تولید کاغذ
- پذیرش وارداتی كه با توجه به محدودیتهای قاره ای فقط برای فروش داخل ایالات متحده آمریكا مورد استفاده قرار می گیرند.كارخانجات تولید خمیر كاغذ معمولاً برای مراقبتهای اولیه چوب كاغذسازی یك بخش یا ناحیه ای مجزا را در نظر می گیرند. كه به آن "واحد چوب" می گویند ، و بعضی از كارخانجات بزرگتر این دپارتمان چوب را به زیربخشهایی تقسیم می نمایند كه هر كدام مسئولیتهای خاصی را دارا می باشند:
1- مراقبت اولیه از چوب
2- مدیریت جنگل
3- تحقیقات اراضی چوب ده
4- تهیه الوار و تیر
5- محاسبه میزان برداشت چوب از جنگل
6- توزین كردن
7- مدیریت
8- روابط عمومی
9- بخش ساخت و مهندسی
با توجه به اینكه كجا و چگونه این مراقبتهای اولیه بر روی چوب كاغذسازی صورت می گیرد بر این اساس در این رابطه كارخانجات موجود در كشور آمریكا منابع چوب كاغذسازی خود را بدین شرح دریافت می دارند:
1- عملیات دلالان (پیمانكاران) 63%
2- عملیات تولیدكنندگان 25%
3- عملیات كارخانجات 9%
4- منابع وارداتی 3%
مجموع 100%
2-1) مرا مراقبتهای اولیه پیمانکاران:
برای اینكه متوجه شویم كه سیستم پیمانکاری چگونه عمل می كند ، می بایست اصل و پس زمینه آنرا بشناسیم و با روشهای مراقبت های اولیه چوب كاغذسازی و چگونگی كاركرد سیستمهای امروزی آنها آشنا شویم ، مخصوصاً نواحی خوبی كه در این زمینه پیشرفته تر هستند.
در اوایل قرن حاضر ، كل چوب موردنیاز كاغذسازی كارخانجات از طریق عملیات واحدهای كارخانه كه توسط كارگران بر روی زمینهای خود كارخانه بود ، صورت می گرفت. الوار یا تیرهای چوبی از تنه ها ساخته شده و توسط حیوانات ، راه آهن و رودخانه در محلهای كارخانجات حمل می گردید. گاهی چوبها بدون تبدیل توسط راه آهن و رودخانه مستقیماً به كارخانه ها انتقال می یافتند.
در حدود سالهای 1920 ، زمانی كه تقاضای چوب بدلیل ساخت كارخانجات جدید و یا افزایش ظرفیت تولید كارخانجات قدیمی بالاتر رفت تقاضای بازار نیز بر روی ظرفیت تولید مزارع تولید چوب تاثیرگذار بود. بر این اساس ، برای تامین این تقاضا ، كارخانجات تولید خمیر كاغذ شروع به همكاری با كشاورزان محلی و خرید چوب بصورت محلی نمودند. این بازاریابان چیزی معادل یك واگن چوب (معادل 60 فوت مكعب) خریداری و به كارخانه گسیل میداشتند. مسافت چیزی بیش از 6-4 مایل بود و با توجه به راههای موجود و گروه قطع كنندگان با تبر به كندی پیش می رفت و این حداكثر مسافتی بود كه می شد در یك روز تحت پوشش قرارداد. این بازاریابان چوب را با كالاهای دیگری كه احتیاج داشتند مبادله می كردند.
شکل 3 : در روزهای نخستین، چوب کاغذ سازی توسط واگنهای مانند شکل فوق حمل می گردیدند.
تعداد چوبهایی كه در این مبادلات می گردید آنقدر نبود كه كارخانجات خمیر بتوانند تمام زمان و نیروی انسانی خود را برای مراقبتهای اولیه بر روی آنها متمركز كنند.
با به بازر آمدن تراكتورها (معمولاً مدل T-فورد با ظرفیتی معادل ۴/۳ یك كورد) در اواسط دهه بیست سبب گردیده نحوه پرداخت به پیمانكاران نیز تغییر پیدا كرد و از معاوضه اجناس به حالت نقدی متحول گردید. در این زمان دیگر نحوه معاوضه جنس مردمی را كه مجبور بودند پول بابت نفت ، بنزین و لاستیك ماشین و از همه مهمتر اجاره بها خانه بپردازند ، راضی نمی كرد. این پیشرفت در زمینه حمل و نقل (تراكتور) بدین معنی بود كه بر اساس پول پرداختی فاصله بیشتری نسبت به قبل قابل پوشش بود. این پیشرفت در زمینه جابجایی توسط هر قسمت به كارخانجات این اجازه را می داد تا اتكای بیشتری نسبت به قبل به این بخش از تامین منابع خود داشته باشند.
سازمان قیمت گذاری OPA در طول جنگ جهانی دوم سیستم پیمانكاری را شناسایی كرد و مناطقی محدود را برای این منظور شناسایی و در اختیار آنها قرار داد كه شامل بعضی ایالتها ، استانها و بعضی از خطوط راه آهن می گردید. از این زمان به بعد حمل و نقل بیشتر بر روی ماشینها متمركز گردید و پیمانکاران رقمی استاندارد را به ازای هر كورد كه از منطقه خود منتقل می كردند دریافت می داشتند كه این رقم بر اساس توانایی و زمانی كه صرف می شد و با توجه به چوب تولیدی متفاوت بود. مشابه همین سیستم نیز امروزه اجرا می گردد و باعث شده است كه اكثر پیمانكاران بصورت تمام وقت به كار تولید چوب بپردازند و حتی دستیاران تمام وقت برای خود استخدام نمایند.
در اكثر موارد هر پیمانكار ، گروه قطع جداگانه ای دارد كه قفط برای وی كار می كنند و بعنوان یك پشتیبان مستقل چوب كاغذسازی را در بازار عرضه می نماید. این افراد بعنوان پشتیبانهای مستقل برای پیدا كردن و مشخص كردن محلهای چوبهای قابل استحصال بعنوان چوب كاغذسازی و در سازماندهی اقتصادی و مسائل مالی تجهیزات و سایر مسائل مربوط به تولید چوب به افراد كمك می رسانند.
شکل 4: چوب کاغذ سازی امروزه توسط ریل راه آهن حمل و بوسیله ماشینها و وسایل مکانیکی بارگیری می شوند.
اكثر پیمانكاران صاحبان بخشهای بزرگی از جنگلها می باشند و دفاتر مركزی آنها برای مدیریت اطلاعات جنگلهای خود سازمان داده شده اند. بعضی از پیمانكاران جدید تحصیل كرده های رشته های جنگل هستند و پیمانكاران بزرگتر اكثراً از این فارغ التحصیلان رشته های جنگل در كارهای خود برای مدیریت جنگل و مراقبتهای اولیه چوب سود می جویند. یك پیمانكار ممكن است قراردادی مبنی بر تولید و تامین چوب كارخانه تولید خمیر كاغذ در طول یك سال عقد نماید ولی اكثر پیمانكاران این قراردادها را بصورت هفتگی منعقد می نمایند. درخواست با تقاضای چوب ممكن یك احتیاج فوری از سمت یك كارخانه خاص باشد. در اكثر موارد چوب كاغذسازی توسط پیمانكاران در همان منطقه فعالیت تولیدكنندكان خریداری می گردد. چوبهای كاغذسازی در دسته ها یا گروه هایی برای حمل و نقل به كارخانه مقصد دسته بندی می گردند. در اكثر انبارهای چوب ، چوبهای كاغذسازی از روی تراكتورها توسط دستگاههای مكانیكی كه تا 15000دلار ارزش دارند تخلیه می گردند. چوبها بطوركلی بر اساس واحدهای مورد توافق و بر اساس مقیاس پایه توزین می گردند ولی وزن در پایان جمع و مورد توافق طرفین معامله قرار می گیرد. پرداخت اكثراً از طریق چك و سپس دریافت چوب از تولیدكننده صورت می گیرد. بعضی از پیمانكاران هنوز هم از ماشین آلات ریلی برای حمل و نقل استفاده می نمایند این عملیات در جاههایی كه تولیدكنندگان از نیروی انسانی برای جابجایی استفاده می كنند مناسبتر به نظر می رسد و این عملیات برای رساندن چوب به انبار به انبار اصلی راحت تر می باشد.
تولید چوب كاغذسازی اصلاح شده در میان سالهای 1955 تا 1965 افزایش یافت. می توان گفت كه در طول این مدت درصد محموله هایی كه توسط تولیدكنندگان تولید می شد به همراه محموله هایی توسط سیستم پیمانكاری تولید می گردید پایاپای رشد یافتند.
مقايسه خمير سفيد شده کرافت و پراکسیدقلیایی از صنوبر لرزان کانادايي
چکيده :
در اين مطلب خمير سفيد سازي شده کرافت و P-RC APMP بصورت جداگانه با يکديگر مورد مقايسه قرار گرفته اند . اين خمير ها هر دو از صنوبر لرزان کانادايي ( Canadian Aspen) تهيه گرديده اند. نتايج نشان مي دهد که :
- تاثيرات مشابهي ميان دو خمير ذکر شده از نظر قدرت پيوند بين الياف وجود دارد. خميري که بصورت مخلوط از اين دو خمير تهيه مي شود داراي مقاومت به کشش و مقاومت به جذب انرژي کششي بالاتري نسبت به همان وزن خمير بصورت جداگانه را دارا مي باشد.
- جايگزيني مقداري از خمير سفيدسازي شده کرافت بجاي خمير P-RC APMP نه تنها باعث افزايش و بهبود حجيمي خمير مي گردد ، بلکه خاصيت پخش نور و ماتي و همچنين مقاومت به کشش و مقاومت به جذب انرژي کششي را نيز افزايش مي دهد.
- افزودن خمير P-RC APMP صنوبر لرزان به به خمير سفيد سازي شده کرافت بر روي منحني درجه رواني/ انرژي تاثير بسزايي ندارد.
معرفي :
در صنعت کاغذسازي ، غالبا بيش از يک نمونه خمير يا بيش از يک درجه خمير را براي ساخت کاغذ با توجه به قابليتهاي مصرف و ساخت و همچنين نيازهاي مصرفي مورد استفاده قرار مي گيرد . در بسياري از کاغذهاي ساخته شده با درجات مختلف ( انوع مختلف کاغذهاي چاپ وتحرير با درجه روشني بالا ) معمولا از خمير کرافت سفيد سازي شده الياف بلند سوزني برگان به همراه خمير کرافت سفيدسازي شده الياف کوتاه پهن برگان مورد استفاده قرار مي گيرد( HBKP) . در اين ترکيب ، الياف بلند خواص مقاومتي کاغذ را بهبود مي بخشند ( به خصوص مقاومت به پارگي ) و الياف کوتاه موجود در خمير خواص عملياتي را بهتر مي کنند ، مانند صافي سطح و شکل پذيري کاغذ در مرحله ميز فوردرينير . در حال حاضر با توجه به معرفي شدن خميرهايي با درجه روشني بالا و ميزان بازده بالاي خميرهاي شيميايي مکانيکي ، صنعت دست به جايگزيني براي فرآيند HBKP زده است . اين معرفي مربوط است به خميرهاي شيميايي مکانيکي با بازده بالا که خصوصيات حجيمي و ماتي کاغذ استحصالي را نيز بهبود مي بخشد و به کاغذ بدست آمده خصوصيات استحکامي بهتري مي دهد. اميد است روند استفاده از اين نوع خمير شيميايي مکانيکي پهن برگ در آينده با توجه به آشنايي بيشترصنعت با اين نوع خمير زيادتر گردد.
در معرفي خميرهاي شيميايي مکانيکي با بازده بالا ، روشهاي بسيار زيادي در طول 30 سال گذشته معرفي و به مرحله اجرا در آمده اند ، که جديدترين آنها موسوم به P-RC APMP مي باشد که با استفاده از پراکسيد قليايي قبل و در حين فرآيند پالايش و با بازده بالا ( بيشتر از 85%) و درجه روشني بالا ( بيشتر از 85% در مقياس ISO ) بدون مرحله سفيد سازي ساخته مي شود . گزارشات متعددي در زمينه آخرين تحولات در زمينه ساخت اين نوع خمير تا کنون منتشر شده است و گونه هاي متفاوتي مورد آزمايش قرار گرفته اند.
در اين تحقيق دو درجه متفاوت از خمير پراکسيد قليايي به همراه خمير سفيد =سازي شده کرافت که در کارخانه توليد مي گردد با درصدهاي مختلف با يکديگر مخلوط شده اند ( اين خميرها از گونه صنوبر لرزان کانادايي بدست آمده اند ). دليل اين امر شناسايي چگونگي بهبود خواص مقاومتي و نوري خميرهاي بدست آمده ، بوده است . که با توجه به پالايش در غلضت پايين صورت گرفته باشد.
آزمايشها :
خمير سفيد سازي شده استاندارد کرافت از صنوبر لرزان کانادايي و خمير P-RC APMP تهيه از صنوبر لرزان کانادايي استاندارد در اين تحقيق مورد استفاده قرار گرفته اند . خميرها بصورت 90% خشک به محل آزمايش منتقل گرديده اند . دو درجه از خمير صنوبر لرزان P-RC APMP با درجه روشني بالا ( 85% ISO ) در اين تحقيق مورد استفاده بوده است .
خمير با درجه حجيمي بالا ( HB ) و خمير با مقاومت به کشش بالا ( HT )
خميرها ابتدا بصورت جداگانه و سپس بصورت مخلوط با يکديگر در درصدهاي متفاوت پالايش شدند:
• 10% P-RC APMP HT and 90% BKP
• 20% P-RC APMP HT and 80% BKP
• 10% P-RC APMP HB and 90% BKP
• 20% P-RC APMP HB and 80% BKP
براي عمل پالايش از ريفاينر مدل Twin Flo III B شرکت اندريتز که داراي قطر 31 سانتي متر بود در 4% خشکي خمير و 50 درجه سانتي گراد استفاده گرديد. براي انجام هر مرحله خمير 4 تا 5 انرژي ويژه اندازه گيري مي گرديد تا منحني انرژي ويژه با توجه به خصوصيات بهبود يافته خمير در درجات رواني متفاوت براي آناليز مورد استفاده قرار گيرد.
خميرهاي پالايش شده براي عمليات تستها خشک و آبزدايي مي گرديدند. تمامي آزمونها و تستها بر اساس استانداردهاي TAPPI صورت گرفته است . بعنوان مثال اندازهگيري درجه رواني بر اساس CSF يا درجه رواني استاندارد کانادايي صورت گرفته است.
شکل شماره 1 : درجه رواني و انرژي
شکل شماره 2 : درجه رواني و بارگذاري ويژه بر روي لبه ها
شکل شماره 3 : حجيمي و درجه رواني
شکل شماره 4 : مقاومت به کشش و درجه رواني
شکل شماره 5 : ميزان جذب انرژي کششي (T.E.A.)
شکل شماره 6 : کشش و درجه رواني
شکل شماره7 : پخش نور و درجه رواني
شکل شماره 8 : ماتي و درجه رواني
فرآيند مكانيكي پراكسيد قليايي(APMP)
يكي از روشهاي تغيير و اصلاح ليگنين الياف و زياد كردن مقاومت كاغذ، كربوكسيل دار كردن ليگنين بوسيله مواد اكسيد كننده نظير پراكسيد قليايي است. ليگنين پس از فرآوري با پراكسيد قليايي داراي گروهاي كربوكسيل شده كه داراي توانايي شركت در تشكيل پيوند هيدروژني هستند و اين پيوندها اتصال بين الياف در كاغذ سازي را زياد مي كند. فرآوري خرده چوبها، با پراكسيد قليايي ليگنين را نرم كرده و به جداسازي آسانتر الياف و توليد نرمه هاي كمتر در طي پالايش كمك مي كند. از تغيير رنگ تيره شدن خمير كاغذ خاص فرآوري قليايي نظير آنچه در فرآيند سوداي سرد اتفاق مي افتد بوسيله افزودن پراكسيد به محلول پراكسيد سديم اجتناب مي گردد. مزيت ديگر اين فرآيند امكان افزودن پراكسيد قليايي در پالايشگر و حذف مرحله رنگبري جداگانه مي باشد. كارآيي كم پراكسيد را مي توان از طريق آغشته كردن خرده چوبها با مواد كيليت كننده در مرحله اول بهبود بخشيد. زيرا اين مواد آلاينده هاي فلزي ناشي از چوب را جدا كرده و يا غير فعال مي كند. فرآيند مكانيكي با پراكسيد قليايي (شكل 1-1) داراي رشد سريع بعنوان جايگزين مواد شيميايي سولفيت در توليد خمير كاغذ شيميايي- مكانيكي رنگبري شده بوده است. اين فرآيند براي سوزني برگان خيلي مناسب بوده و ويژگيهاي مقاومتي خمير كاغذ از پهن برگان سبك نظير صنوبرها و بيد را بطور قابل ملاحظه اي ارتقاء داده و روشني آنها را بهتر مي كند. در جدول1-2 مقايسه اي ويژگيهاي خمير كاغذ BCTMP,APMP از صنوبر لرزان ارائه شده است. در فرآيند APMP آغشته سازي شيميايي تحت فشار خرده چوبها در دستگاه پريكس كه يك آغشته ساز تحت فشار است يا تجهيزات مشابه انجام مي گيرد. معمولا آغشته سازي در دو يا سه مرحله انجام مي گيرد.
