Часть первая. Производство целлюлозы
Целлюлозно-бумажная промышленность - одна
из ведущих отраслей лесного комплекса -
объединяет технологические процессы получения
целлюлозы, бумаги, картона и бумажно-картонных
изделий (писчей, книжной и газетной бумаги,
тетрадей, салфеток, технического картона и др.). В
России эта отрасль изначально возникла и
развилась в Центральном районе, где было
сосредоточено потребление готовой продукции и
имелось необходимое текстильное сырье, из
которого прежде делали бумагу (не случайно один
из первых центров производства бумаги в стране
получил название Полотняный Завод). В дальнейшем
технология изготовления бумаги изменилась, для
нее стало использоваться древесное сырье, и
ареал размещения отрасли сдвинулся к северу, в
лесоизбыточные районы.
Технологический цикл отрасли четко
подразделяется на два процесса - получение
целлюлозы и производство бумаги. Целлюлоза -
распространенное в живой природе углеводное
соединение класса полисахаридов. Волокна
целлюлозы служат основой для бумаги.
Главное сырье для выработки целлюлозы -
древесина хвойных пород, в которой содержание
целлюлозы составляет 40-50% от всей массы. Для
выделения целлюлозы из древесины применяется
термохимическая обработка - варка.
Технологически допустимо добавление при варке
целлюлозы лиственных пород в количестве до 10%. На
производствах чаще всего используют сульфитную,
бисульфитную или сульфатную варку древесной
щепы, поэтому для любого целлюлозного процесса
необходимо использовать соединения серы,
вредность которых для природы и человека широко
известна.
Таблица 1
Лидирующие предприятия России по
варке целлюлозы, 2003,
тыс. т
| Kотласский ЦБK | 912,5 |
| Архангельский ЦБK | 770,7 |
| Братский ЦKK | 737,2 |
| Усть-Илимский ЛПK | 650,0 |
| ОАО «Нойзидлер Сыктывкар» | 505,6 |
| ОАО «Светогорск» | 369,0 |
| Сегежский ЦБK | 243,2 |
| Соломбальский ЦБK | 211,9 |
| Байкальский ЦБK | 171,4 |
| ОАО «Kондопога» | 105,4 |
| Россия | 5752 |
Древесина после распиловки поступает в
рубительные машины, где из нее образуется щепа.
Щепа подается в варочные котлы. При сульфитной
варке древесину обрабатывают раствором,
содержащим оксид серы. Одновременно с этим
процессом происходит механическое истирание
другой части древесины в шахтах на специальных
устройствах - дефибрерах. Продуктом его
является древесная масса (диаметр частиц всего 2-3
мм). На получение 1 т древесной массы расходуется
2,5 м 3 , а 1 т целлюлозы - 5 м 3 древесины.
Для изготовления обойной или тетрадной бумаги
целлюлоза и древесная масса берутся в равных
соотношениях - по 50%, для газетной - 70% древесной
массы и 30% целлюлозы.
Древесная щепа и варочная кислота поступают в
варочный котел периодического действия. Варка
целлюлозы ведется при 100-150 °С и давлении 6
атмосфер. После окончания варки в котле
снижается давление и вытесняется щелок. Щелок
пропускают через фильтр, где улавливаются
волокна целлюлозы, затем щелок поступает на
отдувочную колонну, где из него отдувается SO 2 .
Далее щелок на многих предприятиях передается в
спиртодрожжевой цех для дальнейшей утилизации
растворенных в нем биологических веществ. В
варочном котле остается целлюлоза. После варки
целлюлозу пропитывают горячей водой, а затем
тщательно истирают. Если целлюлозу используют
для производства бумаги на этом же комбинате, то
ее в полужидком виде направляют в бумажный цех. В
том случае, если целлюлоза предназначается для
отправки на другие предприятия, ее прессуют,
сушат и превращают в более или менее плотные
листы серого цвета - товарную целлюлозу
.
Исходя из технологических особенностей
производства целлюлозы, главными факторами
размещения отрасли являются сырьевой (ориентация
на лесодостаточные и лесоизбыточные районы) и
водный (необходимость использования большого
количества воды). В СССР некоторые производители
целлюлозы располагались вне лесной зоны и
работали на камышовом сырье (в Астрахани, Кзыл-Орде,
Измаиле), но в современной России таких
предприятий нет. В любом случае создание
крупного целлюлозного предприятия возможно лишь
вблизи крупного водотока или водоема. К таким
гидрологическим объектам можно отнести Северную
Двину (предприятия в Архангельске и Новодвинске),
Вычегду (Коряжма), Ангару (Усть-Илимск и Братск),
Волгу (Балахна и Волжск), Байкал (Байкальск),
Онежское озеро (Кондопога), Ладожское озеро (Питкяранта
и Сясьстрой). Ориентация на потребителя в
целлюлозной отрасли вторична, поэтому
значительная часть отечественной целлюлозы
вырабатывается в относительно слабо заселенной
Восточной Сибири.
Таблица 2
Крупнейшие российские производители
товарной целлюлозы, 2003,
тыс. т
Выработка целлюлозы в России
производится на целлюлозно-бумажных комбинатах (ЦБК),
целлюлозно-бумажных заводах (ЦБЗ) и целлюлозно-картонных
комбинатах (ЦКК). Почти на всех этих предприятиях
целлюлоза в дальнейшем перерабатывается в
бумагу или картон. Однако имеются исключения: в
Усть-Илимске, Советском Выборгского района,
Питкяранте стадия производства целлюлозы -
завершающая, товарная целлюлоза, полученная
здесь, идет на другие предприятия отрасли для
дальнейшей переработки.
Целлюлозу в России выпускает около трех десятков
предприятий. Производство целлюлозы размещено
только в 14 регионах, прежде всего в Архангельской,
Иркутской, Ленинградской, Калининградской,
Пермской областях, республиках Коми и Карелия.
Целлюлоза не производится в Центральном и
Дальневосточном федеральных округах. Крайне
невелики мощности по производству целлюлозы в
Южном и Уральском округах. До недавнего времени
целлюлоза еще выпускалась на Сахалине, в
Хабаровском крае, Астраханской области, но по
экономическим причинам от этих производств
пришлось отказаться.
Любопытно, что повышенная концентрация
целлюлозных предприятий, пусть и не очень
крупных, отмечается в тех частях страны, которые
еще относительно недавно - 60-70 лет назад -
входили в состав территории экономически
развитых соседей. Речь идет о Карельском
перешейке, который был до 1940 г. финским (3
предприятия, до 90-х годов - 4, включая закрытый
ныне завод в Приозерске); Калининградской
области - части бывшей германской Восточной
Пруссии (3 предприятия); Южном Сахалине (7
предприятий, к настоящему времени все закрыты),
до конца Второй мировой являвшимся японским
владением. Это не случайно, учитывая те
обстоятельства, что, во-первых, указанные районы
для своих стран были наиболее удобным местом
развития отрасли, во-вторых, состояние
полиграфии и книгоиздательства в Финляндии и
Германии находилось и продолжает оставаться на
более высоком уровне, нежели в нашей стране. К
настоящему времени все доставшиеся в наследство
от соседей ЦБК и ЦБЗ нуждаются в реконструкции, и
во многом из-за этого значительная их часть уже
закрыта.
Перспективы развития целлюлозной
промышленности в России связаны с
совершенствованием технологического процесса,
более полным использованием лесных ресурсов на
имеющихся предприятиях, а также со
строительством новых ЦБК. В настоящее время
проектируется создание комплексов по
производству целлюлозы и бумаги в Александрове
Владимирской обл., Нее Костромской обл., Туртасе
Тюменской обл., Амазаре Читинской обл. Проводятся
предпроектные изыскания в Кировской,
Вологодской и Новгородской областях и некоторых
других регионах.
