Tselluloosi ja paberi tootmisprotsess

Kas olete kunagi mõelnud, kuidas igapäevast paberit valmistatakse? Tselluloosi ja paberi tootmisprotsess on põnev segu teadusest, masinatest ja sajandeid vanadest teadmistest, mis muudab puidu ja taaskasutatud materjalidest kõike alates sülearvutitest kuni pakenditeni.

Sellest postitusest saate teada, mis tselluloosi- ja paberitootmine tegelikult on, miks see on tänapäeva maailmas oluline ja kuidas see on aja jooksul arenenud. Juhendame teid läbi iga etapi – alates tooraine ettevalmistamisest ja paberimassi valmistamisest kuni lehtede valmistamise ja viimistlemiseni. Olenemata sellest, kas olete uudishimulik õpilane või soovite lihtsalt aru saada, mis paberi valmistamisega kaasneb, on see juhend teie jaoks.

Mis on Pulp? Tooraine mõistmine

Tselluloos on kõigi paberitoodete lähtepunkt. See on märg kiuline segu, mis on valmistatud taimsete materjalide, näiteks puidu või ringlussevõetud paberi lagunemisest. Pärast eraldamist saab kiududest moodustada õhukesed lehed – see on paber. Kuid mitte kogu paberimass ei ole valmistatud ühtemoodi. Teeme lahti kasutatavate kiudude tüübid ja miks on tselluloos selles protsessis tõeline kangelane.

Paberitööstuses kasutatavate kiudude tüübid

Puidukiud: okaspuu vs lehtpuu

• Okaspuidu kiud (nagu mänd või kuusk) on pikemad ja paindlikumad. See muudab paberi tugevamaks ja vastupidavamaks.

• Lehtpuidu kiud (näiteks kask või eukalüpt) on lühemad ja siledamad. Need aitavad luua peene ja ühtlase pinna – ideaalne printimiseks.

Tüüp	Kiu pikkus	Paberi tugevus	Üldkasutatav
Okaspuu	Pikk	Kõrge	Pakend, papp
Lehtpuu	Lühike	Madalam	Trükipaber, salvrätid

Mittepuitkiud

• Nende hulka kuuluvad bagasse suhkruroo jääk), linapuuvill , kanep ja . ( Neid kasutatakse sageli spetsiaalsetes paberites või seal, kus eelistatakse puuvabasid allikaid.

• Bagasse on kerge ja seda leidub tavaliselt toidupakendites. Puuvillast saab pehmet ja kvaliteetset paberit, nagu valuuta- või kunstipaberit.

Taaskasutatud kiud

• Taaskasutatud paber puhastatakse, paberimassi tehakse ja taaskasutatakse. Kuigi see on lühem ja nõrgem kui esmased kiud, on see siiski kasulik.

• Paberi vastupidavuse ja tekstuuri suurendamiseks segatakse need sageli tugevamate kiududega.

Miks on tselluloos paberitootmise võtmeks?

Tselluloosi roll

Tselluloos on kõigi taimsete kiudude põhimaterjal. See on sitke, painduv ja haakub hästi teiste kiududega. Just see muudab selle ideaalseks koos hoidva lehe moodustamiseks.

Ligniin ja hemitselluloos: tugivalandid

• Ligniin toimib puidus nagu liim. See hoiab kiude tihedalt kinni, kuid see tuleb eemaldada, vastasel juhul muutub paber kollaseks ja rabedaks.

• Hemitselluloos aitab kiudude vahel siduda. Kuigi see on pehmem kui tselluloos, toetab see paindlikkust ja lehtede moodustumist.

  
  

Tselluloosi ja paberi tootmisprotsessi samm-sammuline ülevaade

Teekond töötlemata palkidest valmis paberileheni hõlmab mitut sammu. Iga faas muudab taimekiud hoolikalt tugevateks prinditavateks lehtedeks. See osa juhatab teid läbi põhitootmise etapid, tuues esile nii traditsioonilised kui ka kaasaegsed tselluloosi- ja paberitehastes tänapäeval kasutatavad tehnikad.

1. Tooraine ettevalmistamine

Koorimise ja hakkimise protsess

Palgid läbivad esmalt suured koorimistrumlid, mis eemaldavad koore trummeldades ja vett pritsides. Puhtad palgid liiguvad seejärel kiiretesse hakkimismasinatesse, mis lõikavad need väikesteks ühtlasteks laastudeks, et saada ühtlane tselluloosimass.

Puiduhake peab olema väike ja ühtlane, et tagada tõhus keetmine ja ühtlane kiudude eraldamine tselluloosi valmistamise ajal.