مايع پخت مرحله اول از مخلوط مواد كيلت كننده و هيدرو كسيد سديم و پراكسيد با قيمانده تشكيل شده است . مواد شيميايي باقيمانده از شستشوي بين مرحله اي خمير كاغذ بعد از مرحله اول مكانيكي در ابتداي فرآيند مورد استفاده قرار مي گيرد. خرده چوبهاي آغشته شده به مدت 10 دقيقه در مخرن فشار معمولي بخارزني شده و سپس از اين مخزن به مرحله دوم آغشته سازي فرستاده مي شوند. در اين مرحله هيدروكسيد سديم و پراكسيد افزوده مي شود. استفاده از هيدروكسيد سديم توسعه مقاومت را فراهم كرده و پراكسيد وظيفه بهبود روشني خمير كاغذ را بعهده دارد. پرس آغشته سازي مرحله دوم بعضي از تركيبات چوب كه به عنوان متوقف كننده واكنشهاي رنگبري تشخيص داده شده اند را خارج مي كند. پساب خروجي از اين مرحله حاوي 25-30 در صدCOD , BOD بوجود آمده در اين فرآيند است. پس از آن خرده چوبهاي آغشته شده به مدت60 دقيقه تا حدود 60 تا 80 درجه سليسوس در مخزن تحت فشار معمولي پخته مي شوند. اين توقف و پخت براي ادامه واكنشهاي خمير كاغذ سازي رنگبري است. مصرف متداول مواد شيميايي شامل 5-1 در صد پراكسيد هيدروژن و 6-3 هيدروكسيد سديم است. افزودن مقداري DTPA. سيليكات سديم و نمك اسپون براي پايدار كردن پراكسيد انجام مي گيرد.
در اثر زياد شدن تزريق هيدروكسيد سديم اتصال بين الياف و دانستيه ورقه به مقدار زيادي بهتر مي شود(شكل1-3). بطوريكه در مورد چوب صنوبر لرزان (Aspen) اين ويژگي تا حد خمير كاغذ كرافت پهن برك مي رسد. در اثر زياد شدن مصرف مواد شيميايي، بوجود آمدن سطح زيادتر در الياف كمتر شده و لذا به افت ضريب پراكنش نور مي انجامد(شكل 1-4). بطور همزمان در درجه رواني يكسان انرژي پالايش كم مي شود. خمير كاغذ APMP از پهن برگان سبك داراي حجيمي و پخش نور مشابه يا بهتر از خمير كاغذهايBCTMP بوده ولي ويژگيهاي ذاتي برتر از BCTMP نظير رابطه بين دانستيه ورقه دست ساز و ويژگيهاي اتصال بين الياف نظير مقاومت در برابر كشش و مقاومت در برابر تركيدن است.
BCTMP APMP
مواد شيميايي افزوده شده سولفيت(%) 1.4
NaoH (%) 1.8-4.3 5.8
H2O2 (%) 4 4
مصرف انرژي(mwh/t) 1.72 1.22
درجه رواني (ميلي ليتر) 77 77
دانستيه (kg/m3) 555 558
انديس مقاومت در برابر پاره شدن(mN.m2/gr) 6.3 6.3
انديس مقاومت در برابر كشش(N.m/gr) 58 60
روشني (%) 82.8 83.5
ماتي (%) 80 81.8
ضريب پراكنش نور (m2/kg) 39 43
جدول 1-2: مقايسه دو فرايند اصلي توليد خمير كاغذ شيميايي- مكانيكي از صنوبر لرزان (Aspen)
دو واحد توليد خمير كاغذ چاپ و تحرير، با استفاده از فرآيند APMP از چوب صنوبرهاي غرب و شمال غرب ايران احداث شده است.در ذيل به ذكر گزارش شركت Andritz در مورد كارخانجات احداث شده APMP در ايران (2001/1/29) بسنده مي نماييم:
آخرين محموله شركت Andritz در كارخانجات كاغذ مراغه نصب گرديد. اين سيستمها در سال 1998 توسط طرف ايراني سفارش داده شده بود و مي تواند 50.000 تن در سال خمير چاپ و تحرير توليد نمايد. خمير APMP شكل تغيير يافته BCTMP مي باشد كه از پراكسيد قليايي بجاي تركيبات سولفيت مورد استفاده قرار مي گيرد. بعد از مرحله چيپس كردن و در مرحله شستشوي چيپسها توسط مواد شيميايي آغشته سازي ميگردند و قبل از مرحله پالايش عمليات سفيد سازي و خيساندن چيپسها صورت مي گيرد. مرحله پالايش بسيار آسانتر نسبت به پروسهBCTMP صورت مي گيرد. اين نوع پخت ميزان مصرف پايين تري دارد. بعد از مرحله اول پالايش خمير در داخل مخزن ذخيره مي گردد. در مرحله دوم شستشو و پالايش با درصد خشكي بالا انجام مي گردد. بعد از نهان زدايي (Latency Removal) و غربال كردن وا زدههاي اين مرحله به قسمت مياني مخزن شستشو باز پس فرستاده مي شوند. خمير توسط فيلتر آبگيري شده و توسط پمپها به برج ذخيره فرستاده مي شود. هيچگونه عمليات سفيد سازي براي رسيدن به روشنايي مورد نظر با توجه به 80 ISO مورد نياز نمي باشد. اين عمليات احتياج به انرژي كمتر و هزينه كمتر را نسبت به پروسه BCTMP در بردارد، كه بصورت سنتي دو مقايسه با آغشته سازي با سولفيت سديم، به همراه پالايش انرژي بر، شستشو و سفيد سازي جداگانه قرار دارد. در كنار مزيتهاي اقتصادي عمليات APMP قابليت انعطاف بيشتري به ساير عمليات خمير سازي براي انطباق ماده اوليه و نياز بازار مصرف را دارا مي باشد.
در اين واحدهاي كاغذ سازي با اعمال شرايط توليد به شرح جدول ذيل، ويژگيهاي خمير كاغذ چاپ و تحرير تضمين شده است.
شرايط توليد ويژگيها
مواد و انرژي مقدار متغير مقدار
NaoH (%) 6.5 بازده ( % خرده چوب آماده) 89
H2O2 (%) 4.9 روشني(%حداقل) 80
DTPA (%) 0.5 درجه رواني (حداكثر (ml CSF) 250
MgSo4 (%) 0.15 انديس مقاومت در برابر تركيدن kPa.m2/gr) 1.2
NaSio3 3.5 انديس مقاومت در برابر كشش (Nm/gr) 30
انرژي ويژه (kwh/ADT)
1150 انديس مقاومت در برابر پاره شدن mN.m2/gr) 2.94
كشش (%) (CSF200)1.6
(CSF200)1.2
تراشه (% سومرويل 0.25
ماتي (%) 82
BOD5 (حداكثر (kg/ADT) 110
COD (حداكثر (kg/ADT) 240
جدول 1-5: شرايط توليد و ويژگيهاي خمير كاغذ چاپ و تحرير از صنوبرهاي ايران
روشني خمير كاغذ بعد از پالايشگر دوم تحت تاثير مقدار پراكسيد مصرف شده در مرحله آغشته سازي قرار دارد. كارايي واكنش روشن كردن در فرآيند APMP مشابه آنچه از سيستم رنگبري در صد خشكي زياد توقع است، مي باشد. در مورد صنوبر لرزان درجه روشني 85-84% با افزودن 4.5 -3.5 در صد پراكسيد هيدروژن قابل دستيابي اقتصادي است.
در فرآيند APMP مناسب سازي چگونگي افزودن مواد شيميايي و چگونگي فرآوري براي به حداكثر رساندن كارايي فرآيند مهم است لذا با توجه موفقيتهاي اوليه نسبتا خوب فرآيند APMP و احداث واحدهاي متعدد توليد خمير كاغذ چاپ و تحرير از صنوبرها، تحقيقات زيادتري در توسعه اين فرآيند انجام گرفته و فرآيند P-Rc APMP
Followed by Refiner Chemical Treatment) (Pre- Conditioning
موسوم به APMP2توسعه يافته است. در اين فرآيند جديد افزودن پراكسيد قليايي در بين مراحل آغشته سازي خرده چوب و پالايشگر اوليه تقسيم شده و در اثر تنظيم دقيق افزودن در مراحل مختلف به كارآيي بهتر مواد شيميايي و انرژي و پراكنش نور بهتر در مقايسه، با افزودن تمام مواد شيميايي در مرحله پيش فرآوري خرده چوب انجاميده است.
در يك بررسي نيمه صنعتي خمير كاغذ APMP2 از مخلوط %82 چوب غان (توس) و % 18 چوب صنوبر شرق كانادا توليد شده است. در دستگاه فشرده ساز از نسبت 4% استفاده شده است. خرده چوبها ابتدا بخار زني شده و پس از آن فشرده شده و با 0.3 در صد DTPA فرآوري شده اند. خرده چوبها بعد از فرآوري به مدت 5 دقيقه بخار زني شده و پس از آن پرس شده و بعد از آن با پراكسيد قليايي شامل مقادير مختلف هيدروكسيد سديم، پراكسيد هيدروژن، سيليكات، DTPA و سولفات منيزيم فرآوري شدند. (جدول 1-6): خرده چوبهاي آغشته شده به مدت 45-30 دقيقه در 60-50 درجه سليسوس (بدون بخار زني) در مخزن فرآوري متوقف شده و پس از آن پالايش شدند. مقادير مختلف پراكسيد قليايي نيز در چشم پالايشگر اول به مواد افزوده شد. مواد خروجي از پالايشگر اول پس از توقف 30 دقيقه اي در درصد خشكي20% به پالايشگر ثانويه تزريق شده است. در اين بررسي از سه روش تقسيم تزريق مواد شيميايي استفاده شده است. (جدول 1-6) ويژگيهاي فرآيندي و خمير كاغذ توليد شده در شكلهاي 1-7تا 1-10 نشان داده شده است. همانطوري كه از شكل 1-7 مشخص مي شود. رابطه بين درجه رواني استاندارد كانادايي با انرژي ويژه مصرفي (SEC) حساسيت زياد به قليائيت كل موقعي كه قليائيت كل كمتر از 4.4 در صد باشد نداشته و منحني هاي تغييرات بطور موازي قرار گرفته است. ولي در اثر زياد شدن قليائيت كل انرژي ويژه مصرفي و درجه رواني تواما كم مي شوند. موقعي كه درصد قليائيت كل از 44 به 6.3 درصد افزايش مي يابد. مصرف انرژي كم مي شود. در يك درجه رواني معين، در اثر زياد شدن قليائيت كل تزريق شده، مقاومت در برابر كشش (شكل 1-8)، حجيمي كمتر (شكل 1-9) و ضريب بخش نور(LSC) نيز كمتر شده است.(شكل 1-10)
آزمايش 1 آزمايش 2 آزمايش 3
قليائيت كل (%) 2.1 4.4 6.3
مرحله اول آغشته سازي
DTPA(%) 0.3 0.3 0.3
مرحله دوم آغشته سازي
DTPA(%) 1 1.7 4.6
H2O2 (%) 1.1 1.2 3.1
سيليكات(%) 0.5 1.1 3.7
MgSO4 (%) 0.05 0.1 0.1
DTPA(%) 0.05 0.1 0.1
درچشم پالايشگر
قليائيت كل(%) 1.1 2.7 1.7
H2O2 (%) 2.7 3.6 2.1
سيليكات(%) 3.2 3.2 3.1
MgSO4 (%) 0.1 0.2 0.1
DTPA(%) 0.2
كل
قليائيت كل (%) تزريق شده 2.1 4.4 6.3
قليائيت كل (%) مصرف شده 2.1 4.3 5.9
H2O2 (%) تزريق شده 3.8 4.8 5.2
H2O2 (%) مصرف شده 2.7 3.8 4.7
در جدول 1-12 مقايسه اي از ويژگيهاي سه خمير كاغذ P-Rc APMP در درجه رواني 200 ميلي ليتر استاندارد كانادايي (CSF) نشان داده شده است. همانطوري كه از اين جدول مشخص است،فرآيند P- RcAPMP داراي قابليت انطباق خوبي بوده و از طريق تغيير شرايط فرآوري شيميايي و انرژي مي توان خمير كاغذهايي با ويژگيهاي خيلي متفاوت توليد كرد. در درجه رواني 200 ميلي ليتر استاندارد كانادايي در اثر تغيير مصرف قليائيت كل از 2 درصد به 5.9 درصد مقدار انديس مقاومت در برابر كشش از 13 به 52 N.m/gr و انديس مقاومت در برابر تركيدن از 0.5 به 2.8 kpa*m2/gr افزايش يافته است. در مصرف زيادتر قليائيت كل با مقدار زيادتر مقاومت در برابر كشش دو ويژگي حجيمي و پخش نور كم شده است. بعلاوه ذكر اين نكته ضروري است كه معمولا انرژي ويژه مصرفي در مقياس آزمايشگاهي و نيمه صنعتي است.
شكل 1-10 : رابطه بين درجه رواني و ضريب پخش نور خمير كاغذ P-Rc APMP از مخلوط چوب پهن برگان
در شكل 1-11 : ويژگي ذاتي (رابطه بين دانستيه با مقاومت در برابر كشش) خمير كاغذ P-Rc APMP توليد شده از مخلوط چوب پهن برگان با خمير كاغذ BCTMP چوب صنوبر ارائه شده است.خميركاغذ P-Rc APMP داراي حجيمي زيادتر از BCTMP بوده و اين اختلاف در مقاومتهاي زيادتر بيشتر مي شود.
مقايسه ويژگيهاي ذاتي خمير كاغذ P-Rc APMP از مخلوط چوب پهن برگان با BCTMP صنوبر
ويژگيهاي خمير كاغذ P-RcAPMP در درجه رواني 200 ميلي ليتراستاندارد كانادايي
آزمايش 1 آزمايش 2 آزمايش 3
قليائيت كل مصرف شده(%) 2.7 4.3 5.9
قليائيت كل تزريق شده(%) 2.1 4.4 6.3
H2O2 مصرف شده(%) 2.7 3.8 4.7
H2O2 تزريق شده (%) 3.8 4.8 5.2
(Kwh /odtam) SEC 2100 2050 1000
حجيمي (Cm3/gr) 3.5 3.2 2.2
انديس مقاومت در برابر كشش (N.m/gr) 13 18 52
انديس مقاومت در برابر تركيدن (kpa.m2/gr) 0.5 0.65 2.8
روشني (ISO%) 81.5 83 84
ضريب پخش نور (m2/kg) 57 54 35
انديس مقاومت در برابر پاره شدن (mN.m2/gr) 1.9 2.7 7
تراشه ها(%) روي الك mm 0.1 0.08 0.1 1.2
توليد خمير كاغذ APMP از منابع غير چوبي نظير باگاس نيز مورد بررسي قرار گرفته است. در يك بررسي ويژگيهاي خمير كاغذ BCTMP , P-RCAPMP, APMP مقايسه شده است كه برتري فرآيند P-RC APMP را نشان مي دهد (جدول 12-1 ). خمير كاغذ توليد شده قابليت استفاده در توليد كاغذ چاپ و تحرير و مقواي چند لايه را دارد در شكل 1-13 نقشه جريان مواد فرآيند P-RCAPMP از باگاس نشان داده شده است.
مقايسه ويژگيهاي خمير كاغذ BCTMP , P-RCAPMP, APMP از باگاس
واحد BCTMP APMP 2 APMP
NaoH % 3.6 2.6 5.3
H2o2/na2so3 % 3.6 2.3 5.6
انرژي ويژه پالايش Kwh/ADT 580 750 700
انرژي ساير تجهيزات Kwh/ADT 450 450 450
مصرف آب فرآيند M3/ADT 18 18 18
بازده % 86 86 85
درجه رواني Ml(CSF) 350 350 350
حجيمي Cm3/g 3.8 3.9 3.6
روشني ISO% 35.6 43.9 59.4
انديس مقاومت در برابر كشش Nm/g 11.9 5.5 14.5
انديس مقاومت در برابر پاره شدن Mn..m2/g 5.2 2.5 4.2
كشش % 0.8 0.65 1
COD Kg/ADT 160 160 185
خميرسازي شيميايي مکانيکي از اوکاليپتوس و مقايسه آن با خميرهاي شيميايي اوکالپتوس
چکيده مطلب:
متن حاضر پيشرفتهاي تکنولوژيکي در خمير سازي شيميايي مکانيکي را نشان مي دهد و پيشرفته ترين تکنولوژي خميرسازي شيميايي مکانيکي را که P-RC APMP مي باشد را معرفي مي نمايد.
نتايج آزمونهاي مختلف تکنولوژي P-RC APMP بر روي گونه هاي چوبي اوکاليپتوس آمريکاي جنوبي در زير ارائه گرديده است. پس از آن خميرهاي حاصل از P-RC APMP گونه هاي اوکاليپتوس با خميرهاي شيميايي حاصل از همين گونه و ساير خميرهاي شيميايي پهن برگان که در حال حاضر بطور وسيعي در بازار صنايع مورد استفاده قرار مي گيرند، ارائه گرديده است . نتايج نشان مي دهد که خميرهاي P-RC APMP اوکاليپتوس از نظر خواص کاغذ سازي قابل مقايسه و حتي بهتر از خميرهاي BCTMP موجود در بازار که در حال حاضر در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرند، هستند.
