Формування спожиних властивостей паперу та картону у процесі виробництва
Вплив сировинних матеріалів і волокнистих напівфабрикатів на споживні властивості паперу і картону.
Папір – це матеріал із масою квадратного метра до 250 г, що складається переважно з рослинних волокон зв’язаних між собою силами поверхневого зчеплення у якому можуть бути проклеювальні речовини, мінеральні наповнювачі хімічні та натуральні волокна, пігменти й барвники.
Картон -це матеріал, що містить переважно рослині волокна і відрізняється від паперу більшою товщиною і масою квадратного метра.
Найбільш поширеною сировиною для виробництва паперу й картону є деревина хвойних та листяних порід. До того ж використовують солому хлібних рослин (жита, пшениці, вівса), стебла дикоростучої тростини; бавовняні, конопляні, льняні волокна у вигляді відходів текстильного виробництва та макулатуру. Для виробництва спеціальних видів паперу використовують тваринні (вовну), мінеральні, синтетичні (лавсан, нітрон, капрон) волокна.
Хімічний склад рослинної сировини
До складу рослинної сировини входять целюлоза, геміцелюлоза, лігнін, пектинові та фарбувальні речовини, смоли та ін.
Целюлоза чи клітковина - це природний полімер, полісахарид, що належить до групи вуглеводів, біла волокниста речовина є головним компонентом рослинних волокон. Ця високомолекулярна органічна речовина є основою для виробництва паперу і картону. Целюлоза добре відбілюється, має достатню міцність, завдяки чому відпивається в тонкі аркуші. Однак чиста целюлоза без геміцелюлози важко піддається розмелюванню і папір з неї буде пухким з малою механічною міцністю і щільністю.
Геміцелюлоза - це вуглевод з меншим, ніж у целюлози ступенем полімеризації, що займає проміжне місце між целюлозою та крохмалем. Під дією кислот геміцелюлоза оцукрюється та добре набухає у воді, тому при отриманні целюлози легко переходить в розчинний стан. Добра гідрофільність, набухання її у воді сприяє пластифікації і фібрилюванню целюлози, що забезпечує гідратацію волокна і утворенню міжволокнистих зв'язків завдяки гідроксильної групи (ОН). Таким чином, для отримання міцного паперу необхідно, щоб до складу рослинних волокон входила деяка кількість природного пластифікатора - геміцелюлози. Однак, при підвищенні проценту вмісту геміцелюлози у складі паперу його міцність буде знижуватися.
Лігнін - це природна високомолекулярна речовина, яка утворюється в клітинних стінках рослин при їх здерев'янінні. Наявність у великій кількості лігніну в сировині негативно впливає на властивості паперу: такий папір характеризується малою міцністю, великою крихкістю, здатністю до пожовтіння. А тому під час виготовлення високоякісного паперу прагнуть виділити лігнін з целюлози. Однак в деяких видах паперу - туалетного, косметичних серветках, у папері для газет - лігнін необхідний.
Смоли значно ускладнюють процес виробництва паперу, забруднюють (забивають) сітки папероробних машин. Потрапляючи до пресової частини та до каландру, смола утворює в паперовому полотні його обриви. Для виробництва паперу і картону найбільш прийнятна маса з вмістом смоли не більше 1,5%.
Пектинові речовини - група полісахаридів і близьких до них речовин мають желатиноутворювальну здатність.
Барвники,яких в рослинних тканинах є невелика кількість, надають паперу сірого чи коричневого відтінків.
Волокнисті напівфабрикати
Волокнистий напівфабрикат - це матеріал рослинного походження, підготовлений для виробництва паперу, картону або хімічного перероблення.
Для виробництва паперу і картону застосовують такі волокнисті напівфабрикати: деревну масу, целюлозу, ганчір'яну напівмасу та макулатурну масу.
Деревна маса - це волокнистий напівфабрикат, одержаний із деревини механічним способом. Деревна маса є найбільш дешевим напівфабрикатом для виробництва паперу й картону. В результаті механічної обробки (стирання) деревини хімічний склад її мало змінюється. А тому нецелюлозні компоненти, які залишаються в деревній масі, негативно впливають на якість паперу. За показниками механічної міцності деревна маса поступається целюлозі, її не використовують для виготовлення паперу, що довго зберігається.
