دسته بندیها
10 محصول
مواد اولیه شیمیایی صنایع سلولزی، کاغذ و کارتن سازی
در این نوشته می‌خواهیم درباره مواد اولیه شیمیایی مورد نیاز در صنایع سلولزی، کاغذ و کارتن‌سازی صحبت کنیم.
به طور کلی صنایع کاغذسازی و مواد اولیه مورد نیاز آن را می‌توان به سه گروه چوبی، غیرچوبی و کاغذهای باطله بازیافتی دسته بندی کرد. این صنعت راه درازی را پیموده است تا به مکانی که امروز در آن قرار دارد برسد.
در گذشته صاحبان این صنایع از چوب و مشتقات آن برای تولید محصولات سلولزی و کاغذی استفاده می‌کردند اما، امروزه به دلیل نگرانی‌های زیست محیطی و قطع بی رویه درختان به استفاده از الیاف گیاهی غیرچوبی به عنوان خمیرمایه کاغذسازی، روی آورده‌اند.
از جمله الیاف غیر چوبی می‌توان به کاه برنج، ساقه ذرت، ساقه پنبه، باگاس اشاره نمود و الیاف چوبی شامل کنده چوب، خرده چوب و خاک اره می‌باشند.
فرآیند تولید کاغذ و کارتن
تولید خمیرمایه کاغذ به دو روش مکانیکی و شیمیایی صورت می‌گیرد. در مرحله اول خمیر کاغذ که می‌تواند منشأ چوبی یا غیرچوبی داشته باشد، تکه تکه و خالص سازی می‌شود.
در مرحله بعدی، مواد الیاف تحت پردازش قرار گرفته و به خمیر تبدیل می‌شوند. برای ساخت خمیر کاغذ، باید پلیمر لیگنین که عامل اتصال الیاف به یکدیگر است، حذف شود. برای حذف این پلیمر از مواد قلیایی مانند هیدروکسید سدیم استفاده می‌کنند.
ناگفته نماند که در طول تمامی فرآیندهای تولید محصولات کاغذی باید از مواد ضدکف استفاده شود. زیرا مخلوط شدن گازها با خمیر سلولزی، کف می‌سازد و به دلیل وجود مواد فعال سطحی (سورفکتانت) در آن باقی می‌ماند.
برای حذف فوم و کف ایجاد شده می‌توان از محصولات کوپلیمری و الکل‌های چرب استفاده نمود. اثربخشی بالای این مواد در نابودسازی کف و جلوگیری از تشکیل آن، کارایی مراحل بعدی را نیز بهبود می‌بخشد.
در قسمت بعدی نگاهی دقیق‌تر به فرآیند تولید خمیرمایه کاغذ با استفاده از مواد شیمیایی خواهیم انداخت.
فرآیندهای مختلف تولید خمیر کاغذ
پرکاربردترین روش تولید خمیر کاغذ در حال حاضر، خمیرسازی کرافت است که به عنوان فرآیند سولفات نیز شناخته می‌شود. حدود 80 درصد از کل تولید خمیر کاغذ در جهان با استفاده از این روش انجام می‌گیرد.
اما دلیل محبوبیت این روش در چیست؟ الیاف فرآوری شده با سولفات در مقایسه با الیافی که از روش دیگر به دست می‌آیند، دوام بهتری دارد.
علاوه بر این، از روش سولفات می‌توان برای همه انواع چوب استفاده کرد و همچنین این فرآیند به خودی خود امکان بازیابی مؤثر مواد اولیه شیمیایی را فراهم می‌نماید.
روش کرافت چگونه انجام می‌شود؟ این فرآیند به وسیله ترکیب خرده چوب با مایعی تحت عنوان مایع سفید (محلول آبی هیدروکسید سدیم و سولفید سدیم) انجام می‌شود. تحت فشار و دمای بالا، این محلول لیگنین موجود در چوب و خمیر را حل کرده و الیاف سلولزی را آزاد می‌کند.
پس از اتمام فرآیند، یک مایع سیاه و خمیر سلولزی به جا می‌ماند. این مایع سیاه حاوی مواد آلی محلول است که قابل بازیابی بوده و می‌توانند دوباره در فرآیندهای شیمیایی استفاده شوند.
لیگنین در فرآیند لایه برداری اکسیژن (در حضور اکسیژن و هیدروکسید سدیم) از توده خارج شده و ماده نهایی بدست آمده، برای استحکام و خلوص بیشتر سفید می‌شود.
