Технология изготовления и получения целлюлозы и ее дальнейшая обработка

Канцелярская бумага. Сезон второй. Серия вторая

Привет, друзья! Продолжаю второй сезон бумажных статей. В первой серии я рассказал об основной бумаге для печати – офсетной. И в этой серии я расскажу вам из чего делают бумагу и как работает современное производство. Статья рассчитана на широкую аудиторию, и чтобы не усложнять и не утомлять, я намеренно опустил подробности, важные только для профессионалов. Прочитав статью, вы поймете, почему вам не понравилось писать в брендированном дневнике и понравилось в безымянном блокноте. И хочу еще раз напомнить, почему важно покупать хорошую бумагу для оргтехники и не покупать плохую бумагу и чем это грозит. Изготовление бумаги сродни алхимии, и сейчас я раскрою ее секреты.

Технология

В связи с тем, что основным компонентом соломы является целлюлоза, технология изготовления бумаги из этого материала во многом схожа с той, что используется при обработке древесины.

Упрощенно, технология производства бумаги или картона из соломы выглядит следующим образом:

• измельчение сырья;
• замачивание в щелочном или кислом растворе (гидролиз);
• обработка паром с последующим полосканием;
• перекраска и очистка от загрязнений;
• обработка препаратами, придающими смеси необходимые свойства;
• удаление лишней влаги и прессование;
• управление отходами.

Измельчение исходного сырья

Хотя бумага кажется твердой, она состоит из небольших кусочков целлюлозы, длина которых варьируется от долей миллиметра до единиц миллиметра. Кроме того, мелкие кусочки соломы легче обрабатывать, чем целые стебли, поэтому их измельчают с помощью различных механизмов, подобных тем, которые мы рассмотрели в этой статье.

Выбор таких механизмов зависит от многих факторов, поэтому их выбирают для конкретной линии по производству бумаги или картона.

Гидролиз

Солома представляет собой стебли зерновых и других растений, отделенные от корней и плодов, а также имеет низкую влажность.

Чем ниже влажность, тем жестче становятся волокна целлюлозы и лигнина, и перед дальнейшей обработкой исходный материал замачивают не в воде, а в щелочном растворе.

Это необходимо для уничтожения всех патогенных микроорганизмов, а также расщепления кислот, связанных с гемицеллюлозой, и разделения материала на целлюлозу и лигнин (гидролиз). Выбор реагента для раствора зависит от свойств конечного продукта, поэтому применяют как щелочи, так и кислоты.

Обработка паром с последующей промывкой

Эта стадия необходима для удаления лигнина, представляющего собой смесь ароматических веществ, и именно на этой стадии образуются наиболее токсичные стоки, представляющие серьезную угрозу для окружающей среды.

Используемый для обработки раствор сливают, а полученную массу тщательно пропаривают, продолжая слив ядовитой жидкости. Пропаренную целлюлозу промывают для удаления любых оставшихся химикатов или промежуточных продуктов.

Повторное измельчение и очищение от примесей

Промытая, частично измельченная солома отправляется на новую мельницу, где ее не только режут на мелкие кусочки, но и дробят для подготовки к последующей очистке.

Без такого измельчения можно получить только чрезвычайно грубый картон, поэтому измельчение необходимо даже для туалетной бумаги или обоев.

После шлифовки смесь очищают от всего, что может ухудшить качество готового изделия. Для производства некоторых видов грубой бумаги и картона этот этап необязателен.

Измельченный материал снова смешивают с водой для придания ему пластичности и подвижности, а также для обеспечения движения по трубам. Чаще всего эту смесь называют пульпой, хотя иногда этим термином называют и промытую пульпу, подвергнутую щелочному или кислотному гидролизу с последующей обработкой паром.

Читайте также: Газонокосилки электрические Зубр: описание популярных, в том числе роторных моделей, а именно ЗГКЭ 38 1600 и 42 1800, характеристики, сравнение, отзывы

Обработка препаратами

Адгезионные свойства целлюлозы не слишком велики, поэтому смесь обрабатывают препаратами, которые сделают будущую бумагу более прочной.

На этом же этапе добавляют реагенты, которые придают готовому продукту определенные свойства, а именно:

• усиливать;
• цвет;
• отбеливать;
• придать блеск;
• сделать его пригодным или непригодным для письма обычными ручками.

Удаление лишней влаги и прессование

Эта операция, независимо от вида сырья, осуществляется с помощью бумагоделательных или картоноделательных машин, которые удаляют из смеси лишнюю воду, а затем прессуют мезгу до нужной плотности.