Необходимость внимательным образом проследить формирование бумажного листа индустриальным способом обусловлена тем, что львиную долю современных разработок в дизайне, полиграфии, бумагопластике и прочих видах деятельности, связанных с бумагой, занимает работа с бумагой промышленного производства. Исследуя потенциал современной бумаги, обусловленный технологией ее производства, дизайнер, художник, полиграфист в значительной степени обогащает свой творческий арсенал, открывая для себя принципиально новые возможности. Такие исследования можно проводить на практике, экспериментируя с листом бумаги, открывая его конструктивные и печатные свойства по образцам полиграфической продукции, а также изучая теоретическую базу, предоставляющую широкий спектр информации о качественных особенностях бумаги.
На сегодняшний день ЦБП (целлюлозно-бумажная промышленность) предлагает огромное количество всевозможных сортов бумаги, к тому же технологии бумажного и картонажного производства постоянно развиваются и обогащают рынок новыми материалами. Однако основные, базовые принципы изготовления бумаги промышленным способом уже многие годы остаются неизменными. Понимание того, как изготавливается бумага, необходимо не только технологам, печатникам, но и рекламистам, художникам, архитекторам, использующим в своих макетах и творческих разработках бумагу, дизайнерам-графикам, дизайнерам, проектирующим самый широкий спектр изделий из бумаги. Этот багаж знаний намного сократит путь к обретению ярких, выразительных и профессиональных творческих работ.
В технологическом процессе закладываются все основные тектонические, конструктивные, формообразующие и визуальные качества бумаги. Каждый этап технологической цепочки формирует будущие характеристики бумаги. В данной главе рассматриваются процессы выбора сырья для бумаги, его обработки, технологические этапы формирования бумажной плоскости, а также формат бумажного листа.
Объемно-пространственные особенности листа проявляются на нескольких уровнях: более высокий уровень задает его геометрию, обуславливая такие показатели, как толщину, формат: длину и ширину листа, текстуру и микрогеометрию поверхности. Более глубокий уровень бумагопластики определяет структурные показатели бумаги, выраженные в характеристиках волокон и связей между ними: их плотностью, прочностью и т.п.
Особое внимание автора к объемно-пространственным качествам и возможностям бумажного листа обусловлено спецификой курса «Бумагопластика», разделом которого является данное учебное пособие, а также необходимостью выделить пластические показатели бумаги как уникальные, не поддающиеся копированию современными мультимедиа. Также из-за столь развитой в современной проектной культуре дизайна привычки макетировать исключительно на компьютере, графические дизайнеры, разработчики полиграфической продукции редко задумываются о том арсенале самостоятельных выразительных средств, который заключает в себе пластика бумажного листа.
Бумага является многокомпонентной системой, состоящей в основном из специально обработанных и связанных между собой растительных волокон. Обработка волокон, влияющая на их качественные показатели, а также сцепление волокон в лист - самый первый уровень бумажного формообразования, обуславливающий появление структуры. От качества самих волокон, которые являются в данном случае структурными единицами, зависят возможности волокнистой массы формировать систему бумажной плоскости. Внимательно рассматривая волокна бумаги, их качественные характеристики, способности формировать полотно, осуществляется анализ бумажного формообразования на самом глубинном, структурном уровне.
Уже от структуры бумажного полотна зависят многие физические, а также геометрические качества бумаги, а, следовательно, и конструктивные возможности. Поэтому, акцентируя внимание на бумаге как структуре, рассматривая структурные единицы - волокна, постигаются основы конструирования самой бумаги, что дает в дальнейшем возможности грамотного подхода к конструированию из нее.
При производстве бумаги основным сырьем традиционно являются натуральные растительные волокна, представляющие собой длинные тонкие трубчатые нити. Их получают из различных видов растительного сырья. От выбора сырья зависят качества волокон, и, следовательно, свойства будущего материала. Таблица основных типов сырья для производства бумаги и их влияния на конструктивные свойства бумаги представлена в приложении (табл. 1) .
В современной целлюлозно-бумажной промышленности деревья являются преимущественным источником сырья для получения волокон. Совокупность волокон на профессиональном языке называют пульпой или волокнистой массой, которая изготавливается на заводах по производству целлюлозы и древесной массы. Основным натуральным сырьем для производства бумаги являются хвойные деревья с мягкой древесиной, такие как сосна, пихта, лиственница, кедр и ель, а также лиственные сорта деревьев с твердой древесиной, такие как клен, осина, тополь, ольха, бук, эвкалипт, дуб, вяз и береза. Мягкая древесина, преобладающая у деревьев хвойных пород, имеет длинные волокна (около 3,5 мм) и применяется там, где важны высокие механические и конструктивные показатели бумаги, например, для различных видов упаковки.
Формообразование из бумажного листа, в основе которого лежит технологический процесс фальцовки (складки) осуществляется гораздо лучше на бумаге с длинными волокнами, так как она в меньшей степени подвержена разрыву и не лохматится, не крошится на линиях сгиба. Твердая древесина с более короткими и тонкими волокнами (около 1,5 мм) используется для создания гладкой печатной поверхности, так как короткие волокна равномерно и плотно заполняют плоскость листа бумаги, делая ее однородной. Бумага с большим содержанием твердой древесины - менее прочная, более мягкая, пухлая и непрозрачная. Волокна хвойной целлюлозы используются во всех сортах печатной бумаги, так как только волокна лиственной целлюлозы не обеспечивают необходимой прочности для печатной бумаги. Для изготовления бумаги подходят смеси хвойной и лиственной целлюлозы, соотношение которых зависит от назначения бумаги.
При производстве бумаги в основном составляются композиции из различных сортов волокон, поэтому бумага содержит как длинные волокна для прочности, так и короткие для обеспечения однородности структуры. Когда в композиции бумаги содержание длинных волокон по сравнению с короткими возрастает, ее прочностные свойства улучшаются. Длинные волокна создают облачную, неоднородную структуру и снижают ровность и гладкость поверхности. Печатные свойства бумаги, т.е. ее взаимодействие с краской, мало зависят от длины волокна, но определяются в большей степени породой дерева.
Длина волокон в бумаге определяется не только видом древесного сырья. В процессе операции «размол» может происходить укорачивание волокон до нужной длины. Процесс укорачивания длины можно регулировать. Считается, что для создания прочной и равномерной по структуре бумаги длина волокна должна быть примерно 1,5-1,8 мм.
Древесина является не единственным источником волокна для бумаги. Многие страны с дефицитом древесины в значительной степени полагаются на недревесные растительные волокна для бумажного производства. Недревесными источниками сырья являются стебли однолетних растений, например, кукурузы, тростника, багассы (сахарного тростника). В некоторых регионах источником сырья для производства волокон является солома злаковых культур: пшеницы, овса, ржи, ячменя и менее привычных, таких как рис. Бамбук - древесное растение из семейства трав, растущее в тропических регионах, является в некоторых странах важным источником волокнистого сырья.
Интересы экологов часто направлены на изучение возможностей создания бумаги без использования древесины, так как бумажное производство является значительным ударом по природным ресурсам планеты. В связи с этим поиски недревесных источников волокнистой массы постоянно расширяются, разрабатываются и совершенствуются технологии бумажного производства, формируется потребительский спрос на новые сорта бумаги.
Для изготовления исключительно прочной бумаги используются длинные волокна из побочных продуктов, например, манильской пеньки или сизаля, получаемых из отслуживших канатов и веревок. Хлопок и лен также, в силу значительной длины волокна, подходят для изготовления бумаг. Источниками хлопковых волокон являются обрезки, нити, а также отходы текстильного производства: сырой хлопок и хлопковый линт. «Хлопковые волокна длиннее, чем древесные волокна, более плоские и перевитые. Эти свойства, также как высокий процент чистой целлюлозы в сырье, делают хлопковые волокна непревзойденными для изготовления высококачественных, тонкотекстурированных, долговечных бумаг» [, с. 238].
