Производство бумаги

Для производства всех сортов бумаги в качестве исходного материала используется какое-либо древесное волокно. Свойства готовой бумаги зависят от породы используемой древесины, способа обработки щепы, типа добавляемых химикатов, а также типа оборудования, на котором делается бумага.

Высококачественная бумага делается из смеси волокон лиственных и хвойных пород древесины, с добавлением наполнителя на минеральной основе и различных химических добавок. Хвойными называются такие породы деревьев как, например сосна, пихта и ель. Волокна хвойных пород характеризуются значительно большей длиной и диаметром в сравнении с волокнами лиственных пород. Такие волокна придают бумаге большую прочность, чем волокна лиственных пород, при этом бумага лучше проходит через прессы и другие процессы обработки, которым ее могут подвергать заказчики. Бумага некоторых типов, например используемая для мешков и пакетов, для увеличения прочности может делаться из 100% хвойного волокна.

Лиственное волокно получают из лиственных деревьев (тех, что теряют листву зимой). Примеры лиственных пород деревьев - клен, дуб, осина, тополь и береза.

 

Производство химической целлюлозы.

Древесину нужно превратить в щепу, чтобы обеспечить большую площадь поверхности и подвижность, необходимые для процесса варки. После измельчения, для того чтобы "выдержать" щепу ее в течение нескольких недель хранят в огромных кучах. Благодаря этому уменьшается тенденция смолы из древесины осаждаться в процессе варки, что приводит к появлению смоляных пятен на бумаге.

После "выдержки" в кучах щепа поступает на сортировку, где из нее удаляется мусор и посторонние предметы, и по пневматическому конвейеру доставляется на целлюлозный завод.

Существует два способа химической обработки целлюлозы, в результате которых получаются два разных вида целлюлозы.

Сульфатная целлюлоза. Из самого названия следует, что древесина варится в щелочном растворе (обычно это смесь едкого натра и сульфида натрия). В виде сырья обычно используется ель, сосна или береза. В процессе производства сульфатной целлюлозы выделяется едкий запах (очевидно, от едкого натра), что является большим недостатком, если речь идет об организации производства вблизи населенного пункта.

Сульфитная целлюлоза варится в кислотном растворе. Активным веществом тут выступают ионы сероводорода и металла. Сырьем обычно бывают ель, сосна или бук.

По окончании процесса волокна частично освобождаются от лигнина. Получившаяся целлюлоза затем промывается, обезвоживается и перекачивается по трубе на бумажную фабрику, если она находится рядом, или высушивается, упаковывается и транспортируется ее потребителям.

Из-за оставшегося лигнина (его содержание после варки может колебаться в пределах 1,5 - 7%) сульфатная целлюлоза обычно имеет коричневатый цвет, тогда как сульфитная - серо-желтый. После многоступенчатого процесса отбеливания остатки лигнина удаляются, и целлюлоза приобретает белый или слегка сероватый цвет. Раньше в этом процессе использовался хлор - чрезвычайно вредный для окружающей среды химикат. Сегодня большинство целлюлозных фабрик мира перешло на бесхлорные процессы отбеливания целлюлозы (ECF elementary chlorine free - ТС - totally chlorine-free).

 

Древесная масса.

Этот сорт целлюлозы производится путем размола древесины в специальных жерновах с добавлением воды. После того, как древесина превращается в кашицу (целлюлозу), ее отбеливают и перекачивают в близлежащий бумагоделательный завод или, высушив, продают на рынке. Из-за отсутствия химической стадии удаления лигнина из древесной массы, бумага, изготовленная из нее, быстро желтеет под воздействием ультрафиолетового излучения. Современные технологии позволяют производителям древмассы изменять ее характеристики и качество. Так что во многих случаях, когда такие свойства бумаги, как - прочность, не имеют первостепенного значения, в производстве бумаги используется древмасса.

Бумага, изготовленная из мягкой древесной целлюлозы (NBSK), намного прочнее, так как ее волокна длиннее. Бумаге из твердой лиственной целлюлозы (ВНКР) - менее прочная из-за короткой длины ее волокон. С другой стороны, короткие волокна обеспечивают гладкую, удобную для печати поверхность бумаги.

Из древмассы получается большее количество бумаги - около 97%, тогда как продуктивность химической целлюлозы равна 55-60% для NBSK и 40-50% для ВНКР. Основной недостаток древмассы - то, что ее производство требует больших затрат электричества.

Бумага из химической целлюлозы имеет хорошие показатели прочности. Эти показатели, однако, могут уменьшиться, если производитель, желая добиться большей белизны.

Бумага из древмассы имеет меньшую плотность, высокую жесткость, хорошо впитывает краску ( при печати и имеет хорошие показатели непрозрачности. Превосходное ранабилити делает эту бумагу идеальной для производства газет и журналов. Недостатком древмассы, как уже говорилось, является высокое содержание в ней лигнина, из-за чего изготовленная из нее бумага со временем желтеет.

Готовая целлюлоза транспортируется на бумагоделательную машину, где из нее делают бумагу. Если бумагоделательный завод находится неподалеку, то целлюлоза в водном растворе просто перекачивается по трубе из одного цеха к другому. Ее содержание в таком растворе составляет всего 2-4%.В случае если бумагоделательный завод расположен далеко, целлюлозу высушивают, уменьшая содержание воды в ней 5-10%, упаковывают и отправляют адресату.

 

Напорный ящик и формующая часть.

Напорный ящик - это первый из основных компонентов процесса производства бумаги на машине. Напорный ящик - это емкость с точно контролируемым давлением, предназначенная для получения разведенной суспензии волокон и равномерного распределения волокон по ширине машины для достижения профиля полотна с единым основным весом. Давление в напорном ящике необходимо контролировать для того, чтобы скорость потока суспензии волокна или "струя" была как можно ближе к скорости двигающейся сетки, на которую волокно ложиться. Это соотношение скоростей "струи и сетки" очень важно для расположения (ориентации) волокна, равномерного просвета листа, уменьшения скручиваемости и улучшения других свойств бумаги.

 

Прессовка.

После того, как несвязанная вода удалена, и полотно уже на 20% состоит из сухих волокон, оно перемещается на бесконечное, движущееся сукно. Затем полотно на сукне проходит через пресс, который выжимает из него еще больше воды. Сукно перемещает влажное бумажное полотно между двумя тяжелыми валами с согласованной нагрузкой, которые сдавливают сукно и полотно. Вода выжимается из полотна и удаляется, впитываясь в сукно. Когда полотно выходит из прессовой части оно уже примерно на 40% состоит из сухого вещества.

 

Сушка.

Теперь полотно попадает в главную сушильную часть машины для удаления оставшейся воды. Здесь полотно по очереди проходит над и под большими, нагреваемыми паром сушильными цилиндрами, при этом температура цилиндров последовательно увеличивается, по мере того как бумага движется через машину. Полотно удерживается в соприкосновении с сушильными цилиндрами серией сушильных сукон, которые одновременно увеличивают эффективность сушки и поддерживают полотно, двигающееся через машину. Контроль температуры полотна и интенсивности сушки обеспечивает равномерное высыхание бумаги без образования морщин и других дефектов.

 

Проклейка поверхности.

Высушенное до 98%-го содержания сухих веществ бумажное полотно подается из главной сушильной части на клеильный пресс, где оно проходит между двумя большими покрытыми резиной валами, с которых на него с обеих сторон наносится тонкая пленка крахмала. Стержни с желобками, проходящие по всей ширине валов, точно дозируют количество крахмала, необходимое для создания равномерной тонкой "пленки" на валах, с которых она переносится на обе стороны бумаги. Главное назначение этой крахмальной пленки - покрытие поверхности волокон/наполнителя бумаги для того, чтобы предотвратить выщипывание волокон или частиц наполнителя и засорение печатного, копировального и другого оборудования заказчика. Кроме этого клеильный пресс используется для регулировки окончательного цвета бумажного полотна или для дополнительной обработки его поверхности различными специальными составами. Так как раствор крахмала также содержит воду, полотно, прошедшее через клеильный пресс снова должно пройти через короткую сушильную часть, чтобы вернуть содержание влаги в бумаге к требуемой конечной величине от 4.5 до 5.0%.

Мелование определяется как покрытие поверхности бумаги слоем каолина, мела, крахмала латекса и других добавок для улучшения ее печатных и прочностных свойств. У каждого производителя есть своя особая формула вещества, которое он использует для мелования своей бумаги.

 

Каландрирование.

Покинув последнюю сушильную часть, бумажное полотно проходит через каландр, два отполированных стальных цилиндра с согласованной, очень большой нагрузкой. Контролируя нагрузку этих цилиндров, мы сдавливаем бумагу, регулируя ее толщину и придавая гладкость ее поверхности. Гладкость, которую каландр дает бумаге, улучшает ее печатные свойства и фактуру поверхности. К сожалению, обработка на каландре также снижает толщину, жесткость и другие желательные качества бумаги, так что здесь приходится идти на компромисс. После каландра бумажное полотно сканируется компьютером, измеряющим его различные параметры и передающим эту информацию обратно в автоматизированные системы управления напорным ящиком, сушильной секцией, регулировкой основного веса и другие системы контроля, которые непрерывно следят за технологическим процессом и корректируют его режим. Затем бумажное полотно на накате сматывается в большие рулоны или тамбуры и мостовым краном перемещается на продольно-резательные станки.

 

Резка.

Бумага, вышедшая из бумагоделательной машины, обычно наматывается на большой широкий вал (jumbo roll),или "тамбур".Тамбур может иметь ширину от 2.5м до 9м. Для более удобной транспортировки, резки и печати тамбуры разрезаются на рулоны установленной ширины. Рулоны могут иметь диаметр 1.6 метра для листорезальной машины, или меньший, в соответствии с заказом покупателя. Фабрики стараются компоновать заказы так, чтобы сумма ширин маленьких рулонов была максимально близка к ширине тамбура. В противном случае, остается так называемый "спутник" нестандартного формата.

 

Отделка.

Рулоны, нарезанные по заказу покупателя, сразу отправляются на оберточную машину. Здесь их заворачивают в два слоя оберточной крафт-бумаги с полиэтиленовым покрытием, которая защищает бумагу от повреждения и проникновения сырости во время хранения. Затем рулоны автоматически транспортируются прямо на склад, где они хранятся до отправки заказчикам.

Рулоны, предназначенные для листовой бумаги, отправляется в листорезальный цех, где их разрезают на листорезальных машинах.