در این سلسله مطالب به موضوع تاریخ شکل گیری، اهمیت کاغذ و تعریف کاغذ و نقش آن خواهیم پرداخت که برگرفته از کتاب «مفاهیم نظری و کاربردی ساخت کاغذ و فرآیند چاپ» ترجمه و تالیف دکتر مهدی منظورالاجداد با همکاری رضا ربیعی است. در بخش دوم به برخی از مواد الیافی و افزودنی در ساخت کاغذ اشاره شد و در ادامه به توضیح بقیه موارد می پردازیم.
برای تولید هر نوع و درجه‌ای از کاغذ، به‌کارگیری ترکیب خاصی از انواع الیافی (خمیرها) و مواد شیمیایی (افزودنی‌ها) با درصدهای مشخصی از هریک از آنها نیاز است. این درصد ترکیب الیاف و مواد شیمیایی مورد نیاز در کاغذهای مختلف را در اصطلاح فرنیش آن کاغذ می‌گویند که به طور معمول نسبت‌ها و مقادیر مربوط به هریک از این مواد الیافی و شیمیایی در بخش آماده‌سازی خمیر و پیش از ارسال دوغاب خمیر بر روی توری تعیین می‌شود.
خمیرسازی شیمیایی مکانیکی CMP
خمیرهای شیمیایی مکانیکی معمولا با تیمار شیمیایی نسبتا شدید و به دنبال آن، پالایش در فشار معمولی تولید می‌شوند. بسته به شدت پخت (از نظر مواد شیمیایی، دمای پخت و مدت پخت)، بازده معمولا بین ۸۵ تا ۹۰ درصد متغیر است. این نوع خمیر خواص مقاومتی بهتری دارد و در ماشین کاغذ شکل‌پذیرتر است، اما افت ضریب پراکنده‌سازی نور (ماتی) در آن بیشتر است. معمولا خمیرهای CMP را به عنوان خمیر مقاومت‌دهنده در کاغذ روزنامه مصرف می‌کنند.
در فرآیندهای CMP و CTMP آغشته‌سازی و نفوذ مواد شیمیایی لازمه موفقیت فرآیند است. بسیار ضروری است که در این مرحله، خرده‌چوب‌ها عاری از هوا باشند. بهترین راه برای رهایی از حباب‌های هوا، پیش بخاردهی خرده‌چوب‌ها در فشار معمولی است. برای آغشته‌سازی و نفوذ مواد شیمیایی، چند نوع دستگاه در دسترس است که بعضی از آنها به تازگی طراحی شده‌اند. در اینجا توده خرده‌چوب ابتدا فشرده می‌شود و سپس در محلول آغشته‌کننده منبسط‌شده خیس می‌خورد. هدف دستیابی به آغشتگی یکنواخت همه خرده‌چوب‌ها با وجود رطوبت اولیه متفاوت آن‌هاست.
فرآیندهای شیمیایی
هدف در فرآیندهای تولید خمیر شیمیایی، تجزیه و حل لیگنین و خارج ساختن آن است. به طوری که آنچه بر جای می‌ماند، سلولز و همی‌سلولزها به صورت الیاف سالم و به نسبت تغییرنیافته است. با روش‌های تولید خمیر به طریق شیمیایی می‌توان قسمت عمده لیگنین خمیر را خارج کرد. این روش‌ها مقداری سلولز و همی‌سلولز را نیز تجزیه می‌کنند. در نتیجه، در مقایسه با فرآیندهای مکانیکی، بازده خمیر شیمیایی کمتر بوده و در حدود چهل تا پنجاه درصد نسبت به مقدار چوب اولیه است.
در فرآیند شیمیایی، خرده‌چوب‌ها (چیپس) در دما و فشار بالا با مواد شیمیایی مناسب در محلول آبی پخته می‌شوند. دو فرآیند مهم از این نوع عبارت‌اند از فرآیند کرافت و فرآیند سولفیت (اسیدی). فرآیند کرافت به دلیل داشتن مزیت امکان بازیابی مواد شیمیایی و خواص مقاومتی مطلوب خمیر، موقعیت بهتری را به دست آورده است. فرآیند سولفیت که تا سال ۱۹۴۰ رایج‌تر بود، دوباره مورد توجه قرار گرفته و ممکن است گسترش بیشتری نیز پیدا کند.
فرآیند کرافت
یکی از فرآیندهای شیمیایی، فرآیند کرافت که بیش از هفتاد درصد خمیرهای شیمیایی در جهان را شامل می‌گردد. در فرآیند کرافت، خرده‌چوب‌ها (چیپس) در محلولی از هیدروکسید سدیم (NaOH) و سولفید سدیم (Na2S) پخته می‌شوند. قلیائیت سبب تخریب مولکول لیگنین و تبدیل آن به مولکول‌های کوچک‌تری می‌شود که به صورت نمک سدیم در مایع پخت حل می‌شوند.
