Текст: Ілля Романов
Один з головних етапів виробництва паперу і картону - отримання волокон целюлози і її подальша обробка. Від даного етапу залежить, якої якості і якою ціною будуть одержувані вироби. Всього існує два способи отримання целюлози - механічний і хімічний. Сировиною ж для виробництва целюлози може служити як чиста деревина, так і макулатура. Про це сьогодні і поговоримо.
отримання целюлози
Волокна целюлози отримують з так званої деревної волокнистої маси.
Целюлозні волокна в деревині пов'язані між собою жорстким тривимірним полімером - лінгін, котрий обіймав до 30% деревної маси. Тому для отримання целюлози деревину спеціально обробляють - щоб розм'якшити лінгін і знизити його зміст. Зазвичай для цих цілей застосовуються два види методів - механічні та хімічні. При механічному отриманні деревної маси деревину, як правило, стирається або розмелюють у водному середовищі. Під дією води, тепла та спеціальних реагентів лінгін розм'якшується, і деревина розпадається на окремі волокна. «Механічну» схему отримання волокон целюлози можна описати приблизно так. Промита деревна тріска поміщається в спеціальний Рафінери, де подрібнюється і обробляється. Після очищення деревна маса готова для подальшої обробки. Оскільки, незважаючи на обробку, лінгін не видаляється повністю, вихід деревної маси виходить високим.
Наявність лінгін на поверхні і всередині волокон збільшує їх твердість і жорсткість, а також надає їм порівняно стабільний розмір. Листи, отримані з «механічної» деревної маси, мають високу пухлість і низьку щільність, тобто досить низьку масу одиниці площі для даної товщини. Це дуже важливо, оскільки відбивається на технічних і «економічних» показниках матеріалу.
У разі якщо деревна тріска до отримання деревної маси нагрівається, одержуваний продукт називають ТММ - термохімічній деревної масою (або ТМР, Termomechanical Pulp). Якщо для видалення лінгін застосовується хімічна обробка, то продукт отримує назву хіміко-термомеханічної маси (ХТММ). Деревна маса, приготовлена механічним способом, зберігає початковий колір деревини, хіміко-термомеханічна маса трохи світліше. Якщо маса додатково була ще і вибілена, то її називають блекотою хіміко-термомеханічної масою (БХТММ).
При хімічному способі отримання целюлози волокна деревини розділяються за допомогою спеціальних хімічних речовин. Вони розчиняють НЕ целюлозні і не волокнисті компоненти деревини. Залежно від типу речовин технологічні процеси отримання целюлози поділяють на два види. Широко застосовується сульфатний процес, відомий також як сульфатна варіння або крафт-процес. Він дозволяє обробляти всі основні типи деревини, а хімічні речовини можуть бути відновлені для повторного використання. Інша не менш відома технологія - сульфітна варіння целюлози. В обох випадках нецелюлозний компоненти, витягнуті з деревини, використовуються на целюлозно-паперових комбінатах як джерело енергії або для інших цілей. Загальний обсяг одержуваної хімічним способом целюлози залежить від способу варіння, а також від виду деревини. «Вихід» сировини може становити від 40 до 65%. Звичайно, це нижче, ніж для деревної механічної деревини, оскільки при варінні з деревини видаляється не целюлозні речовини. Однак в цьому є і свої плюси - бумагообразующіе властивості волокон тим самим поліпшуються. Більш того, середня довжина волокна при хімічних способах отримання напівфабрикатів з однієї і тієї ж деревини виходить більше, ніж при механічних. Волокна також стають більш гнучкими.
Все це забезпечує отримання більш міцного і гнучкого листа.
відбілювати
Оскільки після варіння деревини целюлоза набуває коричневого кольору, її необхідно вибілювати. Целюлоза зазвичай отбеливается шляхом видалення залишкового лінгін і інших компонентів деревини. Чисті целюлозні волокна зазвичай безбарвні і прозорі, а сама білена целюлоза має красивий білий відтінок. З огляду на, що для багатьох харчових продуктів - чаю, масла, шоколаду, тютюну, -необхідних чиста, яка не містить сторонніх запахів і домішок целюлоза, це дуже важлива властивість. У колишні часи, ще до 1980-х років, целюлоза відбілюючі виключно хлором або його сполуками. Це викликало чимало нарікань з боку екологів, оскільки молекулярний хлор, взаємодіючи з лінгін, утворював токсичні містять хлор з'єднання. Вони нерідко потрапляли в стічні води і отруювали навколишнє середовище. У сучасних процесах відбілювання молекулярний хлор не застосовується - його замінює кисень, перекис водню і діоксид хлору. Побічні продукти такої відбілювання нешкідливі. Білена целюлоза має високу стійкість до впливу світла. Під його дією вона лише злегка жовтіє.
