذب کنند و متورم و نرم شوند؛ بعد آنها را روی یک شبکه سیمی ظریف پهن می‌کنند تا آب موجود در الیاف گرفته شود و رشته‌های مرطوب بر سطح شبکه فرو نشینند و یک تخته شوند. الیاف با از دست دادن آب به هم نزدیک می‌شوند و در نقاطی که الیاف روی هم قرار می‌گیرند نوعی اتصال شیمیایی از نوع هیدروژنی شکل می‌گیرد و آنها را به هم متصل می‌کند. این ارتباط و خود اتصالی، کلید اصلی تولید یک برگ کاغذ چسبنده و سخت و محکم است. در این حالت به هیچ گونه چسب اضافی نیاز نیست و کاغذ پس از خارج شدن آب از الیاف سلولزی و خشک شدن آنها ساخته می‌شود.

کاغذ در جهان غرب و قبل از به‌وجود آمدن ماشین‌های کاغذسازی در نیمه اول قرن نوزدهم، از الیاف پنبه یا کتان ــ عمدتآ از پوشاک کهنه و دورریز ــ تهیه می‌شد. امروزه، حداقل ۹۵ درصد کاغذ تولیدی در جهان از مشتقات الیاف چوب، و ۵ درصد بقیه نیز از الیاف گیاهی نظیر باگاس (تفاله نیشکر)، کاه، و نی تولید می‌شود. هنوز انواع خاصی از کاغذ از برخی الیاف گیاهی نظیر پنبه، کتان، و کنف ساخته می‌شود. از این کاغذها برای تهیه اسکناس، کارهای هنری، کارهای چاپی اعلا، آثاری که باید محافظت و نگهداری شوند، و برای تعمیر و بازسازی کتاب‌های قدیمی نفیس آسیب دیده استفاده می‌شود.

تبدیل چوب به قطعات ریز
با استفاده از ماشین پوست کنی و دستگاه تولید تراشه و عبور تراشه‌ها از الک مخصوص صورت می‌گیرد و قطعاتی به طول حداقل ۴ و عرض ۲ سانتی‌متر (در مورد چوب) بدست می‌آید.

مرحله پوست کنی

مرحله پوست کنی

پختن چوب و تولید خمیر
این عمل ، ممکن است از طریق مکانیکی یعنی بدون استفاده از مواد شیمیایی و توسط بخار آب جوش ، تحت فشار صورت گیرد که معمولاً برای تهیه کاغذهای ارزان و کاهی ، مانند کاغذ روزنامه متداول است. در روش شیمیایی از هیدروکسید سدیم (در روش قلیایی) ، سولفیت هیدروژن کلسیم ، ، درمحیط اسیدی (PH=2-33 ، روش بی‌سولفیت) و یا سولفیت سدیم (در روش سولفیت) همراه با کمی کربنات سدیم در دمای بالاتر از . ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد و تحت فشار ، استفاده می‌شود. در این مرحله ، خمیر قهوه‌ای رنگی حاصل می‌شود که از آن در تهیه مقوا ، کارتن و یا کاغذ‌های کاهی استفاده می‌شود.

 فرايند تولید خمیر کاغذ به دو روش زیر انجام میشود  :

۱) خميركردن مكانيكي، كه در آن براي خرد كردن چوب و بيرون آوردن ذرات الياف از درون آن از عمليات سخت مكانيكي استفاده مي‌شود.

۲) خمير كردن شيميايي، كه در آن تراشه‌هاي چوب با به‌كارگيري گرما و فشار تحت تأثير تركيبات شيميايي قرار مي‌گيرند. محصولي كه از روش شيميايي به‌دست مي‌آيد كمتر از محصول روش مكانيكي است، ولي الياف حاصله آسيب‌ناپذيرتر هستند و مي‌توان از آن كاغذ بسيار محكم‌تري توليد كرد. هم‌اكنون فرايندهايي در كاغذسازي وجود دارد كه از خصوصيات هر دو روش بهره مي‌گيرند. اگر كاغذ سفيد مورد نظر باشد، عمليات شست‌وشو (سفيد كردن) نيز بايد در فرايند ساخت منظور شود.

