Технология бумаги и картона

     Имеются два способа изготовления («варки») целлюлозы: сульфитный (кислотный) и сульфатный (щелочной).

     При сравнение свойств сульфатной и сульфитной целлюлозы установлено, что волокна сульфатной целлюлозы при всех прочих равных условиях придают бумаге, как правило, более высокие показатели механической прочности по сопротивлениям разрыву, излому, продавливанию и надрыву, повышенное удлинение до разрыва, термостойкость, долговечность и меньшую прозрачность, чем волокна сульфитной целлюлозы, особенно полученные в результате варки на кальциеновом основании. Поэтому сульфатная целлюлоза успешно используется для изготовления прочных упаковочных видов бумаги, мешочной бумаги, а также бумажной пряжки шпагата. Бумага, изготовленная из волокон сульфатной целлюлозы, обладает более высокими показателями диэлектрических свойств, благодаря чему многие виды сульфатной бумаги и применяются в качестве электроизоляционных ( кабельная, телефонная, конденсаторная и др.) Волокна сульфатной целлюлозы более гибкие, на их поверхности меньше микротрещин, они труднее размалываются, меньше укорачиваются при размоле по сравнению с волокнами сульфитной целлюлозы. Добавка сульфатной целлюлозы к сульфитной в композицию бумаги уменьшает склонность бумаги к скручиванию и несколько повышает ее начальную прочность во влажном состоянии. Именно в связи с последним обстоятельством, а также для некоторого увеличения растяжимости бумаги применяют небольшую добавку полубеленой сульфатной целлюлозы в композицию газетной бумаги. Выход сульфатной целлюлозы на 3-4 % ниже, чем сульфитной, при равной степени делигнификации и на 6-7 % ниже, чем бисульфитной. Небеленая сульфатная целлюлоза труде отбеливается чем небеленая сульфитная.

     Однако  небеленая сульфатная целлюлоза  имеет настолько темный (бурый) цвет, что в таком виде может применяться  только для изготовления особо прочных  технических и оберточных видов  бумаги, а также в качестве бумаги - основы для изготовления заменителей переплётных тканей.

     Небеленая сульфитная целлюлоза имеет свинцово-серый  цвет, сульфатная — бурый. В таком  виде они непригодны для выработки  многих видов бумаги и химической переработки на искусственный шелк, целлофан и др.

     Беленая сульфатная целлюлоза из сосны —  хороший заменитель тряпичной полумассы  во всех видах печатных бумаг. Особенно желательно применение сульфатной беленой  целлюлозы для изготовления обложечной бумаги, а также бумаги, от которой  требуется большая механическая прочность (в том числе и прочность поверхности), например картографической.

     Применение  в производстве бумаги  полуфабрикатов из лиственных пород древесины привлекает технологов-бумажников не только потому, что лиственная древесина дешевле хвойной и ее использование расширяет сырьевую базу для бумажной промышленности. Это само по себе очень важно, но не исчерпывает преимущество применения полуфабрикатов из лиственной древесины. Наличие лиственной целлюлозы в композиции бумаги приводит к получению однородной структуры листа, в котором короткие волокна лиственной целлюлозы заполняют пространства между длинными волокнами (трахеидами) хвойной целлюлозы. В результате изготовляется бумага с меньшей склонностью к короблению и скручиваемости, меньшей разносторонностью, лучшим удержанием минерального наполнителя и меньшей деформацией при намокании.

     При использовании в композиции бумаги лиственной целлюлозы возрастает непрозрачность листа, особенно если применяется беленая  сульфатная лиственная целлюлоза. Возрастает также гладкость бумаги и ее впитывающая способность, в том числе и к типографской краске. Совокупность этих свойств обеспечивает улучшение печатных свойств бумаги.

     Полуфабрикаты из лиственных пород древесины придают бумаге ощущение мягкости- свойства важного для санитарнобытовых видов бумаги  и бесшумности при перелистывании (нотная бумага, бумага для текстов радио и телевизионных дикторов  из натронной беленой лиственной целлюлозы)Вместе с тем полуфабрикаты из лиственной древесины повышают жесткость коробочного и других видов картона главным образом за счет повышения толщины полотна при одной и той же массе 1 м картона.