В весьма ограниченных пределах используются синтетические волокна. Они одни или в сочетании с волокнами растительного происхождения применяются для бумаг, требующих специальных характеристик, недостижимых при использовании только целлюлозных волокон. Недостатками синтетических волокон является их высокая стоимость, зависимость от невозобновляемого сырья, например нефти, а также тот факт, что они непригодны для повторной переработки.
Макулатура в производстве бумаги бывает разной. Самой доступной и простой в применении макулатурой являются отходы бумажных фабрик (бракованная бумага, бумажные отходы и обрезки и т.д.). Запечатанная бумага является более сложным в применении типом макулатуры, так как требует сложного цикла удаления краски, отбеливания и химической обработки.
Получение волокнистой массы из древесины - первый этап в длинной цепочке производства бумажного полотна. Он предполагает разделение волокон древесины, т.е. нарушение их природных связей между собой с целью создания в будущем новых связей, но уже в бумажном полотне, а также удаление примесей. Ключевым компонентом бумажной массы является целлюлоза - природный полимер класса углеводородов. Целлюлоза (и не только в древесине) составляет основу растительных клеток, а лигнин - их стенки. Для бумажного производства важна целлюлоза, а лигнин, гемицеллюлозы, прочие компоненты и примеси, по возможности, удаляются. Содержание лигнина в бумаге хотя и способствует лучшему восприятию краски поверхностью бумаги, однако приводит к повышенной хрупкости бумаги и к быстрому ее пожелтению.
Существуют несколько основных методов получения волокнистой массы (пульпы): механический, химический, термомеханический и химико-термомеханический. Таблица основных методов обработки сырья для получения волокнистой массы дана в приложении (табл. 2) .
В механическом методе используется все дерево, за исключением коры, корней и листвы, которое истирается в волокнистую массу, с помощью гигантских дефибрерных камней. Механический метод заключается в том, что деревья рубятся, отбираются, распиливаются на бревна стандартной длины, чистятся от коры в специальных вращающихся барабанах, после чего истирание древесины происходит в потоке горячей воды, которая под напором подается в зону истирания. Полученная таким образом смесь пропускается через целый ряд сеток, каждый раз обладающих все более мелкими отверстиями, затем однородная жидкая древесная масса попадает в барабанную мельницу. В основе этого технологического метода лежит многоуровневый процесс истирания древесины с образованием не просто мелких частиц, а именно волокон. Процесс истирания повреждает и деформирует волокна, не удаляя при этом лигнин.
Полученный тип волокнистой массы называется древесная масса. Механический метод не позволяет производить прочную и высококачественную бумажную продукцию, так как сырье не получает должной очистки от лигнина, а волокна, прошедшие механическую обработку, оказываются во многом поврежденными и деформированными, что в итоге не позволяет материалу иметь гладкую однородную поверхность, высокий показатель белизны, препятствует формированию бумажного полотна с высокими конструктивными возможностями. Древесная масса, изготовленная на дефибрерах, не позволяет получить плотную, гладкую и прочную бумагу. При образовании складок, ребер жесткости такая бумага чаще всего ломается и крошится в местах сгибов. Многократное сгибание и разгибание складок не представляется возможным из-за слабой прочности бумаги. Рыхлая, не устойчивая к разрыву, обладающая слабой прочностью бумага не позволяет конструировать широкий диапазон объемно-пространственных композиций. Основное применение бумаги из древесной массы - газетная бумага и картон. В высококачественные сорта бумаги для полиграфии древесную массу также добавляют, но не более чем 25-30%. Тактильные характеристики такой бумаги также оставляют желать лучшего. Как замечают Ганс Вильберг и Фридрих Форсман в своей книге Lesetypografie: «Многие издательства, к сожалению, все еще следуют девизу сбыта продукции 70-х: „большую книгу за те же деньги“ и используют по возможности толстую пухлую бумагу с тем, чтобы книга казалась объемнее, чем она есть на самом деле. Это дает в итоге бесформенные, бессмысленно легкие книги-кирпичи, которые являются, собственно, пачками бумаги. То, что такие слишком объемные сорта бумаги жесткие и неприятные для пальцев, остаются плохо пропечатанными, вследствие чего шрифт становится, во многом, кашеобразно-мягким, плывет, а листы плохо поддаются фальцовке, - не беспокоит продавцов» [, c. 70]. Рыхлые, мягкие сорта бумаги не только не являются приятными на ощупь, они не способны формировать гладкую, идеальную плоскость листа, страницы легко продавливаются, теряют форму.
Химический метод обработки древесины применяется для удаления лигнина, гемицеллюлозы и прочих примесей, позволяет волокнам более тщательно отделяться друг от друга. Существует несколько методов обработки древесины, самые распространенные из них - сульфитный - протекающий в кислотной среде, или сульфатный - щелочной процесс обработки волокнистой массы. При кислотной или щелочной варке древесной щепы образуются растворимые соединения лигнина, которые удаляются при промывке. Последующий процесс отбелки окончательно удаляет примеси. Химическая волокнистая масса имеет значительно меньший выход полезного продукта, чем механическая масса (от 50 до 55%). В результате отбеливания масса будет давать еще меньший выход волокон.
Операция «размол» при производстве волокнистых полуфабрикатов имеет очень важное значение. Размолу подвергается только древесная целлюлоза, полученная из древесины химическим способом. При размоле волокон древесной целлюлозы происходит и укорачивание волокон до нужного размера, и фибриллирование, т.е. расщепление волокон. Фибриллирование обеспечивает лучшее сцепление волокон в будущем бумажном полотне.
Полученный химическим способом обработки природный полимер целлюлоза является основным волокнистым полуфабрикатом для изготовления бумаги. Химический способ позволяет получить высококачественную массу, из которой можно производить плотные, прочные и упругие материалы, пригодные для различных полиграфических процессов. Такая бумага хороша для осуществления самых различных объемно-пространственных построений, так как прочная и плотная структура позволяет моделирование с использованием ребер жесткости и складок различной сложности. Упругость бумаги позволяет многократное трансформирование в рамках уже сложившейся конструкции, т.е. открывание-закрывание замков, загибание-разгибание складок и т.п.
Целлюлоза добавляется в разных долях почти во все композиции производящихся бумаг. Чистоцеллюлозная бумага или «офсет № 1» - бумага, изготовленная на основе целлюлозы, т.е. без примеси древесной массы. «Для опытного полиграфиста наименование „офсет № 1“ или „типографская № 2“ говорит само за себя. Понятие „бумага № 1“ подразумевает, что бумага изготовлена на основе чистоцеллюлозных волокон. Позднее понятие „чистоцеллюлозная“ несколько расширилось и стало подразумевать возможность включения в состав до 10% термомеханической древесной массы» . В основном «бумага № 1» выпускалась как офсет или писчая бумага. «Бумага № 2» допускает наличие до 75% древесной массы термомеханической (ТММ) или химико-термомеханической (ХТММ) и только 25% целлюлозы. Хотя по ГОСТу в ее составе должно быть 80-50% целлюлозы и лишь 20-30% древесной массы.
Структурные свойства бумаги, ее тектонические особенности необходимо учитывать при проектировании объемно-пространственных изделий из бумаги. Это имеет отношение к продукции, в которой бумажная складка является функциональным элементом, предполагающим многократное использование. Также при формировании изделий, в которых складка работает как ребро жесткости, выдерживающее определенные нагрузки, например, в упаковке при транспортировке нескольких коробок, составленных вертикально, важно заранее оценить тектонические возможности бумаги или картона. Бумага с рыхлой структурой и короткими, деформированными волокнами, как правило, обнаруживает себя при пробном экспериментальном фальцевании. Даже при высоких художественных показателях бумажного изделия (интересном цветовом решении или богатой фактуре) слабая, неустойчивая конструкция, «рваные» фальцы, невнятное формообразование - нивелируют позитивные впечатления от его внешнего облика. Неграмотное применение структурных показателей бумаги в продукции, где конструкция является функцией изделия, недопустимо.