زمانيکه خميرهاي P-RC APMP در مقايسه با خميرهاي شيميايي اوکاليپتوس قرار مي گيرند، اين خميرها حجيمي بالايي در قدرت پيوند دهي الياف دارند( شاخص کشش) و از نظر مقاومت به کشش با خميرهاي شيميايي قابل مقايسه مي باشند. خصوصيت حجيمي بالاي خميرهاي P-RC APMP باعث گزينش پذيري بيشتر استفاده آنها از چوب اوکاليپتوس در بسياري از موارد استفاده کاغذ در صنايع مي گردد.
لغات کليدي : اوکاليپتوس ، P-RC APMP، BCTMP ، خصوصيات خمير وکاغذ سازي.
معرفي:
در سالهاي اخير رشد فزاينده اي در استفاده از گونه هاي پهن برگ با دانسيته بالا در صنعت خمير و کاغذ رخ داده است که گونه هاي مختلف چوبي اوکاليپتوس هم از اين قاعده مستثني نيستند. بطور سنتي اين مواد در فرآيندهاي خمير سازي شيميايي مورد استفاده قرار مي گرفتند و بيشتر سوزني برگان براي خميرسازي شيميايي مورد استفاده بودند. خميرسازي شيميايي با اوکاليپتوس بطور کلي خميري با بازده بسيار پايين در حدود 40 تا 50 درصد مي دهد و خميرهاي توليد شده توسط فرآيندهاي خميرسازي شيميايي بطور معمول حجيمي پايين و خواص نوري کمي در مقايسه با ساير تکنولوژيهاي خمير سازي از خود نشان مي دهند. همانطور که صنايع به دنبال راندمان بالا و حجيمي و خصوصيات نوري بهتر مي گشتند، خصوصيات چاپ پذيري و درجات کاغذ در تکنولوژيهاي خميرسازي شيميايي با بازده بالا مورد توجه قرار گرفت که بازده بالا ( 80% به بالا ) و خصوصيات نوري و حجيمي خوبي را ارائه مينمود. در تحقيقات حاضر مقايسه اي بين خميرهاي شيميايي ( کرافت) و خميرهاي شيميايي مکانيکي پهن برگان و مخلوط اين دو نوع خمير نه تنها باعث حجيمي و خصوصيات نوري بالاتر مي گردد ، بلکه مقاومت پيوند بين الياف نيز بهبود مي يابد( شاخص کشش ).
بطور سنتي سه فرآيند پيش تيمار متفاوت در خميرسازي مکانيکي اوکاليپتوس وجود دارد که عبارتند از سوداي سرد( CCS) سولفيت قليايي ( CTMP) يا سولفيت قليايي خميرسازي گرمايي مکانيکي و جديدترين آنها پراکسيد(APMP يا خميرسازي مکانيکي پراکسيد قليايي ) . در طي سالهاي گذشته تحقيقات منظم و پيشرفتهايي در آزمايشگاه هاي شرکت ANDRITZ و آزمايشگاه هاي R&D در اوهايوي آمريکا صورت گرفته که ارزيابي و مقايسه تيمارهاي متفاوت و موارد استفاده گونه هاي اوکاليپتوس آمريکاي جنوبي صورت گرفته است. بعضي از اين نتايج در کنفرانسها و مقالات مختلف به چاپ رسيده اند . با توجه به مطالعات انجام گرفته تکنولوژي پيشرفته P-RC APMP مورد توجه قرار گرفت. اين تکنولوژي پيش تيماري ملايم( P ) با موهد شيميايي و سپس تيمار شيميايي به همراه ريفاينر ( پالايشگر) و براي تيمار شيميايي اصلي ( به منظور بهبود روشني الياف و ساير خواص خمير ) صورت ميگيرد.
لغت P-RC به منظور نشان دادن اهميت اين پيش تيمار و تيمار شيميايي به همراه پالايشگر و تاثيرات ممکن بين اين دو عمل را نشان مي دهد. اين فرآيند با APMP که با تيمار شيميايي بر روي چيپسها قبل از عمل پالايش صورت مي گيرد ، متفاوت است. همچنين با سفيدسازي در ريفاينر که بدون پيش تيمار و تماما بر روي سفيدسازي در ريفاينر صورت مي گيرد ،متفاوت است. مقالات مختلفي در رابطه با جزئيات فرآيند P-RC APMP و آخرين پيشرفتها و تفاوت آن با فرآيندهاي شيميايي مکانيکي به چاپ رسيده است.
به منظور فعاليتهاي صنعتي فرآيند P-RC APMP که بطور ساده در شکل شماره 1 نشان داده شده ، طراحي گرديده است.
مواد خام يا چيپسها ابتدا توسط مواد شيميايي آغشته سازي مي شوند. آغشته سازي کل سيستم ممکن است 1 تا 3 مرحله داشته باشد. در شکل دو مرحله اي نشان داده شده است. به هر حال بطور کل اين نوع آغشته سازي براي بسياري از کاربردها کافي مي باشد. در آغشته سازيهاي چند مرحله اي ، مرحله اول بطور کلي مواد شيميايي کمتري نسبت به مراحل بعد دريافت مي دارد وبيشترين مواد شيميايي سفيدسازي در مرحله پاياني اضافه مي گردد. درهر مرحله آغشته سازي ، چيپسها ابتدا به مدت 10 تا 30 دقيقه تيمار حرارتي شده و سپس در يک پرس با فشار بالا تحت فشار قرار مي گيرند. ليکور شيميايي مورد استفاده بعد از اين مرحله پرس اعمال مي گردد. فشار آزاد شده در هنگام برداشته شدن از روي چيپسها کمک مي کند تا مواد شيميايي به داخل چيپسها نفوذ نمايند.
در آخرين مرحله آغشته سازي به چيپسها اجازه داده مي شود که زمان ماندگاري بيشتر شده و قبل از پالايش چيپسها چه بصورت فشاري و يا بدون فشار آغشته سازي بهبود يابد.بعد از پالايش خمير ممکن است به صورت مستقيم مورد استفاده قرار گرفته و يا به برج ذخيره سازي به منظور کامل شدن فعل و انفعالات شيميايي در زمان کافي منتقل گردد.
پس از پايان فعاليتهاي شيميايي خمير شسته شده و تحت پرس مياني قرار گرفته يا مستقيما به مخزن ذخيره سازي منتقل مي گردد و يا به پالايشگر ثانويه منتقل مي شود. در پايان اين مرحله خمير تمامي تيمارهاي شيميايي را دريافت کرده و باقي فرآيند مربوط به پالايش ، غربال ، شستشو و ساير کارهاي آماده سازي خمير براي ساير قسمتهاي سيستم مي باشد.
مواد لازم براي آزمايش :
چوب : مواد براي اين فرآيند از گرده بينه اي که به همراه پوست از کشورهاي مختلف آمريکاي جنوبي در سنين 6 تا 9 سال تهيه مي گرديد. قبل از شروع فرآيند اين گرده بينه ها پوست کني و چيپس مي شوند.
فرآيند P-RC APMP : به منظور پيش تيمار قليايي پراکسيد قليايي 2 تا 3 مرحله آغشته سازي توسط دستگاه مدل 560 GS شرکت ANDRITZ بر روي چيپسها اعمال مي گردد. جزئيات تيمار شيميايي فرآيند P-RC APMP در قسمتهاي ديگر توضيح داده خوهد شد . مقدار مواد شيميايي مورد استفاده در مراحل پيش تيمار متفاوت است :
هيدروکسيد مورد استفاده از 4% تا 9% و هيدروژن پراکسيد از 2% تا 7% ( همگي بر مبناي وزن خشک چيپس ) ، علاوه بر آن از تثبيت کننده هاي پراکسيد ( DTPA ، سيليکات سديم و سولفات منيزيوم ) استفاده مي گردد.
پالايش : خرده چوبهاي آغشته سازي شده توسط دستگاه ريفاينر ديسکي دوبل با قطر 914 ميلي متر تحت فشار اتمسفر پالايش گرديد ( مدل 401 شرکت ANDRITZ ).
تست خمير : کاغذهاي دست ساز ساخته شده همگي بر اساس استانداردهاي TAPPI مورد آزمايش قرار گرفته اند.
نتيجه و بحث :
خصوصيات خمير فرآيند P-RC APMP :
به منظور فهم اينکه خصوصيات خمير تحت شرايط اين فرآيند چگونه بهبود مي يابد، اين مطلب مهم مي باشد که شرايط فرآيند چگونه تحت تاثير قرار مي گيرند و مهمتر از آن اين مطلب مهم است که خصوصيات خمير استحصالي چگونه با نوع فرآيند بطور مستقل يا کاملا حساس به آن قرار دارد .اين خصوصيات براي مقايسه اين فرايند با ساير فرآيندها در مواد اوليه يکسان يا در مقايسه با موادچوبي مختلف در يک نوع فرايند مهم مي باشد. همانطور که در بالا مورد بحث قرار گرفت ، فرآيند P-RC APMP بسيار انعطاف پذير مي باشد. خصوصيات خمير در شاخص درجه رواني ثابت مي تواند در انرژيهاي پالايش متفاوت و مقادير متفاوت مواد شيميايي به آساني تغيير نمايد. تحقيقات گذشته برروي تيمار شيميايي در خميرسازي مکانيکي اوکاليپتوسهاي آمريکاي جنوبي و صنوبر لرزان آمريکاي شمالي اين مطلب را اذعان مي دارد که در يک روش خمير سازي شيميايي- مکانيکي ارتباط نزديکي بين خصوصيات خمير مکانيکي و ميزان مصرف انرژي فرايند شيميايي بطور مستقل وجود دارد.خصوصيات مقاومتي کاغذ دست ساز مانند کشش ، پارگي و ترکيدن همگي به نوعي به دانسيته کاغذ دست ساز ارتباط دارند. به همين دليل تلاشهايي براي مطابقت آن با تحقيقات حاضر صورت گرفته است.
Aucalyptus Grandis از آمريکاي جنوبي :
E. Grandis از کشورهاي آرژانتين ، برزيل ، پاراگوئه و ونزوئلا مورد بررسي قرار گرفته اند. شکل شماره 2 مقاومت به کشش کاغذ دست ساز اين گونه ها را نشان مي دهد. همانطور که از تحقيقات قبلي انتظار مي رفت رشدي خطي در نمودار نسبت کشش به دانسيته تمامي اين گونه ها ديده مي شود. در تمامي اين گونه ها اين مقدار به صورت کم يا زياد با يک رابطه مشخص ادمه مي يابد.
رابطه ميان مواد شيميايي و انرژي پالايش مصرفي مستقل از يکديگرند. در استفاده از مقدار مواد شيميايي زياد و يا انرژي مصرفي بالا مقاومت به کشش خوب ( > 50 N.m/g) بدست مي آيد که براي بسياري از مصارف کاغذسازي کافي مي باشد.
خمير سازي مکانيکي
خمير سازي مکانيکي چيست؟
1-2- خمير سازي مکانيکي و خمير مکانيکي:
چوب يک ماده مرکب طبيعي است وبا مواد مرکب دست ساز بشر تفاوتهاي بسياري داردو چوب شامل فيبر که لا به لاي آن را ليگنين پر نموده و آن را مي توان به عنوان مثال باترکيبات فيبري کربن مقايسه نمود، که البته الياف کربن توسط رزينهاي سنتزي در کنار يکديگر نگه داشته شده اند. آنچه ساختار چوب را پيچيده تر مي نمايد اين است که خود الياف (فيبرها) داراي ترکيب هستند که شامل فيبرهايي مي باشند که توسط ليگنين و همي سلولز در کنار يکديگر نگه داشته مي شوند، علاوه بر اين فيبرها شامل ميکروفيبرها هستند که خود آنها نيز ترکيب مي باشند.
هدف تمامي فرآيندهاي خمير سازي جدا سازي الياف از چوب و مناسب سازي و آماه کردن الياف براي عمليات کاغذ سازي مي باشد.الياف فيبرها مي توانند بدون آسيب ديدن زياد از يکديگر جدا شوند تنها اگر ليگنين يا مقدار زيادي ازهمي سلولز حذف گردد مانند فرآيند شيميايي و به مقدار کمتر در فرآيند مکانيکي اين عمل اتفاق مي افتد. هردو خمير تهيه شده از روشهاي شيميايي و مکانيکي مي بايست الياف آنها توسط پالايشگر ( کوبيده شوند) قبل از آماده شدن براي عمليات کاغذ سازي پالايش گردند.تفاوت خميرهاي شيميايي و مکانيکي مربوط به مرحه توليد آنهادر کارخانه هاي متفاوت است بدين معني که الياف در پايان مشابه يکديگرند ولي روشهاي ايجاد متفاوت است. اينعمل بازکردن ( سست کردن) الياف از نظر ساختاري در فرآيندهاي مکانيکي مهم مي باشد، اگر چه خمير خام داراي الياف جداگانه مي باشد ولي هنوز براي ساخت کاغذي يک دست و صاف با ساختاري مقاوم مناسب نمي باشد. در فرآيندهاي مکانيکي خميرسازي، چوب و الياف تا قبلا از اينکه به طور کامل از يکديگر جدا شوند توسط نيروهاي ارتعاشي صفحات بين يکديگر به هم متصل مي باشند.
در اين فرآيند خمير سازي( مکانيکي) مقدار کمي از مواد شيميائي مورد استفاده قرار مي گيرد( بنابراين مقدار کمي از ليگنين نيز حذف مي گردد). که اين نوع عمليات به خانواده فرآيندهاي مکانيکي تعلق دارد. به اين عمليات به طور کلي خميرسازي شيميايي- مکانيکي اطلاق مي گردد.
يک خمير مکانيکي ايده آل مي بايست کاغذي با ماتي،روشني، حجيمي و صافي سطح بالا توليد نمايد و از ساختار خلخلي مناسبي برخوردار باشد و از وزن پايه پائيني بدون احتياج به استفاده از خمير ديگري براي تقويت برخوردار باشد، بدون آنکه اين خصوصيت بر ماتي و حجيمي ان تاثير بگذارد. برتري فرآيند خمير سازي مکانيکي برخميرسازي شيميايي اين است که در اين عمليات مي توان خميري با ماتي و حجيمي مناسب توليد نمود که داراي وزن پايه پائيني باشد و بر خصوصيات ذکر شده آن تاثير نگذاردو در پايان يک خميرمکانيکي مي بايست خصوصيات مقاومتي مناسب داشته باشد.
خصوصيات يک خمير مکانيکي مناسب( به طور خلاصه):
-مي بايست فيبرها از چوب جدا شده باشند.
- طول فيبر يا الياف بايد حفظ گردد.
- الياف مي بايست از يکديگر جدا شوند( چسبيدگي داخلي الياف توسط ديواره سلولي الياف)
- مواد ريز فراوان موجود بر روي مياني و ديواره سلولي اوليه و ثانويه مي بايست پاکسازي شوند.
- ديواره ثانويه باقيمانده مي بايست فيبريله شود.( فيبريلاسيون خارجي)
در کل ، دو روش در مقياس صنعتي براي توليد خمير به روش مکانيکي وجود دارد:
- فشار دادن ياپرس کردن گرده بينه ها بر روي صفحه گرد آسياب ( خمير سازي آسيابي)
- توسط ريفانيز(پالاشگير) چيپسها خرد شوند.
البته بايد ذکر کرد که شايد دو فرآيند فوق، دو ايده آل براي توليد خميرهاي مکانيکي محسوب مي گردند.
در فرآيند آسياب کردن ( ساييدن) خمير توليدي از خصوصيات نوري خوبي برخوردار است ولي از خصوصيات مکانيکي و مقاومتي خوبي برخوردار نمي باشد. پالايش خرده چوب خميري با خصوصيات مکانيکي و مقاومتي بالا و خصوصيات نوري ضعيف توليد مي نمايد.و با توجه به تقاضاي بازار و موارد مصرف خميرها هر دو فرآيند با توجه به خصوصيات نوري، حجيمي در يک سو، خصوصيات مقاومتي از سوي ديگر مورد استفاده مي گيرند.
2-2- مجموعه اصطلاحات و توضيح مختصر در مورد فرآيند:
اسامي فرآيندهاي اصلي خميرسازي مکانيکي در جدول شماره 1 ديده مي شود. در کنار هر يک مختصري در رابطه با نوع فرآيند نيز توضيح داده شده است.تعداد زيادي از فرآيندهاي منشعب شده از فرآيندهاي اصلي در اين ليست قرار ندارد که در فصول بعدي به آن خواهيم پرداخت. بعضي ازاسامي فرآيندهابا توجه به پيشينه صنعتي نامگذاري شده اند ( به عنوان مثال PGW که يک فرآيند انشعابي ( فرعي) مي باشد).، در پايان هنوز اجماع نظر کلي درباره اسامي ليست شده در ذيل وجود ندارد.
جدول شماره 1: مجموعه اصطلاحات خميرسازي مکانيکي، فرآيندهاي اصلي که امروزه مورد استفاده قرار
مي گيرند. عبارتند از:
CTMP, TMP, PGW بازده (راندمانهاي) ذکر شده مربوطه به چوب Spruce Norway مي باشد که با فرآيندهاي جديد، با ميزان مصرف آب metric ton/10-20m3 تهيه گرديده اند.
فرآيند آسيابي گراندوود GW(SGW)
سايش گردده فيبرها توسط سنگ آسياب در فار اتمفسر اتفاق مي افتد.
درجه دماي آب پاششي 75-75 – بازده %5-98
فرآيند گراندوود فشاري PGW
گرده بينه ها توسط سنگ آسياب تحت فشار (2.5بار) آسياب مي شوند.
دماي آب کمي کمتر از c100 – بازده%98.5
فرآيند سوپر- گراندوود فشاري -S PGW
گرده بينه ها توسط سنگ آسياب تحت فشار (4.5 بار) آسياب مي شوند.