يك وجه اصلي كاغذسازي، فرايندي است كه در آن الياف معلق در آب تحت عمل پرداخت مكانيكي شديد قرار گيرند. عمل كوبيدن يا تصفيه، بر خصوصيات مكانيكي كاغذ اثر دارد. براي مثال افزايش پرداخت، موجب افزايش استحكام چگالي ظاهري الياف است و اثر مستقيم آن بر روي الياف، ايجاد انعطاف پذيري بيشتر آنهاست كه موجب مي‌شود الياف بر روي يكديگر خوابيده و سطح تماس بيشتري به‌وجود آيد. به اين ترتيب، اتصال بين الياف تقويت مي‌شود. البته اين فرايند بسيار پيچيده است.

اجزاي غيراليافي كاغذ. در توليد كاغذهايي كه از آنها براي چاپ يا نوشتن استفاده مي‌شود، نوعي ماده پُر كننده به‌كار مي‌رود. استفاده از اين ماده نتايج بسياري دارد مانند افزايش ميزان ماتي، صافي، و يكنواختي كاغذ. مواد پركننده رايج، چيني و گچ (كربنات كلسيم) است. سهم مواد پركننده در كاغذ مي‌تواند زياد و بين ۱۰ تا ۱۵درصد وزن كاغذ را تشكيل دهد.

اغلب كاغذها به‌منظور كنترل واكنش آنها با آب و ساير سيالات، با روش‌هاي مختلفي تحت عمليات اصلاحي قرار مي‌گيرند. كاغذي كه فقط از الياف سلولزي ساخته مي‌شود آب را با سهولت بسيار زياد جذب مي‌كند. چنين كاغذهايي براي نوشتن با قلم و يا جوهر مناسب نيستند. به‌علاوه، در بسياري از مصارف تجاري لازم است كاغذ به رطوبت مقاوم باشد. فرايند مقاوم كردن كاغذ به آب را «آهارزني» مي‌گويند.

آهار زني داخلي، چنانكه معروف است، فراوان به‌كار مي‌رود. اين فرايند مستلزم افزودن مواد آهاري به ماده حاوي ذرات الياف قبل از شكل گرفتن كاغذ است. ماده متداول يك نوع رزين چوبي است كه با سولفات آلومينيوم تقويت شده است و كاغذسازان آن را زاج سبز مي‌نامند. زاج سبز، رزين را روي سطح الياف تثبيت مي‌كند. متأسفانه نتيجه فرايند آهارزني، به‌علت استفاده از زاج سبز، اسيدي شدن كاغذ است. اين حالت اسيدي در كاغذ باقي مي‌ماند و علت اصلي افت تدريجي مقاومت كاغذ همين است. در سال‌هاي اخير، روش‌هاي اقتصادي آهارزني داخلي با مواد خنثي يا قليايي رواج يافته است كه تا حد زيادي مي‌تواند از فرسودگي جلوگيري كند. آهارزني داخلي با آهارزني سطحي و شست‌وشويي كه شامل اصلاح كاغذ با نشاسته يا ژلاتين و يا مواد مشابه است، كاملا تفاوت دارد.

به كاغذ مواد ديگري، البته به مقدار بسيار كم، مي‌افزايند تا به آن ويژگي خاص بدهند، مثلا آن را در برابر رطوبت مقاوم كند يا بر شفافيت آن بيفزايند و رنگ و سايه آن را تنظيم كنند.

پوشش و پرداخت سطح كاغذ. مواد پوششي عمل‌آور سطح كاغذ، اجزاي مهم غيراليافي كاغذ را تشكيل مي‌دهد. يكي از اين نمونه‌ها كاغذهاي براق مورد استفاده در مجله‌ها هستند كه گاه براي كتاب‌ها نيز به‌كار مي‌روند. پوشش‌ها معمولا پايه رنگ‌دانه‌هاي معدني پودري از نوع رس و كربنات كلسيم دارند و نبايد با پركننده‌ها اشتباه شوند. نتيجه اين عمل توليد كاغذ بسيار مطلوب و خوش چاپ است.

