مروری بر روشهای تهیه خمیر کاغذ
خمیرسازی فرایندی است که به وسیله آن چوب به یک توده فیبری (لیفی) تبدیل می شود. به بیان دیگر، خمیرسازی فرایندی است که بر اثر آن پیوند های درونی ساختار چوب می شکنند.
این کار را می توان به طور مکانیکی، گرمایی، یا شیمیایی انجام داد یا تلفیقی از این روشها را به کار برد. روشهای تجارتی موجود را می توان در سه گروه مکانیکی، شیمیایی یا نیمه شیمیایی (یعنی تلفیقی از عملیات شیمیایی و مکانیکی) طبقه بندی کرد (جدول 4– 1) .
میزان تولید مربوط به سال 1978 به وسیله هر کدام از روشهای فوق، در جدول 4-2 آمده است. حدود 70% خمیر تولید شده در آمریکای شمالی به روشهای شیمیایی است که90% آن را خمیر کرافت تشکیل می دهد. البته بهتر است خمیر کرافت پر بازده و خمیر سولفیت پر بازده را که در محاسبات خمیر شیمیایی سفید نشده کرافت و سولفیت به حساب آمده است در گروه خمیرهای نیمه شیمیایی منظور کنیم.
در جدول 4-3 توزیع جغرافیای انواع مختلف صنعت خمیر و کاغذ در آمریکای شمالی، از جمله کارخانه هایی که از الیاف دست دوم و بازیابی شده استفاده می کنند (فصل14) نشان داده شده است.
4-1 مقدمه ای بر انواع روشهای خمیر سازی
خمیر سازی مکانیکی
قدیمی ترین و شاید همچنان متداولترین روش خمیر سازی مکانیکی، فرایند گراندوود است که در آن چوب به صورت قطعات بریده شده گرده بینه، در طول به وسیله یک سنگ زبر چرخان با سرعت 100 تا 1200 دور در دقیقه، تحت فشار قرار گرفته خرد می شود. در نتیجه این عمل، الیاف از چوب کنده میشوند، ساییده می شوند و با شستشو از سطح سنگ جدا می شوند.
(جداول و نمودار در فایل اصلی موجود است)
نکته ها : 1) از کارخانه های جامعی که خمیر و کاغذ تولید می کنند دو بار نام برده شده است ؛ به عنوان کارخانه کاغذ. 2) کارخانه هایی که چند نوع خمیر تولید می کنند فقط یکبار شمرده شده اند. 3) کارخانه های تعطیل شده نیز در جدول به حساب آمده اند.
خمیر رقیق الیاف و خرده الیاف که به این ترتیب به دست می آید، غربال می شوند تا ریزه چوبها و ساتیر ذرات جدا شوند (شکل 4-1). سپس با آبگیری از آن، خمیری به دست می آید که برای کاغذسازی مناسب است. اساس کار ساده است اما تهیه خمیری یکنواخت با بازده و کیفیت خوب، نیاز به کنترل دقیق زبری سطح سنگ، فشار وارد شده بر چوب در سطح سنگ، سرعت آبپاشی و دمای آب دارد.
(تصاویر در فایل اصلی موجود است)
پیشرفت جدیدی که در خمیرسازی مکانیکی حاصل شده است، شامل ساییدن و خرد کردن خرده چوبها بین دو دیسک چرخان در وسیله ای به نام پالاینده است. در اینجا، خمیر حاصل را خمیر مکانیکی پالایشی (RMP) می نامند. در مقاسیه با خمیر گراندوود سنگی، RMP معمولاً محتوی ایاف بلند بیشتری است و کاغذ حاصل از آن محکمتر است. در طی چند سال گذشته، فرایند RMP توسعه بیشتری یافته است. در کارخانه های جدید یک مرحله نرم سازی مقدماتی گرمایی یا شیمیایی (یا گرمایی- شیمیایی) نیز اضافه شده است. با این عمل، انرژی مورد نیاز برای تولید و پالایش خمیر کاهش می یابد و خمیر حاصل بهتر است. در این راستا، می توان از خمیر گرمایی- مکانیکی (TMP) نام برد که محکمتر از خمیر RMP است و در غربال پس زده اندکی است.
مزیت بزرگ فرایندهای خمیرسازی مکانیکی در این است که می توانند تا 95% وزن خشک چوب را به خمیر تبدیل کنند، اما برای دستیابی به این هدف، به مقدار زیادی انمرژی نیاز هست. کاغذ حاصل بسیار مات است و چاپ پذیری مطلوبی دارد، اما ضعیف است و در برابر نور به زودی رنگین می شود. برای افزایش مقاومت این نوع کاغذها، معمولاً لازم است مقداری خمیر شیمیایی بلند الیاف به خمیر مکانیکی اضافه شود. در گذشته، برای کاغذ روزنامه، معمولاً 75% خمیر گراندوود را با 25% خمیر شیمیایی مخلوط می کردند. امروزه با استفاده از TMP به خمیر گراندوود، خمیر شیمیایی کمتری مورد نیاز است.
(تصاویر در فایل اصلی موجود است)
گراندوود سنگی درخت نوئل
خمیرهای مکانیکی را غالبا از منابع سوزنی برگ به دست می آورند. ایاف کوتاهتر و نازکتر پهن برگان، در جریان تبدیل مکانیکی به خمیر، معمولاً به شدت آسیب می بینند و خمیر حاصل از آنها ضعیف و شبیه آرزد است، در نتیجه، کاغذ حاصل نیز بسیار ضعیف است (شکل 4-2). بعضی از پهن برگها، مخصوصاً صنوبر، خمیری با براقیت مطلوب تولید می کنند به طوری که با مخلوط کردن این با خمیرهای مکانیکی سوزنی برگ، خمیری با خواص نوری مطلوب به دست می آید.
خمیرسازی شیمیایی
هدف در فرایندهای تولید خمیر شیمیایی، تجزیه و حل لیگنین و خارج ساختن آن ماده است به طوری که آنچه که بر جای می ماند سلولز و همی سلولز به صورت الیاف سالم و نسبتاً تغییر نیافته است (شکلهای 4-3 و 4-4) . در عمل، با روشهای تولید خمیر به طریق شیمیایی، می توانند قسمت عمده لیگنین را خارج کنند، این روشها مقداری همی سلولز و سلولز را نیز تجزیه می کنند، در نتیجه در مقایسه با فرایندهای مکانیکی، بازده خمیر شیمیایی کمتر است و در حدود 40 تا 50 درصد نسبت به مقدار چوب اولیه است.
در فرایندهای شیمیایی، خرده چوبها (چیپس) در دمای بالا و فشار بالا با مواد شیمیایی مناسب در محلول آبی پخته می شوند. دو فرایند مهم از این نوع عبارت اند از فرایند کرافت (قلیایی) و فرایند سولفیت (اسیدی). فرایند کرافت، به دلیل داشتن مزایایی در بازیابی مواد شیمیایی و استحکام مطلوب خمیر، موقعیت برتر را به دست آورده است. فرایند سولفیت، که تا سال 1930 رایجتر بود، مجدداً مورد توجه قرار گرفته است و ممکن است گسترش بیشتری پیدا کند.