«Вторинне» волокно
В якості сировини для отримання волокон целюлози може використовуватися не тільки «чиста деревини», а й «відпрацьована» папір - макулатура. Відходисортують і перетворюють в макулатурну масу шляхом механічної обробки в воді. Після Гідророзбивачі, де паперова маса розпускається, сировина очищається і відправляється в картоноробної машину. Залежно від природи вихідної сировини, ступеня його обробки та переробки вторинне волокно може мати різні властивості. Слід пам'ятати, що всякий раз при переробці паперу середня довжина волокна і здатність до утворення межволоконних зв'язків зменшується. Крім того, деякі види картону і паперу з самого початку не підлягають вторинній переробці. Все це робить необхідним надходження на ринок волокна, отриманого безпосередньо з деревини. Інакше якість паперового продукту буде знижуватися. Залежно від виду і джерела макулатури існує багато сортів макулатурної сировини. Вони відрізняються якістю і ступенем придатності для повторного використання. Наприклад, найдорожче сировина - це білий папір, що не містить деревної маси. Газетно-журнальний папір володіє середньою вартістю і якістю. Найдешевша - змішана макулатура, яка містить папір і картон. Всього ж, наприклад, в європейському галузевому переліку описується 57 видів макулатурної сировини. Подібні ж переліки є в США, Японії та інших розвинених країнах. Виходячи з призначення і вимог до продукції, деякі види картону виробляються цілком з макулатурної маси - або її зміст у виробах високо. Інші ж вироби виготовляють тільки з високоякісної первинної волокна -целлюлози або її суміші з деревної масою.
Інші види сировини у виробництві картону
Зміст волокнистих (целюлозних) напівфабрикатів досягає в
виробництві паперу і картону 88%. Решта 12% припадають на неволокнистих добавки. Це можуть бути:
- мінеральні пігменти для мелования;
- наповнювачі та речовини для проклейки в паперовій масі;
- добавки для додання міцності;
- речовини для поверхневої проклейки;
- хімікати, що полегшують процес приготування паперу.
Всі ці речовини служать поліпшенню зовнішнього вигляду матеріалів, їх
функціональних якостей, а також підвищують ефективність виробництва. Зупинимося докладніше на деяких компонентах.
Крейдування - це нанесення на одну або обидві сторони паперу спеціальної
меловальной суспензії (в один або кілька шарів). Особливе покриття додає паперу або картону необхідні властивості - хорошу вбираність друкарської фарби, білизну, непрозорість, гладкість, лиск. До складу меловальной суспензії входять:
- пігменти - в їх якості використовуються каолін, крейда, діоксид титану і ін .;
- сполучні для полімерів, що забезпечують з'єднання частинок пігментів з поверхнею паперу або між собою;
- технологічні добавки - оптичні відбілювачі, барвники,
- зшивають агенти.
Щоб поліпшити поглинання друкарської фарби, посилити непрозорість паперу і її гладкість, застосовуються також і спеціальні наповнювачі. Білі неорганічні матеріали, що додаються в паперову масу, «забивають» порожнечі в волокнистої структурі, збільшуючи розсіювання світла. Разом з мінеральними пігментами, застосовуваними для мелования, наповнювачі складають до 9% сировини, що використовується паперової промисловістю.
Для додання папері певною мірою гідрофобності використовується п роклейка в паперовій масі. Завдяки їй виріб набуває обмежені вбираючі властивості по відношенню до чорнила, води та інших рідин. Зазвичай проклейка проводиться каніфольним клеєм - він, як правило, виходить шляхом розчинення живиці сосни в лугу. Під час приготування паперової маси в неї додають каніфольного клей і сульфат алюмінію. В результаті їх взаємодії утворюється резинат алюмінію, що покриває поверхню волокон. Останнім часом використовують не тільки каніфоль, а й здатні до реакції синтетичні проклеюючі матеріали (наприклад, клеї алкілкетендімер - АКД або алкенаніляторний ангідрид -АСА).
Для того, щоб надати папері міцність в умовах підвищеної вологості в паперову масу вводять мочевино- і меламіно-формальдегідні смоли. Це може бути потрібним, наприклад, для транспортної тари або багатошарових паперових мішків, які можуть опинитися під дощем. Для збільшення міцності в сухому стані використовують крохмаль.
До слова, крохмаль може застосовуватися в паперовому виробництві і для поверхневої проклейки в клеильного пресі. Перед початком роботи бумаго- або картоноробної машини розчин крохмалю наносять на одну або обидві поверхні аркуша. Тим самим збільшується міцність листа, запобігає «пиломості», що впливає на якість друку. Також для поліпшення властивостей паперу можуть використовуватися віск, акрилові смоли і фторуглероди.
Що стосується добавок, що полегшують технологічний процес, то тут застосовуються найрізноманітніші хімічні речовини. Наприклад, піногасники і коагулянти покращують зневоднення при формуванні листа. Антисептики пригнічують мікробіологічну активність на виробництві. Також використовуються різноманітні добавки, що перешкоджають осіданню смоляних забруднень на папероробної машині.
Наростаючи, а потім відділяючись, вони можуть викликати обриви полотна і чималі проблеми при друку.
Таким чином, виробництво і подальша обробка целюлози - складний багатоступінчастий процес, що вимагає дотримання всіх технологічних вимог.