Получение целлюлозы - главный этап производства бумаги и гофрокартона

Получение целлюлозы и ее дальнейшая обработка

Один из главных этапов производства бумаги и картона - получение волокон целлюлозы и ее дальнейшая обработка. От данного этапа зависит, какого качества и какой стоимости будут получаемые изделия. Всего существует два способа получения целлюлозы - механический и химический. Сырьем же для производства целлюлозы может служить как чистая древесина, так и макулатура.

Волокна целлюлозы получают из так называемой древесной волокнистой массы. Целлюлозные волокна в древесине связаны между собой жестким трехмерным полимером - лингином, занимающим до 30% древесной массы. Поэтому для получения целлюлозы древесину специально обрабатывают - чтобы размягчить лингин и снизить его содержание. Обычно для этих целей применяются два вида методов - механические и химические.

При механическом получении древесной массы древесину, как правило, истирают или размалывают в водной среде. Под действием воды, тепла и специальных реагентов лингин размягчается, и древесина распадается на отдельные волокна. «Механическую» схему получения волокон целлюлозы можно описать примерно так. Промытая древесная щепа помещается в специальный рафинер, где измельчается и обрабатывается. После очистки древесная масса готова для дальнейшей обработки. Поскольку, несмотря на обработку, лингин не удаляется полностью, выход древесной массы получается высоким.

Наличие лингина на поверхности и внутри волокон увеличивает их твердость и жесткость, а также придает им сравнительно стабильный размер. Листы, полученные из «механической» древесной массы, имеют высокую пухлость и низкую плотность, то есть достаточно низкую массу единицы площади для данной толщины. Это очень важно, поскольку отражается на технических и «экономических» показателях материала.

В случае если древесная щепа до получения древесной массы нагревается, получаемый продукт именуют ТММ - термохимической древесной массой (или ТМР, Termomechanical Pulp). Если для удаления лингина применяется химическая обработка, то продукт получает название химико - термомеханической массы (ХТММ). Древесная масса, приготовленная механическим способом, сохраняет исходный цвет древесины, химико-термомеханическая масса немного светлее. Если масса дополнительно была еще и отбелена, то ее называют беленой химико-термомеханической массой (БХТММ).

Другая не менее известная технология - сульфитная варка целлюлозы. В обоих случаях нецеллюлозные компоненты, извлеченные из древесины, используются на целлюлозно-бумажных комбинатах как источник энергии или для других целей.

Общий объем получаемой химическим способом целлюлозы зависит от способа варки, а так же от вида древесины. «Выход» сырья может составлять от 40 до 65%. Конечно, это ниже, чем для древесной механической древесины, поскольку при варке из древесины удаляются не целлюлозные вещества. При этом объемы производства гофрокартона и гофротары в Москве не снижаются.

Однако в этом есть и свои плюсы - бумагообразующие свойства волокон тем самым улучшаются. Более того, средняя длина волокна при химических способах получения полуфабрикатов из одной и той же древесины получается больше, чем при механических. Волокна также становятся гибче. Все это обеспечивает получение более прочного и гибкого листа.

Отбелка
Поскольку после варки древесины целлюлоза приобретает коричневый цвет, ее необходимо отбеливать. Целлюлоза обычно отбеливается путем удаления остаточного лингина и других компонентов древесины. Чистые целлюлозные волокна обычно бесцветны и прозрачны, а сама беленая целлюлоза имеет красивый белый оттенок. Учитывая, что для многих пищевых продуктов - чая, масла, шоколада, табака, - необходима чистая, не содержащая посторонних запахов и примесей целлюлоза, это очень важное свойство.

В прежние времена, еще до 1980-х годов, целлюлоза отбеливалась исключительно хлором или его соединениями. Это вызывало немало нареканий со стороны экологов, поскольку молекулярный хлор, взаимодействуя с лингином, образовывал токсичные хлоро - содержащие соединения. Они не редко попадали в сточные воды и отравляли окружающую среду. В современных процессах отбелки молекулярный хлор не применяется - его заменяет кислород, перекись водорода и диоксид хлора. Побочные продукты такой отбелки безвредны. Беленая целлюлоза обладает высокой стойкостью к воздействию света. Под его действием она лишь слегка желтеет.

«Вторичное» волокно
В качестве сырья для получения волокон целлюлозы может использоваться не только «чистая древесины», но и «отработанная» бумага - макулатура. Отходы сортируют и превращают в макулатурную массу путем механической обработки в воде. После гидро - разбивателя, где бумажная масса распускается, сырье очищается и отправляется в картоноделательную машину.