На качественные показатели бумаги, на ее структурные характеристики, свойства также оказывает существенное влияние прохождение волокнистой массы, в бумагоделательной машине. Бумажная масса, доставленная с целлюлозных фабрик в виде жидкой пульпы или листов влажной массы, подготавливается к отливу бумаги путем дополнительного размола волокон и смешения с нецеллюлозными компонентами в нужных для композиции бумаги пропорциях. Помимо волокнистых компонентов, формирующих саму структуру бумаги, в ее состав могут вводиться минеральные наполнители, проклеивающие вещества, красители и другие специальные добавки, увеличивающие силу сцепления волокон и влияющие на различные качества бумаги. Затем составленная композиция бумаги подвергается разбавлению водой в соотношении 1,2-1,8% абсолютно сухого волокна к 98,2-98,8% воды. Пульпа очищается, фильтруется и подается с помощью напускного устройства в бумагоделательную машину.
Бумагоделательная машина в технологическом процессе бумажного производства занимает центральное место. Все бумагоделательные машины имеют три основные секции: «мокрую» или формующую (сеточную) секцию, прессовую и сушильную секции. На этих секциях осуществляются основные стадии формирования бумажного полотна, соответственно: отлив, прессование, сушка и предварительная, а иногда и окончательная, отделка бумаги. Этапы промышленного производства бумажного полотна в раскрытии формообразующих возможностей бумаги представлены в приложении (табл. 3) .
Процесс отлива бумаги осуществляется в «мокрой» секции. Именно на этой стадии производства формируются структурные связи между волокнами, происходит сцепление их в единую плоскость, создается гладкий и тонкий листовой материал. Через сопла напорного ящика сильно разбавленная, похожая на молоко бумажная масса наносится на сетку бумагоделательной машины. При движении сетки в машине вода постепенно удаляется и формируется бумажное полотно. Вместе с водой через сетку просачиваются маленькие волокна, частицы наполнителя, пигменты и т.п. Более крупные волокна, переплетаясь, блокируют стекание мелочи, поэтому верхняя сторона бумаги всегда будет иметь больше мелких волокон, равномерно распределенных по плоскости, а нижняя - сетчатая сторона - будет преимущественно состоять из длинных волокон. Длинные волокна формируют поверхность более устойчивую к поверхностному выщипыванию (дефект, обнаруживающий себя при печати), но менее гладкой, так как она не содержит мелочи, заполняющей пустоты, и имеет след ромбовидной маркировки сетки. «На наиболее современных бумагоделательных машинах применяется „двухсеточная“ система формирования полотна - целлюлозная масса подается между двух сеток и применяется вакуумная система сушки. Таким образом, бумажное полотно имеет две практически идентичные стороны» .
Понятие машинного направления бумаги напрямую связано с направлением прохождения бумажного полотна в бумагоделательной машине. Волокна в бумажном потоке всегда ориентированы в машинном направлении, так как при попадании на сетку подчиняются общему движению сетки. В современных машинах с высокой скоростью (порядка 2000 м/мин) встряхивания и колебательные движения, перпендикулярные основному ходу сетки, не производятся. В связи с этим ориентация волокон в современных бумагах ярко выражена. Свойства бумаги в значительной степени зависят от направления волокон. Структурно-механические свойства бумаги, такие как механическая прочность, сопротивление излому, продавливанию или разрывная длина различны для машинного и поперечного направлений листа. Машинное направление бумаги нужно учитывать при биговке и фальцовке бумаги. «В машинном направлении бумага гораздо легче поддается сгибанию, фальцеванию, продавливанию, бигованию, рвется она также проще вдоль волокон. Важно знать, что при увлажнении бумага слегка растягивается перпендикулярно машинному направлению. При высыхании, как правило, ее площадь снова становится меньше. Это поведение нужно учитывать, прежде всего, при склеивании листов друг с другом… Машинное направление можно легко определить, разглядывая бумагу на просвет, или надрывая ее с одной и другой стороны (как уже было сказано, бумага легче рвется вдоль машинного направления)» [, с. 24].
Бумагу называют бумагой длинного волокна, если волокна располагаются параллельно длинной стороне бумаги, т.е. при листе 1000center">
В конце сеточной или «мокрой» секции бумагоделательных машин находится ровнительный вал - эгутер (от фрац. egoutteur - отжим воды). Он прокатывается по сетке, уплотняя волокна, которые находятся в подвижном состоянии, ускоряет процесс обезвоживания, улучшает структуру и выравнивает, сглаживает поверхность. Водяной знак, или структурный узор создается с помощью рельефного рисунка на сетке эгутера. «Валики типа верже оставляют на бумаге параллельные линии поперек ширины полотна, где они пересекаются под прямым углом более широкими цепными линиями и формируют традиционный для бумаги верже узор» .
Рассматривая далее этапы обработки бумажного полотна, следует отметить прессование, сушку и каландрирование. Назначение прессовой секции - удаление воды из бумажного полотна путем прессования и всасывания, что также уплотняет структуру и приводит волокна в более тесный контакт друг с другом. Прессование сглаживает бумагу и оказывает значительное влияние на конечную пухлость и отделку. Бумага с высокой пухлостью обрабатывается с небольшим мокрым прессованием. После прохождения секции прессования бумага содержит 60-70% влаги.
Сушильная секция предназначена для большего удаления воды, после ее прохождения бумага содержит лишь от 2 до 8% влаги. Эта секция состоит из некоторого количества полых, обогреваемых паром цилиндров, поверх которых серпантином под натяжением, чтобы предотвратить сморщивание и перекашивание, движется бумажное полотно. Поверхностная проклейка бумаги производится на клеильных прессах перед финальной сушкой бумаги. Бумага проходит в зазор между двух покрытых резиной валов, которые на высохшее полотно наносят клеевой раствор, придающий ей специфические свойства, например, сомкнутость структуры, увеличение механической прочности, сопротивление истиранию поверхностного слоя и т.д. Благодаря этому силы связи между волокнами возрастают, и бумажный лист становится более прочным. При поверхностной проклейке бумаги на ней образуется тонкая пленка, а бумажное полотно приобретает прочность. Такие понятия, как пылимость бумаги (дефект, характеризуемый отделением от сухого полотна бумаги частиц и мелких волокон) или выщипывание (отделение волокон, пучков волокон покровного слоя) - напрямую зависят от прочности поверхности бумаги. Бумажная пыль, связанная с плохим сцеплением волокон между собой, имеет место при формировании складок, заломов и прочих формообразовательных единиц из бумажного полотна со слабыми структурными связями. При манипуляциях с такой бумагой обнаруживается быстрое истирание полотна, особенно в местах, где есть складки.
Одним из заключительных этапов прохождения бумаги в бумагоделательной машине является каландрирование. Бумажное полотно пропускается через каландр, состоящий из 3-10 тщательно отшлифованных чугунных валов, огибая поочередно валы каландра при возрастающем давлении. После прохождения валов (или каландров) бумага обретает характеристики тонкой и гладкой материи. Материал обретает лоск. После каландрирования некоторые сорта бумаги не проходят больше никакой дополнительной обработки. Речь идет о бумагах машинной гладкости. Бумага машинной гладкости - это «бумага, пропущенная через каландр бумагоделательной (картоноделательной) машины с целью получения равномерной толщины и гладкой поверхности с обеих сторон» [, с. 10]. Степень каландрирования может быть сильной, средней, легкой или никакой. От степени каландрирования зависят пухлость и непрозрачность бумаги..gif" border="0" align="absmiddle" alt=" Построенные им «прямоугольники образовали стройную гармоничную систему благодаря своему свойству распадаться на взаимосвязанные ряды геометрических подобных гармонических фигур, повторяющих строение исходного гармонического целого» [, с. 77-79].