دماي آب کمي کمتر از c100 – بازده%98
فرآيند گراندوود گرمايي TGM
گرده بينه ها توسط سنگ آسياب زنجيري اتمسفري و سيستم خاص پاششي
آب در دماي c80 و بيشتر آسباب مي شوند. بازده%98.5
فرآيند مکانيکي پالايشي RMP
پالايش چسبها در پالايشگر اتمسفري صفحه اي صورت مي گيرد.
هيچگونه تيمار ديگري صورت نمي گيرد، تنها شتشوي چيپسها و احتملاً پيش بخاردهي در فشار اتمسفر صورت مي پذيرد. بازده%97.5
فرآيند مکانيکي پالايشي تحت فشار PRMP
همانند روش RMP مي باشد با اين تفاوت که تحت فشار و در دمايي بالاتر صورت مي گيرد. بازده%97.5
فرآيند مکانيکي حرارتي TMP
چيپسها قبل از پالايش تحت فشار و دماي بالا حرارت مي بينند.
بخار تحت فشار به طور نرمال 5-3 بار و دمايي در حدود c155-140 قرار دارد. بازده%97.5
فرآيند مکانيکي شيميايي CMP
1) به طور کلي اين اسم براي چوبي چوبي که توسط مواد شيميايي تيمار شده و سپس توسط پالايشگر پالايش شوند اطلاق مي گردد.
2) خمير توليد شده بدين صورت است که ابتدا توسط مواد شيميايي و معمولاً حرارت پيش تيمار شده و سپس توسط پالايشگر تحت فشار يا اتمسفري پالايش مي شوند. به طور نسبي از تيمارهاي شيميايي قوي استفاده مي گردد. به طور معمول کمتر از %90 بازده دارند.
فرآيند مکانيکي – حرارتي- شيميايي CTMP
پالايش تحت فشار حرارت با پي تيمار شيميايي صورت مي گيرد.
از تيمارهاي ملايم استفاده مي گردد بازده معمولاً بالاي %90 مي باشد.
امروز تحقيق در صنعت و كشاورزي ، عاملي مهم جهت توسعه اقتصادي در دنيا ميباشد. اين نياز در كشور ايران نيز همگام با رشد اقتصادي وصنعتي بشدت احساس ميگردد. استفاده از سرمايههاي انساني در جهت افزايش كيفيت و كميت محصولات توليدي جز با آموزش ، تحقيق و توليد ميسر نخواهد شد. در اين راستا مؤسسات و سازمانهاي تحقيقاتي نقش بسزايي در زمينه پژوهش را ايفا مينمايند. بخش تحقيقات علوم چوب و كاغذ مؤسسه تحقيقات جنگلها و مراتع از جمله بخشهاي تحقيقاتي است كه رسالت در جهت اعتلاي تحقيق و پژوهش در صنايع چوب و كاغذ را عهدهدار ميباشد.
محورهاي كلي بخش تحقيقات علوم چوب و كاغذ برپايه دسترسي به منابع ليگنوسلولزي جانشين، افزايش بهرهوري در صنايع چوب و كاغذ، كاهش ضايعات، استفاده صحيح و اصولي از منابع چوبي موجود و افزايش عمر مفيد چوب ميباشد.
با توجه به اين رسالت خطير، بخش تحقيقات علوم چوب و كاغذ اهداف زير را سر لوحه برنامهريزيهاي تحقيقاتي قرار داده است.
- شناسايي منابع اوليه ليگنوسلولزي چوبي و غير چوبي كه از پتانسيل مصرف در فرآيندهاي توليد صنايع سلولزي برخوردار هستند.
- بررسي ويژگيهاي بنيادي و كاربردي انواع مواد اوليه چوبي و غير چوبي براي توسعه فرآيندهاي كاربردي
- تحقيق در جهت كاهش ضايعات و استفاده از ضايعات بهرهبرداري شده از جنگل، ضايعات كشاورزي و چوب آلات كم قطر
- تحقيقات بنيادي در فرآيندهاي صنايع سلولزي براي بهينه سازي محصولات توليدي
- تحقيقات توسعهاي ـ كاربردي در فرآيندهاي صنايع سلولزي در راستاي بكارگيري فرآيندهاي جديد و توسعه فرآيندهاي بهينه و بومي شده.
- تحقيق در استانداردهاي ملي و بينالمللي در راستاي ارتقاء كيفيت محصولات توليدي
- ارائه خدمات تحقيقاتي ـ توسعهاي به سازمانهاي توليد كننده و مصرف كننده مواد اوليه ليگنوسلولزي و كارخانههاي توليدي و تشريك مساعي متقابل
- ارائه خدمات تحقيقاتي ـ آموزشي به مؤسسات آموزشي در سطوح مختلف تحصيلي
به منظور دستيابي به اهداف فوق بخش تحقيقات علوم چوب و كاغذ سعي در گردهم آوردن اطلاعات جديد، نيروي انساني كارآمد در سطوح مختلف تخصصي و تجهيزات مدرن داشته و با در اختيار داشتن فضاي مناسب تحقيقاتي به بزرگترين مجتمع تحقيقاتي علوم و تكنولوژي چوب و كاغذ در سطح كشور و يكي از بزرگترين مجتمعهاي تحقيقاتي منطقهاي در زمينه فوق تبديل شده است.
فعاليتهاي بخش تحقيقات علوم چوب و كاغذ مؤسسه تحقيقات جنگلها و مراتع به بررسي همه جانبهاي در جهت تشخيص نقاط ضعف و قوت صنايع چوب و كاغذ كشور و رفع نواقص موجود پرداخته است. امروزه تلاش در جهت بهرهوري پايدار از جنگلها و منابع ليگنوسلولزي ايران بخش تحقيقات علوم چوب و كاغذ را بعنوان قطبي بزرگ در جهت تحقيق و رسيدن به خودكفايي سلولزي و توليد از منابع جانشين و استفاده از چوب و مواد ليگنوسلولزي با ارزش افزوده بالاتر قرار داده است.
بخش تحقيقات علوم چوب و كاغذ در راستاي انجام وظايف تحقيقاتي خطير خود بصورت تخصصي و تفكيكي به امر پژوهش و تحقيق پرداخته است، كه اين وظايف در قالب 4 گروه تخصصي صورت ميگيرد.
فيزيک و مکانيک چوب و فرآورده هاي چوبي
شيمي چوب و خمير کاغذسازي
حفاظت و اصلاح چوب
توسعه صنايع و فرآورده هاي و مرکب چوب
1- گروه تحقيقات فيزيك و آناتومي چوب
اين گروه در تحقيقات بنيادي شناخت ويژگيهاي ماده اولية چوبي و غير چوبي و جمع آوري اطلاعات مورد نياز فعاليت دارد. اين گروه تحقيقاتي با در اختيار داشتن تجهيزات لازم طي ساليان گذشته فعاليتهاي گستردهاي داشته و در حال توسعه و گسترش فعاليتها و جذب تجهيزات مدرن و جديدتر است. در حال حاضر، اين گروه داراي آزمايشگاهي است كه مجهز به دستگاههايي نظير ميكروسكوپ نوري متصل به كامپيوتر با قابليت ذخيره و آناليز تصاوير، ميكروتوم، انواع ميكروسكوپهاي پروژكتيو و استريوميكروسكپها و ساير امكانات لازم جهت بررسي خصوصيات آناتوميكي و فيزيكي و مورفولوژيكي الياف چوب گونههاي مختلف بوده و طرحهاي متعددي در اين زمينهها در آن در حال اجرا ميباشد.
آزمايشگاه فيزيك و آناتومي چوب
2 - گروه تحقيقات مكانيك چوب و فرآورده هاي چوبي
گروه تحقيقات مكانيك چوب و فرآورده هاي چوبي در زمينه شناخت ويژگيهاي مكانيكي و كاربردي چوب و محصولات چوبي و كاغذ در حال فعاليت است . از جمله گروههاي تحقيقاتي بخش تحقيقات علوم چوب و كاغذ است كه از اوايل تشكيل بخش فعاليت داشته و اطلاعات كاربردي در مصرف بهينه چوب را جمع آ وري و در اختيار سازمانها و مؤسسات مربوطه قرار ميدهد . با توجه به ماهيت كار، اين گروه تحقيقاتي با ساير گروههاي تحقيقاتي در ارتباط نزديك بوده و به ديگر گروهها نيز خدمات تحقيقاتي، آزمايشگاهي ارائه ميكند.
اين گروه با در اختيار داشتن يك دستگاه ماشين آزمايشگر مقاومت مكانيكي مدل 1186- INSTRON ، ماشين مقاومت به ضربه مدل WP5- INSTRON و يك سردخانه به حجم 8 مترمكعب توانايي انجام كليه آزمايشات مكانيكي را بر روي چوب و ساير فرآوردههاي چوبي در شرايط مختلف محيطي از نظر دما و رطوبت دارا ميباشد. از جمله امكانات ديگر اين گروه داشتن اتاق آزمايشگاهي كليماتيزه تحت شرايط محيطي رطوبت و دما است
3- گروه تحقيقات فرآورده هاي مركب چوبي
اگروه و آزمايشگاه فرآوردههاي مركب چوبي با در اختيار داشتن تجهيزات مدرن و نيمه صنعتي تحقيقات محصولات اوراق فشرده چوبي بويژه در زمينههاي خرده چوب، تخته فيبر، تخته فيبر با دانسيته متوسط MDF))، تختههاي عايق، تخته رشته چوب، تخته چندلايه، چوبهاي لايهاي، كامپوزيتهاي الياف چوب / پليمر، چوب گچ، چوب سيمان و تختههاي مركب در زمينه تحقيقات بنيادي، كاربردي و توسعهاي فرآيندها و تكنولوژيهاي صنايع چوب فعاليت داشته و از طريق تركيب و تلفيق نيروي انساني كارآمد و تجهيزات مدرن جوابگوي نيازهاي تحقيقاتي سازمانها و مؤسسات اجرائي و كارخانههاي توليدي است. برخي از تجهيزات آزمايشگاهي اين گروه بشرح زير است:
.
آزمايشگاه فرآوردههاي مركب چوبي
خرد كن استوانهاي آزمايشگاهي، پوشالكن حلقوي آزمايشگاهي، خشك كن، مخلوط كـن چســب، چسبزن، پرس آزمايشگاهي مدل Burkle-L-100، دستگاه بخار زني، پالايشگر الياف و ساير دستگاهها و دستگاههاي برش .
4ـ گروه تحقيقات شيمي چوب، خمير كاغذ و كاغذسازي
اين گروه در زمينه تحقيقات بنيادي، كاربردي و توسعهاي فعال ميباشد و مانند ساير گروههاي تحقيقاتي در راه گسترش فعاليتهاي تحقيقاتي، تكميل اطلاعات در زمينة مصرف مواد چوبي و غيرچوبي در توليد كاغذ و محصولات كاغذي كشور گام بر ميدارد. در آزمايشگاه تحقيقات شيمي چوب آزمايشات مربوط به اندازهگيري تركيبات شيميايي چوب نظير اندازهگيري سلولز، ليگنين، مواد استخراجي و خاكستر انجام ميشود. در آزمايشگاه تحقيقات خمير و كاغذسازي توليد خمير كاغذ با استفاده از روشهاي شيميايي ( سودا و كرافت)، نيمه شيميايي و حرارتي مكانيكي بر روي چوب و مواد ليگنوسلولزي غيرچوبي انجام ميشود. آزمايشگاههاي اين گروه مجهز به دستگاههاي مختلف بشرح زير ميباشد:
آزمايشگاه تحقيقات شيمي چوب، خمير كاغذ و كاغذسازي
ديگ پخت چرخشي مجهز به چهار محفظه، ديگ پخت 10 ليتري، دفيبراتور ديسكي، دستگاه اندازهگيري درجه رواني خميركاغذ، كوبنده P.F.I به منظور پالايش خمير كاغذ، دستگاه ساخت كاغذ دست ساز، دستگاه پرس كاغذ دست ساز، دستگاه خشك كن ورق كاغذ دست ساز، دستگاه نيمه صنعتي ( پايلوت) توليد خمير مكانيكي، دستگاه هم زنالياف و غيره.
آزمايشگاه چوب خشك كني و حفاظت چوب
گروه تحقيقات حفاظت ، اصلاح و خشك كردن چوب دست اندركار يكي از مقولههاي خيلي مهم و با اهميت افزايش دوام چوب، استفاده بهينه از چوب و محصولات چوبي و ليگنوسلولزي است. مواد ليگنوسلولزي در معرض تخريب عوامل بيولوژيك و زنده بوده و استفاده نامناسب بر شدت آن ميافزايد.
- اين گروه تحقيقاتي با در اختيار داشتن يك دستگاه كوره چوب خشك كني نيمه صنعتي در حال بررسي و تدوين برنامههاي چوب خشك كني چوبهاي صنعتي ايران ميباشد.
- اين گروه تحقيقاتي همچنين يك دستگاه نيمه صنعتي اشباع چوب طراحي و ساخته است كه با استفاده از آن به منظور بالا بردن عمر مفيد تراورسهاي چوبي مورد نياز راه آهن، تيرهاي ارتباطي و ساير مصنوعات چوبي، اشباعپذيري چوبهاي مختلف با مواد حفاظتي متفاوت و روشهاي مختلف را مورد بررسي و آزمايش قرار ميدهد
صنعت کاغذ Paper Making Industry
مواد اولیه تهیه کاغذ
مواد اولیه انواع کاغذ بطور کلی ، مواد سلولزی است که از منابع مختلف تهیه میشوند:
• ساقه کتان ، شاهدانه ، پنبه که الیاف بلند (در حدود 1.2 تا 6 میلی متر) دارند.
• ساقة گیاهانی مانند گندم ، جو (کاه) ، نی ، کنف و غیره.
• درختانی که برگ سوزنی دارند، مانند کاج (با الیاف بلند ) و یا برگ پهن ، دارند مانند چنار (با الیاف کوتاه در حدود 0.5 تا 1.2 میلی متر)
• انواع کاغذهای باطله و یا خردهها و قطعات مقوای کهنه
• الیاف تفاله نیشکر
مراحل تهیه کاغذ
• تبدیل چوب به قطعات ریز :
با استفاده از ماشین پوست کنی ، و دستگاه تولید تراشه و عبور تراشهها از الک مخصوص صورت میگیرد و قطعاتی به طول حداقل 4 و عرض 2 سانتی متر (در مورد چوب) به دست میآید.
• پختن چوب و تولید خمیر :
این عمل ممکن است از طریق مکانیکی یعنی ، بدون استفاده از مواد شیمیایی و توسط بخار آب جوش ، تحت فشار صورت گیرد که معمولاً برای تهیه کاغذهای ارزان و کاهی ، مانند کاغذ روزنامه متداول است. در روش شیمیایی از هیدروکسید سدیم (در روش قلیایی) ، سولفیت هیدروژن کلسیم ، ، درمحیط اسیدی (PH=2-3 ، روش بی سولفیت) و یا سولفیت سدیم (در روش سولفیت) همراه با کمی کربنات سدیم در دمای بالاتر از . 100 درجه سانتیگراد و تحت فشار ، استفاده میشود. در این مرحله خمیر قهوهای رنگی حاصل میشود که از آن در تهیه مقوا ، کارتن ، و یا کاغذهای کاهی استفاده میشود.
• شستشوی خمیر کاغذ :
شستشوی قلیایی ، که با استفاده از محلول 3 درصد سود در دمای 45 تا 50 درجه سانتیگراد به مدت یک تا دو ساعت صورت میگیرد. این عمل برای جدا کردن لیگتین و کاهش رنگ خمیر انجام میپذیرد.
• اعمال شیمیایی (رنگ زدایی) : در دو مرحله صورت میگیرد :
o کلر زنی ، که در PH=2 تا دمای 25 تا 45 درجه سانتیگراد به مدت تقریبی یک ساعت صورت میگیرد. در این مرحله لیگتین باقیمانده در خمیر ، به صورت محلول در میآید که بسته به نوع مواد شیمیایی به کار رفته برای پخت ، بین 3 تا 15 درصد ممکن است تغییرکند.
o رنگ زدایی که توسط هیپوکلریت سدیم (به صورت محلول 3 درصد) ، دی اکسید کلر ، پراکسید هیدروژن ، ازون ، و غیره در PH=9-10 صورت میگیرد. تا اینکه لیگتین فقط اکسید شود و سلولز تحت تأثیر قرار نگیرد.
• خشک کردن خمیر کاغذ :
دراین مرحله خمیر کاغذ را از دستگاه تمیز کننده و توریهایی که دارای سوراخهای 2 تا 3 میلیمتریاند ، عبور میدهند تا قسمت عمده آب خود را از دست بدهد. بعد آن را از پرسهای قوی عبور میدهند تا باقیمانده آب آن نیز خارج شود.
• پرس کردن ، برش زدن و بسته بندی :
با عبور خمیر خشک شده از میان غلتکهای مخصوص ، آن را به صورت صفحات کاغذ در آورده و توسط دستگاه برش آن را در اندازههای
مورد سفارش و نیاز بازار مصرف برش میدهند و بسته بندی میکنند.
شیمی کاغذ
برخلاف این تصور که تولید کاغذ اساسا یک فرآیند مکانیکی است، در این فرآیند ، پدیدههای شیمیایی نقش برجستهای دارند. از تبدیل چوب به خمیر کاغذ گرفته تا تشکیل کاغذ ، اصول شیمیایی دخالت آشکاری دارند. لیگنین زدایی از یک منبع گیاهی مناسب ، معمولا چوب ، یک فرآیند شیمیایی ناهمگن است که در دما و فشار زیاد انجام میشود.
دامنه شیمی کاغذ ، وسیع و جالب است شامل مباحثی از قبیل شیمی کربوهیدراتها ، رنگدانههای معدنی ، رزینهای آلی طبیعی و سنتزی و افزودنیهای پلیمری متعدد میباشد. در فرآیند تشکیل نیز تا حد زیادی شیمی کلوئید و شیمی سطح دخالت دارد. نقش پلیمر ، شیمی محیط زیست و شیمی تجزیه را نیز نباید فراموش کرد.
ترکیب شیمیایی کاغذ
از آنجا که کاغذ از الیافی ساخته میشود که قبلا تحت تاثیر تیمارهای فیزیکی و شیمیایی قرار گرفتهاند، سلولهای گیاهی حاصل از ترکیب شیمیایی ثابتی نسبت به ساختار منابع گیاهی اولیه برخوردار نیستند. سلولهای گیاهی عمدتا از پلیمرهای کربوهیدراتی آغشته شده به مقادیر مختلف لیگنین (یک ترکیب پلیمری آروماتیک که میزان آن با افزایش سن گیاه افزایش مییابد و در حین فرآیند لیگنینی شدن تولید میگردد) تشکیل شدهاند. بخش کربو هیدراتی سلول بطور عمده از پلی ساکارید سلولز تشکیل شده است. بخشی از این ترکیبات شامل پلی ساکاریدهای غیر ساختمانی با وزن مولکولی کم به نام همی سلولز هستند، که نقش بسیار مهمی در خصوصیات خمیر و کاغذ دارند.
به نظر میرسید که با توجه به نام همی سلولزها ، این ترکیبات با سلولز ارتباط داشته باشند و به روش مشابهی با سلولز بیوسنتز شده باشند. اما در حال حاضر بخوبی مشخص شده است که این پلی ساکاریدها به روش متفاوتی بیوسنتز شده باشند. اما در حال حاضر به خوبی مشخص شده است که این پلی ساکاریدها به روش متفاوتی بیوسنتز میشوند و نقش ویژهای در دیواره سلول گیاهان ایفا میکنند. علاوه بر این ترکیبات مهم ، مقادیر کمی از مواد آلی قابل استخراج و مقادر بسیار کمی از مواد معدنی نیز در دیواره سلولی الیاف وجود دارد.
مواد عصارهای و اندک (%) لیگنین(%) همی سلولزها (%) سلولز (%)
10> 25 تا 35 20 40 تا 45 سوزنی برگان
10> 17 تا 25 15 تا 35 40 تا 45 پهن برگان
ترکیب کلی استخراج الیاف گیاهی از نظر درصد کربن ، هیدروژن و اکسیژن بسته به درجه لیگنین شدن متغیر است. میزان این عناصر برای چوب حدود 50% کربن ، 6% هیدروژن و 44% اکسیژن است. از آنجایی که ترکیب عنصری کربوهیدراتها کم و بیش به صورت CH2O)n) است، میزان کربن موجود تقریبا حدود 40% است. لیگنین یک ترکیب آروماتیک با فرمول تقریبی C10H11O4 میباشد. بنابراین ، میزان کربن آن بطور متوسط حدود 65 - 60% است.
سلولز
سلولز مهمترین ترکیب ساختاری دیوارههای سلول است و بعد از حذف لیگنین و انواع دیگر مواد استخراجی نیز مهمترین ترکیب ساختاری کاغذ محسوب میشود. از نظر شیمیایی ، سلولز یک پلیمر دارای ساختمان میکرو فیبریلی شبه بلوری متشکل از واحدهای D-β گلوکوپیرانوزی با اتصالات (4 <---- 1) گلیکوزیدی است. همچون بسیاری از پلی ساکاریدها ، سلولز پلیمری بسپاشیده با وزن مولکولی زیاد است. بسته به نوع منبع سلولزی، درجه پلیمریزاسیون سلولز از 10000 تا 15000 متفاوت است.
سلولز 100% بلوری شناخته نشده است، اما ساختمان سلولز دارای یک بخش بلوری و یک بخش غیر بلوری یا بیشکل است. درجه بلورینگی بستگی به منشاء سلولز دارد. سلولز پنبه و انواع جلبکها مانند والونیا درجه بلورینگی بسیار بالایی است. در حالیکه سلولز چوب درجه بلورینگی پایینی دارد. سلولز بوسیله باکتریها نیز تولید میگردد که البته به عنوان منابع سلولزی برای کاغذ کاربردی ندارند.
همی سلولزها
همی سلولزها گروهی از پلی ساکاریدهای غیر ساختاری با وزن مولکولی کم و اغلب ناهمگن هستند که ارتباطی با سلولز نداشته و از راه بیوسنتز متفاوتی تولید میشوند. نام همی سلولزها نشان دهنده ارتباط یا نزدیکی آنها با سلولز نیست. نقش همی سلولزها در دیوراه سلول بخوبی شناخته شده نیست، اما وزن مولکولی خیلی کم آنها نمیتواند همی سلولزها را به عنوان یک پلیمر ساختاری مطرح کند (درجه پلیمریزاسیون آنها بین 150 - 200 است).
تحقیقات نظری در این زمینه نشان میدهد که همی سلولزها ممکن است نقشی در انتقال آب داشته باشند. همی سلولزها معمولا از واحدهای مونومری هگزوزی مثل D- گلوکوپیرانوز ، D- مانوپیرانوز و D- گالاکتوپیرانوز و واحدهای پنتوزی مثل D- زایلو پیرانوز و –L آرابینوفورانوز تشکیل شدهاند. بخش قابل توجهی از همی سلولزها حتی بعد از لیگنین زدایی شیمیایی ، در خمیر کاغذ باقی میمانند. مهمترین همی سلولز موجود در سوزنی برگان گالاکتو گلوکومانان است که حدود 20% از وزن خشک چوب را تشکیل میدهد.
لیگنین
لیگنین ، پلیمری آروماتیک با ساختاری بسیار پیچیده است. تقریبا کلیه خصویات لیگنین در کاربردهای کاغذ سازی نقش منفی دارند و کاغذهای با کیفیت خوب از الیافی ساخته میشود که تقریبا عاری از لیگنین هستند. لیگنین سبب شکننده شدن کاغذ میشود و به دلیل اکسایش نوری و تشکیل گروههای رنگی سبب افزایش زردی و تیرگی کاغذ میشود. کاغذ روزنامه مثال خوبی در این زمینه است و بطور کلی کلیه خمیرهای مکانیکی که در آنها مقدار زیادی لیگنین وجود دارد، چنین اثرهایی را نشان میدهد.
رزینها و مواد استخراجی
چوب حاوی مقدار کمی (کمتر از 5%) از ترکیباتی است که توسط حلالهای آلی مثل اتانول یا دی کلرومتان قابل استخراج هستند. میزان این ترکیبات در پهن برگان و سوزنی برگان و در بین گونههای مختلف چوبی متفاوت است. اگر چه این ترکیبات ممکن است در حین فرآیندهای شیمیایی تهیه خمیر کاغذ حذف شوند، اما همیشه مقداری از آنها در کاغذ باقی میماند. ترکیب شیمیایی این مواد بسیار متغیر است و شامل آلکانها ، آلکنها ، اسیدهای چرب (اشباع یا غیز اشباع) ، استرهای گلیسرول ، مومها ، اسیدهای رزینی ، ترپنها و ترکیبات فنولی هستند.
میزان باقیمانده این ترکیبات این ترکیبات در خمیر و کاغذ بستگی به فرآیند تهیه خمیر مورد استفاده دارد. در مجموع ، ترکیبات اسیدی مثل اسیدهای چرب و رزینی در محیط قلیایی براحتی از طریق تبدیل شدن به نمکهای محلول حل میگردند، اما در خمیر سازی اسیدی ، این ترکیبات براحتی قابل حل و خارج سازی نیستند. چندین محصول فرعی مفید در عملیات خمیر سازی از مواد استخراجی قابل استحصال است که مهمترین آنها شامل تربانتین و روغن تال است. تربانتین مخلوطی از هیدروکربنهای دو حلقهای با فرمول C10H16 است که ترکیبات عمده آن α و β- پنن است.
این ترکیبها به صورت محصولات فرعی فرار با بازده 5-4 لیتر به ازای هر تن چوب (کاج) قابل استحصال بوده و به عنوان حلال مور استفاده اند. روغن تال عمدتا از اسیدهای رزینی به همراه حدود 10% ترکیبات خنثی تشکیل شده است. این اسیدها از نظر ساختمانی ایزومرهای اسید آبیتیک هستند و به عنوان مواد افزودنی شیمیایی و مواد آهارزنی در تهیه کاغذ مصرف میشوند.
1- مراقبت اولیه از چوب
2- مدیریت جنگل
3- تحقیقات اراضی چوب ده
4- تهیه الوار و تیر
5- محاسبه میزان برداشت چوب از جنگل
6- توزین كردن
7- مدیریت
8- روابط عمومی
9- بخش ساخت و مهندسی
با توجه به اینكه كجا و چگونه این مراقبتهای اولیه بر روی چوب كاغذسازی صورت می گیرد بر این اساس در این رابطه كارخانجات موجود در كشور آمریكا منابع چوب كاغذسازی خود را بدین شرح دریافت می دارند:
1- عملیات دلالان (پیمانكاران) 63%
2- عملیات تولیدكنندگان 25%
3- عملیات كارخانجات 9%
4- منابع وارداتی 3%
مجموع 100%
2-1) مرا مراقبتهای اولیه پیمانکاران:
برای اینكه متوجه شویم كه سیستم پیمانکاری چگونه عمل می كند ، می بایست اصل و پس زمینه آنرا بشناسیم و با روشهای مراقبت های اولیه چوب كاغذسازی و چگونگی كاركرد سیستمهای امروزی آنها آشنا شویم ، مخصوصاً نواحی خوبی كه در این زمینه پیشرفته تر هستند.
در اوایل قرن حاضر ، كل چوب موردنیاز كاغذسازی كارخانجات از طریق عملیات واحدهای كارخانه كه توسط كارگران بر روی زمینهای خود كارخانه بود ، صورت می گرفت. الوار یا تیرهای چوبی از تنه ها ساخته شده و توسط حیوانات ، راه آهن و رودخانه در محلهای كارخانجات حمل می گردید. گاهی چوبها بدون تبدیل توسط راه آهن و رودخانه مستقیماً به كارخانه ها انتقال می یافتند.
در حدود سالهای 1920 ، زمانی كه تقاضای چوب بدلیل ساخت كارخانجات جدید و یا افزایش ظرفیت تولید كارخانجات قدیمی بالاتر رفت تقاضای بازار نیز بر روی ظرفیت تولید مزارع تولید چوب تاثیرگذار بود. بر این اساس ، برای تامین این تقاضا ، كارخانجات تولید خمیر كاغذ شروع به همكاری با كشاورزان محلی و خرید چوب بصورت محلی نمودند. این بازاریابان چیزی معادل یك واگن چوب (معادل 60 فوت مكعب) خریداری و به كارخانه گسیل میداشتند. مسافت چیزی بیش از 6-4 مایل بود و با توجه به راههای موجود و گروه قطع كنندگان با تبر به كندی پیش می رفت و این حداكثر مسافتی بود كه می شد در یك روز تحت پوشش قرارداد. این بازاریابان چوب را با كالاهای دیگری كه احتیاج داشتند مبادله می كردند.
شکل 3 : در روزهای نخستین، چوب کاغذ سازی توسط واگنهای مانند شکل فوق حمل می گردیدند.
تعداد چوبهایی كه در این مبادلات می گردید آنقدر نبود كه كارخانجات خمیر بتوانند تمام زمان و نیروی انسانی خود را برای مراقبتهای اولیه بر روی آنها متمركز كنند.
با به بازر آمدن تراكتورها (معمولاً مدل T-فورد با ظرفیتی معادل ۴/۳ یك كورد) در اواسط دهه بیست سبب گردیده نحوه پرداخت به پیمانكاران نیز تغییر پیدا كرد و از معاوضه اجناس به حالت نقدی متحول گردید. در این زمان دیگر نحوه معاوضه جنس مردمی را كه مجبور بودند پول بابت نفت ، بنزین و لاستیك ماشین و از همه مهمتر اجاره بها خانه بپردازند ، راضی نمی كرد. این پیشرفت در زمینه حمل و نقل (تراكتور) بدین معنی بود كه بر اساس پول پرداختی فاصله بیشتری نسبت به قبل قابل پوشش بود. این پیشرفت در زمینه جابجایی توسط هر قسمت به كارخانجات این اجازه را می داد تا اتكای بیشتری نسبت به قبل به این بخش از تامین منابع خود داشته باشند.
سازمان قیمت گذاری OPA در طول جنگ جهانی دوم سیستم پیمانكاری را شناسایی كرد و مناطقی محدود را برای این منظور شناسایی و در اختیار آنها قرار داد كه شامل بعضی ایالتها ، استانها و بعضی از خطوط راه آهن می گردید. از این زمان به بعد حمل و نقل بیشتر بر روی ماشینها متمركز گردید و پیمانکاران رقمی استاندارد را به ازای هر كورد كه از منطقه خود منتقل می كردند دریافت می داشتند كه این رقم بر اساس توانایی و زمانی كه صرف می شد و با توجه به چوب تولیدی متفاوت بود. مشابه همین سیستم نیز امروزه اجرا می گردد و باعث شده است كه اكثر پیمانكاران بصورت تمام وقت به كار تولید چوب بپردازند و حتی دستیاران تمام وقت برای خود استخدام نمایند.
در اكثر موارد هر پیمانكار ، گروه قطع جداگانه ای دارد كه قفط برای وی كار می كنند و بعنوان یك پشتیبان مستقل چوب كاغذسازی را در بازار عرضه می نماید. این افراد بعنوان پشتیبانهای مستقل برای پیدا كردن و مشخص كردن محلهای چوبهای قابل استحصال بعنوان چوب كاغذسازی و در سازماندهی اقتصادی و مسائل مالی تجهیزات و سایر مسائل مربوط به تولید چوب به افراد كمك می رسانند.
شکل 4: چوب کاغذ سازی امروزه توسط ریل راه آهن حمل و بوسیله ماشینها و وسایل مکانیکی بارگیری می شوند.
اكثر پیمانكاران صاحبان بخشهای بزرگی از جنگلها می باشند و دفاتر مركزی آنها برای مدیریت اطلاعات جنگلهای خود سازمان داده شده اند. بعضی از پیمانكاران جدید تحصیل كرده های رشته های جنگل هستند و پیمانكاران بزرگتر اكثراً از این فارغ التحصیلان رشته های جنگل در كارهای خود برای مدیریت جنگل و مراقبتهای اولیه چوب سود می جویند. یك پیمانكار ممكن است قراردادی مبنی بر تولید و تامین چوب كارخانه تولید خمیر كاغذ در طول یك سال عقد نماید ولی اكثر پیمانكاران این قراردادها را بصورت هفتگی منعقد می نمایند. درخواست با تقاضای چوب ممكن یك احتیاج فوری از سمت یك كارخانه خاص باشد. در اكثر موارد چوب كاغذسازی توسط پیمانكاران در همان منطقه فعالیت تولیدكنندكان خریداری می گردد. چوبهای كاغذسازی در دسته ها یا گروه هایی برای حمل و نقل به كارخانه مقصد دسته بندی می گردند. در اكثر انبارهای چوب ، چوبهای كاغذسازی از روی تراكتورها توسط دستگاههای مكانیكی كه تا 15000دلار ارزش دارند تخلیه می گردند. چوبها بطوركلی بر اساس واحدهای مورد توافق و بر اساس مقیاس پایه توزین می گردند ولی وزن در پایان جمع و مورد توافق طرفین معامله قرار می گیرد. پرداخت اكثراً از طریق چك و سپس دریافت چوب از تولیدكننده صورت می گیرد. بعضی از پیمانكاران هنوز هم از ماشین آلات ریلی برای حمل و نقل استفاده می نمایند این عملیات در جاههایی كه تولیدكنندگان از نیروی انسانی برای جابجایی استفاده می كنند مناسبتر به نظر می رسد و این عملیات برای رساندن چوب به انبار به انبار اصلی راحت تر می باشد.
تولید چوب كاغذسازی اصلاح شده در میان سالهای 1955 تا 1965 افزایش یافت. می توان گفت كه در طول این مدت درصد محموله هایی كه توسط تولیدكنندگان تولید می شد به همراه محموله هایی توسط سیستم پیمانكاری تولید می گردید پایاپای رشد یافتند.
مقايسه خمير سفيد شده کرافت و پراکسیدقلیایی از صنوبر لرزان کانادايي
چکيده :
در اين مطلب خمير سفيد سازي شده کرافت و P-RC APMP بصورت جداگانه با يکديگر مورد مقايسه قرار گرفته اند . اين خمير ها هر دو از صنوبر لرزان کانادايي ( Canadian Aspen) تهيه گرديده اند. نتايج نشان مي دهد که :
- تاثيرات مشابهي ميان دو خمير ذکر شده از نظر قدرت پيوند بين الياف وجود دارد. خميري که بصورت مخلوط از اين دو خمير تهيه مي شود داراي مقاومت به کشش و مقاومت به جذب انرژي کششي بالاتري نسبت به همان وزن خمير بصورت جداگانه را دارا مي باشد.
