Производство бумаги

Опубликовано 09-28-2022 Опубликовано

В производстве бумаги есть два основных этапа. Во-первых, волокнистое сырье или целлюлоза из балансовой древесины, недревесных волокон или переработанной бумаги преобразуется в целлюлозу, массу волокон, пригодную для изготовления бумаги. Во-вторых, целлюлоза переплетается и связывается в структуру, известную как бумага. Производство целлюлозы позволяет отделить волокна для производства бумаги от древесины.

Три основных типа целлюлозы — это механическая целлюлоза, термомеханическая целлюлоза (ТМП) и химическая целлюлоза. Каждый тип целлюлозы приводит к различной степени качества бумаги.

Сама древесина состоит как из целлюлозного волокна, так и из лигнина, клееобразного вещества, которое удерживает волокна вместе. Вообще говоря, чем больше лигнина удаляется из древесины, тем выше качество бумаги. Лигнин со временем обесцвечивает бумагу. Химическая целлюлоза удаляет лигнин из целлюлозы, а механическая и термомеханическая варка - нет.

Механическая пульпа. Основными типами механической целлюлозы являются молотая древесина, полученная путем прессования балансовой древесины на вращающемся абразивном шлифовальном камне; и механическая целлюлоза рафинера (RMP), производимая путем пропускания древесной щепы через дисковый рафинер вместо прижимания древесины к шлифовальному камню.

Термомеханическая целлюлоза. Термомеханическая масса (ТМЦ) производится путем варки древесной щепы или опилок под давлением с паром, размягчающим лигнин. Затем размягченную стружку измельчают в целлюлозу, пропуская через дисковый рафинер и отбеливая до белизны. Тепло, выделяемое при измельчении дисков и предварительном нагреве древесной щепы, размягчает лигнин, скрепляющий волокна, что позволяет разделить волокна с минимальным повреждением волокон. Эта бумага, как правило, белее и ярче, чем бумага из целлюлозы, и имеет хорошую непрозрачность для двусторонней печати. Многие качественные газеты печатаются на ТМЗ.

Химическая целлюлоза. Химическая целлюлоза является самым дорогим методом производства целлюлозы, в результате чего получается бумага самого высокого качества. В этом процессе древесная щепа варится под давлением в варочном растворе, предназначенном для разрушения и удаления лигнина из целлюлозы. Целлюлоза очищается и отбеливается, в результате чего получается ярко-белая бумага, обладающая высокой стойкостью. Химическая варка целлюлозы освобождает волокна целлюлозы от связывающего их лигнина.

Во время химической варки целлюлозы химические вещества растворяют лигнин и гемицеллюлозу в древесине, освобождая волокна целлюлозы от древесины. Отбеливание целлюлозы удаляет остаточный лигнин и гемицеллюлозу. Химическая варка целлюлозы имеет выход 45–55 % по сравнению с выходом 90 % или более, характерным для методов механической варки целлюлозы. В процессах химической варки целлюлозы используются кислоты, такие как сернистая кислота, и щелочи, такие как щелочь (каустическая сода).

Полухимическая целлюлоза производится путем предварительной мягкой варки древесной щепы с химическими веществами, чаще всего с сульфитом натрия или небольшим количеством щелочной соли, такой как карбонат натрия, бикарбонат или гидроксид. Варка частично удаляет и размягчает лигнин, ослабляя связь между волокнами. После варки щепа проходит одну или две ступени дискового рафинирования для образования волокон. Мытье удаляет химические вещества. Полухимическая варка целлюлозы сохраняет значительное количество лигнина, и, следовательно, выход обычно составляет 60-80%. Отбеливание снижает выход, как и при любом методе варки целлюлозы.

Отбеливание пульпы. Небеленая древесная масса имеет цвет от кремового до темно-коричневого; коричневый бумажный пакет изготовлен из небеленой целлюлозы. Отбеливание удаляет остаточный лигнин в целлюлозе, не вызывая серьезного химического повреждения волокон целлюлозы. Отбеливание целлюлозы делает полученную бумагу более белой, что улучшает контрастность печати. Из более белой целлюлозы получается цветная бумага с более ярким блеском.