Прямоугольник формула" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook983/files/66.gif" border="0" align="absmiddle" alt=" Эта пропорция при фальцовке листа в 2, 4, 8, 16, 32, 64 доли позволяет сохранить исходные пропорциональные отношения..gif" border="0" align="absmiddle" alt="1189 мм (формат А). Также математически были определены, исходя из этих размеров, и размеры двух дополнительных форматов» [, с. 79]. Форматы В-серии призваны дополнительно расширить основной спектр форматов бумаги. С-серия описывает конверты, папки и прочую упаковку, вмещающую изделия стандартных форматов. Стандарт, основавший А, B и C серии, был принят в 17 европейских странах и на сегодняшний день является широко распространенным, примером тому служит бумажный формат А4 (210переход" href="part-011.htm#i406">(табл. 4) .
«ISO 216 описывает А-серию размеров бумаги следующим образом. Длина листа любого формата определяется исходя из ширины, умноженной на корень квадратный из двух (1,4142). Площадь листа формата А0 равна 1 иконка" src="files/litlist.gif" alt="ссылка на источники литературы" onclick="showlitlist(new Array("Производство бумаги.
(Документ)
n1.rtf
Реферат:« ПРОИЗВОДСТВО БУМАГИ »
Содержание
1.ВСТУПЛЕНИЕ
2.ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
3.СЫРЬЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БУМАГИ
4.ОБЩАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА БУМАГИ
5.ПРОИЗВОДСТВО ЛИСТОВОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ И ПЕРЕРАБОТКА:
ТОВАРНАЯ ЦЕЛЛЮЛОЗА, БУМАГА, КАРТОН
6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ВСТУПЛЕНИЕ
Целлюлозно-бумажная промышленность – наиболее сложная отрасль лесного комплекса, связанная с механической обработкой и химической переработкой древесины. Она включает производство целлюлозы, бумаги, картона и изделий из них. Эта отрасль отличается:
Высокой материалоёмкостью: для получения 1 т целлюлозы необходимо в среднем 5-6 куб. древесины;
Большой водоёмкостью: на 1 т целлюлозы расходуется в среднем 350 куб.м. воды;
Значительной энергоёмкостью:1 т продукции требует в среднем 2000 кВт/ч;
Следовательно, предприятия ЦБП ориентируются на лесные ресурсы вблизи крупных водных источников. В Украине ЦБП размещаются в таких областях как Киевская, Харьковская, Волынская, Ровенская, Ивано-Франковская, Днепропетровская, Львовская, Житомирская, Одесская и т.д. Особо крупными предприятиями являются: ДНІПРОВАЖПАПІРМАШ ІМ. АРТЕМА, (г. Днепропетровск), ЖИДАЧІВСЬКИЙ ЦЕЛЮЛОЗНО-ПАПЕРОВИЙ КОМБІНАТ (Львовская обл.), КОМБІНАТ БУДІНДУСТРІЇ (г. Киев), ПОЛТАВСЬКИЙ ГОФРОКАРТОННИЙ ЗАВОД, ІЗМАЇЛЬСЬКИЙ ЦЕЛЮЛОЗНО-КАРТОННИЙ КОМБІНАТ, КИЇВСЬКА ФАБРИКА ТЕХНІЧНИХ ПАПЕРІВ, КИЇВСЬКИЙ КАРТОННО-ПАПЕРОВИЙ КОМБІНАТ, КОЛОПАПІР (Івано-Франковська обл), КОХАВИНСЬКА ПАПЕРОВА ФАБРИКА (Львовская обл.), ЛЬВІВКАРТОНОПЛАСТ, МИРОПІЛЬСЬКА ПАПЕРОВА ФАБРИКА (Житомирская обл.), РОГАНСЬКА КАРТОННА ФАБРИКА, УКРПАПІРІНВЕСТ (г. Харьков) и т.д.
В некоторых европейских странах, таких как Украина, Англия, Германия, Франция и т.п., листовой материал, на котором пишут, печатают и выполняют другие виды работ, называют бумагой. Это название листовой материал достал от своего предшественника папируса, на котором писали еще в древнем Египте.
Родиной бумаги есть Китай. В Китае бумага изготовляли еще задолго до н.э. В Европе первыми начали вырабатывать бумагу венгры(1300г.) В Украине первая бумажная фабрика построена в 1541г. на Львовщине в городе Буськ.
Бумагой называют волокнистый листовой, преимущественно растительного происхождения материал, масса 1м 2 которого составляет 250г.
По назначению бумагу разделяют на группы, которые состоят из отдельных подгрупп. Бумага для:
печати (печатная),
писания (тетрадная, почтовая),
чертёжно-рисовальная (калька),
электроизоляционная (кабельная, конденсаторная),
санитарно-бытовая (туалетный, гигиеническая),
фильтровальная (лабораторные фильтры, фильтры для нефтепродуктов)
промышленно-техническая (патронная, наждачная),
светочувствительная (основа для фотобумаги),
переводной (копировальная),
упаковочная (мешочная) и т.д.
(Рис. 1)
2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Бумага - листовой материал, состоящий в основном из растительных волокон, соответствующим образом обработанных и соединенных в тонкий лист, в котором волокна связаны между собой поверхностными силами сцепления. Помимо растительных волокон в последнее время при выработке специальных видов бумаги все чаще применяют волокна как синтетические органического происхождения, так и минеральные (асбестовые, стеклянные и др.). Крайне редко используют волокна шерсти. Кроме того, в бумаге могут содержаться проклеивающие вещества, минеральные наполнители и красители.
Свойства бумаги легче всего поддаются объяснению, если исходить из того, что бумага является упругопластическим капилянрно-пористым коллоидным материалом.
Происхождение термина «бумага» остается до сих пор неясным. Однако в европейских странах это понятие явно связано с корнем слова папирус - растения, из которого в былое Бремя изготовлялся бумагоподобный материал. Действительно, бумага по английски - the рарег, по немецки - das Рарiеr, но французски - le рарiеr.
Обычно при изготовлении разных видов бумаги применяют два, три и более волокнистых полуфабрикатов, образующих, таким образом, композицию бумаги по виду волокон. Иногда ее изготовляют из одного волокнистого полуфабриката, подготовленного для этого соответствующим образом. Очень часто в композицию бумаги вводят минеральные наполнители, проклеивающие и окрашивающие вещества.
В настоящее время мировая бумажная промышленность, выпускает свыше 600 видов бумаги и картона, обладающих разнообразными, а в ряде случаев совершенно противоположными свойствами: высокопрозрачные и почти совершенно непрозрачные (неактиничные); электропроводящие и электроизоляционные; толщиной в 4-5 мкм (т. е. в 10-15 раз тоньше человеческого волоса) и толстые виды картона, хорошо впитывающие влагу и водонепроницаемые (бумажный брезент); прочные и слабые, гладкие и шероховатые; паро-, газо-, жиронепроницаемые и др.
Это разнообразие свойств разных, видов бумаги обеспечивает широкие возможности применения ее не только в быту и в качестве материальной основы для письма и печати, но и в различных областях народного хозяйства: химической, электро-, радиотехнической, пищевой, строительной и других отраслях промышленности.
Часто смешивают понятия вид и сорт бумаги, хотя сорт обычно определяет качество одного и того же вида бумаги (например, 1-й или 2-й сорт того или иного Вида бумаги). Не следует относить к другому виду бумагу того же назначения, но отличающуюся величиной массы 1 м 2 . Например, мешочная бумага массой 1 м 2 80 г и 70 г остается одним и тем же видом бумаги, т. е. мешочной бумагой, но эти разновидности мешочной бумаги могут быть названы ее марками. Существует множество разновидностей бумаги по ее назначению, по массе 1 м 2 , окраске или по какому-либо другому признаку (по некоторым литературным данным их свыше 7000 разновидностей).
