Изготовление бумаги химическим способом

Как делают бумагу?

Ответ на вопрос о том, как делают бумагу сегодня, лежит в плоскости технологий. Но стоит заглянуть в историю. Прототип материала — древнеегипетский папирус — растение, из которого делали писчий материал. Размоченную сердцевину соединяли, накладывая слои перпендикулярно друг другу. После выдерживания под прессом листы высушивали на солнце, разрезали и полировали. Готовые гибкие свитки были прочными — некоторые из них сохранились до XXI века.

Изготовление бумаги из привычных нам материалов поставили на поток в Китае. Со II века н. э. технология обработки луба тутовых деревьев постепенно начала распространяться по миру. Сначала она перешла из Китая на арабский Восток, а затем — в Европу.

Первые мануфактуры по производству бумаги появились в Европе в XIII веке. С XVII века изготовлением бумажных материалов занялись российские промышленники.

Некоторые листы пергамента хорошо сохранились

Виды бумаги

Чтобы понять, как изготавливают бумагу, надо сначала определить ее вид, ведь состав сырья может быть разным.

Различают такие разновидности материала:

1. Офсетная.Широко используется в типографском деле — для печати книг и массовой полиграфической продукции. Бумага устойчива к сырости, что важно, так как при офсетной печати используют увлажнители.
2. Упаковочная. Прочная, невосприимчивая к влаге. К цвету и гладкости не предъявляют повышенные требования.
3. Газетная. Применяется для печати на высокоскоростном оборудовании. Ее особенность — повышенная впитываемость красок.
4. Мелованная. Отличия от других видов — белизна, гладкость. Из нее печатают качественные иллюстрированные издания.
5. Целлюлозная. Состоит из чистой целлюлозы плюс 1—3 % добавок. Используется для печати банкнот и ценных бумаг.

Дизайнерская бумага для упаковки подарков

Из чего делают бумагу?

Сырьем служат растительные вещества с длинными волокнами. Смешиваясь с водой, они образуют податливый, однородный полуфабрикат. Его делают из:

• дерева — масса называется целлюлозной;
• однолетних растений: из конопляной или рисовой массы изготавливают материал повышенной белизны, из соломы и тростника — прочную и плотную;
• вторичного сырья — макулатуры, тряпок;
• сырья для производства бумаги специального назначения — шерстяных, асбестовых и прочих волокон.

Основной материал в бумажной промышленности — древесина. На комбинаты поставляют стволы целиком. Там с них снимают кору, разрезают. Далее сырье измельчают в муку — до волокон-фибрилл.

В таком виде древесина поступает на измельчение в муку

Для производства бумаги используют:

• сосну, кедр — мягкие породы пригодны для изготовления упаковочных материалов;
• клен, дуб — основа из твердых пород гладкая, но менее прочная;
• канадскую ель — из нее делают прочный, но эластичный материал;
• каштан, березу и так далее.

Смешивая дубовое и сосновое сырье, получают книжную бумагу. Она прочная, эластичная.Для улучшения качества продукции древесный материал сортируют, фильтруют, обрабатывают химическими составами.

Производственные этапы

Технология состоит из таких этапов:

• обработка массы — размол, окрашивание, смешивание растительных и химических составляющих;
• разбавление массы водой, очищение, прессовка и сушка;
• каландирование;
• резка, сортировка и упаковка.

Процесс изготовления бумаги начинается с размалывания сырья в непрерывно действующих аппаратах. На фабриках используют роллы, мельницы конического и дискового типов, рафинеры.

Полученную муку очищают, добавляют связующее вещество и наполнитель:

• парафиновые эмульсии;
• глинозем, каолин;
• мочевино-, меламино-формальдегидную смолу;
• канифольные и животные клеи;
• тальк, крахмал и пр.

Жидкий состав выливают на плоскую сетку бумагоделательной машины. После уплотнения и формовки цельное полотно покрывают клеевыми пигментами (так производят мелованную бумагу) или другими составами.

Следующий этап — просушка при повышенной температуре с помощью шлифовочных цилиндров. Волокна застывают, образуя бумажное полотно. После обезвоживания оно попадает в каландры. Это массивные цилиндры, объединенные по 5—8 штук. Проходя между ними, бумага становится гладкой, выравнивается, уплотняется.