دومین روش تولید خمیر کاغذ، فرآیند سولفیت است. در این روش از محلول آبی دی اکسید گوگرد در حضور مواد قلیایی مانند کلسیم، منیزیم، سدیم، آمونیوم و … استفاده می‌شود. محصول به دست آمده در این روش، سبک‌تر بوده و راحت‌تر از روش قبلی سفید می‌شود، اما در مقایسه با خمیر سولفات از استحکام کمتری برخوردار است.
همچنین فرآیند سولفیت تنها برای برخی از مواد خام چوبی کاربرد دارد؛ به عنوان مثال در این روش به هیچ عنوان نمی‌توان از چوب کاج استفاده نمود.
در مجموع فرآیند سولفیت در مقایسه با روش کرافت برای خمیر سازی، کارآمدتر است، گازهای شیمیایی ناخوشایند کمتری تولید می‌کند، خمیر سبک‌تری به دست می‌آورد و به راحتی تصفیه می‌شود. اما متأسفانه به دلیل کیفیت پایین‌تر الیاف، مصرف انرژی بیشتر و قابلیت بازیابی کمتر مواد اولیه شیمیایی، صنایع سلولزی، کاغذ و کارتن سازی همچنان از روش کرافت (سولفات) استفاده می‌کنند.
روش‌های مکانیکی خمیرسازی کاغذ
علاوه بر روش‌های گفته شده، برخی روش‌های مکانیکی نیز برای تولید خمیر کاغذ وجود دارد که بازده بسیار بالایی نیز دارند. از جمله فرآیندهای مکانیکی صنعتی در این حوزه می‌توان به فرآیند خمیرسازی ساییدن چوب بر روی سنگ (SGW)، خمیرسازی حرارتی مکانیکی (TMP) و خمیرسازی شیمیایی حرارتی (CTMP) اشاره نمود که در ادامه هر یک را شرح می‌دهیم.
- فرآیند SGW:
در این روش، چوب‌هایی که قبلاً پوست آن‌ها جدا شده، با استفاده از سنگ خمیر شده و سپس با آب شسته می‌شوند. سپس توده آماده شده در هیدروسیکلون ها خشک شده و از آن جا به کمپکتور (دستگاه فشرده سازی) منتقل می‌شود.
در مرحله بعد، توده چوب متراکم به محفظه‌ای منتقل و با استفاده از گردش آب فیلتر می‌شود. در حین تولید خمیر از چوب فرآوری شده، مواد رزینی هم آزاد می‌شوند که روی آسیاب یا خطوط لوله رسوب می‌کنند.
از آنجایی که این مواد رزینی ادامه عملیات را کند می‌کنند، باید با مواد شیمیایی مخصوص صنایع سلولزی، کاغذ و کارتن سازی، آن‌ها را پراکنده کرد تا تبدیل به کلوخه نشوند.
- فرآیند TMP:
برای تولید خمیر کاغذ به روش حرارتی مکانیکی، ابتدا تراشه‌های چوب را می‌شویند تا شن، سنگ و سایر ناخالصی‌های سخت آن از بین بروند. سپس آن‌ها را تحت حرارت و فشار بخار قرار داده و در آسیاب دیسکی خمیر می‌شوند.
در مرحله بعد، ماده تولید شده را به محفظه خاصی منتقل می‌کنند تا خمیر را صاف کنند. در نهایت خمیر به مخزن ذخیره هدایت می‌شود تا در آن جا نگهداری گردد. این فرآیند، ایده آل ترین روش برای تولید کاغذ روزنامه است.
- فرآیند CTMP:
روش شیمیایی حرارتی با اشباع شیمیایی تراشه‌های چوب آغاز می‌شود. برای این منظور ابتدا مواد را شسته و سپس الک می‌کنند و پس از آن به مواد اولیه شیمیایی مخصوصی آغشته می‌سازند.
پس از تکمیل آغشته سازی، تراشه‌های چوب حرارت داده می‌شوند و سپس با آب مخلوط می‌شوند تا پیوندهای لیگنین شل شده و الیاف آزاد شوند.
با استفاده از فرآیند CTMP خمیری تمیز، مستحکم و دارای خواص نوری مناسب فراهم می‌شود. از این روش برای تولید اجزای فیبری خمیر کاغذ استفاده می‌شود که برای تولید کاغذهای چاپ و بهداشتی به کار می‌روند.
فلوتاسیون و بلیچینگ خمیر کاغذ
شاید تا بحال چیزی درباره فرآیندهای پیچیده تولید کاغذ نمی‌دانستید اما توجه داشته باشید که صنایع سلولزی، کاغذ و کارتن سازی نیاز به فرآیندهای پیچیده و دقیقی دارند تا محصول نهایی را به شما ارائه دهند.
