خمیر کاغذ چیست و چگونه تولید می‌شود؟

خمیر کاغذ یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین مواد اولیه­ است که در زندگی روزمره ما استفاده می‌شود. این ماده، یک ماده اولیه اساسی در صنعت کاغذ است. خمیر کاغذ نوعی پالپ است که از منابع چوبی، الیاف گیاهی و مواد آلی دیگر به دست می‌آید و پس از فرآیندهای تولید، به صورت ورقه‌های کاغذی تبدیل می‌شود. خمیرکاغذ از موادهای مختلفی ساخته میشود که می‌تواند مشتقی از چوب و سایر مواد لیگنوسلولزی مانند پنبه، برنج یا کاه گندم و… باشد که برای کاربردهای متفاوتی تولید می‌شود. در اینجا سعی داریم که به معرفی خمیرکاغذ و فرآیندهای مهم تولید و کاربردهای خمیر کاغذ بپردازیم.

خمیر کاغذ چیست؟

خمیر کاغذ یک ماده چسبنده و الیافی است که از الیاف گیاهی با پردازش های مختلف خمیر تهیه می شود . ماده اصلی خمیر کاغذ شامل سلولز، همی سلولز، لیگنین، رنگدانه، رزین، پکتین و خاکستر و غیره است. به طور کلی الیاف سلولز به صورت شیمیایی یا مکانیکی از مواد خام مانند چوب، کاه، بمب، نیشکر، کاغذ باطله و غیره جدا می شود. با توجه به روش های مختلف، خمیر کاغذ را می توان به انواع مختلفی طبقه بندی کرد. گسترده ترین کاربرد خمیر کاغذ ساختن کاغذ است. شکی نیست که خمیر کاغذ ماده اولیه کاغذ است. خمیر کاغذ از گیاهی با فیبر بلند و درصد بالا تهیه می شود، الیاف چوب رایج ترین نوع الیاف گیاهی است.

منشأ تولید خمیر کاغذ

در قرن دوم در چین، کاغذ ، به عنوان ابزار نوشتاری جایگزین ابریشم به وجود آمد. مخترع کاغذ در چین برای اولین بار در دنیا، برای تهیه خمیر کاغذ چند گیاه مختلف را با هم مخلوط کرد و پس از خرد کردن، از آن‌ها خمیر کاغذ استخراع کرد. پس از ابداع خمیر کاغذ در چین، تولید خمیر کاغذ در قرن دوازدهم در اروپا آغاز شد.

پردازش و ساخت خمیر کاغذ

اولین مرحله در فرآیند تولید خمیر کاغذ، تولید خمیر از تراشه چوب است. چوب های نرم، مانند صنوبر و کاج با الیاف باریک، قوی و کشسان، رایج ترین گونه‌های مورد استفاده برای خمیرکاغذ هستند. انواع مختلفی از پردازش خمیر کاغذ وجود دارد که شامل خمیرسازی شیمیایی، خمیرسازی مکانیکی و خمیرسازی شیمیایی مکانیکی سه نوع پردازش اصلی خمیر سازی هستند. از بین انواع مختلف پردازش خمیر کاغذ، خمیر شیمیایی بیشترین سهم را دارد. و خمیر شیمیایی مکانیکی به دلیل توسعه نسبتاً دیر، بهره‌وری کمتری دارد، اما رشد آن سریع است.

 خمیرسازی شیمیایی

این روش دارای سه روش اساسی مانند پردازش پخت خمیر، فرآوری شستشوی خمیر و فرآوری سفید کردن خمیر است. خمیرسازی شیمیایی شامل تجزیه ساختار شیمیایی لیگنین به مایع با استفاده از مواد شیمیایی مختلف از جمله هیدروکسید سدیم و سولفید سدیم است که از الیاف سلولزی آنها جدا می شود تا خمیر کاغذ تولید شود. خمیر کاغذ شیمیایی برای تولید کاغذ با کیفیت بالاتر انجام میشود و هزینه­ی تولید گرانتری نسبت به خمیرسازی مکانیکی دارد.

