فرآیند تولید کاغذ

فرآیند تولید کاغذ

کاغذ پنجمین صنعت بزرگ مصرف کننده انرژی در دنیا است که به ازای هر تن محصول ،انرژی بیشتری نسبت به یک تن محصول صنایع استیل و آهن مصرف می کند. همچنین این صنعت در دنیا نسبت به صنایع دیگر آب بیشتری به ازای هر تن محصول مصرف می کند و سطح بالایی از آلودگی آب و هوا را به وجود می آورد . براساس آمار به دست آمده در کشورهای صنعتی هر شخصی به طورمتوسط یکسال ۱۶۴ کیلوگرم کاغذ و در کشورهای در حال توسعه به طور متوسط ۱۸ کیلوگرم کاغذ در سال استفاده می کند.

کاغذ از زمان اختراع آن تا به امروز قابل اعتمادترین وسیله انتقال اندیشه بشر بوده است و نقش مهمی در جمع‌آوری و ذخیره اطلاعات و دانش بشر که نتیجه‌ای از تجربیات و تفکرات اوست دارد و از این رو با پیدایش مرکب و صنعت چاپ و مواد رنگ دار این اندیشه بشری با ابزار نوین درآمیخت و به صورت یک پدیدهٔ مهم، امروزه با آن برخورد می‌گردد.

مصرف کاغذ با اختراع آن همراه بوده است که گفته می‌شود مصریان پیشقدم در این اختراع بوده‌اند و از بسیاری جهات نشانگر سطح رشد علمی و فرهنگی جامعه می‌باشد. با پیشرفت اطلاعات و معلومات بشر از دانش رنگ، کاغذهای رنگی برای جلب توجه و زیبایی و مقوا و کارتن‌های رنگ آمیزی شده برای بسته‌بندی و بالاخره جعبه‌های شیرینی و شکلات برای مصرف خانگی و نظایر اینها همه دلیل بر دانش برتر و استفاده بشر از این صنعت و اختراع است که روز به روز رو به توسعه و تکامل می‌باشد و در تاریخ از آن یاد شده است.

کاغذ چیست ؟

کاغَذ مادّه‌ای است پهن و نازک که از فشردن الیاف موادی مانند خمیر چوب، برنج یا کتان درست می‌شود و بیش‌تر برای نوشتن و نقاشی به کار می‌رود. با این همه ، از کاغذ برای بسته‌بندی ( مانند کاغذ کادو ) ، آرایش درونی ساختمان ، صافی‌های صنعتی و پژوهشی و کارهای دیگر نیز بهره می‌گیرند.

چینی‌ها نخستین کسانی بودند که بیش از ۲ هزار سال پیش ، کاغذهایی مانند کاغذهای امروزی ساختند. ایرانیان مسلمان شیوهٔ ساختن کاغذ را در سدهٔ نخست پس از اسلام از چینی‌ها آموختند و آن را بهبود بخشیدند. شهر سمرقند برای سال‌ها بزرگ‌ترین مرکز ساختن و خرید و فروش کاغذ بود. سپس، در شهرهای دیگر، از جمله بغداد، دمشق، قاهره، مراکش، جزیرهٔ سیسیل و شهرهای مسلمان نشین اسپانیا، کارخانه‌های کاغذسازی به راه افتاد.یافته‌های باستان‌شناسی نشان می‌دهند که از قرن اول میلادی، در چین کاغذ وجود داشته‌است.در سال ۱۰۵ میلادی، یکی از درباریان، ماده جدیدی را برای امپراطور توصیف کرد که از پارچه‌های کهنه، پوست درختان، کنف و علف تهیه می‌شد وروی ان می‌نوشتند.به مرور زمان، شیوهٔ تهیه کاغذ بهتر شد و ان را با الیاف گیاهانی مانند خیزران می‌ساختند. عرب‌ها این محصول را به اروپا بردند ودر سال ۱۱۵۰ میلادی، غربیان نخستین کاغذ سازی را در اسپانیا بنا کردند.ماشین تولید انبوه کاغذ را چینی‌ها اختراع کردند. نخستین اسکناس نیز در سال ۱۰۲۴ میلادی در چین تهیه و مبادله شد.!

کاغد یا کاغذ کلمه‌ای است پارسی و ذکر این لغت یا « ورق » در کتب قدیمیه عربی بسیار فراوان دیده می‌شود.