- جايگزيني مقداري از خمير سفيدسازي شده کرافت بجاي خمير P-RC APMP نه تنها باعث افزايش و بهبود حجيمي خمير مي گردد ، بلکه خاصيت پخش نور و ماتي و همچنين مقاومت به کشش و مقاومت به جذب انرژي کششي را نيز افزايش مي دهد.
- افزودن خمير P-RC APMP صنوبر لرزان به به خمير سفيد سازي شده کرافت بر روي منحني درجه رواني/ انرژي تاثير بسزايي ندارد.
معرفي :
در صنعت کاغذسازي ، غالبا بيش از يک نمونه خمير يا بيش از يک درجه خمير را براي ساخت کاغذ با توجه به قابليتهاي مصرف و ساخت و همچنين نيازهاي مصرفي مورد استفاده قرار مي گيرد . در بسياري از کاغذهاي ساخته شده با درجات مختلف ( انوع مختلف کاغذهاي چاپ وتحرير با درجه روشني بالا ) معمولا از خمير کرافت سفيد سازي شده الياف بلند سوزني برگان به همراه خمير کرافت سفيدسازي شده الياف کوتاه پهن برگان مورد استفاده قرار مي گيرد( HBKP) . در اين ترکيب ، الياف بلند خواص مقاومتي کاغذ را بهبود مي بخشند ( به خصوص مقاومت به پارگي ) و الياف کوتاه موجود در خمير خواص عملياتي را بهتر مي کنند ، مانند صافي سطح و شکل پذيري کاغذ در مرحله ميز فوردرينير . در حال حاضر با توجه به معرفي شدن خميرهايي با درجه روشني بالا و ميزان بازده بالاي خميرهاي شيميايي مکانيکي ، صنعت دست به جايگزيني براي فرآيند HBKP زده است . اين معرفي مربوط است به خميرهاي شيميايي مکانيکي با بازده بالا که خصوصيات حجيمي و ماتي کاغذ استحصالي را نيز بهبود مي بخشد و به کاغذ بدست آمده خصوصيات استحکامي بهتري مي دهد. اميد است روند استفاده از اين نوع خمير شيميايي مکانيکي پهن برگ در آينده با توجه به آشنايي بيشترصنعت با اين نوع خمير زيادتر گردد.
در معرفي خميرهاي شيميايي مکانيکي با بازده بالا ، روشهاي بسيار زيادي در طول 30 سال گذشته معرفي و به مرحله اجرا در آمده اند ، که جديدترين آنها موسوم به P-RC APMP مي باشد که با استفاده از پراکسيد قليايي قبل و در حين فرآيند پالايش و با بازده بالا ( بيشتر از 85%) و درجه روشني بالا ( بيشتر از 85% در مقياس ISO ) بدون مرحله سفيد سازي ساخته مي شود . گزارشات متعددي در زمينه آخرين تحولات در زمينه ساخت اين نوع خمير تا کنون منتشر شده است و گونه هاي متفاوتي مورد آزمايش قرار گرفته اند.
در اين تحقيق دو درجه متفاوت از خمير پراکسيد قليايي به همراه خمير سفيد =سازي شده کرافت که در کارخانه توليد مي گردد با درصدهاي مختلف با يکديگر مخلوط شده اند ( اين خميرها از گونه صنوبر لرزان کانادايي بدست آمده اند ). دليل اين امر شناسايي چگونگي بهبود خواص مقاومتي و نوري خميرهاي بدست آمده ، بوده است . که با توجه به پالايش در غلضت پايين صورت گرفته باشد.
آزمايشها :
خمير سفيد سازي شده استاندارد کرافت از صنوبر لرزان کانادايي و خمير P-RC APMP تهيه از صنوبر لرزان کانادايي استاندارد در اين تحقيق مورد استفاده قرار گرفته اند . خميرها بصورت 90% خشک به محل آزمايش منتقل گرديده اند . دو درجه از خمير صنوبر لرزان P-RC APMP با درجه روشني بالا ( 85% ISO ) در اين تحقيق مورد استفاده بوده است .
خمير با درجه حجيمي بالا ( HB ) و خمير با مقاومت به کشش بالا ( HT )
خميرها ابتدا بصورت جداگانه و سپس بصورت مخلوط با يکديگر در درصدهاي متفاوت پالايش شدند:
• 10% P-RC APMP HT and 90% BKP
• 20% P-RC APMP HT and 80% BKP
• 10% P-RC APMP HB and 90% BKP
• 20% P-RC APMP HB and 80% BKP
براي عمل پالايش از ريفاينر مدل Twin Flo III B شرکت اندريتز که داراي قطر 31 سانتي متر بود در 4% خشکي خمير و 50 درجه سانتي گراد استفاده گرديد. براي انجام هر مرحله خمير 4 تا 5 انرژي ويژه اندازه گيري مي گرديد تا منحني انرژي ويژه با توجه به خصوصيات بهبود يافته خمير در درجات رواني متفاوت براي آناليز مورد استفاده قرار گيرد.
خميرهاي پالايش شده براي عمليات تستها خشک و آبزدايي مي گرديدند. تمامي آزمونها و تستها بر اساس استانداردهاي TAPPI صورت گرفته است . بعنوان مثال اندازهگيري درجه رواني بر اساس CSF يا درجه رواني استاندارد کانادايي صورت گرفته است.
شکل شماره 1 : درجه رواني و انرژي
شکل شماره 2 : درجه رواني و بارگذاري ويژه بر روي لبه ها
شکل شماره 3 : حجيمي و درجه رواني
شکل شماره 4 : مقاومت به کشش و درجه رواني
شکل شماره 5 : ميزان جذب انرژي کششي (T.E.A.)
شکل شماره 6 : کشش و درجه رواني
شکل شماره7 : پخش نور و درجه رواني
شکل شماره 8 : ماتي و درجه رواني
فرآيند مكانيكي پراكسيد قليايي(APMP)
يكي از روشهاي تغيير و اصلاح ليگنين الياف و زياد كردن مقاومت كاغذ، كربوكسيل دار كردن ليگنين بوسيله مواد اكسيد كننده نظير پراكسيد قليايي است. ليگنين پس از فرآوري با پراكسيد قليايي داراي گروهاي كربوكسيل شده كه داراي توانايي شركت در تشكيل پيوند هيدروژني هستند و اين پيوندها اتصال بين الياف در كاغذ سازي را زياد مي كند. فرآوري خرده چوبها، با پراكسيد قليايي ليگنين را نرم كرده و به جداسازي آسانتر الياف و توليد نرمه هاي كمتر در طي پالايش كمك مي كند. از تغيير رنگ تيره شدن خمير كاغذ خاص فرآوري قليايي نظير آنچه در فرآيند سوداي سرد اتفاق مي افتد بوسيله افزودن پراكسيد به محلول پراكسيد سديم اجتناب مي گردد. مزيت ديگر اين فرآيند امكان افزودن پراكسيد قليايي در پالايشگر و حذف مرحله رنگبري جداگانه مي باشد. كارآيي كم پراكسيد را مي توان از طريق آغشته كردن خرده چوبها با مواد كيليت كننده در مرحله اول بهبود بخشيد. زيرا اين مواد آلاينده هاي فلزي ناشي از چوب را جدا كرده و يا غير فعال مي كند. فرآيند مكانيكي با پراكسيد قليايي (شكل 1-1) داراي رشد سريع بعنوان جايگزين مواد شيميايي سولفيت در توليد خمير كاغذ شيميايي- مكانيكي رنگبري شده بوده است. اين فرآيند براي سوزني برگان خيلي مناسب بوده و ويژگيهاي مقاومتي خمير كاغذ از پهن برگان سبك نظير صنوبرها و بيد را بطور قابل ملاحظه اي ارتقاء داده و روشني آنها را بهتر مي كند. در جدول1-2 مقايسه اي ويژگيهاي خمير كاغذ BCTMP,APMP از صنوبر لرزان ارائه شده است. در فرآيند APMP آغشته سازي شيميايي تحت فشار خرده چوبها در دستگاه پريكس كه يك آغشته ساز تحت فشار است يا تجهيزات مشابه انجام مي گيرد. معمولا آغشته سازي در دو يا سه مرحله انجام مي گيرد.
مايع پخت مرحله اول از مخلوط مواد كيلت كننده و هيدرو كسيد سديم و پراكسيد با قيمانده تشكيل شده است . مواد شيميايي باقيمانده از شستشوي بين مرحله اي خمير كاغذ بعد از مرحله اول مكانيكي در ابتداي فرآيند مورد استفاده قرار مي گيرد. خرده چوبهاي آغشته شده به مدت 10 دقيقه در مخرن فشار معمولي بخارزني شده و سپس از اين مخزن به مرحله دوم آغشته سازي فرستاده مي شوند. در اين مرحله هيدروكسيد سديم و پراكسيد افزوده مي شود. استفاده از هيدروكسيد سديم توسعه مقاومت را فراهم كرده و پراكسيد وظيفه بهبود روشني خمير كاغذ را بعهده دارد. پرس آغشته سازي مرحله دوم بعضي از تركيبات چوب كه به عنوان متوقف كننده واكنشهاي رنگبري تشخيص داده شده اند را خارج مي كند. پساب خروجي از اين مرحله حاوي 25-30 در صدCOD , BOD بوجود آمده در اين فرآيند است. پس از آن خرده چوبهاي آغشته شده به مدت60 دقيقه تا حدود 60 تا 80 درجه سليسوس در مخزن تحت فشار معمولي پخته مي شوند. اين توقف و پخت براي ادامه واكنشهاي خمير كاغذ سازي رنگبري است. مصرف متداول مواد شيميايي شامل 5-1 در صد پراكسيد هيدروژن و 6-3 هيدروكسيد سديم است. افزودن مقداري DTPA. سيليكات سديم و نمك اسپون براي پايدار كردن پراكسيد انجام مي گيرد.
در اثر زياد شدن تزريق هيدروكسيد سديم اتصال بين الياف و دانستيه ورقه به مقدار زيادي بهتر مي شود(شكل1-3). بطوريكه در مورد چوب صنوبر لرزان (Aspen) اين ويژگي تا حد خمير كاغذ كرافت پهن برك مي رسد. در اثر زياد شدن مصرف مواد شيميايي، بوجود آمدن سطح زيادتر در الياف كمتر شده و لذا به افت ضريب پراكنش نور مي انجامد(شكل 1-4). بطور همزمان در درجه رواني يكسان انرژي پالايش كم مي شود. خمير كاغذ APMP از پهن برگان سبك داراي حجيمي و پخش نور مشابه يا بهتر از خمير كاغذهايBCTMP بوده ولي ويژگيهاي ذاتي برتر از BCTMP نظير رابطه بين دانستيه ورقه دست ساز و ويژگيهاي اتصال بين الياف نظير مقاومت در برابر كشش و مقاومت در برابر تركيدن است.
BCTMP APMP
مواد شيميايي افزوده شده سولفيت(%) 1.4
NaoH (%) 1.8-4.3 5.8
H2O2 (%) 4 4
مصرف انرژي(mwh/t) 1.72 1.22
درجه رواني (ميلي ليتر) 77 77
دانستيه (kg/m3) 555 558
انديس مقاومت در برابر پاره شدن(mN.m2/gr) 6.3 6.3
انديس مقاومت در برابر كشش(N.m/gr) 58 60
روشني (%) 82.8 83.5
ماتي (%) 80 81.8
ضريب پراكنش نور (m2/kg) 39 43
جدول 1-2: مقايسه دو فرايند اصلي توليد خمير كاغذ شيميايي- مكانيكي از صنوبر لرزان (Aspen)
دو واحد توليد خمير كاغذ چاپ و تحرير، با استفاده از فرآيند APMP از چوب صنوبرهاي غرب و شمال غرب ايران احداث شده است.در ذيل به ذكر گزارش شركت Andritz در مورد كارخانجات احداث شده APMP در ايران (2001/1/29) بسنده مي نماييم:
آخرين محموله شركت Andritz در كارخانجات كاغذ مراغه نصب گرديد. اين سيستمها در سال 1998 توسط طرف ايراني سفارش داده شده بود و مي تواند 50.000 تن در سال خمير چاپ و تحرير توليد نمايد. خمير APMP شكل تغيير يافته BCTMP مي باشد كه از پراكسيد قليايي بجاي تركيبات سولفيت مورد استفاده قرار مي گيرد. بعد از مرحله چيپس كردن و در مرحله شستشوي چيپسها توسط مواد شيميايي آغشته سازي ميگردند و قبل از مرحله پالايش عمليات سفيد سازي و خيساندن چيپسها صورت مي گيرد. مرحله پالايش بسيار آسانتر نسبت به پروسهBCTMP صورت مي گيرد. اين نوع پخت ميزان مصرف پايين تري دارد. بعد از مرحله اول پالايش خمير در داخل مخزن ذخيره مي گردد. در مرحله دوم شستشو و پالايش با درصد خشكي بالا انجام مي گردد. بعد از نهان زدايي (Latency Removal) و غربال كردن وا زدههاي اين مرحله به قسمت مياني مخزن شستشو باز پس فرستاده مي شوند. خمير توسط فيلتر آبگيري شده و توسط پمپها به برج ذخيره فرستاده مي شود. هيچگونه عمليات سفيد سازي براي رسيدن به روشنايي مورد نظر با توجه به 80 ISO مورد نياز نمي باشد. اين عمليات احتياج به انرژي كمتر و هزينه كمتر را نسبت به پروسه BCTMP در بردارد، كه بصورت سنتي دو مقايسه با آغشته سازي با سولفيت سديم، به همراه پالايش انرژي بر، شستشو و سفيد سازي جداگانه قرار دارد. در كنار مزيتهاي اقتصادي عمليات APMP قابليت انعطاف بيشتري به ساير عمليات خمير سازي براي انطباق ماده اوليه و نياز بازار مصرف را دارا مي باشد.
در اين واحدهاي كاغذ سازي با اعمال شرايط توليد به شرح جدول ذيل، ويژگيهاي خمير كاغذ چاپ و تحرير تضمين شده است.
شرايط توليد ويژگيها
مواد و انرژي مقدار متغير مقدار
NaoH (%) 6.5 بازده ( % خرده چوب آماده) 89
H2O2 (%) 4.9 روشني(%حداقل) 80
DTPA (%) 0.5 درجه رواني (حداكثر (ml CSF) 250
MgSo4 (%) 0.15 انديس مقاومت در برابر تركيدن kPa.m2/gr) 1.2
NaSio3 3.5 انديس مقاومت در برابر كشش (Nm/gr) 30
انرژي ويژه (kwh/ADT)
1150 انديس مقاومت در برابر پاره شدن mN.m2/gr) 2.94
كشش (%) (CSF200)1.6
(CSF200)1.2
تراشه (% سومرويل 0.25
ماتي (%) 82
BOD5 (حداكثر (kg/ADT) 110
COD (حداكثر (kg/ADT) 240
جدول 1-5: شرايط توليد و ويژگيهاي خمير كاغذ چاپ و تحرير از صنوبرهاي ايران
روشني خمير كاغذ بعد از پالايشگر دوم تحت تاثير مقدار پراكسيد مصرف شده در مرحله آغشته سازي قرار دارد. كارايي واكنش روشن كردن در فرآيند APMP مشابه آنچه از سيستم رنگبري در صد خشكي زياد توقع است، مي باشد. در مورد صنوبر لرزان درجه روشني 85-84% با افزودن 4.5 -3.5 در صد پراكسيد هيدروژن قابل دستيابي اقتصادي است.
در فرآيند APMP مناسب سازي چگونگي افزودن مواد شيميايي و چگونگي فرآوري براي به حداكثر رساندن كارايي فرآيند مهم است لذا با توجه موفقيتهاي اوليه نسبتا خوب فرآيند APMP و احداث واحدهاي متعدد توليد خمير كاغذ چاپ و تحرير از صنوبرها، تحقيقات زيادتري در توسعه اين فرآيند انجام گرفته و فرآيند P-Rc APMP
Followed by Refiner Chemical Treatment) (Pre- Conditioning
موسوم به APMP2توسعه يافته است. در اين فرآيند جديد افزودن پراكسيد قليايي در بين مراحل آغشته سازي خرده چوب و پالايشگر اوليه تقسيم شده و در اثر تنظيم دقيق افزودن در مراحل مختلف به كارآيي بهتر مواد شيميايي و انرژي و پراكنش نور بهتر در مقايسه، با افزودن تمام مواد شيميايي در مرحله پيش فرآوري خرده چوب انجاميده است.