Залежно від технологічного способу оброблення деревини одержують деревну масу декількох видів: білу та буру деревну масу, хімічну термомеханічну та термомеханічну.
Деревна маса має жовтувато-сірий відтінок, а тому для використання як напівфабрикату для виробництва паперу й картону високої білості її відбілюють в розчинах перекису водню, перекису натрію або інших відбілювачах.
Целюлоза - це волокнистий напівфабрикат, який одержують варінням рослинної сировини з розчинами хімікатів, внаслідок чого видаляється переважна частка нецелюлозних компонентів. Целюлоза відрізняється від деревної маси тим що до її складу входить дуже мало геміцелюлози і зовсім нема лігніну, смол та інших речовин. Якщо їх частково залишається, то отриманий напівфабрикат називають напівцелюлозою. Волокна целюлози, на відміну від деревної маси, значно біліші, довші та м'якіші. Тому під час відливання аркуша вони краще переплітаються аркуш стає більш міцнішим. Отримують целюлозу двома методами кислотним (сульфітним) та лужним (сульфатним).
Солом'яна целюлоза - це коротковолокнистий матеріал, який отримують хіміко-механічною обробкою соломи. Солому нарізають і варять у розчині їдкого натру. Цей напівфабрикат використовують для виробництва картону, обгорткового паперу. Після відбілювання використовують для виготовлення паперу, друкування та писання.
Ганчір'яна напівмаса- це волокнистий напівфабрикат, одержаний з ганчір'я або обрізків тканин з волокон рослинного походження варінням з розчином гідроксиду натрію з наступним промиванням й напівмасним розмелюванням. Ганчір'яна напівмаса - це цінна сировина для виготовлення паперу. Волокна ганчір'яної напівмаси, завдяки великому вмісту чистої целюлози, надають паперу підвищену механічну міцність та довговічність. З біленого ганчір'я отримують паперову масу для високоякісного, дуже міцного білого паперу тривалого використання: документного, картографічного, для креслення. Кольорове ганчір'я використовують для виготовлення кольорового паперу.
Макулатурна маса- це водна суспензія вторинних волокнистих напівфабрикатів, призначена для виготовлення паперу (картону). Розрізняють два види макулатури: відходи паперових фабрик, незадруковані обрізки поліграфічних підприємств, які одразу використовують для виготовлення паперу, та відходи поліграфічних, картонажних та інших виробництв, старі газети, книги, журнали. Макулатуру розварюють у розчинах лугів, при цьому з паперу вилучають клейкі та фарбувальні речовини. Цю вторинну сировину використовують для виготовлення обгорткового картону та деяких видів друкарського паперу.
Формування спожиних властивостей паперу та картону у процесі виробництва.
Одним з найважливіших факторів, які формують властивості паперу і картону, є виробництво.
Принципова схема переробки волокнистих напівфабрикатів у готовий папір складається із таких основних процесів: приготування паперової маси, відливання паперового полотна та оздоблення паперу.
Приготування паперової маси - це ряд послідовних операцій, які забезпечують готовність маси для подачі на папероробну машину. До цих операцій відносять отримання волокнистих напівфабрикатів та їх розмелювання, складання суміші із різних волокон та введення до маси клею, наповнювачів й барвників.
Розмелювання волокнистого напівфабрикату - це оброблення маси волокнистого напівфабрикату в розмелювальній апаратурі з метою розщеплення його волокон, зменшення розмірів та їх гідратації. Це - найважливіша операція приготування паперової маси, яка визначає якість та вид паперу. Під час розмелювання здійснюється подрібнення волокон, їх розчеплення та набухання. Залежно від умов помелу, розрізняють три види млива - масне, грубе та слизове, а від довжини отриманих волокон - довгим (2,5-1,5 мм) і коротким ( менше 1 мм).
Складання композиції паперової маси. Композиція паперової маси для виготовлення паперу - це склад і співвідношення всіх компонентів маси для виготовлення паперу (картону). Кожен вид паперу має визначений процентний вміст різних волокон.