خمیر سازی مکانیکی

خمیرسازی مکانیکی را می‌توان به دو زیرگروه طبقه‌بندی کرد که گروه اول شامل خمیر کاغذ آسیاب شده و گروه دیگر خمیر کاغذ ترمو مکانیکی (TMP)است که برخلاف خمیرکاغذ شیمیایی، لیگنین را از الیاف حذف نمی‌کند. در هر دو روش، تراشه‌های چوب به سادگی وارد یک پالایشگاه می‌شوند تا متلاشی شده و به بسته‌های فیبر تبدیل شوند. محصول نهایی TMP خمیر سفید نشده و تیره با الیاف کوتاه است. این نوع خمیر براساس کاربردهای مختلف ممکن است سفید شود. مزیت اصلی این نوع خمیر این است که بازدهی بالاتری نسبت به خمیر کاغذ شیمیایی دارد. این روش برای تولید کاغذ با مقاومت پایین استفاده می شود.

تولید کاغذ مکانیزه معمولی شامل دو فرآیند اصلی است که اولین فرآیند شامل تصفیه مواد خام، که شامل تبدیل تراشه به خمیر، شستشو و سفید کردن، پالایش، کوبیدن، اندازه‌گیری، رنگ‌آمیزی الیاف است و و دومین فرآیند شامل تشکیل ورق کاغذ در دستگاه فوردرینیه (دستگاه خمیرساز) است.

خمیر شیمیایی مکانیکی

پردازش خمیر شیمیایی مکانیکی یک ترکیب از فرآیندهای مکانیکی و شیمیایی به منظور جداسازی الیاف چوب و ساختن خمیر کاغذ به کار می رود. در این مرحله، چوب به قطعات کوچکتر شکسته می شود و سپس در یک مخزن با حرارت بالا و فشار قرار می گیرند. این فرآیند، ترکیبات موجود در چوب را شکسته و الیاف را آماده جداسازی می کند. پس از پخت، چوب به صورت نیمه نرم و روان تبدیل می شود. در مرحله جداسازی الیاف، این ماده به وسیله ابزارهای مکانیکی مانند دیسک ها و دیسک های شیاردار، خمیر شده و الیاف آن از یکدیگر جدا می شوند. خمیر کاغذ حاصل از مرحله قبل به آب یا محلول شیمیایی تحت فشار داده می شود تا ذرات ریز و مواد زائد دیگری که ممکن است در خمیر وجود داشته باشند، شسته شوند. از ویژگی‌های مهم خمیر کاغذ مکانیکی شیمیایی می‌توان به سرعت تهیه، هزینه پایین، بازیافت پذیری بالا و قابلیت استفاده در تولید محصولات کاغذی اشاره کرد.

خمیر بازیافتی

در خمیر کاغذ بازیافتی، کاغذها یا مقواهای استفاده شده قبلی بازیافت شده و مجدداً به عنوان مواد اولیه برای تولید کاغذ استفاده می‌شود. در این روش ابتدا، کاغذهای استفاده شده و قابل بازیافت مانند کاغذهای دفاتر، کارتن‌ها، مجلات و سایر محصولات کاغذی جمع‌آوری می‌شوند و این کاغذها از مواد غیرکاغذی مانند پلاستیک، فلزات و غیره تفکیک شده و تمیز شوند. سپس کاغذهای جمع‌آوری شده به قطعات کوچکتر شکسته می‌شوند. قطعات کاغذ خرد شده به همراه آب در مخازنی به نام خمیرساز قرار می‌گیرند. خمیر کاغذ بازیافتی به آب شستشو می‌شود تا مواد زائد مانند جوهرها، رنگ‌ها و مواد شیمیایی دیگر از آن جدا شوند سپس خمیر کاغذ بازیافتی برای حذف ذرات ریز، مواد محلول و افزودنی‌های زیستی و شیمیایی بیشتر، از فرآیندهای تصفیه عبور می‌کند. در صورت نیاز، خمیر کاغذ بازیافتی ممکن است نیاز به فرآیند سفیدکردن داشته باشد تا رنگ و آلودگی از آن حذف شود.

سفید کردن خمیر کاغذ

برای ساخت کاغذ، سفیدی کاغذ مهم است، بنابراین، خمیر کاغذ عمدتاً با استفاده از روش‌های سفیدکننده سفید میشود؛ معمولا از اکسیژن و کلر برای سفید کردن کاغذ استفاده می­کنند که کلر به دلیل مشکل آلودگی محیطی زیاد آن، استفاده کمتری نسبت به اکسیژن دارد. لیگنین که رنگ تیره‌ای دارد در طی فرآیند سفید کردن از مواد سلولزی حذف می شود. بیشتر قدرت کاغذ از پیوند هیدروژنی بین الیاف حاصل می شود. کوبیدن و پالایش خمیر باعث افزایش سطح الیاف می شود به طوری که تماس بهتر بین الیاف، منجر به خواص مکانیکی بالاتر کاغذ می شود.

