Buničina a papier

Proces výroby papiera

Proces výroby papiera pozostáva z niekoľkých fáz. V prvej fáze prebieha fragmentácia a čistenie buničiny, ktorá môže byť primárneho pôvodu (drevo) alebo sekundárneho (odpadový papier). Hlavným zdrojom celulózových vlákien je drevo získané v pílach v rôznych formách, napr. ako polená, drevená štiepka alebo piliny.

V ďalšej fáze sa vláknitý materiál ďalej spracováva, kde sa premieňa na buničinu, ktorá sa následne spracováva na papier. Výroba buničiny sa môže uskutočňovať mechanickými alebo chemickými metódami. V procese chemického rozvlákňovania sa na odstránenie lignínu, ktorý viaže vlákna, zvyčajne používa alkália (napr. hydroxid sodný vo forme lúhu alebo hydroxid sodný ).

Dôležité je aj použitie odpeňovačov v každej fáze výroby papiera. Odpeňovacie látky sa používajú vo výrobnom procese všetkých druhov papierových výrobkov. Pena vzniká zmiešaním plynov s celulózovou buničinou a vďaka prítomnosti povrchovo aktívnych látok sa v nej zadržiava. Produkty z ponuky skupiny PCC možno úspešne použiť na odstraňovanie peny vznikajúcej v ďalších fázach výroby papiera. Patria sem blokové kopolyméry EO/PO ( ROKAmer ) a rad alkoxylovaných mastných alkoholov ( ROKAnol LP ). Ich vysoká účinnosť pri odstraňovaní peny a pri prevencii jej tvorby umožňuje zlepšenie účinnosti následných technologických krokov.

Chemické metódy varenia buničiny

Procesy chemického rozvlákňovania pozostávajú najmä z použitia rôznych chemických činidiel, ako aj tepla na zmäkčenie lignínu. V dôsledku toho sa rozpustí a potom mechanicky rafinuje, aby sa oddelili vlákna. V praxi sa používajú dva rôzne procesy chemického rozvlákňovania.

Prvým z nich je proces kraftovej výroby buničiny , známy aj ako sulfátový proces. V súčasnosti je to dominantná technológia – približne 80 %svetovej produkcie buničiny sa spracováva touto metódou. Kraftová výroba sa stala najbežnejšie používanou metódou z niekoľkých dôvodov. Vlákna spracované sulfátom majú lepšiu odolnosť v porovnaní s vláknami získanými inými dostupnými technológiami. Okrem toho sa dajú použiť na všetky druhy dreva a samotný proces umožňuje efektívne zhodnocovanie použitých chemických surovín.

Kraftový proces spočíva v kombinácii drevnej štiepky s bielym lúhom (vodný roztok hydroxidu sodného a sulfidu sodného). Za podmienok zvýšeného tlaku a teploty tento roztok rozpúšťa lignín a uvoľňuje celulózové vlákna. Po ukončení digesčnej reakcie sa získa čierny lúh a celulózová drť. Lúh obsahuje rozpustené organické látky, ktoré sa regenerujú a môžu sa opäť použiť v chemickom procese. Lignín sa z hmoty odstraňuje v procese kyslíkovej delignifikácie (v prítomnosti kyslíka a hydroxidu sodného). Takto získaný materiál sa bieli, aby sa dosiahli vhodné vlastnosti, ako je pevnosť, belosť a čistota konečného produktu.

Druhým procesom chemického rozkladu je sulfitový proces . Spočíva v použití vodného roztoku oxidu siričitého v prítomnosti alkálií (napr. vápnika, horčíka, sodíka a amónia). Produkty získané týmto procesom sú ľahšie a ľahšie sa bielia, majú však oveľa nižšiu pevnosť v porovnaní s častejšie používaným sulfátovým rozvlákňovaním. Sulfitový proces si tiež vyžaduje starostlivý výber drevnej suroviny – táto metóda je netolerantná napríklad pre borovicové drevo. Sulfitový proces je v porovnaní so sulfátovým rozvlákňovaním efektívnejší, produkuje menej nepríjemných plynov a tiež umožňuje získať veľmi ľahkú buničinu, ktorá sa ľahko vylúhuje. Bohužiaľ, kvôli nižšej kvalite vlákien, vyššej spotrebe energie a nízkej návratnosti chemických surovín použitých v procese bola sulfitová technológia nahradená sulfátovým procesom.

Mechanické metódy rozvlákňovania

Mechanické rozvlákňovanie poskytuje veľmi vysoký výťažok buničiny z dreva. Hlavnými procesmi používanými v priemyselnom meradle sú proces rozvlákňovania kamennej dreviny (SGW), termomechanické rozvlákňovanie (TMP) a chemotermomechanické rozvlákňovanie (CTMP).

Drevná buničina sa získava procesom brúsenia dreva na kameni pri atmosférickom tlaku. Drevo (z ktorého bola predtým odstránená kôra) sa rozdrví pomocou kameňa a potom sa premyje vodou. Pripravená hmota sa suší v hydrocyklónoch, odkiaľ sa prepravuje do zhutňovača. V ďalšej fáze sa hustá drevná hmota prepravuje do nádrže a cirkulujúca voda (filtrát) sa recykluje späť do celulózky. Počas výroby buničiny zo spracovaného dreva sa uvoľňujú živicové látky, ktoré sa ľahko zhlukujú a vytvárajú sedimenty na mlynčeku alebo vnútorných stenách potrubí. Často spôsobujú znečistenie povrchu kameňa, čo zhoršuje jeho abrazívne vlastnosti. Na odstránenie týchto tzv. „problémov so živicou“ sa používajú rôzne chemické činidlá. Najčastejšie používaným činidlom na tento účel sú disperzanty, ktoré sú určené na rozptýlenie vytvorených usadenín a uľahčenie ich následného odstránenia. Produkty radu ROKAcet a ROKAfenol sú vynikajúce disperzanty určené pre celulózový a papierenský priemysel. Okrem disperzných schopností môžu tieto produkty pôsobiť ako čistiace prostriedky, emulgátory a antistatické činidlá. ROKAfenoly sú ideálne na emulgovanie a odstraňovanie škvŕn z papierovej buničiny a celulózy. ROKAcet R40W je produkt so zmäkčujúcimi vlastnosťami, ktorý sa dá použiť v textilnom, kožiarskom a papierenskom priemysle.

Vylepšením metódy SGW je termomechanické rozvlákňovanie (TMP). V procese TMP sa drevná štiepka najprv premyje, aby sa odstránil piesok, kamene a iné tvrdé nečistoty, potom sa zahrieva parou za zvýšeného tlaku a ďalej sa rozvlákňuje v kotúčovom mlyne. V ďalšej fáze sa hmota prepraví do nádrže, kde dochádza k narovnaniu a eliminácii deformácie vlákien. Nakoniec sa smeruje do skladovacej nádrže. Aby sa znížilo množstvo škodlivých živíc tvorených v procese TMP, používajú sa podobné chemikálie ako v procese SGW. Takto vytvorená hmota sa najčastejšie používa na výrobu novinového papiera.

Proces CTMP kombinuje proces TMP s chemickou impregnáciou triesok. V prvej fáze sa triesky premyjú, preosejú a následne impregnujú. V závislosti od druhu dreva sa používajú vhodné chemické roztoky. Pre mäkké drevo sa zvyčajne používa síran sodný, zatiaľ čo pre tvrdé drevo sa zvyčajne volia alkalické peroxidy. Po ukončení impregnačného procesu sa triesky zahrejú a zmiešajú s vodou, čím sa uvoľnia väzby lignínu a vlákna. Proces CTMP umožňuje získať čistú buničinu s dostatočnou pevnosťou a vhodnými optickými vlastnosťami. CTMP sa používa hlavne na výrobu vláknitých zložiek papierovej buničiny, ktoré sa môžu použiť na výrobu tlačiarenských a hygienických papierov.