Так происходит сушка бумаги

Готовая лента наматывается на накат — вращающийся цилиндр с прижимным валиком. Он собирает полотно в рулон. Технология производства бумаги также предполагает постобработку — глянцевание, окрашивание, резку.

По тому же принципу производят картон — материал плотностью от 250 г/м². Из него изготавливают обложки книг, папки, упаковку и другую подобную продукцию.

Упаковка и резка

Способ резки рулонов бумаги отличается в зависимости от планов на ее использование. Рулоны разрезают в бобинорезке, затем сматывают в несколько рулонов меньшего объема и диаметра. Потом разделяют на готовые листы для печатного цеха — например, лазером (края аккуратны, на них нет нагара).

Готовые рулоны бумаги

Последний этап изготовления бумаги — упаковка. Ее самые распространенные виды:

• фасовка в пачки из 250—1 000 листов, обернутые крафт-бумагой или другим плотным и водостойким материалом;
• паллетирование — перенос листов на плоские прямоугольные подставки с выемками для захвата и крепления;
• смешанный способ — сначала листы собирают в пачки, а затем помещают на паллеты;
• упаковка «калачами» (свертками до 10—15 кг) — подходит для технической, упаковочной бумаги увеличенного формата (может переносится вручную, без пандусов и спецтехники).

Критерии качества бумаги

1. Прочность — сопротивляемость разрыву и сжатию при высокоскоростной печати должна быть высокой.
2. Плотность — для глубокой печати используют тонкие листы, для упаковки — толстые (диапазон — от 60 до 300 г/м²);
3. Гладкость — чем она выше, тем лучше воспроизводятся детали изображения, плотнее контакт листов с формами для печати;
4. Белизна — показатель попадает в диапазон 60—98 %;
5. Непрозрачность — чем меньше просвечивается лист, тем меньшей будет степень проявления изображения с обратной стороны (для обычной офисной бумаги — от 89 %);
6. Пористость — на пористом материале лучше фиксируется краска, но отпечатки теряют насыщенность.
7. Сопротивляемость истиранию — если она мала, вязкие печатные краски «выщиплют» волокна с листов, и это загрязняет детали печатного оборудования.
8. Впитываемость — чем она выше, тем быстрее краски закрепятся на поверхности листа.
9. Наличие проклейки — с ней верхний слой будет прочным, устойчивым к воздействию влаги, клея.

Смотрите интересный репортаж из завода по производству бумаги:

Источник

Бумажные химикаты — Paper chemicals

Химические вещества для бумаги обозначают группу химикатов , которые используются для производства бумаги или изменяют свойства бумаги . Эти химические вещества можно использовать для изменения бумаги разными способами, включая изменение ее цвета и яркости или повышение ее прочности и водостойкости.

СОДЕРЖАНИЕ

Химические вещества, используемые в производстве бумаги

квасцы	«Сульфат глинозема»	Al 2 (SO 4 ) 3 . 18H 2 O	Для щелочной проклейки вместе с канифолью
Альбарин	« Натуральный сульфат извести »	CaSO 4 . 2H 2 O	строительные материалы.
Диоксид хлора	диоксид хлора	Cl O 2	отбеливание целлюлозы
Хлор	хлор	Cl 2	отбеливание целлюлозы
Доломит	Карбонат кальция и магния	CaMg (CO 3 ) 2	Наполнитель, Покрытие
DTPA	Диэтилентриамин пентацетат	C 14 H 33 N 3 O 10	Используется для хелатирования (удаления переходных металлов из пульпы).
ЭДТА	Этилендиаминтетрауксусной кислоты	C 10 H 16 N 2 O 8	Используется для хелатирования (удаления переходных металлов из пульпы).
Фермент	Используется для удаления краски
FSA	Формамидин серная кислота или диоксид тиомочевины	CH 4 N 2 SO 2	Отбеливание после удаления краски
Гуаровая камедь	Натуральный полимер	Добавка для повышения прочности в сухом состоянии
Гипс или минеральный белила или штукатурка	Натуральный сульфат извести	CaSO 4 · 2H 2 O	Гипсокартон
Пероксид водорода	Пероксид водорода	Н 2 О 2	При отбеливании пульпы
Хлорноватистая кислота	Хлорноватистая кислота	HOCl	При отбеливании пульпы
Лайм	Оксид кальция	Ca О	Восстановление химических веществ, отбеливание в процессе щелочной варки целлюлозы
Известняк	Карбонат кальция	CaCO 3	Чтобы сделать осажденный CaCO 3 , используется в качестве наполнителя и в покрытии.
Бисульфит магния	Бисульфит магния	Mg (HSO 3 ) 2	Используется при варке сульфитной целлюлозы
Магнезит	Карбонат магния	MgCO 3 -100%	Наполнитель для сигаретной бумаги
Лаймовое молоко	Гидроксид кальция	Са (ОН) 2	Для каустизации зеленого щелока
Молоко магнезии	Гидроксид магния	Мг (ОН) 2
Кислород	Кислород	O 2	При отбеливании пульпы
Озон	Озон	O 3	При отбеливании пульпы
Канифоль	Абиетиновая кислота	C 19 H 29 COOH	Размеры
Канифольное мыло	Абиетат натрия	C 19 H 29 COONa	Размеры
Соленый пирог	Сульфат натрия	Na 2 SO 4 10H 2 O	Подпитка химического восстановления сульфатной варки целлюлозы (Na 2 SO 4 — Na 2 S)
Мыло / жирная кислота	Удаление краски
Бисульфит натрия	Бисульфит натрия	NaHSO 3	Используется при варке сульфитной целлюлозы
Кальцинированной соды	Карбонат натрия	Na 2 CO 3	Подпитка химического восстановления щелочной варки целлюлозы (Na 2 CO 3 + Ca (OH) 2 — 2NaOH + CaCO 3 )
Алюминат натрия	Алюминат натрия	Na 2 Al 2 O 4	Используется вместе с квасцами для контроля pH.
Бисульфит натрия	Бисульфит натрия	NaHSO 3	Химический компонент варочного раствора кислотного типа, который иногда используется для нейтрализации остаточного хлора в целлюлозе в процессе отбеливания.
Хлорат натрия	Хлорат натрия	NaClO 3	Используется для производства диоксида хлора
Дитионит натрия	Гидросульфит натрия	Na 2 S 2 O 4	Отбеливание
Гипохлорит натрия	Гипохлорит натрия	Na O Cl	Отбеливание
Перекись натрия	Перекись натрия	Na 2 O 2	Отбеливание
Силикат натрия	Силикат натрия	Na 2 SiO 3	При очистке макулатуры от краски для смачивания, пептизации, диспергирования чернил, стабилизации пероксидами.
Сульфид натрия	Сульфид натрия	Na 2 S	Активный химикат в крафт-сульфатном варочном щелоке
Тиосульфат натрия	Тиосульфат натрия	Na 2 S 2 O 3	Отбеливание
Триполифосфат натрия	Триполифосфат натрия	Na 5 P 3 O 10	Диспергатор
Крахмал	Состоит из единиц глюкозы, связанных между собой кислородными мостиками, называемыми гликозидами.	Добавка для мокрой и сухой концов
Сера	Сера	S	Для производства HSO 3 f или бисульфитной варки
Поверхностно-активное вещество	Используется для удаления краски. Используется в качестве разрыхлителя при производстве распушенной целлюлозы.
Титания	Оксид титана	TiO 2	Наполнитель для увеличения непрозрачности и яркости бумаги. Используется в покрытии.
Анатас	Оксид титана	TiO 2

Варка целлюлозы

Химическая варка целлюлозы включает растворение лигнина для извлечения целлюлозы из древесного волокна. Различные процессы химической варки целлюлозы включают крафт-процесс , который использует каустическую соду и сульфид натрия и является наиболее распространенным; в качестве альтернативы использование сернистой кислоты известно как сульфитный процесс , нейтральный полухимический сульфит обрабатывают как третий процесс, отдельный от сульфита, и варку натриевой целлюлозы, которая является наименее экологически опасной с использованием гидроксида натрия или антрахинона .

Каустическая сода добавляется для увеличения pH в процессе варки волокон. Более высокий pH раствора бумажных волокон приводит к сглаживанию и набуханию волокон, что важно для процесса измельчения волокон.