از خمیر کرافت، کاغذ محکمی به نام کرافت تولید می‌شود (Kraft در زبان آلمانی به معنی محکم). خمیر رنگ‌بری‌نشده آن بسیار تیره‌رنگ (قهوه‌ای) است و گازهای حاصل از عملیات پخت کرافت عمدتا سولفیدهای آلی و بسیار بدبویی هستند که این خود یک مساله مهم زیست‌محیطی را به وجود می‌آورد.
فرآیند کرافت حدود صد سال پیش با تغییری چند در فرآیند سودا (که در آن فقط از هیدروکسید سدیم به عنوان ماده شیمیایی فعال استفاده می‌شود)، توسط کارل اس‌دال با افزودن سولفات سدیم به مایع پخت به وجود آمد. تبدیل سولفات سدیم به سولفید سدیم در جریان پخت، تغییری ناگهانی در سینتیک واکنش‌ها و در خواص خمیر حاصل از پخت سوزنی‌برگان به وجود آورد. در واقع استفاده از سولفات سدیم در بازیابی و بازسازی مایع پخت کرافت، سبب شده که گاهی این فرآیند را فرآیند سولفات نیز بنامند.
وجود سولفید سدیم در مایع پخت، تاثیر چندانی بر تولید خمیر از پهن‌برگان ندارد و خمیر پهن‌برگان هنوز هم عمدتا به فرآیند سودا تهیه می‌شود. خمیر رنگ‌بری‌نشده، بر اثر پخت کوتاه‌تر با بازده بیشتر تولید می‌شود که دارای لیگنین بیشتری است و برای تولید کاغذ بسته‌بندی مقوا مناسب است. خمیر رنگ‌بری (سفید) شده، لیگنین کمتری دارد و برای تولید کاغذ سفید مناسب است.
نام‌گذاری و تعاریف
مایع سفید (مایع پخت) که محتوی مواد شیمیایی فعال پخت، یعنی هیدروکسید سدیم (NaoH) و سولفید سدیم (Na2S) است، برای پخت خرده‌چوب‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. مایع سیاه که محتوی ترکیب‌های حاصل از انحلال لیگنین است، پس از تغلیظ در کوره بازیابی سوزانده می‌شود تا گدازه‌های معدنی مفید، یعنی کربنات سدیم (Na2Co2) و سولفید سدیم (Na2S) به دست آید. این گدازه در آب حل شده، مایع سبز را تولید می‌کند که با آهک زنده (CaO) ترکیب می‌شود. Na2CO2 به NaOH تبدیل و مایع سفید بازسازی می‌شود.
در بیشتر کارخانه‌ها، مایع سفید را در گستره ۲۵ تا ۳۵ درصد (بر مبنای قلیای قابل سنجش کل TTA) نگاه می‌دارند. سطح پایین بحرانی سولفیدیته، به خوبی تعریف نشده است، اما بیشتر متخصصین معتقد هستند که در سولفیدیته کمتر از ۱۵ درصد، سرعت پخت کاهش زیادی می‌یابد و کیفیت خمیر صدمه می‌بیند. معمولا سطح سولفیدیته بالاتری مورد استفاده قرار می‌گیرد تا کیفیت مناسب پخت حفظ گردد و استفاده از مواد شیمیایی گوگرددار ارزان‌قیمت (همچون Na2SO2) به مقدار اقتصادی ممکن باشد.
بیشتر بخوانید: ساخت کاغذ با دوام توسط محقق ایرانی
در موردی اینکه آیا قلیای فعال AA یا قلیایی موثر EA معیار بهتری از غلظت مواد شیمیایی فعال در پخت کرافت است، اختلاف نظر وجود دارد. اگرچه NaOH و Na2S هر دو در واکنش‌های پخت شرکت دارند، می‌توان نشان داد که NaOH عامل پیش‌برنده اصلی است. از آنجا که در محلول پخت، Na2S به صورت زیر هیدرولیز می‌شود:
Na2S + H2O à NaOh + NaSH
چنین نتیجه می‌گیریم که فقط نصف Na2S در تعیین سینتیک واکنش واقعا موثر است. در یک کارخانه با کنترل خوب سولفیدیته، انتخاب قلیای فعال یا قلیای موثر برای سنجش مواد شیمیایی، تفاوت عملی چندانی ندارد، اما در مواردی که سولفیدیته در گستره وسیعی تغییر می‌کند، یک قلیای فعال ثابت، متناظر با یک قلیای موثر متغیر است و انتخاب یکی از دو پارامتر به منظور کنترل، باید با توجه به برتری‌های هریک صورت گیرد.
ادامه دارد…
مواد الیافی و افزودنی در ساخت کاغذ