در يك بررسي نيمه صنعتي خمير كاغذ APMP2 از مخلوط %82 چوب غان (توس) و % 18 چوب صنوبر شرق كانادا توليد شده است. در دستگاه فشرده ساز از نسبت 4% استفاده شده است. خرده چوبها ابتدا بخار زني شده و پس از آن فشرده شده و با 0.3 در صد DTPA فرآوري شده اند. خرده چوبها بعد از فرآوري به مدت 5 دقيقه بخار زني شده و پس از آن پرس شده و بعد از آن با پراكسيد قليايي شامل مقادير مختلف هيدروكسيد سديم، پراكسيد هيدروژن، سيليكات، DTPA و سولفات منيزيم فرآوري شدند. (جدول 1-6): خرده چوبهاي آغشته شده به مدت 45-30 دقيقه در 60-50 درجه سليسوس (بدون بخار زني) در مخزن فرآوري متوقف شده و پس از آن پالايش شدند. مقادير مختلف پراكسيد قليايي نيز در چشم پالايشگر اول به مواد افزوده شد. مواد خروجي از پالايشگر اول پس از توقف 30 دقيقه اي در درصد خشكي20% به پالايشگر ثانويه تزريق شده است. در اين بررسي از سه روش تقسيم تزريق مواد شيميايي استفاده شده است. (جدول 1-6) ويژگيهاي فرآيندي و خمير كاغذ توليد شده در شكلهاي 1-7تا 1-10 نشان داده شده است. همانطوري كه از شكل 1-7 مشخص مي شود. رابطه بين درجه رواني استاندارد كانادايي با انرژي ويژه مصرفي (SEC) حساسيت زياد به قليائيت كل موقعي كه قليائيت كل كمتر از 4.4 در صد باشد نداشته و منحني هاي تغييرات بطور موازي قرار گرفته است. ولي در اثر زياد شدن قليائيت كل انرژي ويژه مصرفي و درجه رواني تواما كم مي شوند. موقعي كه درصد قليائيت كل از 44 به 6.3 درصد افزايش مي يابد. مصرف انرژي كم مي شود. در يك درجه رواني معين، در اثر زياد شدن قليائيت كل تزريق شده، مقاومت در برابر كشش (شكل 1-8)، حجيمي كمتر (شكل 1-9) و ضريب بخش نور(LSC) نيز كمتر شده است.(شكل 1-10)
آزمايش 1 آزمايش 2 آزمايش 3
قليائيت كل (%) 2.1 4.4 6.3
مرحله اول آغشته سازي
DTPA(%) 0.3 0.3 0.3
مرحله دوم آغشته سازي
DTPA(%) 1 1.7 4.6
H2O2 (%) 1.1 1.2 3.1
سيليكات(%) 0.5 1.1 3.7
MgSO4 (%) 0.05 0.1 0.1
DTPA(%) 0.05 0.1 0.1
درچشم پالايشگر
قليائيت كل(%) 1.1 2.7 1.7
H2O2 (%) 2.7 3.6 2.1
سيليكات(%) 3.2 3.2 3.1
MgSO4 (%) 0.1 0.2 0.1
DTPA(%) 0.2
كل
قليائيت كل (%) تزريق شده 2.1 4.4 6.3
قليائيت كل (%) مصرف شده 2.1 4.3 5.9
H2O2 (%) تزريق شده 3.8 4.8 5.2
H2O2 (%) مصرف شده 2.7 3.8 4.7
در جدول 1-12 مقايسه اي از ويژگيهاي سه خمير كاغذ P-Rc APMP در درجه رواني 200 ميلي ليتر استاندارد كانادايي (CSF) نشان داده شده است. همانطوري كه از اين جدول مشخص است،فرآيند P- RcAPMP داراي قابليت انطباق خوبي بوده و از طريق تغيير شرايط فرآوري شيميايي و انرژي مي توان خمير كاغذهايي با ويژگيهاي خيلي متفاوت توليد كرد. در درجه رواني 200 ميلي ليتر استاندارد كانادايي در اثر تغيير مصرف قليائيت كل از 2 درصد به 5.9 درصد مقدار انديس مقاومت در برابر كشش از 13 به 52 N.m/gr و انديس مقاومت در برابر تركيدن از 0.5 به 2.8 kpa*m2/gr افزايش يافته است. در مصرف زيادتر قليائيت كل با مقدار زيادتر مقاومت در برابر كشش دو ويژگي حجيمي و پخش نور كم شده است. بعلاوه ذكر اين نكته ضروري است كه معمولا انرژي ويژه مصرفي در مقياس آزمايشگاهي و نيمه صنعتي است.
شكل 1-10 : رابطه بين درجه رواني و ضريب پخش نور خمير كاغذ P-Rc APMP از مخلوط چوب پهن برگان
در شكل 1-11 : ويژگي ذاتي (رابطه بين دانستيه با مقاومت در برابر كشش) خمير كاغذ P-Rc APMP توليد شده از مخلوط چوب پهن برگان با خمير كاغذ BCTMP چوب صنوبر ارائه شده است.خميركاغذ P-Rc APMP داراي حجيمي زيادتر از BCTMP بوده و اين اختلاف در مقاومتهاي زيادتر بيشتر مي شود.
مقايسه ويژگيهاي ذاتي خمير كاغذ P-Rc APMP از مخلوط چوب پهن برگان با BCTMP صنوبر
ويژگيهاي خمير كاغذ P-RcAPMP در درجه رواني 200 ميلي ليتراستاندارد كانادايي
آزمايش 1 آزمايش 2 آزمايش 3
قليائيت كل مصرف شده(%) 2.7 4.3 5.9
قليائيت كل تزريق شده(%) 2.1 4.4 6.3
H2O2 مصرف شده(%) 2.7 3.8 4.7
H2O2 تزريق شده (%) 3.8 4.8 5.2
(Kwh /odtam) SEC 2100 2050 1000
حجيمي (Cm3/gr) 3.5 3.2 2.2
انديس مقاومت در برابر كشش (N.m/gr) 13 18 52
انديس مقاومت در برابر تركيدن (kpa.m2/gr) 0.5 0.65 2.8
روشني (ISO%) 81.5 83 84
ضريب پخش نور (m2/kg) 57 54 35
انديس مقاومت در برابر پاره شدن (mN.m2/gr) 1.9 2.7 7
تراشه ها(%) روي الك mm 0.1 0.08 0.1 1.2
توليد خمير كاغذ APMP از منابع غير چوبي نظير باگاس نيز مورد بررسي قرار گرفته است. در يك بررسي ويژگيهاي خمير كاغذ BCTMP , P-RCAPMP, APMP مقايسه شده است كه برتري فرآيند P-RC APMP را نشان مي دهد (جدول 12-1 ). خمير كاغذ توليد شده قابليت استفاده در توليد كاغذ چاپ و تحرير و مقواي چند لايه را دارد در شكل 1-13 نقشه جريان مواد فرآيند P-RCAPMP از باگاس نشان داده شده است.
مقايسه ويژگيهاي خمير كاغذ BCTMP , P-RCAPMP, APMP از باگاس
واحد BCTMP APMP 2 APMP
NaoH % 3.6 2.6 5.3
H2o2/na2so3 % 3.6 2.3 5.6
انرژي ويژه پالايش Kwh/ADT 580 750 700
انرژي ساير تجهيزات Kwh/ADT 450 450 450
مصرف آب فرآيند M3/ADT 18 18 18
بازده % 86 86 85
درجه رواني Ml(CSF) 350 350 350
حجيمي Cm3/g 3.8 3.9 3.6
روشني ISO% 35.6 43.9 59.4
انديس مقاومت در برابر كشش Nm/g 11.9 5.5 14.5
انديس مقاومت در برابر پاره شدن Mn..m2/g 5.2 2.5 4.2
كشش % 0.8 0.65 1
COD Kg/ADT 160 160 185
خميرسازي شيميايي مکانيکي از اوکاليپتوس و مقايسه آن با خميرهاي شيميايي اوکالپتوس
چکيده مطلب:
متن حاضر پيشرفتهاي تکنولوژيکي در خمير سازي شيميايي مکانيکي را نشان مي دهد و پيشرفته ترين تکنولوژي خميرسازي شيميايي مکانيکي را که P-RC APMP مي باشد را معرفي مي نمايد.
نتايج آزمونهاي مختلف تکنولوژي P-RC APMP بر روي گونه هاي چوبي اوکاليپتوس آمريکاي جنوبي در زير ارائه گرديده است. پس از آن خميرهاي حاصل از P-RC APMP گونه هاي اوکاليپتوس با خميرهاي شيميايي حاصل از همين گونه و ساير خميرهاي شيميايي پهن برگان که در حال حاضر بطور وسيعي در بازار صنايع مورد استفاده قرار مي گيرند، ارائه گرديده است . نتايج نشان مي دهد که خميرهاي P-RC APMP اوکاليپتوس از نظر خواص کاغذ سازي قابل مقايسه و حتي بهتر از خميرهاي BCTMP موجود در بازار که در حال حاضر در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرند، هستند.
زمانيکه خميرهاي P-RC APMP در مقايسه با خميرهاي شيميايي اوکاليپتوس قرار مي گيرند، اين خميرها حجيمي بالايي در قدرت پيوند دهي الياف دارند( شاخص کشش) و از نظر مقاومت به کشش با خميرهاي شيميايي قابل مقايسه مي باشند. خصوصيت حجيمي بالاي خميرهاي P-RC APMP باعث گزينش پذيري بيشتر استفاده آنها از چوب اوکاليپتوس در بسياري از موارد استفاده کاغذ در صنايع مي گردد.
لغات کليدي : اوکاليپتوس ، P-RC APMP، BCTMP ، خصوصيات خمير وکاغذ سازي.
معرفي:
در سالهاي اخير رشد فزاينده اي در استفاده از گونه هاي پهن برگ با دانسيته بالا در صنعت خمير و کاغذ رخ داده است که گونه هاي مختلف چوبي اوکاليپتوس هم از اين قاعده مستثني نيستند. بطور سنتي اين مواد در فرآيندهاي خمير سازي شيميايي مورد استفاده قرار مي گرفتند و بيشتر سوزني برگان براي خميرسازي شيميايي مورد استفاده بودند. خميرسازي شيميايي با اوکاليپتوس بطور کلي خميري با بازده بسيار پايين در حدود 40 تا 50 درصد مي دهد و خميرهاي توليد شده توسط فرآيندهاي خميرسازي شيميايي بطور معمول حجيمي پايين و خواص نوري کمي در مقايسه با ساير تکنولوژيهاي خمير سازي از خود نشان مي دهند. همانطور که صنايع به دنبال راندمان بالا و حجيمي و خصوصيات نوري بهتر مي گشتند، خصوصيات چاپ پذيري و درجات کاغذ در تکنولوژيهاي خميرسازي شيميايي با بازده بالا مورد توجه قرار گرفت که بازده بالا ( 80% به بالا ) و خصوصيات نوري و حجيمي خوبي را ارائه مينمود. در تحقيقات حاضر مقايسه اي بين خميرهاي شيميايي ( کرافت) و خميرهاي شيميايي مکانيکي پهن برگان و مخلوط اين دو نوع خمير نه تنها باعث حجيمي و خصوصيات نوري بالاتر مي گردد ، بلکه مقاومت پيوند بين الياف نيز بهبود مي يابد( شاخص کشش ).
بطور سنتي سه فرآيند پيش تيمار متفاوت در خميرسازي مکانيکي اوکاليپتوس وجود دارد که عبارتند از سوداي سرد( CCS) سولفيت قليايي ( CTMP) يا سولفيت قليايي خميرسازي گرمايي مکانيکي و جديدترين آنها پراکسيد(APMP يا خميرسازي مکانيکي پراکسيد قليايي ) . در طي سالهاي گذشته تحقيقات منظم و پيشرفتهايي در آزمايشگاه هاي شرکت ANDRITZ و آزمايشگاه هاي R&D در اوهايوي آمريکا صورت گرفته که ارزيابي و مقايسه تيمارهاي متفاوت و موارد استفاده گونه هاي اوکاليپتوس آمريکاي جنوبي صورت گرفته است. بعضي از اين نتايج در کنفرانسها و مقالات مختلف به چاپ رسيده اند . با توجه به مطالعات انجام گرفته تکنولوژي پيشرفته P-RC APMP مورد توجه قرار گرفت. اين تکنولوژي پيش تيماري ملايم( P ) با موهد شيميايي و سپس تيمار شيميايي به همراه ريفاينر ( پالايشگر) و براي تيمار شيميايي اصلي ( به منظور بهبود روشني الياف و ساير خواص خمير ) صورت ميگيرد.
لغت P-RC به منظور نشان دادن اهميت اين پيش تيمار و تيمار شيميايي به همراه پالايشگر و تاثيرات ممکن بين اين دو عمل را نشان مي دهد. اين فرآيند با APMP که با تيمار شيميايي بر روي چيپسها قبل از عمل پالايش صورت مي گيرد ، متفاوت است. همچنين با سفيدسازي در ريفاينر که بدون پيش تيمار و تماما بر روي سفيدسازي در ريفاينر صورت مي گيرد ،متفاوت است. مقالات مختلفي در رابطه با جزئيات فرآيند P-RC APMP و آخرين پيشرفتها و تفاوت آن با فرآيندهاي شيميايي مکانيکي به چاپ رسيده است.
به منظور فعاليتهاي صنعتي فرآيند P-RC APMP که بطور ساده در شکل شماره 1 نشان داده شده ، طراحي گرديده است.
مواد خام يا چيپسها ابتدا توسط مواد شيميايي آغشته سازي مي شوند. آغشته سازي کل سيستم ممکن است 1 تا 3 مرحله داشته باشد. در شکل دو مرحله اي نشان داده شده است. به هر حال بطور کل اين نوع آغشته سازي براي بسياري از کاربردها کافي مي باشد. در آغشته سازيهاي چند مرحله اي ، مرحله اول بطور کلي مواد شيميايي کمتري نسبت به مراحل بعد دريافت مي دارد وبيشترين مواد شيميايي سفيدسازي در مرحله پاياني اضافه مي گردد. درهر مرحله آغشته سازي ، چيپسها ابتدا به مدت 10 تا 30 دقيقه تيمار حرارتي شده و سپس در يک پرس با فشار بالا تحت فشار قرار مي گيرند. ليکور شيميايي مورد استفاده بعد از اين مرحله پرس اعمال مي گردد. فشار آزاد شده در هنگام برداشته شدن از روي چيپسها کمک مي کند تا مواد شيميايي به داخل چيپسها نفوذ نمايند.
در آخرين مرحله آغشته سازي به چيپسها اجازه داده مي شود که زمان ماندگاري بيشتر شده و قبل از پالايش چيپسها چه بصورت فشاري و يا بدون فشار آغشته سازي بهبود يابد.بعد از پالايش خمير ممکن است به صورت مستقيم مورد استفاده قرار گرفته و يا به برج ذخيره سازي به منظور کامل شدن فعل و انفعالات شيميايي در زمان کافي منتقل گردد.
پس از پايان فعاليتهاي شيميايي خمير شسته شده و تحت پرس مياني قرار گرفته يا مستقيما به مخزن ذخيره سازي منتقل مي گردد و يا به پالايشگر ثانويه منتقل مي شود. در پايان اين مرحله خمير تمامي تيمارهاي شيميايي را دريافت کرده و باقي فرآيند مربوط به پالايش ، غربال ، شستشو و ساير کارهاي آماده سازي خمير براي ساير قسمتهاي سيستم مي باشد.
مواد لازم براي آزمايش :
چوب : مواد براي اين فرآيند از گرده بينه اي که به همراه پوست از کشورهاي مختلف آمريکاي جنوبي در سنين 6 تا 9 سال تهيه مي گرديد. قبل از شروع فرآيند اين گرده بينه ها پوست کني و چيپس مي شوند.
فرآيند P-RC APMP : به منظور پيش تيمار قليايي پراکسيد قليايي 2 تا 3 مرحله آغشته سازي توسط دستگاه مدل 560 GS شرکت ANDRITZ بر روي چيپسها اعمال مي گردد. جزئيات تيمار شيميايي فرآيند P-RC APMP در قسمتهاي ديگر توضيح داده خوهد شد . مقدار مواد شيميايي مورد استفاده در مراحل پيش تيمار متفاوت است :
هيدروکسيد مورد استفاده از 4% تا 9% و هيدروژن پراکسيد از 2% تا 7% ( همگي بر مبناي وزن خشک چيپس ) ، علاوه بر آن از تثبيت کننده هاي پراکسيد ( DTPA ، سيليکات سديم و سولفات منيزيوم ) استفاده مي گردد.
پالايش : خرده چوبهاي آغشته سازي شده توسط دستگاه ريفاينر ديسکي دوبل با قطر 914 ميلي متر تحت فشار اتمسفر پالايش گرديد ( مدل 401 شرکت ANDRITZ ).
تست خمير : کاغذهاي دست ساز ساخته شده همگي بر اساس استانداردهاي TAPPI مورد آزمايش قرار گرفته اند.
نتيجه و بحث :
خصوصيات خمير فرآيند P-RC APMP :
به منظور فهم اينکه خصوصيات خمير تحت شرايط اين فرآيند چگونه بهبود مي يابد، اين مطلب مهم مي باشد که شرايط فرآيند چگونه تحت تاثير قرار مي گيرند و مهمتر از آن اين مطلب مهم است که خصوصيات خمير استحصالي چگونه با نوع فرآيند بطور مستقل يا کاملا حساس به آن قرار دارد .اين خصوصيات براي مقايسه اين فرايند با ساير فرآيندها در مواد اوليه يکسان يا در مقايسه با موادچوبي مختلف در يک نوع فرايند مهم مي باشد. همانطور که در بالا مورد بحث قرار گرفت ، فرآيند P-RC APMP بسيار انعطاف پذير مي باشد. خصوصيات خمير در شاخص درجه رواني ثابت مي تواند در انرژيهاي پالايش متفاوت و مقادير متفاوت مواد شيميايي به آساني تغيير نمايد. تحقيقات گذشته برروي تيمار شيميايي در خميرسازي مکانيکي اوکاليپتوسهاي آمريکاي جنوبي و صنوبر لرزان آمريکاي شمالي اين مطلب را اذعان مي دارد که در يک روش خمير سازي شيميايي- مکانيکي ارتباط نزديکي بين خصوصيات خمير مکانيکي و ميزان مصرف انرژي فرايند شيميايي بطور مستقل وجود دارد.خصوصيات مقاومتي کاغذ دست ساز مانند کشش ، پارگي و ترکيدن همگي به نوعي به دانسيته کاغذ دست ساز ارتباط دارند. به همين دليل تلاشهايي براي مطابقت آن با تحقيقات حاضر صورت گرفته است.