От типа станка зависит, какой продукт получится в результате, поэтому правильно подобрать оборудование может только квалифицированный технолог.

Это же в полной мере относится и к остальному оборудованию, которое должно соответствовать:

• первое сырье;
• готовый продукт;
• объем производства;
• технология производства бумаги.

Очистка и утилизация отходов

Отходы, образующиеся при переработке соломы в бумагу, как и при любом другом производстве целлюлозы, высокотоксичны, содержат довольно большую долю лигнина и его производных.

В советское время такие жидкости сливали в реки или сушили для получения порошкообразного лигнина, что приводило к серьезному загрязнению окружающей среды, но сейчас есть технологии, позволяющие многократно снизить токсичность сточных вод.

Эти технологии основаны на природном механизме распада органического вещества, то есть лигнин и его производные превращаются в гумус, то есть гумус, с помощью определенных бактерий и микроорганизмов.

Такие технологии позволяют не только снизить токсичность сточных вод, но и превратить лигнин в удобрение, ведь гумусообразующие бактерии перерабатывают его так же эффективно, как и целлюлозу, с той лишь разницей, что на переработку лигнина уходит больше времени.

При правильной организации процесса распада и добавлении в лигнин необходимых компонентов готовое удобрение можно реализовать не только на территории РФ, но и за ее пределами.

Прибыльность бизнеса

Стабильно высокий спрос на бумагу и упаковочные материалы позволяет наладить прибыльный бизнес, но для этого необходимо сочетание следующих факторов:

• бесплатная солома в достаточном объеме;
• наличие помещений или участков, оборудованных для длительного хранения соломы;
• электричество по низкому тарифу;
• вода на малой скорости;
• расположение всего комплекса на собственном участке;
• наличие хороших дорог;
• наличие постоянных клиентов, готовых сразу забрать весь объем продукции по хорошей цене;
• наличие квалифицированного персонала, в частности технологов и наладчиков оборудования;
• адекватное финансирование;
• доступ к современному оборудованию по минимальной цене (без цепочки посредников);
• хорошие отношения с руководством района, города и области.

При отсутствии любого из этих факторов маловероятно, что вам удастся начать прибыльный бизнес. Одной из проблем, с которой столкнется такой бизнес, является конкуренция с уже существующими целлюлозно-бумажными комбинатами (ЦБК) и другими предприятиями, работающими в этой сфере.

Несмотря на очень высокую цену на традиционное сырье, т.е древесину, они позволяют снизить себестоимость продукции за счет:

• отработанная технология;
• отлаженная логистика;
• налаженные торговые отношения;
• использование макулатуры и других видов вторичного сырья.

Получение целлюлозы и ее дальнейшая обработка

Одним из основных этапов производства бумаги и картона является получение целлюлозных волокон и их дальнейшая переработка. От этого этапа зависит, какого качества и какой цены будет полученная продукция.

Всего существует два способа получения целлюлозы:

• механический
• хим.

Содержание

• Получает целлюлозу механическим путем
• Химическое производство целлюлозы
• Массовое отбеливание
• «Вторичное» волокно для производства
• Прочие виды сырья в производстве картона
• Меление
• Размеры
• Массовые организаторы
• Каталог изделий из гофрокартона

Производство целлюлозы

В природе целлюлоза не существует в чистом виде. В результате его производят либо из вторсырья (макулатура), либо из дерева (основной способ).

В производстве целлюлозы выделяют следующие этапы:

1. Обработка древесины.
2. Приготовление варочных растворов.
3. Дрова.
4. Обработка полученной целлюлозы.

Процесс получения целлюлозы

Целлюлозу получают из чистой древесины и макулатуры.

Целлюлозные волокна получают из так называемой древесной массы. Волокна целлюлозы в древесине связаны жестким трехмерным полимером — лигнином, занимающим до 30% массы древесины.

Поэтому для получения целлюлозы древесину специально обрабатывают — для размягчения лигнина и уменьшения его содержания.

Как правило, для этой цели используются два типа методов:

Механическиё метод

При механическом производстве древесной массы древесину обычно шлифуют или шлифуют в водной среде. Под воздействием воды, тепла и специальных реагентов лигнин размягчается, и древесина распадается на отдельные волокна.

«Механическую» схему получения целлюлозных волокон можно описать примерно следующим образом. Промытая стружка помещается в специальный рафинер, где измельчается и перерабатывается.