Puidu hankimine

• Palgid korjatakse tavaliselt majandatavatest metsadest või saadakse jääkidena saeveskitest ja puidutöötlemisettevõtetest.

• Metsajäätmed, nagu oksad või lõiked, hakitakse ka ja neid kasutatakse kulutõhusa kiuallikana.

Materjaliallika	eelised
Saeveski jäägid	Soodne, vähendab puidujäätmeid, juba kooritud
Majandatud metsapalgid	Tugevad värsked kiud, eriti jõupaberi jaoks
Raiejäägid	Kasutab madala kvaliteediga puitu ja vähendab kõrvaldamist

2. Pulping protsess

Mehaaniline pulpimine

• Kivipuit (SGW): palgid surutakse vastu massiivseid lihvketasid, et eraldada kiud minimaalse keemilise kasutusega.

• Refiner Mechanical Pulping (RMP): puiduhake purustatakse rafineerimisseadmetes, kasutades pöörlevaid metallkettaid kõrge rõhu all.

• Termomehaaniline pulping (TMP): auruga eeltöötleb laastu enne rafineerimist, parandades heledust ja kiudude paindlikkust.

Mehaaniline tselluloos säilitab suurema osa puidu struktuurist, kuid see toob kaasa väiksema tugevuse ja tumedama paberi ilma tugeva pleegitamiseta.

Keemiline pulpimine

• Kraftprotsess: ligniini lahustamiseks kasutatakse tugevat aluselist lahust, hoides samal ajal tselluloosikiud puutumatuna ja tugevana.

• Sulfitprotsess: happepõhine meetod, mis on parem eripaberite jaoks, kuid annab jõupaberiga võrreldes nõrgema paberimassi.

Poolkeemiline pulping

• Laastud keedetakse kergelt kemikaalides, seejärel rafineeritakse mehaaniliselt – see sobib suurepäraselt suure jäikusega toodete, näiteks lainepapist karpide jaoks.

Mehaaniline vs keemiline võrdlus

Iseloomulik	mehaaniline paberimass	Keemiline tselluloos
Kiu tugevus	Madal tänu säilinud ligniinile	Kõrge tänu täielikule ligniini eemaldamisele
Saagikus	Kõrge (90–95%)	Keskmine (45–55%)
Heledus (pärast pleegitamist)	Keskmine	Kõrge
Tüüpilised kasutusalad	Kataloogid, ajalehepaber, flaierid	Kontoripaber, pakend

3. Tselluloosi puhastamine ja sõelumine

• Pärast paberimassi valmistamist tuleb eraldada praht, nagu sõlmed, koor ja liiv, et vältida seadme kahjustamist ja paberi halba kvaliteeti.

• Tsentrifugaalpuhastid tsentrifuugivad paberimassi läga suurel kiirusel, et eemaldada tihedad saasteained, nagu kruus ja metallikillud.

Puhas paberimass tagab ühtlase lehtede moodustumise ja väldib paberi purunemist, mis on põhjustatud järelejäänud kõvadest osakestest või puidutükkidest.

4. Pleegitamisprotsess

Pleegitamine muudab paberimassi heledamaks ja parandab lõpliku paberi välimust. Keemiline tselluloos vajab sügavamat pleegitamist kui mehaaniline tselluloos.

• Miks pleegitada? Pleegitamata paberimass annab tumedat paberit, mille värvus muutub kergesti, eriti valguse käes või aja jooksul.

• Levinud ained: Vesinikperoksiid on õrn, kloordioksiid on väga tõhus ja osoon toimib kiiresti, kuid on kallis.

• Erinevad lähenemisviisid: mehaaniline tselluloos on saagise säilitamiseks kergelt pleegitatud; keemiline paberimass on valgeks muutmiseks täielikult pleegitatud.

Pleegitusaine	efektiivsuse	hind on	parim
Vesinikperoksiid	Mõõdukas	Madal	Taaskasutatud või mehaaniline tselluloos
Kloordioksiid	Kõrge	Mõõdukas	Kraft- ja sulfittselluloos
Osoon	Väga kõrge	Kõrge	Suure heledusega eripaberid

---

5. Rafineerimine ja peksmine

Rafineerimise eesmärk

Rafineerimine valmistab kiud paremini nakkumiseks ette, karestades pindu ning muutes need paindlikumaks ja haakuvamaks.

• Hästi rafineeritud kiud loovad tugevama paberi, moodustades lehtede moodustamise ajal tihedamad ja vastupidavamad sidemed.

Rafineerimisseadmed

• Ketasrafineerijad: suure kiirusega pöörlevad kettad jahvatavad paberimassi harjaliste metallplaatide vahel, reguleerides kiu kuju ja pikkust.