     Таким образом, полуфабрикаты из лиственных пород древесины придают бумажной продукции ряд ценных свойств. Однако есть и недостатки  при использовании лиственной древесины. Из-за повышенной плотности эта древесина в воде тонет, что исключает ее сплав. Обычный метод мокрой окорки для лиственной древесины не пригоден. Различия в химическом составе и морфологическом строении лиственных и хвойных пород древесины требуют их раздельной варки. Поэтому для лиственных пород древесины на целлюлозном заводе должен быть отдельный технологический поток варки, промывки, очистки и отбелки целлюлозы.

     Точно так же на бумажной фабрике для  полуфабрикатов из лиственной целлюлозы должен быть самостоятельный технологический поток ее переработки в первую очередь раздельный размол лиственной и хвойной целлюлозы. Совместный размол этих полуфабрикатов допустим лишь при малом содержании лиственной целлюлозы в композиции бумаги.

     Использование лиственной целлюлозы в бумажном производстве приводит к некоторому снижению отдельных показателей механической прочности бумаги, существенному уменьшению влагопрочности и поверхностной прочности. Эти затруднения в значительной степени могут быть преодолены установлением необходимого режима размола лиственной целлюлозы, введением в бумажную массу связующих, а также поверхностной обработкой бумаги. Вместе с тем следует иметь в виду. Что использование лиственной целлюлозы влечет за собой повышенное содержание мелких волокон в сточной воде, увеличивает нагрузку на работу улавливающей аппаратуры.

     Тряпичная полумасса — это волокна почти  чистой хлопковой или льняной  целлюлозы, получаемой из лоскута —  отходов швейных фабрик, линтера — мелкого хлопкового пуха и тряпья — ношеной ткани. Продезинфицированное тряпье сортируют по характеру волокна, цвету и степени изношенности, затем режут на куски и варят в герметических котлах шарообразной формы, вращающихся вокруг своей горизонтальной оси, со щелочными растворами (сода, растворимое стекло, едкий натр) для удаления жировых загрязнений и частичного разрушения окраски. Проваренное тряпье выгружают из котла, отмывают от значительной части варочной жидкости и размалывают на полумассу, т.е. разделяют на отдельные нити и даже на волокна в полумассных роллах. Тряпичную полумассу отбеливают водными растворами гипохлорита натрия или кальция (хлорная известь), после чего она становится очень белой. Если отбеленная тряпичная полумасса рассчитана на продолжительное хранение или подлежит перевозке на другое предприятие, то из нее удаляют большую часть воды (обезвоживают) прессованием на гидравлических прессах.

     Помимо  целлюлозы массовым полуфабрикатом в производстве бумаги является древесная  масса -  продукт механического испарения древесины( белая),  с предварительной пропаркой древесины (бурая), механического испарения древесины с одновременной термообработкой (термомеханическая или ТММ) и термомеханическая с одновременной обработкой химикатами (химико-термомеханическая, или ХТММ). Древесная масса — это волокнистый полуфабрикат, получаемый механическим истиранием древесины на дефибрере. Древесная масса может быть белой, беленой и бурой. По виду оборудования, используваемого для получения древесной массы, различают дефибрерную древесную массу (ДДМ) и рафинерную древесную массу (РДМ).Также, древесная масса- основной полуфабрикат в производстве газетной бумаги и широко используется  в композиции и других видов бумаги для печати, а  также при изготовлении обойной, мундштучной бумаги и картона.

     Белая древесная масса — это самый дешевый волокнистый полуфабрикат бумагоделательного производства, получаемый истиранием очищенных от коры метровых поленьев (балансов), на специальной машине — дефибрере. Дефибрер - машина в целлюлозно-бумажном производстве для получения древесной массы путём истирания древесины на вращающемся абразивном камне. Выход белой древесной массы из древесины составляет 95-98%.

     Химический  состав белой древесной массы  почти тот же, что и у древесины, из которой она изготовлена. Древесная масса содержит значительное количество лигнина. Ее волокна не способны самостоятельно образовывать прочную бумагу. Поэтому при изготовлении печатной бумаги белую древесную массу всегда смешивают с некоторым количеством сульфитной беленой или небеленой целлюлозы.

     Однако  древесная масса улучшает печатные свойства бумаги: повышает непрозрачность, пластичность, капиллярность, способность воспринимать полиграфические краски и прочно закреплять их избирательным впитыванием. Белая древесная масса имеет нежелательный желтоватый оттенок и делает бумагу несветопрочной и недолговечной. Поэтому надо применять ее осмотрительно, и только в тех бумагах, которые не требуют продолжительного хранения.