После очистки древесная масса готова к дальнейшей переработке. Поскольку, несмотря на обработку, лигнин полностью не удаляется, выход древесной массы высокий.

Наличие лигнина на поверхности и внутри волокон повышает их твердость и жесткость, а также придает им относительно стабильный размер.

Плиты, полученные из «механической» древесной массы, имеют большую объемность и низкую плотность, т.е достаточно малую массу на единицу площади при заданной толщине.

Это очень важно, поскольку влияет на технические и «экономические» показатели материала.

Химический метод

Если щепа нагревается для получения древесной массы, то полученный продукт называется ТМД — термохимическая древесная масса (или ТММ, термомеханическая масса).

Если для удаления лигнина используется химическая обработка, продукт называется химической термомеханической целлюлозой (ХТММ).

Механически подготовленная древесная масса сохраняет первоначальный цвет древесины, химико-термомеханическая древесная масса несколько светлее. Если целлюлоза была дополнительно отбелена, ее называют беленой химико-термомеханической целлюлозой (ХТМЦ).

Другой не менее известной технологией является обработка сульфитной пульпы. В обоих случаях нецеллюлозные компоненты, извлекаемые из древесины, используются на целлюлозно-бумажных комбинатах в качестве источника энергии или для других целей.

Общее количество химически полученной целлюлозы зависит от способа приготовления, а также от породы древесины. «Выход» сырья может составлять от 40 до 65%. Конечно, это ниже, чем для механической древесины с эффектом дерева, поскольку при массовом производстве из древесины удаляются нецеллюлозные вещества. При этом объемы производства не падают.

Однако в этом есть свои преимущества — благодаря этому улучшаются бумагообразующие свойства волокон.

Иные виды сырья в изотовлении картона

Содержание волокнистых (целлюлозных) полуфабрикатов при производстве бумаги и картона достигает 88%. Остальные 12% приходятся на добавки, не содержащие клетчатки. Он может стать:

• минеральные пигменты для покрытий;
• наполнители и проклеивающие вещества в бумажной массе;
• укрепляющие добавки;
• вещества для склеивания поверхностей;
• химикаты, облегчающие процесс изготовления бумаги.

Все эти вещества служат для улучшения внешнего вида материалов, их функциональных качеств, а также повышения эффективности производства.

Мелование

Мелование – это нанесение специальной меловальной суспензии (в один или несколько слоев) на одну или обе стороны бумаги. Специальное покрытие придает бумаге или картону необходимые свойства — хорошее впитывание типографской краски, белизну, непрозрачность, гладкость, глянец.

В состав обмазочной суспензии входят:

•  пигменты – используют каолин, мел, диоксид титана и др.;
•  связующие для полимеров, обеспечивающие соединение частиц пигмента с поверхностью бумаги или друг с другом;
•  технологические добавки — оптические отбеливатели, красители, сшивающие агенты.

Также используются специальные наполнители, улучшающие впитываемость печатной краски, повышающие непрозрачность бумаги и ее гладкость.

Белые неорганические материалы, добавленные в пульпу, «затыкают» пустоты в волокнистой структуре, увеличивая распространение света.

Вместе с минеральными пигментами, используемыми для покрытий, наполнители составляют до 9% сырья, используемого в бумажной промышленности.

Проклейка

Для придания бумаге определенной степени гидрофобности используют проклейку в целлюлозе. Благодаря этому продукт имеет ограниченные впитывающие свойства по отношению к чернилам, воде и другим жидкостям.

Примечание:

Обычно склейку производят канифольным клеем — обычно это достигается растворением сосновой смолы в щелочи.

При производстве целлюлозы добавляют канифоль и сульфат алюминия. В результате их взаимодействия образуется резинат алюминия, который покрывает поверхность волокон.

В последнее время стали применять не только канифоль, но и реактивные синтетические клеящие материалы (например, алкилкетеновый димерный клей — АКД или алкеновый анилирующий ангидрид — АСА).

Для придания бумаге прочности в условиях повышенной влажности в целлюлозу вводят карбамидную и меламиноформальдегидную смолы. Это может быть необходимо, например, для транспортных контейнеров или многослойных бумажных мешков, которые могут подвергаться воздействию дождя.

Крахмал используется для повышения прочности в сухом состоянии.
Кстати, крахмал можно использовать в производстве бумаги и для поверхностного склеивания в клеильном прессе. Перед запуском бумагоделательной или картоноделательной машины раствор крахмала наносят на одну или обе поверхности листа. Это повышает прочность листа, предотвращает «пыление», что сказывается на качестве печати.