Наповнення паперу (картону) - це процес уведення до маси наповнювача. Наповнювач - це нерозчинна або малорозчинна у воді речовина, яка вводиться до маси для підвищення непрозорості й білості паперу (картону), поліпшення друкарських властивостей. В якості наповнювачів використовують мінеральні речовини білого кольору - каолін, тальк, крейду, гіпс, двоокис титану тощо. Високий ступінь білості наповнювача підвищує відповідно білість паперу. Наявність наповнювача в папері робить друкований відбиток більш чітким, книжковий блок більш щільним і рівним з чистим обрізом, що поліпшує зовнішній вигляд книги. Найчастіше до паперової маси при виготовленні друкарського паперу вводять каолін і бланфікс.
Водночас наповнювачі зменшують міцність паперу й роблять його більш м'яким, пластичним, підвищують пилоутворення, бо неорганічні частинки ускладнюють контакти між волокнами та перешкоджають утворенню водневих зв'язків у структурі паперу. Окрім цього, наповнювачі збільшують масу паперу.
Кількість наповнювача в папері визначають за зольністю, тобто за процентним відношенням маси попелу (спаленого паперу) до маси сухого паперу.
Проклеювання паперу (картону) - це надання паперу (картону) властивостей обмеженого убирання води і водних розчинів. Залежно від ступеня проклеювання папір поділяють на сильнопроклеєний, проклеєний, слабопроклеєний та непроклеєний. Для виробництва сильнопроклеєного паперу (для писання, креслення, картографічного, поштового та ін.) вводять 2-3% проклеювальних речовин від маси абсолютно сухого волокна; для виготовлення слабопроклеєного (типографського, шпалерного та ін.) - майже 0,5-1,5%. Промокальний та фільтрувальний папір виробляють непроклеєним.
Існують два способи проклеювання: а) проклеювання маси, (коли проклеювальні речовини вводять до паперової маси ще до початку відливання паперу) і б) поверхневе проклеювання паперу (коли проклеювальні речовини наносять на поверхню готового паперу під час його обробки).
Залежно від проклеювальних речовин проклеювання може бути каніфольне, парафінове, крохмальне, меланіноальдегідне та сечовино-формальдегідне тощо.
Підфарбування паперу (картону) - це введення в масу невеликої кількості барвника для позбавлення відтінку кольорів (сірого, жовтого) волокнистих напівфабрикатів, а також надання паперу підвищеної білості. Так, якщо папір має жовтуватий колір, то для підфарбування вводять сині та фіолетові барвники, які поглинають жовті промені спектра. Значно підвищують білість паперу оптичні підбілювачі - люмінофори. Ці речовини, поглинаючи невидимі ультрафіолетові промені, випромінюють світлову енергію в ділянці видимого світла і роблять папір білішим.
Формування паперу (картону) – це процес утворення шару паперу шляхом відливання маси на безперервно рухомій сітці, або між двома сітками, або на формувальному циліндрі.
Відливання паперового полотна,тобто формування паперу, виконується на папероробних машинах, які являють собою складні агрегати безперервної дії і складаються з таких основних частин: сіткової, пресової, сушильної, каландру та накату.
Оздоблення - заключна операція під час виробництва паперу, тобто надання паперові методом спеціальної обробки (тиснення, гумування, нанесення покрить, крепування та ін.) додаткових властивостей, які розширюють межі його використання.
Глянсування - це надання паперові (картону) лиску за допомогою фрикційного або глянсувального каландру, верстата або циліндра папероробної машини.
Калібрування - оброблення картону за допомогою каландру для надання певної рівномірної товщини.
Тиснення - зміна фактури поверхні паперу (картону) шляхом нанесення тисненого візерунка.
Крепування - надання паперові зморшкуватої структури з метою підвищення видовження до розриву, м'якості та здатності до вбирання вологи.
Грунтування - нанесення на папір (картон) шару фарбувальної маси для наступного друкування або нанесення поверхневого покриття.
Гумування - нанесення шару клею на один бік паперу (картону) з наступним сушінням.
Пігментування - нанесення на поверхню паперу (картону) покриття із суміші пігментів, зв'язувальних і пластифікованих речовин.
До оздоблювальних робіт належить також різноманітне лініювання. Крім перелічених технологічних операцій на якість паперу впливають допоміжні операції. Вони надають паперу товарного вигляду, забезпечують його збереження при транспортуванні та зберіганні. До них належать: перемотування, розрізування на рулони та аркуші, сортування, пакування тощо.