Отсутствует четкое различие между понятиями бумага и картон. Условно принято считать, что картоном называют продукцию, имеющую массу 1 м 2 более 250 г, толщину более 0,5 мм. Однако такое определение нельзя считать точным. Например, волокнистый материал, применяемый в текстильной промышленности и именуемый шпульной бумагой, имеет массу 1 м 2 до 400 г при толщине 0,6 мм, в то же время некоторые виды бумажной продукции при толщине 0,1 мм и массе
1 м 2 110-120 г называют электроизоляционным картоном.
Не следует смешивать понятия обработка и переработка-бумаги. Под обработкой бумаги понимаются процессы мелования, поверхностной проклейки, пропитки, окраски, покрытия бумаги битумными, светочувствительными и другими эмульсиями, а также гуммирование, гофрирование, крепирование, тиснение, армирование и др. Под переработкой бумаги понимаются операции превращения бумаги в другие изделия: в фибру, растительный пергамент, гильзы, шпули, бумажную пряжу, мешки, тетради, блокноты, конверты, альбомы и др.
Иногда массу 1 м 2 бумаги ошибочно называют ее плотностью. Известно, что плотность материала представляет собой величину массы этого материала в единице объема. Таким образом, по своему физическому смыслу и по размерности величин понятия «масса 1 м 2 » и «плотность» являются совершенно различными и отождествлять их не следует.
3. СЫРЬЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БУМАГИ
При выборе нужного вида волокнистого материала следует учитывать его бумагообразующие свойства, которые в совокупности определяют достижение требуемого качества изготовляемой бумаги. При этом имеется в виду как поведение материала в технологических процессах изготовляемой из него бумаги, так и его влияние на свойства получаемой бумажной массы и готовой бумаги. Таким образом, бумагообразующие свойства волокнистого материала нельзя охарактеризовать однозначно каким-либо показателем. Действительно, по отношению к процессу размола бумагообразующие свойства материала характеризуются, например, его способностью расщепляться на фибриллы (фибриллированне) или укорачиваться, скоростью достижения требуемой степени помола. По отношению к процессу отлива листа из бумажной массы важным является, например, показатель скорости обезвоживания и т. д.
Строение исходных волокон во многом определяет их бумагообразующие свойства. Волокна трубчатого строения способствуют получению пухлых видов бумаги, обладающих повышенной впитывающей способностью. Такие волокна требуют больше времени для фибриллирования. Из волокон ленточного строения обычно получается плотная прочная бумага с сомкнутой поверхностью. Толстостенные волокна (с толщиной стенки 6-8 мкм) легче фибриллируются, а тонкостенные (1,5-2 мкм) более подвержены поперечной рубке.
Волокна твердых пород древесины, как правило, обеспечивают непрозрачность, пухлость, воздухопроницаемость и впитывающую способность бумаги. Волокна мягких пород, наоборот, придают бумаге относительно более высокую прозрачность, плотную структуру и высокие показатели сопротивления разрыву.
Сырьем для изготовления разных полуфабрикатов является древесина девяти основных пород, используемых в различных соотношениях: ели, сосны, пихты, ольхи, лиственницы, тополя, березы, осины, бука. Наряду с этими породами в меньшем количестве используется также древесина эвкалипта, каштана, липы, дуба, клена и других пород. Указанное сырье делится на две группы: хвойные и лиственные породы древесины, отличающиеся между собой по химическому составу и морфологическим признакам, известным студентам из курса химии древесины и целлюлозы. Эти различия определяют и различия в свойствах волокон соответствующих полуфабрикатов.
Основным полуфабрикатом для производства бумаги является целлюлоза - продукт варки растительного сырья с кислотой (сульфитный метод), щелочью (сульфатный) или методом, являющимся модификацией указанных методов (бисульфитный, полисульфидный и др.). Выход обычной целлюлозы из древесины в зависимости от вида древесины и способа ее варки находится в пределах от 46 до 53%. Целлюлоза высокого выхода характеризуется выходом выше 53 и до 65 %.
Целлюлозу варят из измельченного растительного сырья в котлах периодического и беспрерывного действия.
Сульфатную целлюлозу варят из измельченного растительного сырья в растворе, основными компонентами которого является едкий натр (NaOН) и сульфид натрия (Na2S), за температуры 160-180 °С и давления 0,7-1,2 МПа. Полученная продукция имеет темный цвет. Из нее вырабатывают технические виды бумаги и картона.
Сульфитную целлюлозу варят из безсмольного хвойного дерева в растворе, основными компонентами которого является водный раствор SO 2 и бисульфиты кальция, магния и т.п., за температуры 130-145 °С и давления 0,6-1,2 МПа. В процессе производства сульфитной целлюлозы больший выход целлюлозы, а из отходов получают этиловый спирт, кормовые дрожжи и другие вещества.
При сравнении свойств сульфатной и сульфитной целлюлозы легко видеть, 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 кальциевом основании. Поэтому сульфатная целлюлоза успешно используется для изготовления прочных упаковочных видов бумаги, мешочной бумаги, а также бумажной пряжи и 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 темнее небеленой сульфитной и труднее отбеливается.
Наличие лиственной целлюлозы в композиции бумаги приводит к получению более 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. Возрастают 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 санитарно-бытовых 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 I 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 и 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 также иметь в виду, что использование лиственной целлюлозы влечет за собой повышенное содержание мелких волокон в сточной воде, увеличивает нагрузку на работу улавливающей аппаратуры.
Полуцеллюлоза промежуточный продукт между целлюлозой высокого выхода и древесной массой. Она получается в результате размола с механическим разделением на отдельные волокна и группы волокон щепы, предварительно размягченной различными химикатами. Выход этого полуфабриката из древесины от 65 до 85%. Для изготовления полуцеллюлозы может применятся древесина как хвойных так и лиственных пород, а также однолетние растения. В небеленом виде полуцеллюлоза применяется при изготовлении Бумаги для гофрирования, оберточной бумаги и некоторых видов кар тона. Хорошего качества под пергамент (плотная жиронепроницаемая бумага) может быть получен из композиции 65 % моносульфатной полуцеллюлозы из лиственных пород древесины и 35 % бисульфатной целлюлозы из хвойных пород древесины.
Из волокон растительного происхождения помимо древесных волокон для изготовления бумаги применяют волокна целлюлозы из соломы и тростника, 6агассы, 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 и композиции 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 (гладкости, непрозрачности, чистоты поверхности) в композиции бумаги, предназначенной для печати, рекомендуется применять тростниковую целлюлозу при отсутствии древесной массы. Способность обезвоживаться соломенной и тростниковой целлюлозой в значительной степени зависит от способа и режима варки. Целлюлоза, полученная моносульфитным методой, обладает лучшей водоотдачей по сравнению с целлюлозой, сваренной сульфатным методам.
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.
Сопротивление бумаги разрыву при небольших добавок в композицию соломенной и тростниковой целлюлозы обычно возрастает за счет уплотнения структуры листа. При больших количествах этих полуфабрикатов в композиции бумаги сопротивление разрыву уменьшается за счет заметного снижения в этом случае средней длины волокон в Бумаге. Установлена целесообразность использования соломенной целлюлозы в сочетании с моносульфатной полуцеллюлозой из древесины лиственных пород при изготовлен ни среднего слоя гофрированного картона.
Тряпье для изготовления бумаги в настоящее время применяется в небольших количествах из-за дефицитности этого вида сырья, малой производительности оборудования, которое при этом используется, затруднений в технологическом процессе из-за засорения современного тряпья синтетическими волокнами, необходимости осуществления дезинфекции тряпья, бывшего в употребления.