فرآیند تولید کاغذ به چه صورت انجام می شود؟

پس از آماده سازی و پوست کنی و خرد کردن چوب، با فشار بسیار زیاد اب شسته می شوند تا تمامی ضایعات و مواد اضافی از ان جدا شود. سپس چوب ها وارد خرد کن می شود.

پس از گذر این مرحله خرده چوب ها را از الک ها رد کرده و با توجه به ابعاد و ضخامت دسته بندی می شوند. بعد خرده چوب ها با اندازه مناسب وارد قسمت فرایند شیمیایی (NSSC) یا شیمیایی-مکانیکی (CMP) می شوند. خرده چوب ها با نوار نقاله وارد مخزن پیش بخار دهی شده با فشار 4 بار و دمای 140 درجه می شود. پس از جدا شدن مواد زائد، خرده چوب ها وارد حوضچه مخصوص شده و آب گیری می شوند. سپس در مرحله بعدی، خرده چوب ها وارد مخزن پیش بخار دهی ثانویه شده و بعد وارد فیدر پیچشی می روند. در فیدردر اثر کاهش تدریجی قطر ذرات و چرخش حلزونی، رطوبت خرده چوب ها گرفته می شود.

این فرایند 30 دقیقه زمان می برد تا با تماس مستقیم با بخار کاملا پخته شوند. ذرات با استفاده از همزن تعبیه شده در زیر دیگ مرتب همزده می شوند (تا خمیر به حالت مخروطی در نیاید). خمیر کاغذ سپس به سیلیکون فرستاده می شود تا بخار آن گرفته شود و به آن ماده ای به نام اب سفید افزوده شود. خمیر وارد دستگاه پرس حلزونی می شود و برای جداسازی خرده های چوب از الیاف، مواد وارد پالایشگر اول می شوند. خمیر پالایش شده وارد مخزن دوم شده و دوباره به آن آب افزده می شود تا برای ورود به دستگاه موازی دوقلو پرس اماده شود. خمیر خارج شده از دستگاه پرس، وارد پالایشگر دوم می شود و پس از طی چند مرحله شستشو، کلیه مواد زائد آن گرفته می شود.

خمیر کاغذ وارد مخزنی به نام مخزن ارامش کاغذ شده و پس از مدت زمان مشخص، به بخش صافی ها ارسال می شود. در این بخش خمیر کاغذ ابتدا از صافی فشاری می گذرد و بعد به سیستم تمیزکننده وارد می شود. بعد از عبور خمیر کاغذ از سیستم تمیز کننده و حذف مواد معلق سنگین، وارد دستگاه صافی صفحه ای می وشد. در این مرحله خشکی کاغذ به 11 درصد می رسد. خمیر کاغذ خارج شده به برج خمیرکاغذ رنگبری نشده ارسال می گردد. در این مرحله، یون های فلزات واسطه مانند اهن، منگنز و کبالت به خمیر افزوده می شود تا عوامل فعال رنگبری از بین برود. خمیر کاغذ حاصل از این مرحله دوباره وارد دستگاه پرس دوقلو شده تا با مخلوط شدن با موادی نظیر شدیم سیلیکات، سدیم هیدروکسید و پروکسید هیدرژن، خشکی آن به 30 تا 35 درصد برسد. با گذر از این مرحله، خمیر کاغذ وارد برج رنگبری شده تا حدود دو ساعت در دمای 70درجه سانتی گراد در این برج بماند. بعد از پایان رنگبری، خمیر کاغذ با آب داغ شستشو داده شده و به منظور ابگیری وارد پرس دوقلو می شود.

در مرحله اخر با محلول آبی دی اکسید گوگرد شستشو داده می شود تا سدیم هیدروکسید باقی مانده که باعث تیره شدن کاغذ می شود خارج گردد. سپس خمیر کاغذ به برج خمیراماده کاغذ سازی فرستاده می شود. خمیر وارد ماشین های کاغذسازی می شود. در ماشین کاغذسازی، خمیر کاغذ به صورت ورقه های کاغذ یا مقوا درامده و پس از خشک شدن و غلتک زنی آماده می شود.

ویژگی‌های کاغذ

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 عمدتآ رنگ، شفافیت، و ماتی هستند.