مرحله بعد از تولید خمیر کاغذ، پردازش و مرکب زدایی از آن به وسیله حذف مکانیکی ناخالصی‌ها است. مهم‌ترین پارامتر در تولید کاغذ، رنگ آن است؛ به همین علت، کاغذهای بازیافتی باید به طور کامل از هرگونه جوهر پاکسازی شوند.
برای پاک کردن جوهر، باید ذرات رنگ از الیاف جدا شده و در نهایت از سوسپانسیون فیبر جدا گردند. این عمل با استفاده از خواص فیزیکی مخصوص هر ماده مانند وزن جوهر در مقایسه با الیاف و آب انجام می‌گیرد. البته فرض بر این است که ناخالصی‌های بزرگتر مانند منگنه، سنگ، شن و … پیش از این حذف شده‌اند. به فرآیندی که توضیح دادیم فلوتاسیون گفته می‌شود که برای حذف ناخالصی‌های کوچک و ریز بکار می‌رود.
اما برای اطمینان بیشتر، فرآیندی به نام سفید کردن یا بلیچینگ نیز در محصولاتی که به خلوص بالایی نیاز دارند، انجام می‌شود. منظور از بلیچینگ، استفاده از مواد شیمیایی مخصوصی است که به طور مستقیم به ماده اضافه می‌شوند تا سفیدی آن را افزایش دهند.
توده‌هایی که چگالی بالایی دارند به سختی سفید می‌شوند و نیاز به دوز بالایی از مواد شیمیایی دارند. یکی از مواد بسیار محبوب برای سفید کردن کاغذ، هیپوکلریت سدیم است که برای تولید کربوکسی متیل سلولز از خاک اره نیز به کار می‌رود. همچنین می‌توان از محلول هیدروکسید سدیم و اسید کلرواستیک نیز برای فرآیند بلیچینگ استفاده کرد.
فاضلاب حاصل از تأسیسات سفیدکننده، خود باید با مواد شیمیایی دیگری ترکیب شوند تا برخی خواص آن‌ها مانند کف کردن، خورندگی یا تشکیل رسوب، کاهش یابد.
پردازش نهایی خمیر کاغذ
پس از اتمام تمامی فرآیندهایی که پیش از این گفتیم (انحلال، فلوتاسیون و بلیچینگ)، خمیر سلولزی به خمیر کاغذ تبدیل شده و می‌تواند برای تولید کاغذ به کار رود. این فرآیند شامل چندین مرحله است که در ادامه نام می‌بریم:
- مخلوط کردن خمیر سلولز
- تشکیل پراکندگی پالپ در آب
- پالایش
- افزودن اضافات لازم
مواد افزودنی برای تولید محصولات کاغذی با خواص ویژه (اصطلاحاً کاغذهای ویژه) و یا برای بهبود فرآیند کاغذ استفاده می‌شوند. محبوب‌ترین افزودنی‌ها عبارتند از:
- رزین‌ها و موم‌ها برای آب‌گریزی
- پرکننده‌ها، مانند خاک رس، تالک و سیلیس
- رنگ‌های معدنی و آلی
- ترکیبات معدنی که ساختار، تراکم، روشنایی و کیفیت چاپ را بهبود می‌بخشد (مانند دی اکسید تیتانیوم، سولفات کلسیم و سولفید روی)
- امولسیفایرها و پاک کننده‌ها
در مرحله نهایی، توده با استفاده از ماشین‌های مخصوص، به محصول کاغذی تبدیل می‌شود. پس از اتمام فرآیند، کاغذ رول می‌شود تا از آسیب و آلودگی محافظت شود.
ورقه ورقه کردن، متداول‌ترین روش مورد استفاده برای بسته‌بندی کاغذ است زیرا محافظت خوبی در برابر آسیب‌های مکانیکی، گرد، غبار و رطوبت ایجاد می‌کند. مزیت دیگر این روش بسته بندی، قابل بازیافت بودن آن است.
ما در مهرآزماشاپ، کلیه مواد اولیه شیمیایی مورد نیاز صنایع سلولزی، کاغذ و کارتن سازی را با قیمت مناسبی برای صاحبان صنایع فراهم کرده‌ایم که با سر زدن به وبسایت می‌توانید تمامی آن‌ها را مشاهده نمایید.
منابع
https://www.products.pcc.eu/en/products/markets-and-applications/pulp-paper/
https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/npprj-2019-0064/html?lang=en