• Koonilised rafineerijad: kasutage tselluloosi viilutamiseks ja ühtlasemateks kiududeks kokkupressimiseks surve- ja koonusekujulisi kambreid.

Mõju kiudude sidumisele

• Liigne rafineerimine lõikab kiud liiga lühikeseks, nõrgendades lehte, samas kui alarafineerimise tulemuseks on halb kiudude sidumine ja kare tekstuur.

Õige rafineerimine parandab paberi siledust, tõmbetugevust ja prinditavust, muutmata seda rabedaks või ebaühtlaseks.

6. Paberi valmistamise protsess

Lehe moodustamine

• Vesine paberimassi segu jaotatakse peakastist liikuvale traatvõrgule . paberilehe moodustamiseks ühtlaselt

• Gravitatsioon ja imemine eemaldavad suurema osa veest, jättes maha pressimiseks valmis märja kiudmati.

Vajutades

• Märg matt läbib vildisse mähitud raskeid rullikuid, et pigistada välja rohkem vett ja tihendada kiud kokku.

• See parandab lehe tugevust ja valmistab lina ette kiiremaks kuivamiseks ilma kiu sidemeid kahjustamata.

Kuivatamine

• Mitmed kuumutatud silindrid aurustavad niiskuse jäägid, vähendades lõpptoote veesisaldust umbes 5%-ni.

Lava	veesisaldus (%)
Pärast vormimist	~99%
Pärast vajutamist	~50–60%
Pärast kuivatamist	~4–6%

7. Viimistlemine ja ümbertegemine

• Kalandrimine: paber liigub siledate, kuumutatud rullide vahel, et tasandada selle pind ja vähendada paksuse erinevusi.

• Katmine ja suuruse määramine: prindikvaliteedi ja tindikindluse parandamiseks võib pindu töödelda tärklise, savi või lateksiga.

• Lõikamine ja pakendamine: pidev paberirull viilutatakse hallatavateks suurusteks või lehtedeks, seejärel pakitakse kohaletoimetamiseks.

Viimased viimistlusetapid määravad paberi tekstuuri, kaalu, läike ja jõudluse printimisel või voltimisel.

Paberi tootmisprotsessis kasutatavad võtmemasinad

Paberi tootmine sõltub masinate koordineeritud süsteemist. Igaüks neist tegeleb konkreetse tööga töötlemata puidust valmispaberiks muutmisel. Alates koore eemaldamisest kuni lõpliku lehe silumiseni töötavad need masinad järjestikku, et tagada iga lehe vastavus kvaliteedistandarditele. Uurime kogu protsessi käigus kasutatavaid olulisi masinaid.

Debarker

Koorija eemaldab palkidelt koore enne, kui need hakitakse. See samm on oluline, kuna koor võib põhjustada saastumist ja kahjustada allavoolu masinaid. Koorimismasinas pöörlevad palgid suurtes trumlites, samal ajal kui veejoad aitavad koort lahti saada ja koorida. Pärast puhastamist on palgid hakkurisse sisenemiseks valmis.

Hakkur

Hakkur lõikab kooritud palgid väikesteks ühtlaseks puiduhakkeks, mida on lihtsam töödelda. See kasutab palkide kiireks ja tõhusaks viilutamiseks teravaid pöörlevaid lõiketerasid. Laastud peavad olema ühtlase suurusega, et need keeksid keedukambrites ühtlaselt või peeneks mehaanilistes protsessides. Ebaühtlased laastud võivad põhjustada tselluloosi halva kvaliteedi.

Seedija

Kääriti on keemilise tselluloosi valmistamisel kesksel kohal. See küpsetab puiduhakke kuumuse ja kemikaalidega, et lagundada ligniini, vabastades tselluloosikiud. Seedijaid on kahel kujul: partii ja pidev. Kui perioodilised keetjad käitlevad korraga ühte laadimist, siis pidevkääriti töötab pidevalt, mis on ideaalne tugeva jõumassi tootmiseks suurtes kogustes.

Pulber

Pulber loob lobri, segades toorkiud või taaskasutatud paber veega. Labad või rootorid segavad segu, purustades materjalid eraldi kiududeks. See on võtmeseade nii värske puidumassi kui ka ringlussevõtu jaoks. Taaskasutatud paberi puhul sisaldab paberimass sageli tindi eemaldamise etappe, mis aitavad kasutatud paberit enne rafineerimist puhastada.