مراحل تبدیل چوب به کاغذ عبارتند از :

  1. قطع درختان
  2. حمل الوار به کارخانه
  3. کندن پوست درختان
  4. تبدیل درختان به تکه‌های ریز چوب و تهیه چیپس چوب
  5. از بین بردن رنگ زرد چوب و مخلوط چیپس چوب با آب و مواد شیمیایی (از جمله گچ، پلاستیک، آب ژاول پتاسیم پرمنگنات و…)
  6. خشک کردن خمیر کاغذ و تهیه کاغذ.

کاربرد مواد شیمیایی در کاغذ سازی

ماده اصلی کاغذ در کارخانه سلولوز می‌باشد. پلاستیک برای تولید کاغذ گلاسه (کاغذ ضد آب) به شمار می‌رود. آب ژاول نیز برای سفید کردن رنگ زرد چوب به استفاده می‌شود.

فرآیند بازیافت کاغذهای باطله

 امروزه در مراحل بازیافت كاغذ از فناوری های پیشرفته ای استفاده می شود كه مراحل انجام آن فرآیند با توجه به این كه چه محصولی را به عنوان محصول نهایی از زباله های كاغذی در نظر گرفته باشیم، متفاوت خواهد بود. در چرخه بازیافت كاغذ عبور از مراحل خمیرسازی، غربال گری و پاك سازی برای تهیه مقوای نازك با كیفیت پایین ضروری است، اما اگر بخواهیم از كاغذهای باطله برای تهیه كاغذهای اداری مرغوب و باكیفیت استفاده كنیم عبور از مرحله شناورسازی نیز ضروری خواهد بود. بر این اساس می توان گفت با توجه به نوع كاغذ باطله ای كه برای بازیافت انتخاب شده، ممكن است مراحل دیگری نیز به این چرخه اضافه شود. در نخستین مرحله از چرخه بازیافت كاغذ، كاغذهای باطله جمع آوری شده در یك محلول آبكی كه حاوی ذرات فیبری است غوطه ور شده و در نتیجه برخورد با تیغه هایی كه در آن محفظه در حال چرخش هستند، متلاشی و تجزیه خواهند شد،  در مرحله دوم ذرات و ناخالصی های درشت از خمیر حاصل جداسازی می شوند.

به طور معمول در کارخانه هایی که کار بازیافت انجام می دهند ابتدا کاغذهای باطله در انبار به سمت خردکن وارد می شود و پس از آن وارد دستگاه خمیرسازی می گردد. خمیر حاصل از این دستگاه توسط پمپ روی دستگاه تولید مقوا ریخته می شود. در این قسمت به کمک سیستم مکش، خمیر و آب از هم جدا می شوند ورقه های کاغذ را خشک می کند و در مرحله بعد این ورقه ها اطو شده و این چنین مقوا تولید می شود. مقواهای تولیدی بعد از برش به بازار عرضه می گردند. مراحل خردکردن، خمیر کردن، قالب ریزی، خشک کردن، اتو کنی و برش مهمترین مراحل فرآیند بازیافت کاغذ در کارخانه ها است.

مراحل بازیافت کاغذ

کاغذ پس از ورود به کارخانه باید در همان لحظه وارد چرخه تولید می شود (چون نمی توان مدت زمان زیادی را برای نگهداری آن صرف کرد،زیرا در مجاورت هوا وآب به سرعت پوسیده شده وازبین می رود.) ابتدا کاغذ وارد پالپر شده و در آن با آب مخلوط و به خمیر تبدیل می شود. همچنین دراین مرحله ضایعات درشت به وسیله ی یک چنگک از آن جدا می شود.سپس در مرحله بعد پاکسازی روی خمیر انجام می شود تا ناخالصی های آن گرفته شود.در پایان این مرحله خمیر موجود شامل 99% آب و 1 درصد خمیر سلولز است!

در مرحله بعد یعنی مرحله سوم خمیر به وسیله نازل روی توری ریخته می شود،این توری حرکت کرده و وارد مرحله بعدی می شود. که در آن، طی سه مرحله عملیات آب خمیر گرفته می شود، ابتدا توسط تیغه هایی که حرکت می کنند آب جمع آوری می شود. سپس این تیغه ها شکل مکنده پیدا می کنند و به صورت وکیوم آب خمیر گرفته می شود، در آخر مرحله آبگیری،به وسیله پرسهایی که دارای سوراخ هستند، هم به کمک فشار و هم مکش آب را خارج می کنند. طی مراحل انجام شده 35 درصد آب خمیر گرفته می شود.

