วัตถุดิบและสารเติมแต่งสำหรับการผลิตกระดาษ

กระบวนการผลิตกระดาษ

กระบวนการผลิตกระดาษประกอบด้วยหลายขั้นตอน ในขั้นตอนแรก เยื่อกระดาษจะถูกแยกส่วนและผ่านกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ ซึ่งอาจเป็นเยื่อกระดาษปฐมภูมิ (ไม้) หรือเยื่อกระดาษทุติยภูมิ (กระดาษเหลือทิ้ง) แหล่งหลักของเส้นใยเซลลูโลสคือไม้ที่ได้จากโรงเลื่อยในรูปแบบต่างๆ เช่น ท่อนไม้ เศษไม้ หรือขี้เลื่อย

ในขั้นตอนต่อไป วัสดุเส้นใยจะผ่านกระบวนการแปรรูปต่อไป ซึ่งจะถูกเปลี่ยนเป็นเยื่อกระดาษ จากนั้นจึงนำไปแปรรูปเป็นกระดาษ การผลิตเยื่อกระดาษสามารถทำได้ทั้งด้วยวิธีทางกลและทางเคมี ในกระบวนการผลิตเยื่อกระดาษทางเคมี มักใช้ด่าง (เช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์ ในรูปของ ด่าง หรือ โซดาไฟ ) เพื่อกำจัดลิกนินที่ยึดเส้นใยไว้

การใช้สารลดฟองในทุกขั้นตอนการผลิตกระดาษก็มีความสำคัญเช่นกัน สารลดฟองถูกนำมาใช้ในกระบวนการผลิตผลิตภัณฑ์กระดาษทุกประเภท โฟมเกิดขึ้นจากการผสมก๊าซกับเยื่อเซลลูโลส และถูกกักเก็บไว้ในเยื่อเนื่องจากมีสารลดแรงตึงผิว ผลิตภัณฑ์จากกลุ่ม PCC สามารถนำไปใช้กำจัดโฟมที่เกิดขึ้นในขั้นตอนต่อไปของการผลิตกระดาษได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งรวมถึงโคพอลิเมอร์บล็อก EO/PO ( ROKAmer ) และ แอลกอฮอล์ไขมันอัลคอก ซิเลต ( ROKAnol LP ) ประสิทธิภาพสูงในการกำจัดโฟมและป้องกันการเกิดโฟม ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในขั้นตอนเทคโนโลยีต่อไป

วิธีการทางเคมีในการบดเยื่อกระดาษ

กระบวนการทำเยื่อกระดาษเคมีส่วนใหญ่ประกอบด้วยการใช้สารเคมีหลายชนิด รวมถึงความร้อนเพื่อทำให้ลิกนินอ่อนตัวลง ผลที่ได้คือ ลิกนินจะถูกละลายและผ่านกระบวนการกลั่นด้วยเครื่องจักรเพื่อแยกเส้นใย ในทางปฏิบัติ มีการใช้กระบวนการทำเยื่อกระดาษเคมีสองแบบที่แตกต่างกัน

กระบวนการแรกคือ กระบวนการเยื่อกระดาษคราฟต์ หรือที่รู้จักกันในชื่อกระบวนการซัลเฟต ปัจจุบันเป็นเทคโนโลยีหลัก โดยประมาณ 80%ของผลผลิตเยื่อกระดาษทั่วโลกถูกแปรรูปโดยใช้วิธีการนี้ กระบวนการเยื่อกระดาษคราฟต์กลายเป็นวิธีที่นิยมใช้มากที่สุดเนื่องจากปัจจัยหลายประการ เส้นใยที่ผ่านกระบวนการซัลเฟตมีความทนทานสูงกว่าเส้นใยที่ได้จากเทคโนโลยีอื่นๆ ที่มีอยู่ในปัจจุบัน นอกจากนี้ยังสามารถนำไปใช้กับไม้ได้ทุกประเภท และกระบวนการนี้ยังช่วยให้สามารถกู้คืนวัตถุดิบทางเคมีที่ใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

กระบวนการคราฟท์ประกอบด้วยการผสมเศษไม้กับน้ำขาว (ซึ่งเป็นสารละลาย โซเดียมไฮดรอกไซด์ และโซเดียมซัลไฟด์ในน้ำ) ภายใต้สภาวะความดันและอุณหภูมิสูง สารละลายนี้จะละลายลิกนิน ปลดปล่อยเส้นใยเซลลูโลสออกมา หลังจากปฏิกิริยาการย่อยเสร็จสิ้น จะได้น้ำดำและเยื่อเซลลูโลส น้ำดำประกอบด้วยสารอินทรีย์ที่ละลายอยู่ซึ่งสามารถนำกลับมาใช้ในกระบวนการทางเคมีได้อีกครั้ง ลิกนินจะถูกกำจัดออกจากมวลในกระบวนการกำจัดลิกนินด้วยออกซิเจน (โดยมีออกซิเจนและโซเดียมไฮดรอกไซด์อยู่ด้วย) วัสดุที่ได้ด้วยวิธีนี้จะถูกฟอกขาวเพื่อให้ได้คุณสมบัติที่เหมาะสม เช่น ความแข็งแรง ความเงางาม และความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