Воски, акриловые смолы и фторуглероды также могут использоваться для улучшения свойств бумаги.

Отбелка целлюлозы

Поскольку древесная масса после варки становится коричневой, ее необходимо отбеливать.

Целлюлозу обычно отбеливают, удаляя остатки лигнина и других компонентов древесины. Волокна чистой целлюлозы обычно бесцветны и прозрачны, а сама беленая целлюлоза имеет красивый белый оттенок.

Учитывая, что многие продукты питания — чай, масло, шоколад, табак — требуют чистой целлюлозы, не содержащей посторонних запахов и примесей, это очень важное свойство.

Раньше, еще до 1980-х годов, целлюлозу отбеливали исключительно хлором или его соединениями. Это вызвало много нареканий со стороны экологов, так как молекулярный хлор, взаимодействуя с лигнином, образовывал токсичные хлорсодержащие соединения. Они часто попадали в канализацию и отравляли окружающую среду. В современных процессах отбеливания молекулярный хлор не используется — его заменяют кислородом, перекисью водорода и двуокисью хлора.

Побочные продукты такого отбеливания безвредны.

Отбеленная целлюлоза обладает высокой светостойкостью. Под его воздействием он лишь слегка желтеет.

Сеточная часть

Сетчатая секция БДМ с подвижным магазином бумаги Сетчатая секция БДМ с подвижным магазином бумаги

Из специального приемного ящика бумажная масса, похожая на молоко, непрерывным потоком подается на движущуюся сетку БДМ. Здесь происходят три важных процесса:

• С помощью вакуумных насосов большая часть воды уходит из суспензии через сетку.
• Бумажное полотно формируется из целлюлозы и дополнительных компонентов.
• По ходу движения сетки задается машинное направление размещения волокон целлюлозы в бумажном полотне. Этот нюанс важен при использовании готового продукта.

Участок проволоки остановленной бумагоделательной машины Papcel Участок проволоки остановленной бумагоделательной машины Papcel

Ремарка

Две стороны одного листа

Другой.

Я замечал это раньше. Но когда я увлеклась перьевыми ручками, то стала подходить к выбору блокнота из блокнота, блокнота или дневника еще тщательнее. В перьевых ручках используются жидкие чернила, поэтому для них подходит не всякая бумага. За легендарную легкость и плавность письма без нажима и усилий, за обратную связь и эстетическое удовольствие приходится платить: перьевые ручки капризны в выборе качества бумаги. Жидкие чернила проникнут в слишком тонкую бумагу — они будут видны на обратной стороне листа. Если поверхность бумаги слишком пористая, чернила будут растекаться при письме и оставлять «елочку». А если будет шероховатым, то письмо будет скрипеть зубами и будет казаться, будто перо царапает бумагу. Да-да, в самой ручке не всегда так. Поэтому, прежде чем истерить, что ручка бракованная, и бежать ее менять, стоит попробовать письмо на другой бумаге.

В принтерах даже есть понятие сетки (машины) и лицевой стороны (верхней части) листа бумаги. Все оказалось просто: сторона бумажного полотна, которая в процессе производства соприкасается с сеткой бумагоделательной машины, называется стороной сетки. А передней частью называется другая сторона, которая соприкасается с тканью, а не с сеткой.

На старых бумагоделательных машинах поперечная часть листа более шероховатая: она менее гладкая и более пористая по сравнению с лицевой частью. В этом виновата ромбовидная разметка сетки, по которой движется еще застывший лист бумаги.

А вот на бумагоделательной машине последнего, четвертого поколения, установлены двухмаршрутные системы, формирующие бумажный тракт. В них жом подается между двумя решетками, плюс используется система вакуумной сушки. Благодаря этому способу боковая сторона сетки практически неотличима от лицевой.

Различия в гладкости и пористости разных сторон листа называются билатерализмом.

В конце сетчатой ​​части бумагоделательной машины установлен выравнивающий вал — egoutter (франц egoutteur — извлечение воды). Он прокатывается по полотну, сжимает волокна, находящиеся еще в подвижном состоянии, ускоряет процесс обезвоживания, разглаживает и улучшает структуру, выравнивает поверхность. Если на бумагу необходимо нанести водяные знаки или текстурные узоры, на валик устанавливается эгутер с рельефным рисунком.