دستگاه­های کاغذساز

در ابتدا، کاغذ به صورت دستی به صورت تک ورق ساخته می شد تا اینکه در سال 1799 دستگاه فوردرینیه توسط لویی رابرت در فرانسه اختراع شد. امروزه از دستگاه کاغذساز فوردرینیه برای فرم­دهی الیاف و برای تولید انواع کاغذ مانند کاغذ تحریر و طراحی، چاپ و روزنامه، کاغذ کادو و دستمال­کاغذی و سایر کاغذهای مخصوص استفاده می شود.

یک دستگاه پالایشگاه مخروطی یک ماشین پرکاربرد برای بهبود کیفیت خمیر است، خمیر کاغذ روی صفحه فوردرینیر حرکت میکند و با کمک یک سری جعبه‌های خلاء و سایر تجهیزات، این خمیرها شسته شده و آب از آن­ها خارج میشود و یک لایه نازک از الیاف تشکیل شود. سرعت ورق در دستگاه از 1200 فریم در دقیقه تا 5000 فریم در دقیقه متغیر است. هنگامی که لایه­ی کاغذ در یک ورقه شکل می گیرد، با استفاده از واحدهای مکش، که ناحیه پرس مرطوب نامیده می شود و خشک کن های دیگر، رطوبت آن کاهش می یابد سپس ورق کاغذ به طور پیوسته از یک سری فولادهای ضد زنگ که تا دمای 200 درجه فارنهایت (93 درجه سانتیگراد) گرم می شوند، عبور می کند تا رطوبت تقریبی آن به ۴-۵ درصد برسد.

کلندرینگ فرآیندی برای افزایش خواص فیزیکی و مکانیکی کاغذ است که در اثر اصطکاک از میان یک سری رول‌های برجسته طراحی شده خاص عبور می‌کند. گاهی بسته به نوع کاغذ، فرآیندهای تکمیلی بیشتری مورد نیاز است. استفاده از لایه‌های مختلفی از مواد شیمیایی بر روی سطح کاغذ، آن را برای کاربردهای ویژه مانند کاغذهای هنری بسیار براق می‌کند. در نهایت، ورق کاغذ به رول های بزرگ پیچیده می شود و سپس، آنها آماده حمل می شوند.

کاربردهای خمیر کاغذ

انواع مختلف خمیر کاغذ کاربردهای متفاوتی دارند.

• خمیر چوب مکانیکی دارای دو نوع خمیر چوب مکانیکی سفید و خمیر چوب مکانیکی قهوه ای است. خمیر چوب مکانیکی سفید عمدتاً برای تولید کاغذ روزنامه یا کاغذ تحریر و کاغذ چاپ با سایر خمیرها استفاده می شود. خمیر چوب مکانیکی قهوه‌ای عمدتاً برای تولید کاغذ و مقوا مخصوصاً مقوای صنعتی است.
• خمیر چوب شیمیایی دارای دو نوع خمیر سفید شده و خمیر سفید نشده است. خمیر چوب شیمایی سفید نشده برای پردازش کاغذ کرافت، کاغذ گونی، تخته لاینر کرافت، کاغذ بسته بندی عمومی و تخته استفاده می شود . خمیر چوب شیمیایی سفید شده برای پردازش کاغذ متن، کاغذ تصویری، کاغذ افست و کاغذ تحریر و غیره استفاده می شود .
• خمیر کاغذ باطله از کاغذ باطله یا لبه عرشه بی مصرف ساخته می شود. می توان از آن برای ساخت کاغذ چاپ، کاغذ تحریر، تخته کاغذ و کاغذ درشت استفاده کرد.
• خمیر کاغذ شیمیایی مکانیکی به دلیل ویژگی‌های خاص خمیر کاغذ شیمیایی مکانیکی، از جمله قوت مکانیکی بالا و قدرت جذب جوهر، در چاپ و روزنامه، بسته‌بندی محصولات مختلف از جمله مواد غذایی، محصولات صنعتی و لوازم الکترونیکی، محصولات دفتری و … کاربرد دارد.

اهمیت و کاربرد ویژه خمیر کاغذ در زندگی روزمره ما کاملا آشکار است؛ در اینجا سعی کردیم به معرفی خمیر کاغذ و روش اصلی تولید آن پرداختیم. لازم به ذکر است که روش­های دیگری نیز برای تولید کاغذ وجود دارد که با توجه به پیشرفت تکنولوژی و نیازهای هر کشور، این روش ها میتواند متفاوت باشید.