Отбеливание

При производстве белой бумаги древесную массу отбеливают, чтобы удалить любой цвет из следовых количеств лигнина, которые не были извлечены в процессе химической варки целлюлозы. Существует три основных метода отбеливания:

1. При отбеливанииэлементарнымхлором используются хлор и гипохлорит .
2. Отбеливание без использования элементарного хлора более безопасно для окружающей среды, поскольку исключает использование гипохлорита и заменяет хлор диоксидом хлора или хлоратом натрия .
3. При отбеливании без хлора используются кислород и перекись водорода . Это наиболее экологически чистый процесс, поскольку он устраняет все хлорированные загрязнители.

Размеры

Большинство типов бумаги должны обладать некоторой водостойкостью, чтобы поддерживать определенное качество письма и пригодность для печати. До 1980 года обычным способом добавления этого сопротивления было использование канифоли в сочетании с квасцами . Когда бумажная промышленность начала использовать мел вместо фарфоровой глины в качестве наполнителя, химия бумаги была вынуждена перейти на нейтральный процесс. Сегодня в основном используются AKD ( димер алкилкетена ) и ASA ( ангидрид алкенилянтарной кислоты ).

Укрепление

Влажная прочность

Добавки, повышающие влагопрочность, гарантируют, что бумага сохраняет свою прочность при намокании. Это особенно важно для папиросной бумаги . Химические вещества, обычно используемые для этой цели, включают эпихлоргидрин , меламин , мочевину формальдегид и полиимины . Эти вещества полимеризуются в бумаге и приводят к образованию укрепляющей сети.

Для повышения прочности бумаги во влажную целлюлозу в процессе производства добавляют катионный крахмал. Крахмал имеет аналогичную химическую структуру, что и целлюлозное волокно пульпы, а поверхность как крахмала, так и волокна заряжена отрицательно. Добавляя катионный (положительно заряженный) крахмал, волокна могут связываться с крахмалом и, таким образом, также увеличивать межсоединения между волокнами. Положительно заряженная часть крахмала обычно образована катионами четвертичного аммония . Используемые четвертичные соли включают 2,3-эпоксипропилтриметиламмонийхлорид (EPTAC, также известный как или Glytac Quab, GMAC ™) и хлорид (3-хлор-2-гидроксипропил) триметиламмония (CHPTAC, также известный как Quat 188, Quab 188, Reagens ™).

Сухая прочность

Добавки, повышающие прочность в сухом состоянии, или вещества, повышающие прочность в сухом состоянии, представляют собой химические вещества, улучшающие прочность бумаги в нормальных условиях. Они улучшают прочность бумаги на сжатие , прочность на разрыв , прочность на разрыв и сопротивление расслаиванию . Типичные используемые химические вещества включают производные катионного крахмала и полиакриламида (ПАМ). Эти вещества действуют путем связывания волокон, часто с помощью ионов алюминия в листе бумаги.

Связующие

Связующие способствуют связыванию частиц пигмента между собой и слоем покрытия бумаги. Связующие представляют собой сферические частицы диаметром менее 1 мкм. Обычными связующими являются сополимер стирола и малеинового ангидрида или сополимер стирола и акрилата. Поверхность химический состав отличается от адсорбции из акриловой кислоты или анионного поверхностно -активного вещества , оба из которых используются для стабилизации дисперсии в воде. Совместные связующие или загустители, как правило, представляют собой водорастворимые полимеры, которые влияют на вязкость цвета бумаги, водоудержание, проклейку и блеск. Некоторые общие примеры — карбоксиметилцеллюлоза (CMC), катионная и анионная гидроксиэтилцеллюлоза (EHEC), модифицированный крахмал и декстрин . Стирол-бутадиеновый латекс, стирол-акрил, декстрин , окисленный крахмал используются в покрытиях для связывания наполнителя с бумагой. Со-связующие вещества представляют собой натуральные продукты, такие как крахмал и КМЦ ( карбоксиметилцеллюлоза ), которые используются вместе с синтетическими связующими, такими как стирол-акрил или стирол-бутадиен. Со-связующие используются для снижения стоимости синтетического связующего и улучшения водоудержания и реологии покрытия.

Источник