     Древесную массу нередко применяют в беленом виде. Ее применение целесообразно в композиции некоторых видов бумаги для письма и печати, этикеточной, полотенечной картона для упаковки пищевых продуктов.

     Бурая древесная масса, получаемая истиранием на дефибрере предварительно пропаренных в котлах балансов, имеет длинноволокнистое строение и применяется для изготовления древесно-массного бурого переплетного картона и прочной оберточной бумаги. Она непригодна для изготовления печатной бумаги из-за довольно темного цвета, который приобретают волокна при пропаривании (потемнение и частичное растворение лигнина).

     Из  волокон растительного происхождения  помимо древесных волокон для  изготовления бумаги применяют волокна  целлюлозы из соломы и тростника, хлопка льна, пеньки джута и др., а  также волокна макулатуры. Целлюлоза из соломы и тростника легко размалывается и быстро повышает степень помола. Она отличается значительным сопротивлением водоотдаче, что исключает возможность ее использования на современных быстроходных бумагоделательных машинах из-за необходимости снижения скорости машины. Обычно такие виды целлюлозы применяют с другими видами волокнистых материалов в количестве от 15 до 60 %.При сравнении бумагообразующих свойств этих двух видов целлюлозы следует отметить, что при использовании тростниковой целлюлозы получается бумага с менее плотной структурой и сравнительно низкими показателями механической прочности, но с достаточно высокими показателями оптических свойств. Способность обезвоживаться соломенной и тростниковой целлюлозы в значительной степени зависит от способа и режима варки. Стабильность белизны соломенной целлюлозы меньше, чем древесной, поэтому продолжительность хранения ее ограничена. Применение соломенной целлюлозы в композиции бумаги способствует равномерности вырабатываемой бумаги, уменьшению ее пыльности, а также повышению показателей сопротивлений бумаги выщипыванию и истиранию.

       Отходы от переработки хлопка, льна и пенки в виде лента,  хлопкового пуха, а также льняних  и пенькових очесав, применяются в тех случаях когда необходимо получить бумагу с високими показателямт механической прочности и долговечности. Применение хлопковых волокон обеспечивает возможность изготовления различных видов бумаги, отличающихся высокой впитывающей способностью и химической чистотой. Поэтому льняне и пенькове волокна используют для изготовления высококачественных видов документов, чертежной, картографической, карточной, почтовой бумаги и др., а в небеленом виде для изготовления папиросной, копировальной и словарной бумаги. Волокна хлопка успішно применяют для изготовления долговечных видов бумаги, фильтровальной, промокательной, нотной бумаги основы для пергамента и др.

     Макулатура  — старые ненужные книги, журналы, газеты, исписанные тетради и пр.— ценное вторичное сырье, позволяющее увеличить выпуск бумаги и картона. К макулатуре относятся также обрезки бумаги («лапша»), бракованные оттиски, поступающие с полиграфических предприятий, и оборотный брак бумажных фабрик (бумажные срывы, отходы бумаги). Этот полуфабрикат делится на три группы: макулатура бумажная, картонная и смешанная. Каждая группа в зависимости от состава волокон и цвета делится на марки. Удельный вес макулатуры в общем балансе волокнистых материалов бумагоделательного производства составляет пока всего 15%, но может быть повышен до 30 — 35%. Все это говорит о большом народнохозяйственном значении организации сбора и рациональной переработки макулатуры.

     Поступающая на бумажную фабрику макулатура измельчается на гидроразбавителях, т.е. в ваннах с вращающимся внизу ротором. Готовая масса удаляется из ванны через отверстия сита вокруг вращающегося ротора.

     Масса после гидроразбавителя подвергается очистке от тяжелых (металлические  включения, песок) и легких (например, пластмасса, щепки) посторонних примесей. Удаление типографской краски без разрушения волокна производится в шаровых котлах, гидроразбавителях или бассейнах силикатом натрия в сочетании со щелочами, фосфорными солями в течение 1,5—2 ч при 80—90°. После волокнистая масса отделяется от промывочной жидкости на сгустителях или вакуумных фильтрах, а затем отбеливается перекисью водорода или перекисью натрия. Макулатуру в больших количествах используют в производстве гофрированного и коробочного картонов, упаковочной, туалетной и других видов бумаги. После соответствующей обработки она может быть использована также в композиции писчей, газетной и других видов бумаги для печати.