Вместе с тем отходы от переработки хлопка, льна и пеньки в виде лента, хлопкового пуха, а также льняных и пеньковых очесов, применяются к тех случаях, когда необходимо получить бумагу с высокими показателями механической прочности и долговечности. Применение хлопковых волокон к тому же обеспечивает возможность изготовления различных видов бумаги, отличающихся высокой впитывающей способностью и химической чистотой. Поэтому льняные и пеньковые волокна используют для изготовления высококачественных видов документной, чертежной, картографической, карточной, почтовой бумаги и др., а в небеленом виде для изготовления папироской, копировальной и словарной бумаги. Волокна хлопка успешно применяют для изготовления долговечных видов бумаги, фильтровальной, промокательной, нотной бумаги, основы для пергамента и для диазокальки, чертежной прозрачной, бумаги для хроматографического к Электрофоретических анализов, электрохимической и др., а в небеленом виде - для стелечного картона, бумаги для каландровых валов, основы для фибры и толя.
Макулатурой называют бывшие в употреблении бумагу и картон, а также отходы, образующиеся при переработке бумаги и картона. Этот полуфабрикат делится на три группы: макулатура бумажная, картонная и смешанная. Каждая группа в зависимости от состава волокон и цвета делится на марки.
Макулатуру, применяемую для изготовления бумаги или картона, называют также вторичным сырьем, имея при этом в виду, что содержащиеся в макулатуре растительные волокна вторично используются для изготовления бумажной продукции. Эти волокна при их вторичном применении отличаются по своим свойствам от присущих им первоначальных свойств, так как они в свое время прошли уже цикл операций бумажного производства и в некоторых случаях претерпели также процесс более или менее длительного старения. Все это существенным образом сказалось на их свойствах. Из процессов бумажного производства особенно сильное влияние на свойства волокон оказала их сушка, в результате которой произошли некоторые необратимые изменения: потеря их эластичности, ороговение поверхности и увеличение вследствие этого хрупкости.
В результате необратимых изменений и уноса части мелких волокон через сетку при образовании бумажного полотна свойства бумаги, изготовленной из 100% волокон бумажной макулатуры, по сравнению с исходной бумагой отличаются пониженными величинами сил связи между волокнами, сопротивления разрыву. Показатели же сопротивлений раздиранию, непрозрачности и впитывающей способности обычно у вторичной бумаги несколько выше, чем у исходной.
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. Использование макулатуры в процессе производства бумаги имеет большое значение. Затраты на бумагу, произведенная из макулатуры, в 2-3 раза меньшие, чем из целлюлозы. Меньше загрязняется также окружающая среда, чем во время производства бумаги из растительного сырья. Одна тонна макулатуры экономит около 15 деревьев.
Синтетические волокна органического происхождения, так же как и минеральные волокна, получили в последнее время применение при изготовлении специальных видов бумаги, отличающихся высокой прочностью на разрыв в воздушно-сухом и во влажном состояниях, химической стойкостью, стабильностью размеров при изменении относительной влажности окружающего воздуха, биостойкостью, светостойкостью, долговечностью, термостойкостью, пониженной горючестью, а также широким диапазоном эластичности. Бумагу изготовляют как из 100% таких волокон, так и из смеси их с растительными волокнами.
При использовании синтетических волокон, например винола, капрона, нитрона, лавсана, связь между волокнами осуществляют либо введением соответствующих связующих (синтетических смол, латексов и пр.), либо введением в композицию бумаги в качестве добавки к термостойким волокнам Некоторого количества более легкоплавких волокон (например, волокон поливинилового спирта), которые плавятся в процессе сушки бумаги или при горячем каландрировании, связывая при этом между собой тугоплавкие волокна.
Выпускаемая в настоящее время синтетическая бумага подразделяется на две основные группы;
бумага из синтетических волокон
на основе пластической пленки.
К волокнам неорганического происхождения относятся волокна стеклянные, базальтовые, асбестовые, металлические. Их используют для изготовления электро- и теплоизоляционных, фильтрующих, биостойких материалов и материалов, стойких к химическим воздействиям.
4. ОБЩАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА БУМАГИ
Несмотря на обилие выпускаемых видов бумаги и разнообразие ее свойств технологическая схема изготовления бумаги может быть представлена обобщенной в самом упрощенном виде.
Лишь ограниченное количество специальных видов бумаги в относительно малом количестве производится сухим способом. При этом способе формование (образование) бумажного полотна осуществляется не из водной суспензии, а из воздушного потока с последующим склеиванием волокон.
Согласно общей технологической схеме исходные волокнистые материалы в водной среде подвергаются размолу и, если их несколько, смешению в необходимом соотношении.
В размолотую бумажную массу в зависимости от назначения бумаги вводят минеральные наполнители, проклеивающие и окрашивающие вещества. Бумажная масса с отрегулированной, концентрацией аккумулируется в метальном бассейне. Далее осуществляют дозированное разбавление бумажной массы оборотной водой, т. е. водой, возвращаемой в технологический процесс и взятой из-под сетки, на которой осуществлялось обезвоживание и формование бумажного полотна. Такое использование оборотной воды позволяет снизить расход свежей воды, а также уменьшить потери в сток (промои) волокон и наполнителей, так как оборотная вода содержит некоторое количество мелких волокон и частиц наполнителя, прошедших с водой через сетку.
Разбавленную бумажную массу подвергают очистке от посторонних включений (загрязнений) на очистной аппаратуре, после чего она поступает на бумагоделательную машину. Здесь происходит формование бумажного полотна, сопровождаемое его обезвоживанием на сетке, прессование, сушка, охлаждение полотна, увлажнение перед машинным каландрированием и намотка в рулон на накате. Если требуется повышенное уплотнение структуры бумаги (например, для конденсаторной бумаги), увеличение ее прозрачности (чертежная калька), повышение гладкости или лоска (блеска) поверхности (некоторые виды бумаги для печати, мелованная бумага), то бумагу после дополнительного увлажнения пропускают через суперкаландр.
Готовую бумагу разрезают на рулоны или листы. Последние считают и упаковывают. Рулоны также упаковывают и отправляют на склад. Некоторые виды бумаги (конденсаторная, мундштучная, для телеграфной и кассовой лент и др.) разрезают на узкие ленты и наматывают в бобины (узкие рулончики).
Избыток оборотной воды направляют в улавливающую аппаратуру, откуда уловленные волокна используются в производстве, а осветленная вода идет в сток. Бумажный брак с бумагоделательной машины, суперкаландра, станков, разрезающих бумагу, ее перематывающих и упаковывающих, идет на переработку и в виде волокнистой массы используется для изготовления бумаги.
Общая схема изготовления бумаги уточняется в зависимости от ее вида (рис. 2). При этом устанавливается композиция бумаги, вид используемого оборудования, количество ступеней размола и очистки массы и другие специфические для данного вида бумаги особенности производства (наличие или отсутствие наполнения, проклейки, окраски, поверхностного покрытия и пр.). По уточненной схеме производства с учетом заданной производительности бумагоделательной машины и, пользуясь данными концентрации бумажной массы и влажности (сухости) бумаги по стадиям технологического процесса, составляют балансы воды, волокон и наполнителя (если он в данной бумаге присутствует). Полученные при этом данные являются отправными для выполнения всех основных технологических расчетов оборудования и определения технико-экономических показателей: удельного расхода волокнистых материалов, наполнителя, химикатов и воды, промоев волокон и наполнителей.