پس از پایان مراحل آبگیری خمیر وارد مرحله ی حرارت می شود که طی آن رطوبت موجود درخمیر تا 50% گرفته می شود. در مرحله بعد که به آرایشگاه کاغذ معروف است از یک طرف به کاغذ نشاسته (به عنوان نگهدارنده) و از طرف دیگر به آن رنگ اضافه می شود(برای زیبایی)، سپس کاغذ دوباره وارد خشک کن می شود. (کاغذ نهایی باید حدود 8 تا 10 % رطوبت داشته باشد) و در پایان به صورت رول های بزرگ پیچیده می شود.

بیایید مراحل این فرآیند رو موردی مرور کنیم:

  •  جداسازي
  • جمع آوري و حمل كردن
  • انبارداري و ذخيره‌سازي
  • دوباره خمير كردن و غربال كردن
  • پاك سازي
  • Deinking
  • پالايش كردن و رنگبري

به غیر از چوب از چه موادی می توان کاغذ تهیه کرد؟

این روش ها عبارت اند از :

تولید کاغذ با استفاده از پسماندهای کشاورزی

سالانه حجم زیادی از ضایعات کشاورزی تولید و در طبیعت رها میشود. بیشترین میزان ضایعات کشاورزی در سطح تهران گندم و برنج است. بنابراین برخی از کارخانه ها از این ضایعات کشاورزی برای تولید کاغذ با کیفیت استفاده کنند. در کشور های بزرگ و پیشرفته این ضایعات و پسماند های کشاورزی را جمع آوری و به خمیر به نام (خمیر فلاف پالپ) تبدیل میکنند که ماده اولیه انواع دستمال کاغذی ، پوشک بچه و… است.

برای تولید این خمیر از ضایعات کشاورزی نظیر کاه، باگاس (ضایعات نیشکر)، ضایعات پنبه (لینتر پنبه) ضایعات چوب (wood Soft, wood Hard)و درختان برگ سوزنی استفاده می شود که البته درختان برگ سوزنی شکل در کشور ناچیز است و بیشتر در کشورهای همسایه مانند تاجیکستان، پاکستان و قزاقستان موجود است.

ساخت کاغذ با سنگ آهک

سنگ آهک

کاغذ سنگ نسل جدیدی از کاغذ است که اخیرا اختراع شده است، ماده اولیه این کاغذ پودر کربنات کلسیم بوده که جایگزین استفاده از چوب درختان برای تولید کاغذ است، از خواص آن ضد آب بودن، مقاومت در برابر پارگی، جلوه ی جادویی رنگ ها بر روی آن و در نهایت برگشت پذیری آن به خاک طی دوره بازیافت کوتاه مدت عنوان می شود.

بسیاری تولید کاغذ سنگ را پدیده‌ای شگفت‌انگیز در صنعت چاپ و تولید آن را نیز سرآغاز عصری جدید در تولید کاغذهای سازگار با محیط ‌زیست می‌دانند، زیرا که ماده اولیه آن تنها سنگ است، از این‌رو به نظر می‌رسد دیگر نباید نگران قطع درختان و آثار مخرب آن روی محیط‌ زیست باشیم.

تهیه کاغذ با الیاف نیشکر و چوب اکالیپتوس و بامبو

برای تولید کاغذ به این روش در جنگل و طبیعت الیاف نیشکر و چوب گیاه اکالیپتوس را جمع آوری می کنند. سپس الیاف نیشکر و چوب اکالیپتوس را به کارخانه می آورند. الیاف نیشکر و چوب اکالیپتوس پس از طی مراحلی (مخلوط کردن و….) به خمیر کاغذ تبدیل می شود. وقتی کارخانه ها از چوب برای تهیه کاغذ استفاده میکنند، چوب را به چیپس چوب تبدیل کرده سپس داخل این خمیر کاغذ مواد شیمیایی می ریزند.

جالب اینجاست!برای اینکه کاغذ را سفید کنند و رنگ طبیعی چوب یعنی قهوه ای را از بین ببرند از یک سری مواد شیمیایی از جمله (پرمنگنات و…..) استفاده می کنند.