Rafineerija

Rafineerija muudab kiudude kuju ja pinna tekstuuri, aidates neil paberi valmistamise ajal tihedamalt siduda. See kasutab pöörlevaid kettaid või koonuseid kiudude õrnaks lõikamiseks ja fibrilleerimiseks. Rafineerimistase mõjutab otseselt paberi kvaliteeti, alates selle tugevusest kuni prindimise tasemeni. Liigne rafineerimine võib kahjustada kiude ja nõrgendada lõpptoodet.

Fourdrinieri masin

Fourdrinieri masin moodustab paberilehe, jaotades paberimassi liikuvale võrgutraadile. Kiudmati moodustumisel voolab vesi läbi võrgu. Võre all olevad vaakumkastid aitavad eemaldada rohkem vett. Selles jaotises määratakse lehtede ühtlus ja kiudude jaotus, mis on kriitilise tähtsusega siledate ja ühtlaste paberirullide või lehtede valmistamiseks.

Kuivatid ja kalandrid

Pärast pressimist liigub niiske paber läbi suurte auruküttega kuivatite. Need silindrid eemaldavad niiskust järk-järgult, kuni leht saavutab soovitud kuivuse. Järgmisena läbib leht kalandreid – siledaid rullikuid, mis seda kokku suruvad ja poleerivad. See samm reguleerib paberi paksust, tekstuuri ja viimistlust olenevalt sellest, kas toode on läikiv, matt või katmata.

Levinud paberitüübid ja nende kasutusalad

Kirjutamis- ja trükipaber

• Kasutatakse raamatute, kontoridokumentide ja professionaalsete paberite jaoks.

• Sile pind tindi hõlpsaks imendumiseks.

• Levinud tüüpide hulka kuuluvad paberpaber ja koopiapaber.

• Sobib printeritele, faksiaparaatidele ja koopiamasinatele.

Pakkepaber

• Kaitseb ja esitleb tooteid saatmise ajal.

• Sisaldab jõupaberit, mis on tuntud tugevuse ja rebenemiskindluse poolest.

• Kasutatakse kastide pakkimiseks, pehmendamiseks ja täitmiseks.

Koe- ja hügieenitooted

• Valmistatud pehmest, imavast materjalist.

• Sisaldab tualettpaberit, paberrätikuid, salvrätikuid ja näorätikuid.

• Loodud olema nahale õrn, pakkudes samal ajal suurt imavust.

Eripaberid (läikiv, matt, kaetud)

• Läikiv: ideaalne fotode printimiseks, erksate värvide ja teravate detailidega.

• Matt: mittepeegeldav pind, sobib suurepäraselt kunstitrükkide ja loetavate dokumentide jaoks.

• Kaetud: kasutatakse kvaliteetsete ajakirjade, brošüüride ja turundusmaterjalide jaoks.

Kvaliteedikontroll paberitootmises

Testitud mehaanilised ja füüsikalised omadused

Tõmbetugevus

Tõmbetugevuskatsed mõõdavad, kui suure jõuga paber suudab enne purunemist hakkama saada. See omadus on oluline paberi puhul, mida kasutatakse toodetes, mis peavad vastu venimisele, näiteks pakend. Suurem tõmbetugevus tagab, et paber talub pinget ilma rebenemiseta.

Rebenemiskindlus

Rebenemiskindluse testid määravad, kui hästi paber surve all vastu peab. See on eriti oluline selliste toodete puhul nagu kotid või ümbrikud, kus paberile võivad mõjuda teravad jõud. Tugev rebenemiskindlus aitab paberil kasutamise ajal terviklikkust säilitada.

Läbipaistmatus ja heledus

Läbipaistmatuse testid mõõdavad, kui palju valgust paberit läbib, samas kui heledus mõõdab, kui palju valgust see peegeldab. Need omadused mõjutavad paberi välimust, eriti printimisel. Suurem läbipaistmatus ja heledus parandavad trükimaterjalide visuaalset atraktiivsust ja selgust.

Sujuvus ja prinditavus

Siledus viitab paberi pinna tekstuurile, mis mõjutab tindi levimist. Siledam paber võimaldab saada selgemaid ja teravamaid väljatrükke, mistõttu on see ideaalne kvaliteetsete prinditavate toodete jaoks. Karedama pinnaga paberid võivad põhjustada probleeme tindi neeldumise ja prindi selgusega.

Testimisseadmed ja mõõtmismeetodid

• Tõmbetugevuse tester : Mõõdab paberi tugevust ja pikenemist enne purunemist.

• Elmendorfi rebenemise tester : hindab paberi rebenemiskindlust kontrollitud tingimustes.

• Läbipaistmatuse ja heleduse mõõturid : visuaalse kvaliteedi tagamiseks mõõtke valguse läbilaskvust ja peegeldust.

• Pinnaprofiilid : kasutatakse paberi sileduse mõõtmiseks, tagades printimise kvaliteedi.

Väljakutsed tselluloosi- ja paberitootmises

Väljakutse	kirjeldus
Kiudude varieeruvus	Kiu kvaliteedi ja koostise erinevused mõjutavad paberi tugevust ja konsistentsi.
Niiskuse ja kuivamise kontroll	Niiskuse taseme juhtimine on kriitiline; liigne niiskus nõrgestab paberit, samas kui ebapiisav niiskus võib põhjustada pragunemist.
Seadmete kulumine ja hooldus	Masinate pidev kasutamine põhjustab kulumist, mis nõuab regulaarset hooldust ja uuendamist, et vältida häireid.
Energia ja vee tarbimine	Suur energia- ja veekasutus on paberitootmisele omane, esitades väljakutseid kulude juhtimise ja jätkusuutlikkuse vallas.

Täiustumis- ja uuendusvõimalused

Taaskasutatud kiudude kasutamine on paberitööstuses kasvav võimalus. Taaskasutatud materjalide kaasamisega saavad tootjad vähendada kulusid ja minimeerida keskkonnamõju. Tehnoloogia edusammud võimaldavad nüüd kvaliteetsemat ringlussevõetud kiudu, muutes need jätkusuutlikumaks võimaluseks paberi tootmiseks, ilma et see kahjustaks tugevust või vastupidavust.

Rafineerimis- ja vormimistehnoloogia areneb jätkuvalt, parandades paberitoodete kvaliteeti. Uued rafineerimistehnikad parandavad kiudude sidumist, mille tulemuseks on tugevam paber. Samal ajal aitavad paremad vormimismeetodid luua sujuvamaid ja ühtlasemaid lehti, vähendades defekte ja parandades toote ühtlust.

Protsessi juhtimise automatiseerimine kujundab ümber paberitootmise. Reaalajas andmeid kasutades võimaldavad automatiseeritud süsteemid tootjatel kohandada tootmisparameetreid, nagu niiskustase ja temperatuur. Selle tulemuseks on parem konsistents, vähem defekte ja parem üldine tõhusus kogu tootmisprotsessis.

Järeldus

Tselluloosi ja paberi tootmisprotsess hõlmab mitut põhietappi, sealhulgas tooraine ettevalmistamist, paberimassi valmistamist, pleegitamist, rafineerimist ja paberi valmistamist. Iga etapp on kvaliteetse paberi ja tõhususe tagamiseks ülioluline. Nende protsesside valdamine on oluline toote järjepidevuse säilitamiseks ja tööstusstandarditele vastamiseks.

Tänu edusammudele, nagu ringlussevõetud kiud ja automatiseerimine, tundub paberitootmise tulevik paljulubav. Need uuendused suurendavad jätkusuutlikkust ja tootmise efektiivsust, pakkudes edasi liikuvale paberitööstusele keskkonnasõbralikumaid ja kuluefektiivsemaid lahendusi.

Korduma kippuvad küsimused (KKK)

Mis vahe on paberimassil ja paberil?

Tselluloos on paberi valmistamiseks kasutatav kiudmaterjal. Paber on valmistoode, mis on valmistatud paberimassi töötlemisel lehtedeks.

Miks kasutatakse paberi valmistamisel nii okas- kui ka lehtpuitu?

Okaspuit pakub tugevuse tagamiseks pikki kiude, lehtpuit aga lühemaid kiude paberi sileduse ja parema prinditavuse tagamiseks.

Kuidas paberimassi pleegitatakse ilma kloori kasutamata?

Tselluloosi saab pleegitada hapniku, vesinikperoksiidi või osooniga, vähendades keskkonnamõju ja vältides klooripõhiseid kemikaale.

Viiteallikad

[1] https://www.pulpandpaper-technology.com/articles/pulp-and-paper-manufacturing-process-in-the-paper-industry

[2] https://extension.okstate.edu/fact-sheets/basics-of-paper-manufacturing.html

[3] https://www.princeton.edu/~ota/disk1/1989/8931/893104.PDF

[4] https://www.deskera.com/blog/paper-manufacturing-process-how-paper-is-made/

[5] https://www.vectorsolutions.com/resources/blogs/papermaking-process/

[6] https://www.draeger.com/Content/Documents/Content/pulp-paper-note-pdf-10780-en-us-2106-3.pdf

[7] https://www.slideshare.net/slideshow/paper-manufacturing-process/79334000

[8] https://www.youtube.com/watch?v=E4C3X26dxbM