5. ПРОИЗВОДСТВО ЛИСТОВОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ И ПЕРЕРАБОТКА: ТОВАРНАЯ ЦЕЛЛЮЛОЗА, БУМАГА, КАРТОН
Конечный продукт целлюлозно-бумажных комбинатов зависит от процессов производства волокнистой массы и может включать в себя товарную целлюлозу и различные виды бумажных или картонных изделий. Например, относительно слабая древесная масса перерабатывается в изделия однократного использования, такие, как газеты и салфетки. Крафт-целлюлоза перерабатывается в бумажные изделия многократного использования, такие, как высококачественная писчая бумага, книги и бумажные пакеты для бакалейных товаров. Сульфитная масса, которая является в основном целлюлозой, может использоваться в ряде различных конечных продуктов, включая специальную бумагу, вискозное волокно, фотопленку, тринитротолуол, пластик, адгезивы и даже смеси в производстве мороженого и тортов. Химико-механические древесные массы исключительно жесткие, идеальны для конструкционной опоры, необходимой для гофрированного тарного картона. Волокна в массе из вторичной бумаги обычно короче, менее гибкие и менее водопроницаемы и потому не могут использоваться для высококачественных бумажных изделий. Поэтому вторичная бумага в основном используется для производства мягких бумажных изделий, например, тонкой папиросной бумаги, туалетной бумаги, бумажных полотенец и салфеток. Для производства товарной целлюлозы гидросмесь бумажной массы обычно просеивают еще раз и выравнивают консистенцию (на 4-10%), прежде, чем она будет готова для протирочной машины. Бумажная масса затем размазывается по передвижному металлическому ситу или пластиковой сетке (известной как "проволока") с "мокрого края" протирочной машины, где оператор управляет скоростью движущейся сетки и содержанием воды в массе. Вода и фильтрат протягиваются сквозь проволоку, оставляя паутину волокон. Лист целлюлозы протягивается через ряд вращающихся валиков ("прессов"), которые выжимают воду и воздух, пока консистенция волокон не становится 40-45%. Наконец, сплошной лист целлюлозы разрезается на части и увязывается в кипы. Кипы целлюлозы сжимаются, обертываются и укладываются в пакеты для хранения и транспортировки. Хотя производство бумаги в принципе похоже на производство листовой целлюлозы, оно значительно сложнее. Некоторые заводы используют ряд различных целлюлозных масс, чтобы оптимизировать качество бумаги (например, смесь твердой древесины, мягкой древесины, крафт-целлюлозы, сульфитной, механической или вторичной целлюлозы). В зависимости от типа используемой целлюлозы, необходимо пройти ряд этапов, прежде чем приступить к изготовлению бумажного листа. В большинстве случаев высушенная товарная целлюлоза обезвоживается, а целлюлоза повышенной консистенции со склада разжижается. Волокна целлюлозы могут рафинироваться, чтобы увеличить площадь связей между волокнами и тем самым повысить прочность бумажного листа. Целлюлоза затем смешивается с добавками "мокрого края" (таблица 1) и проходит через последний комплекс сит и фильтров. Теперь целлюлоза готова для бумагоделательной машины.
Таблица
1
Добавки для производства бумаги
| Добавка | Место применения | Цель и/или примеры специальных добавок Наиболее часто используемые добавки Тальк Мокрый край Контроль дегтя (предотвращает отложение и накопление дегтя) Наполнитель (высветляет, придает гладкость, непрозрачность)Двуокись титана Мокрый край Пигмент (высветляет лист, улучшает качество печати) Наполнитель (высветляет, придает гладкость, непрозрачность)"Квасцы" Мокрый край Осаждает канифольный клей на волокнах. Способствует удержанию (фиксирует добавки на волокнах, улучшает удержание волокон целлюлозы)Канифоль Мокрый край Внутренняя проклейка (препятствует проникновению влаги)Глина (каолин)Мокрый/сухой край Наполнитель (высветляет, придает гладкость, непрозрачность) Пигментное или поверхностное покрытие (придает цвет)Крахмал Мокрый/сухой край Проклейка поверхности (препятствует проникновению влаги) Сухая упрочняющая добавка (увеличивает прочность, уменьшает поверхностный пух) Способствует удержанию (связывает добавки с бумагой, улучшает удержание волокон целлюлозы)Красители и пигменты Мокрый/сухой край Например, кислотные, основные или прямые красители, красочные лаки, CaCO3, могут также включать транспортные растворы Латекс Сухой край Клей (усиливает лист, связывает добавки с бумагой, заполняет поры) Придает водонепроницаемость (препятствует проникновению влаги)Другие добавки Поглотители шлама Мокрый край Например, тион, тиазол, тиоцианат, гиокарбамат, тиол, изотиазолин, формальдегид, глутаральдегид, гликоль, нафтол, хлор- и бромсодержащие органические вещества, органические ртутные соединения Пеноудалители Мокрый край Например, хвойное масло (скипидар), топливное масло, переработанные масла, силикон, спирты Добавки для обработки проволоки Мокрый край Например, имидазол, бутилдигликоль, ацетон, скипидар, фосфорная кислота Упрочняющие влажные и сухие добавки Мокрый край Например, смолы формальдегидные, эпихлорогидрин, глиоксаль, смолы (гумми), полиамины, фенольные, полиакриламиды, полиамиды, производные целлюлозы Покрытия, клеи и пластификаторы Сухой край Например, гидроксид алюминия, поливинилацетат, акриловые, льняное масло, смолы (гумми), протеиновые клеи, восковые эмульсии, азин, глиоксаль, стеараты, растворители, полиэтилен, производные целлюлозы, фольга, производные резины, полиамины, полиэфиры, бутадиен-стирен-полимеры ДругиеМокрый/сухой край Ингибиторы коррозии, диспергаторы, жароустойчивые, антиосмоляющие добавки, дефлокуланты, контролирующие рН-уровень, консерванты Разделитель потока и направляющий блок распределяют тонкую суспензию (1-3%) рафинированной целлюлозы по движущейся сетке (подобно протирочной машине, только при гораздо большей скорости, иногда выше 55 км/ч), которая придает волокнам форму тонкого валяного листа. Этот лист движется сквозь ряд прессующих вальцов к сушилке, где несколько обогреваемых паром цилиндров испаряют большую часть оставшейся воды. Водородные связи между волокнами на этом этапе полностью развернуты. Наконец, бумага каландрируется и сматывается в рулоны. Каландрирование - это процесс, при котором поверхность бумаги разглаживается и ее толщина уменьшается. Высушенный, каландрированный бумажный лист наматывается на катушку, этикетируется и отправляется на склад (рис.4); обратите внимание на бумажные отходы под катушкой и незакрытый пульт управления оператора). Добавки "сухого края" могут вводиться в бумагоделательную машину перед каландрированием или как отдельная "внемашинная" операция по покрытию в перерабатывающем секторе этой отрасли.
В бумажном производстве используется ряд химикатов для придания особых поверхностных характеристик бумаге и качества бумажному листу. Наиболее широко используемые добавки (таблица 1) обычно используются в сотых долях, хотя некоторые, такие как глина и тальк могут составлять до 40% сухого веса некоторых сортов бумаги. Таблица 1 также показывает разнообразие химических добавок, которые могут использоваться для особых производственных целей и изделий; некоторые из них используются в очень низких концентрациях (например, шламообразующие добавки-слимициды - добавляются к производственной воде в миллионных долях). Процесс изготовления картона похож на производство целлюлозы или бумаги. Суспензия из целлюлозы и воды наносится на движущуюся сетку, вода удаляется, а лист высушивается и хранится в рулоне. Этот процесс отличается по способам формирования толщины листа, по комбинациям множественных слоев, а также по способам сушки. Картон может изготавливаться из однослойных или многослойных листов с сердцевиной или без нее. Листы обычно состоят из высококачественной крафт-целлюлозы (или крафт-целлюлозы и смеси СТМР), а сердцевина делается либо из смеси полухимической и дешевой вторичной целлюлозы, либо из полностью вторичной целлюлозы и других отходов. Покрытие, паронепроницаемые перегородки и множественные слои добавляются в соответствии с конечной целью использования для защиты содержимого от воды и физического повреждения. Список литературы
|
Рис.
4 "Сухой край" бумагоделательной машины: показан полный рулон бумаги и оператор, использующий пневматический дисковый нож для обрезки