В зависимости от природы исходного сырья, степени его обработки и переработки вторичное волокно может обладать различными свойствами. Следует помнить, что всякий раз при переработке бумаги средняя длина волокна и способность к образованию межволоконных связей уменьшается. Кроме того, некоторые виды картона и бумаги изначально не подлежат вторичной переработке. Все это делает необходимым поступление на рынок волокна, полученного непосредственно из древесины. Иначе качество бумажного продукта будет снижаться.

В зависимости от вида и источника макулатуры существует много сортов макулатурного сырья. Они отличаются качеством и степенью пригодности для повторного использования. Например, самое дорогое сырье - это белая бумага, не содержащая древесной массы. Газетно-журнальная бумага обладает средней стоимостью и качеством. Самая дешевая - смешанная макулатура, содержащая бумагу и картон. Всего же, к примеру, в европейском отраслевом перечне описывается 57 видов макулатурного сырья. Подобные же перечни имеются в США, Японии и других развитых странах.

Исходя из назначения и требований к продукции, некоторые виды картона производятся целиком из макулатурной массы - либо ее содержание в изделиях высоко. Другие же изделия изготавливают только из высококачественного первичного волокна - целлюлозы либо ее смеси с древесной массой.

Иные виды сырья в производстве картона
Содержание волокнистых (целлюлозных) полуфабрикатов достигает в производстве бумаги и картона 88%. Остальные 12% приходятся на неволокнистые добавки. Это могут быть:
•    минеральные пигменты для мелования;
•    наполнители и вещества для проклейки в бумажной массе;
•    добавки для придания прочности;
•    вещества для поверхностной проклейки;
•    химикаты, облегчающие процесс приготовления бумаги.
Все эти вещества служат улучшению внешнего вида материалов, их функциональных качеств, а так же повышают эффективность производства.
 
Мелование - это нанесение на одну или обе стороны бумаги специальной меловальной суспензии (в один или несколько слоев). Особое покрытие придает бумаге или картону необходимые свойства - хорошую впитываемость печатной краски, белизну, непрозрачность, гладкость, лоск. В состав меловальной суспензии входят:
•    пигменты - в их качестве используются каолин, мел, диоксид титана и пр.;
•    связующие для полимеров, обеспечивающие соединение частиц пигментов с поверхностью бумаги или между собой;
•    технологические добавки - оптические отбеливатели, красители, сшивающие агенты.

Чтобы улучшить впитываемость печатной краски, усилить непрозрачность бумаги и ее гладкость, применяются также и специальные наполнители. Белые неорганические материалы, добавляемые в бумажную массу, «забивают» пустоты в волокнистой структуре, увеличивая рассеяние света. Вместе с минеральными пигментами, применяемыми для мелования, наполнители составляют до 9% сырья, используемого бумажной промышленностью.

Для придания бумаге определенной степени гидрофобности используется проклейка в бумажной массе. Благодаря ей изделие приобретает ограниченные впитывающие свойства по отношению к чернилам, воде и другим жидкостям. Обычно проклейка производится канифольным клеем - он, как правило, получается путем растворения живицы сосны в щелочи. Во время приготовления бумажной массы в нее добавляют канифольный клей и сульфат алюминия. В результате их взаимодействия образуется резинат алюминия, покрывающий поверхность волокон. В последнее время используют не только канифоль, но и способные к реакции синтетические проклеивающие материалы (например, клеи алкилкетендимер - АКД или алкенаниляторный ангидрид - АСА).

Для того, чтобы придать бумаге прочность в условиях повышенной влажности в бумажную массу вводят мочевино- и меламиноформальдегидные смолы. Это может быть нужным, к примеру, для транспортной тары или многослойных бумажных мешков, которые могут оказаться под дождем. Для увеличения прочности в сухом состоянии используют крахмал.

К слову, крахмал может применяться в бумажном производстве и для поверхностной проклейки в клеильном прессе. Перед началом работы бумаго- или картоноделательной машины раствор крахмала наносят на одну или обе поверхности листа. Тем самым увеличивается прочность листа, предотвращается «пылимость», влияющая на качество печати. Также для улучшения свойств бумаги могут использоваться воск, акриловые смолы и фторуглероды.

Что касается добавок, облегчающих технологический процесс, то тут применяются самые разные химические вещества. К примеру, пеногасители и коагулянты улучшают обезвоживание при формовании листа. Антисептики подавляют микробиологическую активность на производстве. Также используются многообразные добавки, препятствующие оседанию смоляных загрязнений на бумагоделательной машине. Нарастая, а затем отделяясь, они могут вызвать обрывы полотна и немалые проблемы при печати.

Таким образом, производство и дальнейшая обработка целлюлозы - сложный многоступенчатый процесс, требующий соблюдения всех технологических требований.

Смотрите также: