Suroviny a přísady pro výrobu papíru

Proces výroby papíru

Proces výroby papíru se skládá z několika fází. V první fázi dochází k fragmentaci a čištění buničiny, která může být primárního původu (dřevo) nebo sekundárního (odpadový papír). Hlavním zdrojem celulózových vláken je dřevo získané v pilách v několika formách, např. jako polena, dřevěné štěpky nebo piliny.

V další fázi vláknitý materiál prochází dalším zpracováním, kde se přeměňuje na buničinu, která se dále zpracovává na papír. Výroba buničiny může probíhat mechanickými nebo chemickými metodami. V procesu chemického rozvlákňování se obvykle používá alkálie (např. hydroxid sodný ve formě louhu nebo hydroxid sodný ) k odstranění ligninu, který váže vlákna.

Zásadní je také použití odpěňovačů v každé fázi výroby papíru. Odpěňovací látky se používají ve výrobním procesu všech typů papírenských výrobků. Pěna vzniká smícháním plynů s celulózovou buničinou a je v ní zadržována díky přítomnosti povrchově aktivních látek. Produkty z nabídky skupiny PCC lze úspěšně použít k odstraňování pěny vznikající v dalších fázích výroby papíru. Patří mezi ně blokové kopolymery EO/PO ( ROKAmer ) a řada alkoxylovaných mastných alkoholů ( ROKAnol LP ). Jejich vysoká účinnost při odstraňování pěny a v prevenci její tvorby umožňuje zlepšení efektivity následných technologických kroků.

Chemické metody rozvlákňování

Procesy chemického rozvlákňování spočívají především v použití různých chemických činidel a tepla ke změkčení ligninu. V důsledku toho se lignin rozpustí a poté mechanicky rafinuje, aby se oddělila vlákna. V praxi se používají dva různé procesy chemického rozvlákňování.

Prvním z nich je proces kraftové výroby buničiny , známý také jako sulfátový proces. V současné době je dominantní technologií – přibližně 80 %světové produkce buničiny se zpracovává touto metodou. Kraftová výroba se stala nejčastěji používanou metodou z několika důvodů. Vlákna zpracovaná sulfátem mají lepší trvanlivost ve srovnání s vlákny získanými jinými dostupnými technologiemi. Kromě toho je lze použít pro všechny druhy dřeva a samotný proces umožňuje efektivní regeneraci použitých chemických surovin.

Kraftový proces spočívá v kombinaci dřevní štěpky s bílým louhem (vodným roztokem hydroxidu sodného a sirníku sodného). Za podmínek zvýšeného tlaku a teploty tento roztok rozpouští lignin a uvolňuje celulózová vlákna. Po dokončení digesční reakce se získá černý louh a celulózová drť. Louh obsahuje rozpuštěné organické látky, které se regenerují a lze je znovu použít v chemickém procesu. Lignin se z hmoty odstraňuje procesem kyslíkové delignifikace (za přítomnosti kyslíku a hydroxidu sodného). Takto získaný materiál se bělí, aby se dosáhlo vhodných vlastností, jako je pevnost, bělost a čistota konečného produktu.

Druhým procesem chemického rozkladu je sulfitový proces . Spočívá v použití vodného roztoku oxidu siřičitého za přítomnosti alkálií (např. vápníku, hořčíku, sodíku a amoniaku). Produkty získané tímto procesem jsou lehčí a snadněji se bělí, nicméně mají mnohem nižší pevnost ve srovnání s častěji používaným sulfátovým rozvlákňováním. Sulfitový proces také vyžaduje pečlivý výběr dřevní suroviny – tato metoda je netolerantní například pro borovicové dřevo. Sulfitový proces je ve srovnání s kraftovým rozvlákňováním účinnější, produkuje méně nepříjemných plynů a také umožňuje získat velmi lehkou buničinu, která se snadno vyluhuje. Bohužel kvůli nižší kvalitě vláken, vyšší spotřebě energie a nízké návratnosti chemických surovin použitých v procesu byla sulfitová technologie nahrazena kraftovým procesem.

Mechanické metody rozvlákňování

Mechanické rozvlákňování poskytuje velmi vysoký výtěžek buničiny ze dřeva. Hlavní procesy používané v průmyslovém měřítku jsou proces rozvlákňování kamenné dřevní hmoty (SGW), termomechanické rozvlákňování (TMP) a chemotermomechanické rozvlákňování (CTMP).

Dřevní buničina se získává procesem broušení dřeva na kameni za atmosférického tlaku. Dřevo (z něhož byla předem odstraněna kůra) se rozdrtí pomocí kamene a poté se promyje vodou. Připravená hmota se suší v hydrocyklonech, odkud se přepravuje do zhutňovače. V další fázi se hustá dřevní hmota přepravuje do kádě a cirkulující voda (filtrát) se recykluje zpět do celulózky. Během výroby buničiny ze zpracovaného dřeva se uvolňují pryskyřičné látky, které se snadno shlukují a vytvářejí usazeniny na mlýnku nebo vnitřních stěnách potrubí. Často způsobují znečištění povrchu kamene, což zhoršuje jeho abrazivní vlastnosti. K odstranění těchto tzv. „problémů s pryskyřicí“ se používají různé chemické prostředky. Nejčastěji používaným prostředkem pro tento účel jsou dispergační činidla, která jsou určena k rozptýlení vzniklých usazenin a usnadnění jejich následného odstranění. Produkty řady ROKAcet a ROKAfenol jsou vynikající dispergační činidla určená pro celulózový a papírenský průmysl. Kromě dispergačních schopností mohou tyto produkty působit jako čisticí prostředky, emulgátory a antistatické látky. ROKAfenoly jsou ideální pro emulgaci a odstraňování skvrn z papíroviny a celulózy. ROKAcet R40W je produkt se změkčovacími vlastnostmi, který lze použít v textilním, kožedělném a papírenském průmyslu.

Vylepšením metody SGW je termomechanické rozvlákňování (TMP). V procesu TMP se dřevěné štěpky nejprve propírají, aby se odstranil písek, kameny a další tvrdé nečistoty, poté se zahřívají párou za zvýšeného tlaku a dále se rozvlákňují v kotoučovém mlýně. V další fázi se hmota přepravuje do kádě, kde dochází k narovnání a odstranění deformace vláken. Nakonec je směrována do skladovací nádrže. Aby se snížilo množství škodlivých pryskyřic vznikajících v procesu TMP, používají se podobné chemikálie jako v procesu SGW. Takto vytvořená hmota se nejčastěji používá k výrobě novinového papíru.

Proces CTMP kombinuje proces TMP s chemickou impregnací štěpek. V první fázi se štěpky promyjí, prosejí a poté impregnují. V závislosti na druhu dřeva se používají vhodné chemické roztoky. Pro měkké dřevo se obvykle používá síran sodný, zatímco pro tvrdé dřevo se obvykle volí alkalické peroxidy. Po dokončení impregnace se štěpky zahřejí a smíchají s vodou, čímž se uvolní ligninové vazby a uvolní vlákna. Proces CTMP umožňuje získat čistou buničinu s dostatečnou pevností a vhodnými optickými vlastnostmi. CTMP se používá hlavně k výrobě vláknitých složek papírenské buničiny, které lze použít k výrobě tiskařských a hygienických papírů.

Flotace a bělení

Další fází zpracování buničiny je odbarvování v kombinaci s mechanickým odstraněním nečistot. Při výrobě papíru je nejdůležitějším parametrem barva (v případě tiskového papíru bělost). Z tohoto důvodu musí být recyklovaný papír důkladně očištěn od tiskové barvy. Základní podmínkou pro její odstranění je uvolnění částic barvy z vláken a jejich udržení v dispergovaném stavu. Jemně rozptýlené částice barvy se poté oddělí od suspenze vláken. To se obvykle provádí na základě rozdílů ve fyzikálních vlastnostech materiálů, jako je měrná hmotnost nežádoucích látek ve srovnání s vlákny a vodou. Vzhledem k tomu, že větší nečistoty, jako jsou kovové částice (sponky), kameny a písek, jsou již ve fázi odstraňování vláken odstraněny, se v souvislosti s jemnými nečistotami velmi často používají flotační procesy.

Častým doplňkovým procesem je bělení, které se používá u produktů vyžadujících vysokou čistotu, kde žloutnutí není žádoucí (např. papíry pro psaní a tisk). Chlornan sodný je velmi oblíbená látka používaná k bělení. Lze jej také použít k výrobě karboxymethylcelulózy (CMC) z pilin. V tomto procesu se používá také roztok hydroxidu sodného akyselina chloroctová (MCAA) . Bělení zahrnuje použití vhodných chemikálií, které se přidávají přímo do dispergačního činidla pro zvýšení bělosti hmoty. Druh použitých vláken a požadované konečné vlastnosti produktu mají velký vliv na stupeň bělení buničiny. Hmoty obsahující materiály s vysokou hustotou se obtížně bělí a vyžadují vysoké dávky chemikálií. Odpadní vody z bělicích zařízení před recyklací vyžadují řadu chemických činidel, která mají snížit jejich pěnivost, korozivní účinnost nebo snížit schopnost tvorby vodního kamene. Produkty skupiny PCC, jako jsou ROKAmery , jsou ideální pro použití v procesech, kde dochází k pěnění odpadních a technologických vod. Produkty ROKAmer jsou blokové kopolymery ethylenoxidu a propylenu. Tyto produkty snižují povrchové napětí mezi kapalinou a vzduchem a zároveň zlepšují „odvádění“ pěny, což ve výsledku vede k jejímu snížení.

Konečné zpracování papírové buničiny

Po rozpouštění, flotaci a bělení se hotová celulózová drť zpracovává na papírenskou drť, která se následně používá k výrobě papíru. Tento proces zahrnuje několik fází:

1. míchání celulózové drti,
2. tvorba disperze buničiny ve vodě,
3. rafinace,
4. zavedení potřebných doplňků.

Přísady se používají k výrobě papírových výrobků se speciálními vlastnostmi (tzv. speciální papíry) nebo ke zlepšení procesu výroby papíru. Nejoblíbenější přísady jsou:

1. pryskyřice a vosky pro hydrofobizaci,
2. plniva, jako jsou např. jíly, mastek a oxid křemičitý,
3. anorganická a organická barviva,
4. anorganické sloučeniny zlepšující strukturu, hustotu, jas a kvalitu tisku (např. oxid titaničitý, síran vápenatý a sulfid zinečnatý),
5. e) emulgátory a čisticí prostředky. Skupina PCC nabízí řadu produktů ROKAcet , které mohou plnit obě funkce. Díky své struktuře je lze použít i v papírenském průmyslu jako nízkopěnivé a změkčovadla.

V závěrečné fázi se hmota zpracovává pomocí speciálních strojů na papírový výrobek. Po dokončení procesu se papír sroluje, aby byl chráněn před poškozením a znečištěním. Pro balení papíru se nejčastěji používá PE-papírová laminace. Takové balení poskytuje dobrou ochranu před mechanickým poškozením, prachem a vlhkostí. Velkou výhodou tohoto typu balení je také to, že je plně recyklovatelný.