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.

 فرایند تولید خمیر کاغذ به دو روش زیر انجام میشود  :

۱) خمیرکردن مکانیکی، که در آن برای خرد کردن چوب و بیرون آوردن ذرات الیاف از درون آن از عملیات سخت مکانیکی استفاده می‌شود.

۲) خمیر کردن شیمیایی، که در آن تراشه‌های چوب با به‌کارگیری گرما و فشار تحت تأثیر ترکیبات شیمیایی قرار می‌گیرند. محصولی که از روش شیمیایی به‌دست می‌آید کمتر از محصول روش مکانیکی است، ولی الیاف حاصله آسیب‌ناپذیرتر هستند و می‌توان از آن کاغذ بسیار محکم‌تری تولید کرد. هم‌اکنون فرایندهایی در کاغذسازی وجود دارد که از خصوصیات هر دو روش بهره می‌گیرند. اگر کاغذ سفید مورد نظر باشد، عملیات شست‌وشو (سفید کردن) نیز باید در فرایند ساخت منظور شود.

یک وجه اصلی کاغذسازی، فرایندی است که در آن الیاف معلق در آب تحت عمل پرداخت مکانیکی شدید قرار گیرند. عمل کوبیدن یا تصفیه، بر خصوصیات مکانیکی کاغذ اثر دارد. برای مثال افزایش پرداخت، موجب افزایش استحکام چگالی ظاهری الیاف است و اثر مستقیم آن بر روی الیاف، ایجاد انعطاف پذیری بیشتر آنهاست که موجب می‌شود الیاف بر روی یکدیگر خوابیده و سطح تماس بیشتری به‌وجود آید. به این ترتیب، اتصال بین الیاف تقویت می‌شود. البته این فرایند بسیار پیچیده است.

اجزای غیرالیافی کاغذ. در تولید کاغذهایی که از آنها برای چاپ یا نوشتن استفاده می‌شود، نوعی ماده پُر کننده به‌کار می‌رود. استفاده از این ماده نتایج بسیاری دارد مانند افزایش میزان ماتی، صافی، و یکنواختی کاغذ. مواد پرکننده رایج، چینی و گچ (کربنات کلسیم) است. سهم مواد پرکننده در کاغذ می‌تواند زیاد و بین ۱۰ تا ۱۵درصد وزن کاغذ را تشکیل دهد.

اغلب کاغذها به‌منظور کنترل واکنش آنها با آب و سایر سیالات، با روش‌های مختلفی تحت عملیات اصلاحی قرار می‌گیرند. کاغذی که فقط از الیاف سلولزی ساخته می‌شود آب را با سهولت بسیار زیاد جذب می‌کند. چنین کاغذهایی برای نوشتن با قلم و یا جوهر مناسب نیستند. به‌علاوه، در بسیاری از مصارف تجاری لازم است کاغذ به رطوبت مقاوم باشد. فرایند مقاوم کردن کاغذ به آب را «آهارزنی» می‌گویند.

آهار زنی داخلی، چنانکه معروف است، فراوان به‌کار می‌رود. این فرایند مستلزم افزودن مواد آهاری به ماده حاوی ذرات الیاف قبل از شکل گرفتن کاغذ است. ماده متداول یک نوع رزین چوبی است که با سولفات آلومینیوم تقویت شده است و کاغذسازان آن را زاج سبز می‌نامند. زاج سبز، رزین را روی سطح الیاف تثبیت می‌کند. متأسفانه نتیجه فرایند آهارزنی، به‌علت استفاده از زاج سبز، اسیدی شدن کاغذ است. این حالت اسیدی در کاغذ باقی می‌ماند و علت اصلی افت تدریجی مقاومت کاغذ همین است. در سال‌های اخیر، روش‌های اقتصادی آهارزنی داخلی با مواد خنثی یا قلیایی رواج یافته است که تا حد زیادی می‌تواند از فرسودگی جلوگیری کند. آهارزنی داخلی با آهارزنی سطحی و شست‌وشویی که شامل اصلاح کاغذ با نشاسته یا ژلاتین و یا مواد مشابه است، کاملا تفاوت دارد.

به کاغذ مواد دیگری، البته به مقدار بسیار کم، می‌افزایند تا به آن ویژگی خاص بدهند، مثلا آن را در برابر رطوبت مقاوم کند یا بر شفافیت آن بیفزایند و رنگ و سایه آن را تنظیم کنند.

پوشش و پرداخت سطح کاغذ. مواد پوششی عمل‌آور سطح کاغذ، اجزای مهم غیرالیافی کاغذ را تشکیل می‌دهد. یکی از این نمونه‌ها کاغذهای براق مورد استفاده در مجله‌ها هستند که گاه برای کتاب‌ها نیز به‌کار می‌روند. پوشش‌ها معمولا پایه رنگ‌دانه‌های معدنی پودری از نوع رس و کربنات کلسیم دارند و نباید با پرکننده‌ها اشتباه شوند. نتیجه این عمل تولید کاغذ بسیار 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.

ویژگی‌های کاغذ

کاغذ وقتی می‌تواند انتظاری را که از آن می‌رود برآورد که ویژگی‌های آن اندازه‌گیری و کنترل شوند.

برای کاغذ مطلوب سه ویژگی مهم وجود دارد:

۱) خصوصیات ماده سازنده کاغذ، نظیر مقاومت، وزن (جرم در واحد سطح)، و چگالی ظاهری.
۲) خصوصیات مربوط به سطح کاغذ، نظیر صافی که نقش اصلی و کلیدی را در فرایند تبدیل نظیر چاپ دارند.
۳) خصوصیات بصری که عمدتا رنگ، شفافیت، و ماتی هستند.

کاغذی که برای کتاب مورد استفاده قرار می‌گیرد باید به حد کافی محکم بوده و رنگ و شفافیت آن پذیرفتنی باشد. از دیدگاه حفاظت و نگهداری، یکی از مسائل عمده، فرسودگی در گذر زمان است. تغییر رنگ در اثر فرسودگی نیز مهم است، ولی اهمیت آن به نوع کاری که قرار است کاغذ انجام دهد ارتباط دارد؛ برای مثال رنگ در کتاب‌های هنری خیلی اهمیت دارد.

روش اصولی مطالعه خصوصیات مکانیکی کاغذ، منحنی بار کشیدگی است. فشار در نقطه پارگی، بیانگر مقاومت کششی کاغذ مورد آزمایش است؛ در حالی که کشیدگی در محل پارگی وسیله‌ای برای اندازه‌گیری مقاومت یا توانایی جذب انرژی قبل از پارگی 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