Flotácia a bielenie

Ďalším krokom spracovania buničiny je odfarbovanie v kombinácii s mechanickým odstránením nečistôt. Pri výrobe papiera je najdôležitejším parametrom farba (v prípade tlačiarenského papiera belosť). Z tohto dôvodu musí byť recyklovaný papier dôkladne očistený od tlačiarenskej farby. Základnou podmienkou jej odstránenia je uvoľnenie častíc farby z vlákien a ich udržanie v dispergovanom stave. Jemne rozptýlené častice farby sa potom oddelia od suspenzie vlákien. Toto sa zvyčajne robí na základe rozdielov vo fyzikálnych vlastnostiach materiálov, ako je napríklad špecifická hmotnosť nežiaducich látok v porovnaní s vláknami a vodou. Vzhľadom na to, že väčšie nečistoty, ako sú kovové častice (sponky), kamene a piesok, sa odstraňujú už vo fáze odvláknovania, v súvislosti s jemnými nečistotami sa veľmi často používajú flotačné procesy.

Častým doplnkovým procesom je bielenie, ktoré sa používa pri produktoch vyžadujúcich vysokú čistotu, kde žltnutie nie je žiaduce (napr. papiere na písanie a tlač). Chlórnan sodný je veľmi obľúbená látka používaná na bielenie. Môže sa tiež použiť na výrobu karboxymetylcelulózy (CMC) z pilín. V tomto procese sa používa aj roztok hydroxidu sodného akyselina chlóroctová (MCAA) . Bielenie zahŕňa použitie vhodných chemikálií, ktoré sa pridávajú priamo do dispergačného činidla na zvýšenie belosti hmoty. Typ použitých vlákien a požadované konečné vlastnosti produktu majú veľký vplyv na stupeň bielenia buničiny. Hmoty obsahujúce materiály s vysokou hustotou sa ťažko bielia a vyžadujú si vysoké dávky chemikálií. Odpadové vody z bieliacich zariadení pred recykláciou vyžadujú množstvo chemických činidiel, ktoré majú znížiť ich penenie, korozívnosť alebo znížiť schopnosť tvoriť vodný kameň. Produkty skupiny PCC, ako napríklad ROKAmers , sú ideálne na použitie v procesoch, kde dochádza k peneniu odpadových a technologických vôd. Produkty ROKAmer sú blokové kopolyméry etylénoxidu a propylénu. Tieto produkty znižujú povrchové napätie medzi kvapalinou a vzduchom a zároveň zlepšujú „odvádzanie“ peny, čo v skutočnosti spôsobuje jej zníženie.

Konečné spracovanie papierovej buničiny

Po procesoch rozpúšťania, flotácie a bielenia sa hotová celulózová drť spracováva na papierovú drť, ktorá sa potom používa na výrobu papiera. Tento proces zahŕňa niekoľko fáz:

1. miešanie celulózovej drene,
2. tvorba disperzie buničiny vo vode,
3. rafinácia,
4. zavedenie potrebných doplnkov.

Prísady sa používajú na výrobu papierových výrobkov so špeciálnymi vlastnosťami (tzv. špeciálne papiere) alebo na zlepšenie procesu výroby papiera. Najobľúbenejšie prísady sú:

1. živice a vosky na hydrofobizáciu,
2. plnivá, ako napríklad íly, mastenec a oxid kremičitý,
3. anorganické a organické farbivá,
4. anorganické zlúčeniny zlepšujúce štruktúru, hustotu, jas a kvalitu tlače (napr. oxid titaničitý, síran vápenatý a sulfid zinočnatý),
5. e) emulgátory a čistiace prostriedky. Skupina PCC ponúka produktový rad ROKAcet , ktorý dokáže plniť obe funkcie. Vďaka svojej štruktúre sa dajú použiť aj v papierenskom priemysle ako nízkopenivé a zmäkčujúce prostriedky.

V záverečnej fáze sa hmota spracuje na papierový výrobok pomocou špeciálnych strojov. Po dokončení procesu sa papier zroluje, aby sa chránil pred poškodením a znečistením. Na balenie papiera sa najčastejšie používa PE-papierová laminácia. Takéto balenie poskytuje dobrú ochranu pred mechanickým poškodením, prachom a vlhkosťou. Veľkou výhodou tohto typu balenia je aj to, že je úplne recyklovateľný.