Подготовка массы и рафинирование. Волокна, полученные при варке целлюлозы, должны пройти дополнительную обработку, прежде чем их можно будет использовать для изготовления высококачественной бумаги. Эта обработка называется подготовкой массы и включает измельчение волокон и смешивание волокон с неволокнистыми материалами для получения бумаги с желаемыми свойствами. Бумага формируется на бумагоделательной машине, но многие характеристики бумаги определяются во время подготовки массы.

Во время рафинирования используются венчики, рафинеры конического типа (джордан) или дисковые рафинеры, чтобы подвергать волокна разной степени очистки, резки, истирания и укорачивания в зависимости от желаемых свойств бумаги. В результате волокна набухают и размягчаются, а на их поверхности появляются тонкие волоски, которые способствуют склеиванию и делают бумагу более прочной.

При подготовке массы целлюлозные волокна смешивают с наполнителями, внутренними проклейками, красителями и цветными пигментами и другими добавками, придающими свойства бумаге.

Бумажная формовка. Большинство бумаги для печати изготавливается на бумагоделательных машинах Фурдринье, рис. 5-3, названных в честь братьев Фурдринье, Генри и Сили. Пульпа смешивается с большим количеством воды перед стадией формования, в результате чего соотношение воды составляет 99%. Смесь целлюлозы и воды, называемая бумажной массой, поступает в непрерывно вращающееся тонкое сито, через которое стекает вода, оставляя волокна в виде тонкого листа или полотна на его поверхности. Волокна выравниваются с движущаяся проволока, которая формирует направление волокон бумаги. Полотно переходит с проволоки на непрерывное войлочное полотно, которое подает его к нагреваемым паром сушильным цилиндрам.

В мокрой или формовочной секции бумагоделательной машины разбавленное вещество формируется в мат из волокон, из которого большая часть воды удаляется под действием силы тяжести или вакуума.

Бумагоделательные машины также имеют секцию прессования, где максимально возможное количество воды удаляется из полотна путем прессования и всасывания, и секцию сушки, где оставшаяся вода удаляется, на этот раз путем испарения, вызванного горячими сушильными цилиндрами.

Бумага, выходящая из сушилки, имеет уровень влажности от 2% до 8%, в зависимости от ее желаемого конечного использования.

Бумага для поверхностной проклейки изготавливается путем пропускания частично высушенного полотна между роликовой системой покрытия, которая наносит проклеивающий материал. Пресс размера расположен в сушильной части машины. После сушки бумажное полотно каландрируется между полированными стальными валками, чтобы придать ему желаемую гладкость, превращая его в бумагу с машинной отделкой (MF).

Суперкаландрирование. Суперкаландрированная бумага изготавливается путем пропускания бумаги машинной отделки через суперкаландр, рис. 5-4, машину, состоящую из чередующихся полированных стальных сжатых бумажных или хлопковых валиков, скручивающихся вместе под высоким давлением. Он сжимает бумагу и увеличивает гладкость поверхности бумаги, а также увеличивает гладкость и блеск поверхности.

Бумаги с покрытием. Оператор пресса часто использует печатный станок для нанесения лакового покрытия на бумагу после того, как она была напечатана, обычно в защитных или эстетических целях. Однако производитель бумаги также может нанести покрытие на поверхность бумаги, чтобы сделать бумагу более подходящей для конечного использования. Бумага с покрытием представляет собой бумагу, на которую нанесено минеральное покрытие, обычно глиняное, для улучшения ее пригодности для печати и внешнего вида. Они доступны в различных вариантах отделки. Покрытия улучшают белизну бумаги, устойчивость к выщипыванию, водостойкость, стойкость краски, непрозрачность бумаги, глянец и общее качество печати. Обычно бумага покрыта с двух сторон (C2S). Этикетки и некоторые специальные продукты имеют покрытие только с одной стороны (C1S). См. схему огромной бумагоделательной машины на рис. 5-5.