กระบวนการย่อยทางเคมีขั้นที่สองคือ กระบวนการซัลไฟต์ ซึ่งประกอบด้วยการใช้สารละลายซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในน้ำที่มีด่าง (เช่น แคลเซียม แมกนีเซียม โซเดียม และแอมโมเนียม) ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากกระบวนการนี้มีน้ำหนักเบากว่าและฟอกขาวได้ง่ายกว่า อย่างไรก็ตาม มีความแข็งแรงต่ำกว่ากระบวนการทำเยื่อด้วยซัลเฟตที่ใช้กันทั่วไป กระบวนการซัลไฟต์ยังต้องอาศัยการคัดเลือกวัตถุดิบไม้อย่างระมัดระวัง ซึ่งวิธีนี้ไม่ทนทานต่อสารเคมี เช่น ไม้สน กระบวนการซัลไฟต์มีประสิทธิภาพมากกว่าเมื่อเทียบกับกระบวนการทำเยื่อด้วยคราฟต์ ก่อให้เกิดก๊าซที่ไม่พึงประสงค์น้อยกว่า และยังทำให้ได้เยื่อที่มีน้ำหนักเบามาก ซึ่งชะล้างได้ง่าย น่าเสียดายที่เนื่องจากคุณภาพของเส้นใยที่ต่ำกว่า การใช้พลังงานที่สูงกว่า และความสามารถในการนำกลับมาใช้ใหม่ได้ต่ำของวัตถุดิบเคมีที่ใช้ในกระบวนการนี้ เทคโนโลยีซัลไฟต์จึงถูกแทนที่ด้วยกระบวนการคราฟต์

วิธีการทางกลของการผลิตเยื่อกระดาษ

การผลิตเยื่อกระดาษด้วยเครื่องจักรให้ผลผลิตเยื่อกระดาษจากไม้สูงมาก กระบวนการหลักที่ใช้ในระดับอุตสาหกรรม ได้แก่ กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษจากเศษไม้ที่บดด้วยหิน (SGW) กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษด้วยเทอร์โมเมคานิกส์ (TMP) และกระบวนการผลิตเยื่อกระดาษด้วยเคมีเทอร์โมเมคานิกส์ (CTMP)

เยื่อไม้บดได้มาจากการขัดไม้บนหินที่ความดันบรรยากาศ ไม้ (ซึ่งเปลือกไม้ถูกกำจัดออกไปแล้ว) จะถูกบดด้วยหินแล้วล้างด้วยน้ำ มวลไม้ที่เตรียมไว้จะถูกทำให้แห้งในไฮโดรไซโคลน จากนั้นจะถูกลำเลียงไปยังเครื่องบดอัด ในขั้นตอนต่อไป มวลไม้ที่หนาแน่นจะถูกลำเลียงไปยังถัง และน้ำที่ไหลเวียน (น้ำกรอง) จะถูกนำกลับมาใช้ใหม่อีกครั้งที่โรงงานผลิตเยื่อกระดาษ ในระหว่างการผลิตเยื่อจากไม้แปรรูป สารเรซินจะถูกปล่อยออกมา ซึ่งจะจับตัวกันเป็นก้อนและเกิดตะกอนบนเครื่องบดหรือผนังด้านในของท่อ ซึ่งมักทำให้เกิดการอุดตันบนพื้นผิวของหิน ซึ่งทำให้คุณสมบัติการขัดถูของหินแย่ลง เพื่อขจัด "ปัญหาเรซิน" เหล่านี้ จึงมีสารเคมีหลายชนิดที่ใช้กันมากที่สุด สารที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับจุดประสงค์นี้คือสารช่วยกระจายตัว ซึ่งออกแบบมาเพื่อกระจายตะกอนที่เกิดขึ้น ช่วยให้การกำจัดตะกอนเป็นไปอย่างง่ายดาย ผลิตภัณฑ์ในกลุ่ม ROKAcet และ ROKAfenol เป็นสารช่วยกระจายตัวที่ยอดเยี่ยมสำหรับอุตสาหกรรมเยื่อและกระดาษ นอกจากความสามารถในการกระจายตัวแล้ว ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ยังสามารถทำหน้าที่เป็นสารทำความสะอาด สารอิมัลซิไฟเออร์ และสารป้องกันไฟฟ้าสถิตได้อีกด้วย ROKAfenols เหมาะอย่างยิ่งสำหรับกระบวนการอิมัลซิไฟเออร์และขจัดคราบของเยื่อกระดาษและเซลลูโลส ในขณะที่ ROKAcet R40W เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีคุณสมบัติในการทำให้ผ้านุ่ม ซึ่งสามารถใช้ในอุตสาหกรรมสิ่งทอ เครื่องหนัง และกระดาษได้