شستشوی خمیر کاغذ
شستشوی قلیایی با استفاده از محلول ۳ درصد سود در دمای ۴۵ تا ۵۰ درجه سانتی‌گراد به مدت یک تا دو ساعت صورت می‌گیرد. این عمل برای جدا کردن لیگتین و کاهش رنگ خمیر انجام می‌پذیرد.

اعمال شیمیایی (رنگ زدایی)
که در دو مرحله صورت می‌گیرد :
کلر زنی ، که در PH=2 تا دمای ۲۵ تا ۴۵ درجه سانتی‌‌گراد به مدت تقریبی یک ساعت صورت می‌گیرد. در این مرحله ، لیگتین باقیمانده در خمیر ، به صورت محلول در می‌آید که بسته به نوع مواد شیمیایی بکار رفته برای پخت ، بین ۳ تا ۱۵ درصد ممکن است تغییرکند.
رنگ زدایی که توسط هیپوکلریت سدیم (به صورت محلول ۳ درصد) ، دی‌اکسید کلر ، پراکسید هیدروژن ، اوزون و غیره در PH=9-10 صورت می‌گیرد تا اینکه لیگتین فقط اکسید شود و سلولز تحت تأثیر قرار نگیرد.

خشک کردن خمیر کاغذ
دراین مرحله ، خمیر کاغذ را از دستگاه تمیز کننده و توری‌هایی که دارای سوراخهای ۲ تا ۳ میلیمتری‌اند، عبور می‌دهند تا قسمت عمده آب خود را از دست بدهد. بعد آن را از پرسهای قوی عبور می‌دهند تا باقیمانده آب آن نیز خارج شود.

پرس کردن ، برش زدن و بسته بندی
با عبور خمیر خشک شده از میان غلتک‌های مخصوص ، آن‌را به صورت صفحات کاغذ در آورده ، توسط دستگاه برش آن را در اندازه‌های مورد سفارش و نیاز بازار مصرف برش می‌دهند و بسته‌بندی می‌کنند.

ويژگي‌هاي كاغذ

كاغذ وقتي مي‌تواند انتظاري را كه از آن مي‌رود برآورد كه ويژگي‌هاي آن اندازه‌گيري و كنترل شوند.

براي كاغذ مطلوب سه ويژگي مهم وجود دارد:

۱) خصوصيات ماده سازنده كاغذ، نظير مقاومت، وزن (جرم در واحد سطح)، و چگالي ظاهري.
۲) خصوصيات مربوط به سطح كاغذ، نظير صافي كه نقش اصلي و كليدي را در فرايند تبديل نظير چاپ دارند.
۳) خصوصيات بصري كه عمدتا رنگ، شفافيت، و ماتي هستند.

كاغذي كه براي كتاب مورد استفاده قرار مي‌گيرد بايد به حد كافي محكم بوده و رنگ و شفافيت آن پذيرفتني باشد. از ديدگاه حفاظت و نگهداري، يكي از مسائل عمده، فرسودگي در گذر زمان است. تغيير رنگ در اثر فرسودگي نيز مهم است، ولي اهميت آن به نوع كاري كه قرار است كاغذ انجام دهد ارتباط دارد؛ براي مثال رنگ در كتاب‌هاي هنري خيلي اهميت دارد.

روش اصولي مطالعه خصوصيات مكانيكي كاغذ، منحني بار كشيدگي است. فشار در نقطه پارگي، بيانگر مقاومت كششي كاغذ مورد آزمايش است؛ در حالي كه كشيدگي در محل پارگي وسيله‌اي براي اندازه‌گيري مقاومت يا توانايي جذب انرژي قبل از پارگي است.

منابع

www.wipapercouncil.org

www.paperonline.org

 

واکنش شما چیست؟
I like it
50%
interested
50%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
میثم نجفی ارشادی
دانشجوی مهندسی مکانیک

پاسخ بدهید