Produkcja papieru
Produkcja papieru jest procesem bardzo złożonym i wieloetapowym, zależnym również od rodzaju produktu końcowego. Podstawowymi surowcami stosowanymi
w produkcji papieru są włókna roślinne, których dostarczają drzewa, takie jak: jodła, sosna, świerk, topola, buk, osika oraz rośliny jednoroczne, takie jak: len, konopie, trzcina, bawełna. Jednakże silne włókna pozwalające na formowanie masy papierniczej, umożliwiającej produkcję papieru o dobrych właściwościach, otrzymuje się z drewna drzew iglastych,
a głownie z sosny i świerku. Jako surowiec do produkcji papieru mogą również służyć włókna uzyskane z surowców wtórnych - makulatury i szmat.
Jakość produkowanego papieru w zasadniczy sposób zależy od surowców wybranych do jego produkcji oraz od typu produktu finalnego tego procesu.
Proces otrzymywania papieru zasadniczo składa się z dwóch faz:
przygotowania masy papierniczej (celulozowej)
właściwej produkcji papieru, czyli wyrobu wstęgi papierniczej
ad.1. Podczas przygotowywania masy celulozowej drewno oczyszczone z kory poddawane jest różnym procesom. Masę celulozową można otrzymać kilkoma metodami:
- metodą mechaniczną (ścier drzewny)
- metodą termiczno-mechaniczną
- metodą chemiczną, siarczanową
Ścier drzewny uzyskuje się dociskając bale pozbawione kory do obracającego się ścieraka, który mechanicznie oddziela poszczególne włókna. Proces ten jest wspomagany przez dodawanie wody, która dodatkowo chłodzi ścierak poddawany intensywnemu tarciu dociskanych do niego kłód. Masa celulozowa przechodzi przez drobne sita, które przepuszczają tylko pojedyncze włókna. Z masy usuwane są również wszystkie, inne zanieczyszczenia, takie jak: piach i żwir. Metoda mechaniczna wykorzystuje do ok. 98% objętości drewna.
Natomiast w metodzie termo-mechanicznej bale drewniane tnie się na mniejsze zrębki, które poddaje się płukaniu w celu usunięcia z nich zanieczyszczeń - piasku lub żwiru, mogących uszkodzić urządzenia używane w tym procesie. Następnie otrzymane zrębki są poddawane działaniu temperatury i pod wpływem pary wodnej ulegają zmiękczeniu. Woda pod ciśnieniem przenosi zrębki do rafinera, składającego się z dwóch tarcz poruszających się w przeciwnych kierunkach. Zmiękczone zrębki ulegają rozdrobnieniu na pojedyncze włókna przez rotujące tarcze. Włókna, które nie zostały rozdzielone są odrzucane od rafinera
i powtórnie poddawane temu samemu procesowi.
W metodzie chemicznej rozdrobnione zrębki trafiają do ogromnego kotła nazywanego warnikiem, gdzie pod wpływem odpowiednich związków chemicznych zostaje usunięta lignina spajająca włókna i uzyskuje się pojedyncze włókna. Proces ten przebiega
w temperaturze ok. 150 - 200◦ C, co ułatwia przebieg reakcji chemicznych i wytwarzanie masy celulozowej. Otrzymaną masę poddaje się filtrowaniu i usuwa się nieoddzielone włókna. Następnie poddaje się kąpieli w celu usunięcia nieprzereagowanych związków chemicznych, piasku i żwiru, a odzyskane związki chemiczne są wykorzystywane w procesie wytwarzania masy.
Otrzymana masa celulozowa, niezależnie od metody jej uzyskania charakteryzuje się brązowawym odcieniem. W celu uzyskania białej barwy tej masy należy ją poddać wybieleniu. Do wybielania masy celulozowej najczęściej używa się tlenu, ozonu lub nadtlenku wodoru, ponieważ wtedy produkty uboczne procesu wybielania mogą być łatwo usunięte w oczyszczalni.
Po uzyskaniu odpowiedniej, białej barwy masy celulozowej, w zależności od przeznaczenia wytwarzanego papieru, do tej masy dodaje się surowce pomocnicze - dodatki, takie jak: kleje, żywice, krochmal, kaolin, gips, talk oraz woda. Dodanie kleju do masy papierniczej zapewnia odpowiednią moc papieru, sztywność, odporność na wchłanianie wilgoci. Natomiast dodanie barwników, pigmentów barwiących lub ich kombinacji pozwala uzyskać papier o odpowiedniej barwie.
ad.2. Otrzymana masa papiernicza zawiera w 99% wodę i dodatki procesowe a tylko w 1% włókna. Masa ta wylewana we wlewie jest wprawiana dodatkowo w ruch, aby zapobiec flokulacji, polegającej na łączeniu się ze sobą włókien. Następnie w sposób kontrolowany jest transportowana z wlewu na sito. Sito w postaci matrycy lub siatki o dosyć dużych otworach pozwala na odwodnienie masy oraz uformowanie jednolitej wstęgi. Porusza się ono
z prędkością przybliżoną do prędkości wylewania na nie masy z wlewu. W zależności od wartości prędkości uzyskuje się różne typy włókien. W sekcji sitowej stosuje się drugie sito, które dotyka górnej warstwy wstęgi. Pozwala to na próżniowe odsączanie wody, co prowadzi do uzyskania papieru o jednakowych parametrach po obu stronach. Po przejściu przez sekcję sitową udział suchej masy w masie papierniczej zwiększa się z 1% do 16-19%.
W następnym etapie, utworzona wstępnie wstęga papieru jest ponownie odwadniana w sekcji prasującej. W tym celu przechodzi ona przez liczne metalowe walce, które wyciskają z niej wodę. Wstęga trafia tu również pomiędzy filce, które dodatkowo absorbują z niej wodę. Po przejściu przez sekcję prasującą zawartość suchej masy wzrasta już do 40-50% i na tym etapie wstęga ma już własną wytrzymałość.
W celu uzyskania końcowej wilgotności papieru kolejne ilości wody są usuwane
w sekcji suszącej, w której wstęga przechodzi przez serię cylindrów podgrzewanych parą. Uzyskany na tym etapie papier charakteryzuje się pewnymi, ściśle określonymi właściwościami i może być poddany dalszej obróbce.
W przypadku papierów gazetowych i innych pochodnych z tej grupy jedynym, dodatkowym etapem będzie kalandrowanie, polegające na wygładzaniu włókien na powierzchni oraz uzyskaniu odpowiedniego połysku. Zawartość suchej masy w tak otrzymanym papierze wynosi ok.90-95%.
Po końcowej kontroli jakości papieru w laboratorium, wstęgę bez względu na rodzaj papieru, zwija się w role, które mogą być dzielone w odpowiednie zwoje, poddawane pakowaniu i etykietowaniu.