การพัฒนาวิธีการ SGW คือการปั่นเยื่อด้วยความร้อนเชิงกล (TMP) ในกระบวนการ TMP เศษไม้จะถูกล้างเพื่อกำจัดทราย หิน และสิ่งสกปรกแข็งอื่นๆ จากนั้นจึงให้ความร้อนด้วยไอน้ำภายใต้ความดันที่สูงขึ้น และนำไปบดเป็นเยื่อกระดาษในเครื่องบดแบบจาน ในขั้นตอนต่อไป มวลไม้จะถูกลำเลียงไปยังถังเก็บ (Vat) ซึ่งจะทำการยืดและขจัดการเสียรูปของเส้นใย สุดท้ายจะถูกส่งไปยังถังเก็บ เพื่อลดปริมาณเรซินที่เป็นอันตรายที่เกิดขึ้นในกระบวนการ TMP จึงมีการใช้สารเคมีที่คล้ายคลึงกันกับในกระบวนการ SGW มวลไม้ที่เกิดขึ้นด้วยวิธีนี้ส่วนใหญ่มักใช้ในการผลิตกระดาษหนังสือพิมพ์

กระบวนการ CTMP ผสมผสานกระบวนการ TMP เข้ากับการชุบสารเคมีบนเศษไม้ ในขั้นตอนแรก เศษไม้จะถูกล้าง ร่อน และชุบสารเคมี สารละลายเคมีที่เหมาะสมจะถูกใช้ขึ้นอยู่กับชนิดของไม้ โดยทั่วไปแล้วจะใช้โซเดียมซัลเฟตสำหรับไม้เนื้ออ่อน ในขณะที่อัลคาไลน์เปอร์ออกไซด์มักจะถูกเลือกใช้สำหรับไม้เนื้อแข็ง หลังจากกระบวนการชุบเสร็จสิ้น เศษไม้จะถูกให้ความร้อนและผสมกับน้ำ ซึ่งจะทำให้พันธะลิกนินคลายตัวและเส้นใยหลุดออก กระบวนการ CTMP ช่วยให้ได้เยื่อกระดาษที่สะอาด มีความแข็งแรงเพียงพอและมีคุณสมบัติทางแสงที่เหมาะสม CTMP ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการผลิตส่วนประกอบเส้นใยของเยื่อกระดาษ ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการผลิตกระดาษสำหรับการพิมพ์และกระดาษอนามัย

การลอยตัวและการฟอกสี

ขั้นตอนต่อไปของกระบวนการผลิตเยื่อกระดาษคือการขจัดหมึกพิมพ์ (de-inking) ร่วมกับการกำจัดสิ่งเจือปนด้วยเครื่องจักร ในการผลิตกระดาษ ปัจจัยที่สำคัญที่สุดคือสี (ความขาว – ในกรณีของกระดาษพิมพ์) ด้วยเหตุนี้ กระดาษรีไซเคิลจึงต้องได้รับการทำความสะอาดหมึกพิมพ์อย่างทั่วถึง เงื่อนไขพื้นฐานสำหรับการกำจัดคือการปล่อยอนุภาคสีออกจากเส้นใยและทำให้เส้นใยอยู่ในสภาวะกระจายตัว จากนั้นอนุภาคหมึกที่ละเอียดจะถูกแยกออกจากเส้นใยที่แขวนลอยอยู่ โดยทั่วไปจะทำโดยพิจารณาจากคุณสมบัติทางกายภาพที่แตกต่างกันของวัสดุ เช่น น้ำหนักจำเพาะของสารที่ไม่พึงประสงค์เมื่อเทียบกับเส้นใยและน้ำ เนื่องจากสิ่งเจือปนขนาดใหญ่ เช่น ชิ้นส่วนโลหะ (ลวดเย็บกระดาษ) หิน และทราย ได้ถูกกำจัดออกไปแล้วในขั้นตอนการแยกเส้นใย จึงมักใช้กระบวนการลอยตัวเพื่อกำจัดสิ่งเจือปนขนาดเล็ก

กระบวนการเพิ่มเติมที่พบบ่อยคือการฟอกสี ซึ่งใช้ในผลิตภัณฑ์ที่ต้องการความบริสุทธิ์สูง ซึ่งไม่ต้องการให้เหลือง (เช่น กระดาษสำหรับเขียนและพิมพ์) โซเดียมไฮโปคลอไรต์ เป็นสารที่นิยมใช้ฟอกสี นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในการผลิตคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (CMC) จากขี้เลื่อยได้ กระบวนการนี้ยังใช้สารละลาย โซเดียมไฮดรอก ไซด์และกรดคลอโรอะซิติก (MCAA) อีกด้วย การฟอกสีเกี่ยวข้องกับการใช้สารเคมีที่เหมาะสมซึ่งเติมลงในสารช่วยกระจายตัวโดยตรงเพื่อเพิ่มความขาวของมวล ชนิดของเส้นใยที่ใช้และคุณสมบัติขั้นสุดท้ายที่ต้องการของผลิตภัณฑ์มีอิทธิพลอย่างมากต่อระดับการฟอกสีของเยื่อกระดาษ มวลที่มีวัสดุความหนาแน่นสูงนั้นฟอกสีได้ยากและต้องใช้สารเคมีในปริมาณมาก น้ำเสียจากโรงฟอกสีก่อนการรีไซเคิลจำเป็นต้องใช้สารเคมีหลายชนิดเพื่อลดการเกิดฟอง การกัดกร่อน หรือความสามารถในการเกิดตะกรัน ผลิตภัณฑ์ของ PCC Group เช่น ROKAmers เหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้ในกระบวนการที่เกิดฟองในน้ำเสียและน้ำเสียจากเทคโนโลยี ผลิตภัณฑ์ ROKAmer คือบล็อกโคพอลิเมอร์ของเอทิลีนออกไซด์และโพรพิลีน ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ช่วยลดแรงตึงผิวระหว่างของเหลวและอากาศ ขณะเดียวกันก็ช่วยปรับปรุงการระบายน้ำของโฟม ซึ่งส่งผลให้โฟมลดลง

การแปรรูปเยื่อกระดาษขั้นสุดท้าย

หลังจากกระบวนการละลาย ลอยตัว และฟอกขาว เยื่อเซลลูโลสที่เสร็จแล้วจะถูกนำไปแปรรูปเป็นเยื่อกระดาษ ซึ่งนำไปใช้ในการผลิตกระดาษ กระบวนการนี้ประกอบด้วยหลายขั้นตอน:

1. การผสมเยื่อเซลลูโลส
2. การเกิดการกระจายตัวของเนื้อเยื่อในน้ำ
3. การกลั่น,
4. การแนะนำการเพิ่มเติมที่จำเป็น

สารเติมแต่งถูกนำมาใช้เพื่อผลิตผลิตภัณฑ์กระดาษที่มีคุณสมบัติพิเศษ (เรียกว่า กระดาษพิเศษ) หรือเพื่อปรับปรุงกระบวนการผลิตกระดาษ สารเติมแต่งที่ได้รับความนิยมมากที่สุด ได้แก่:

1. เรซินและขี้ผึ้งสำหรับการไฮโดรโฟบิเซชั่น
2. สารตัวเติม เช่น ดินเหนียว ทัลค์ และซิลิกา
3. สีย้อมอนินทรีย์และอินทรีย์
4. สารประกอบอนินทรีย์ที่ช่วยปรับปรุงโครงสร้าง ความหนาแน่น ความสว่าง และคุณภาพของการพิมพ์ (เช่น ไททาเนียมไดออกไซด์ แคลเซียมซัลเฟต และซิงค์ซัลไฟด์)
5. e) อิมัลซิไฟเออร์และสารทำความสะอาด PCC Group นำเสนอผลิตภัณฑ์ ROKAcet ที่สามารถทำหน้าที่ทั้งสองอย่างได้ ด้วยโครงสร้างที่แข็งแรง จึงสามารถนำไปใช้ในอุตสาหกรรมกระดาษเป็นสารก่อฟองต่ำและสารทำให้นุ่มได้

ในขั้นตอนสุดท้าย มวลสารจะถูกนำไปแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์กระดาษโดยใช้เครื่องจักรพิเศษ หลังจากกระบวนการเสร็จสิ้น กระดาษจะถูกม้วนเพื่อป้องกันความเสียหายและสิ่งสกปรก กระดาษเคลือบ PE เป็นที่นิยมใช้มากที่สุดสำหรับบรรจุภัณฑ์กระดาษ บรรจุภัณฑ์ประเภทนี้ช่วยป้องกันความเสียหายทางกล ฝุ่น และความชื้นได้เป็นอย่างดี ข้อดีที่สำคัญของบรรจุภัณฑ์ประเภทนี้คือสามารถนำไปรีไซเคิลได้ทั้งหมด