Aucalyptus Grandis از آمريکاي جنوبي :
E. Grandis از کشورهاي آرژانتين ، برزيل ، پاراگوئه و ونزوئلا مورد بررسي قرار گرفته اند. شکل شماره 2 مقاومت به کشش کاغذ دست ساز اين گونه ها را نشان مي دهد. همانطور که از تحقيقات قبلي انتظار مي رفت رشدي خطي در نمودار نسبت کشش به دانسيته تمامي اين گونه ها ديده مي شود. در تمامي اين گونه ها اين مقدار به صورت کم يا زياد با يک رابطه مشخص ادمه مي يابد.
رابطه ميان مواد شيميايي و انرژي پالايش مصرفي مستقل از يکديگرند. در استفاده از مقدار مواد شيميايي زياد و يا انرژي مصرفي بالا مقاومت به کشش خوب ( > 50 N.m/g) بدست مي آيد که براي بسياري از مصارف کاغذسازي کافي مي باشد.
خمير سازي مکانيکي
خمير سازي مکانيکي چيست؟
1-2- خمير سازي مکانيکي و خمير مکانيکي:
چوب يک ماده مرکب طبيعي است وبا مواد مرکب دست ساز بشر تفاوتهاي بسياري داردو چوب شامل فيبر که لا به لاي آن را ليگنين پر نموده و آن را مي توان به عنوان مثال باترکيبات فيبري کربن مقايسه نمود، که البته الياف کربن توسط رزينهاي سنتزي در کنار يکديگر نگه داشته شده اند. آنچه ساختار چوب را پيچيده تر مي نمايد اين است که خود الياف (فيبرها) داراي ترکيب هستند که شامل فيبرهايي مي باشند که توسط ليگنين و همي سلولز در کنار يکديگر نگه داشته مي شوند، علاوه بر اين فيبرها شامل ميکروفيبرها هستند که خود آنها نيز ترکيب مي باشند.
هدف تمامي فرآيندهاي خمير سازي جدا سازي الياف از چوب و مناسب سازي و آماه کردن الياف براي عمليات کاغذ سازي مي باشد.الياف فيبرها مي توانند بدون آسيب ديدن زياد از يکديگر جدا شوند تنها اگر ليگنين يا مقدار زيادي ازهمي سلولز حذف گردد مانند فرآيند شيميايي و به مقدار کمتر در فرآيند مکانيکي اين عمل اتفاق مي افتد. هردو خمير تهيه شده از روشهاي شيميايي و مکانيکي مي بايست الياف آنها توسط پالايشگر ( کوبيده شوند) قبل از آماده شدن براي عمليات کاغذ سازي پالايش گردند.تفاوت خميرهاي شيميايي و مکانيکي مربوط به مرحه توليد آنهادر کارخانه هاي متفاوت است بدين معني که الياف در پايان مشابه يکديگرند ولي روشهاي ايجاد متفاوت است. اينعمل بازکردن ( سست کردن) الياف از نظر ساختاري در فرآيندهاي مکانيکي مهم مي باشد، اگر چه خمير خام داراي الياف جداگانه مي باشد ولي هنوز براي ساخت کاغذي يک دست و صاف با ساختاري مقاوم مناسب نمي باشد. در فرآيندهاي مکانيکي خميرسازي، چوب و الياف تا قبلا از اينکه به طور کامل از يکديگر جدا شوند توسط نيروهاي ارتعاشي صفحات بين يکديگر به هم متصل مي باشند.
در اين فرآيند خمير سازي( مکانيکي) مقدار کمي از مواد شيميائي مورد استفاده قرار مي گيرد( بنابراين مقدار کمي از ليگنين نيز حذف مي گردد). که اين نوع عمليات به خانواده فرآيندهاي مکانيکي تعلق دارد. به اين عمليات به طور کلي خميرسازي شيميايي- مکانيکي اطلاق مي گردد.
يک خمير مکانيکي ايده آل مي بايست کاغذي با ماتي،روشني، حجيمي و صافي سطح بالا توليد نمايد و از ساختار خلخلي مناسبي برخوردار باشد و از وزن پايه پائيني بدون احتياج به استفاده از خمير ديگري براي تقويت برخوردار باشد، بدون آنکه اين خصوصيت بر ماتي و حجيمي ان تاثير بگذارد. برتري فرآيند خمير سازي مکانيکي برخميرسازي شيميايي اين است که در اين عمليات مي توان خميري با ماتي و حجيمي مناسب توليد نمود که داراي وزن پايه پائيني باشد و بر خصوصيات ذکر شده آن تاثير نگذاردو در پايان يک خميرمکانيکي مي بايست خصوصيات مقاومتي مناسب داشته باشد.
خصوصيات يک خمير مکانيکي مناسب( به طور خلاصه):
-مي بايست فيبرها از چوب جدا شده باشند.
- طول فيبر يا الياف بايد حفظ گردد.
- الياف مي بايست از يکديگر جدا شوند( چسبيدگي داخلي الياف توسط ديواره سلولي الياف)
- مواد ريز فراوان موجود بر روي مياني و ديواره سلولي اوليه و ثانويه مي بايست پاکسازي شوند.
- ديواره ثانويه باقيمانده مي بايست فيبريله شود.( فيبريلاسيون خارجي)
در کل ، دو روش در مقياس صنعتي براي توليد خمير به روش مکانيکي وجود دارد:
- فشار دادن ياپرس کردن گرده بينه ها بر روي صفحه گرد آسياب ( خمير سازي آسيابي)
- توسط ريفانيز(پالاشگير) چيپسها خرد شوند.
البته بايد ذکر کرد که شايد دو فرآيند فوق، دو ايده آل براي توليد خميرهاي مکانيکي محسوب مي گردند.
در فرآيند آسياب کردن ( ساييدن) خمير توليدي از خصوصيات نوري خوبي برخوردار است ولي از خصوصيات مکانيکي و مقاومتي خوبي برخوردار نمي باشد. پالايش خرده چوب خميري با خصوصيات مکانيکي و مقاومتي بالا و خصوصيات نوري ضعيف توليد مي نمايد.و با توجه به تقاضاي بازار و موارد مصرف خميرها هر دو فرآيند با توجه به خصوصيات نوري، حجيمي در يک سو، خصوصيات مقاومتي از سوي ديگر مورد استفاده مي گيرند.
2-2- مجموعه اصطلاحات و توضيح مختصر در مورد فرآيند:
اسامي فرآيندهاي اصلي خميرسازي مکانيکي در جدول شماره 1 ديده مي شود. در کنار هر يک مختصري در رابطه با نوع فرآيند نيز توضيح داده شده است.تعداد زيادي از فرآيندهاي منشعب شده از فرآيندهاي اصلي در اين ليست قرار ندارد که در فصول بعدي به آن خواهيم پرداخت. بعضي ازاسامي فرآيندهابا توجه به پيشينه صنعتي نامگذاري شده اند ( به عنوان مثال PGW که يک فرآيند انشعابي ( فرعي) مي باشد).، در پايان هنوز اجماع نظر کلي درباره اسامي ليست شده در ذيل وجود ندارد.
جدول شماره 1: مجموعه اصطلاحات خميرسازي مکانيکي، فرآيندهاي اصلي که امروزه مورد استفاده قرار
مي گيرند. عبارتند از:
CTMP, TMP, PGW بازده (راندمانهاي) ذکر شده مربوطه به چوب Spruce Norway مي باشد که با فرآيندهاي جديد، با ميزان مصرف آب metric ton/10-20m3 تهيه گرديده اند.
فرآيند آسيابي گراندوود GW(SGW)
سايش گردده فيبرها توسط سنگ آسياب در فار اتمفسر اتفاق مي افتد.
درجه دماي آب پاششي 75-75 – بازده %5-98
فرآيند گراندوود فشاري PGW
گرده بينه ها توسط سنگ آسياب تحت فشار (2.5بار) آسياب مي شوند.
دماي آب کمي کمتر از c100 – بازده%98.5
فرآيند سوپر- گراندوود فشاري -S PGW
گرده بينه ها توسط سنگ آسياب تحت فشار (4.5 بار) آسياب مي شوند.
دماي آب کمي کمتر از c100 – بازده%98
فرآيند گراندوود گرمايي TGM
گرده بينه ها توسط سنگ آسياب زنجيري اتمسفري و سيستم خاص پاششي
آب در دماي c80 و بيشتر آسباب مي شوند. بازده%98.5
فرآيند مکانيکي پالايشي RMP
پالايش چسبها در پالايشگر اتمسفري صفحه اي صورت مي گيرد.
هيچگونه تيمار ديگري صورت نمي گيرد، تنها شتشوي چيپسها و احتملاً پيش بخاردهي در فشار اتمسفر صورت مي پذيرد. بازده%97.5
فرآيند مکانيکي پالايشي تحت فشار PRMP
همانند روش RMP مي باشد با اين تفاوت که تحت فشار و در دمايي بالاتر صورت مي گيرد. بازده%97.5
فرآيند مکانيکي حرارتي TMP
چيپسها قبل از پالايش تحت فشار و دماي بالا حرارت مي بينند.
بخار تحت فشار به طور نرمال 5-3 بار و دمايي در حدود c155-140 قرار دارد. بازده%97.5
فرآيند مکانيکي شيميايي CMP
1) به طور کلي اين اسم براي چوبي چوبي که توسط مواد شيميايي تيمار شده و سپس توسط پالايشگر پالايش شوند اطلاق مي گردد.
2) خمير توليد شده بدين صورت است که ابتدا توسط مواد شيميايي و معمولاً حرارت پيش تيمار شده و سپس توسط پالايشگر تحت فشار يا اتمسفري پالايش مي شوند. به طور نسبي از تيمارهاي شيميايي قوي استفاده مي گردد. به طور معمول کمتر از %90 بازده دارند.
فرآيند مکانيکي – حرارتي- شيميايي CTMP
پالايش تحت فشار حرارت با پي تيمار شيميايي صورت مي گيرد.
از تيمارهاي ملايم استفاده مي گردد بازده معمولاً بالاي %90 مي باشد.
امروز تحقيق در صنعت و كشاورزي ، عاملي مهم جهت توسعه اقتصادي در دنيا ميباشد. اين نياز در كشور ايران نيز همگام با رشد اقتصادي وصنعتي بشدت احساس ميگردد. استفاده از سرمايههاي انساني در جهت افزايش كيفيت و كميت محصولات توليدي جز با آموزش ، تحقيق و توليد ميسر نخواهد شد. در اين راستا مؤسسات و سازمانهاي تحقيقاتي نقش بسزايي در زمينه پژوهش را ايفا مينمايند. بخش تحقيقات علوم چوب و كاغذ مؤسسه تحقيقات جنگلها و مراتع از جمله بخشهاي تحقيقاتي است كه رسالت در جهت اعتلاي تحقيق و پژوهش در صنايع چوب و كاغذ را عهدهدار ميباشد.
محورهاي كلي بخش تحقيقات علوم چوب و كاغذ برپايه دسترسي به منابع ليگنوسلولزي جانشين، افزايش بهرهوري در صنايع چوب و كاغذ، كاهش ضايعات، استفاده صحيح و اصولي از منابع چوبي موجود و افزايش عمر مفيد چوب ميباشد.
با توجه به اين رسالت خطير، بخش تحقيقات علوم چوب و كاغذ اهداف زير را سر لوحه برنامهريزيهاي تحقيقاتي قرار داده است.
- شناسايي منابع اوليه ليگنوسلولزي چوبي و غير چوبي كه از پتانسيل مصرف در فرآيندهاي توليد صنايع سلولزي برخوردار هستند.
- بررسي ويژگيهاي بنيادي و كاربردي انواع مواد اوليه چوبي و غير چوبي براي توسعه فرآيندهاي كاربردي
- تحقيق در جهت كاهش ضايعات و استفاده از ضايعات بهرهبرداري شده از جنگل، ضايعات كشاورزي و چوب آلات كم قطر
- تحقيقات بنيادي در فرآيندهاي صنايع سلولزي براي بهينه سازي محصولات توليدي
- تحقيقات توسعهاي ـ كاربردي در فرآيندهاي صنايع سلولزي در راستاي بكارگيري فرآيندهاي جديد و توسعه فرآيندهاي بهينه و بومي شده.
- تحقيق در استانداردهاي ملي و بينالمللي در راستاي ارتقاء كيفيت محصولات توليدي
- ارائه خدمات تحقيقاتي ـ توسعهاي به سازمانهاي توليد كننده و مصرف كننده مواد اوليه ليگنوسلولزي و كارخانههاي توليدي و تشريك مساعي متقابل
- ارائه خدمات تحقيقاتي ـ آموزشي به مؤسسات آموزشي در سطوح مختلف تحصيلي
به منظور دستيابي به اهداف فوق بخش تحقيقات علوم چوب و كاغذ سعي در گردهم آوردن اطلاعات جديد، نيروي انساني كارآمد در سطوح مختلف تخصصي و تجهيزات مدرن داشته و با در اختيار داشتن فضاي مناسب تحقيقاتي به بزرگترين مجتمع تحقيقاتي علوم و تكنولوژي چوب و كاغذ در سطح كشور و يكي از بزرگترين مجتمعهاي تحقيقاتي منطقهاي در زمينه فوق تبديل شده است.
فعاليتهاي بخش تحقيقات علوم چوب و كاغذ مؤسسه تحقيقات جنگلها و مراتع به بررسي همه جانبهاي در جهت تشخيص نقاط ضعف و قوت صنايع چوب و كاغذ كشور و رفع نواقص موجود پرداخته است. امروزه تلاش در جهت بهرهوري پايدار از جنگلها و منابع ليگنوسلولزي ايران بخش تحقيقات علوم چوب و كاغذ را بعنوان قطبي بزرگ در جهت تحقيق و رسيدن به خودكفايي سلولزي و توليد از منابع جانشين و استفاده از چوب و مواد ليگنوسلولزي با ارزش افزوده بالاتر قرار داده است.
بخش تحقيقات علوم چوب و كاغذ در راستاي انجام وظايف تحقيقاتي خطير خود بصورت تخصصي و تفكيكي به امر پژوهش و تحقيق پرداخته است، كه اين وظايف در قالب 4 گروه تخصصي صورت ميگيرد.
فيزيک و مکانيک چوب و فرآورده هاي چوبي
شيمي چوب و خمير کاغذسازي
حفاظت و اصلاح چوب
توسعه صنايع و فرآورده هاي و مرکب چوب
1- گروه تحقيقات فيزيك و آناتومي چوب
اين گروه در تحقيقات بنيادي شناخت ويژگيهاي ماده اولية چوبي و غير چوبي و جمع آوري اطلاعات مورد نياز فعاليت دارد. اين گروه تحقيقاتي با در اختيار داشتن تجهيزات لازم طي ساليان گذشته فعاليتهاي گستردهاي داشته و در حال توسعه و گسترش فعاليتها و جذب تجهيزات مدرن و جديدتر است. در حال حاضر، اين گروه داراي آزمايشگاهي است كه مجهز به دستگاههايي نظير ميكروسكوپ نوري متصل به كامپيوتر با قابليت ذخيره و آناليز تصاوير، ميكروتوم، انواع ميكروسكوپهاي پروژكتيو و استريوميكروسكپها و ساير امكانات لازم جهت بررسي خصوصيات آناتوميكي و فيزيكي و مورفولوژيكي الياف چوب گونههاي مختلف بوده و طرحهاي متعددي در اين زمينهها در آن در حال اجرا ميباشد.
آزمايشگاه فيزيك و آناتومي چوب
2 - گروه تحقيقات مكانيك چوب و فرآورده هاي چوبي
گروه تحقيقات مكانيك چوب و فرآورده هاي چوبي در زمينه شناخت ويژگيهاي مكانيكي و كاربردي چوب و محصولات چوبي و كاغذ در حال فعاليت است . از جمله گروههاي تحقيقاتي بخش تحقيقات علوم چوب و كاغذ است كه از اوايل تشكيل بخش فعاليت داشته و اطلاعات كاربردي در مصرف بهينه چوب را جمع آ وري و در اختيار سازمانها و مؤسسات مربوطه قرار ميدهد . با توجه به ماهيت كار، اين گروه تحقيقاتي با ساير گروههاي تحقيقاتي در ارتباط نزديك بوده و به ديگر گروهها نيز خدمات تحقيقاتي، آزمايشگاهي ارائه ميكند.
اين گروه با در اختيار داشتن يك دستگاه ماشين آزمايشگر مقاومت مكانيكي مدل 1186- INSTRON ، ماشين مقاومت به ضربه مدل WP5- INSTRON و يك سردخانه به حجم 8 مترمكعب توانايي انجام كليه آزمايشات مكانيكي را بر روي چوب و ساير فرآوردههاي چوبي در شرايط مختلف محيطي از نظر دما و رطوبت دارا ميباشد. از جمله امكانات ديگر اين گروه داشتن اتاق آزمايشگاهي كليماتيزه تحت شرايط محيطي رطوبت و دما است
3- گروه تحقيقات فرآورده هاي مركب چوبي
اگروه و آزمايشگاه فرآوردههاي مركب چوبي با در اختيار داشتن تجهيزات مدرن و نيمه صنعتي تحقيقات محصولات اوراق فشرده چوبي بويژه در زمينههاي خرده چوب، تخته فيبر، تخته فيبر با دانسيته متوسط MDF))، تختههاي عايق، تخته رشته چوب، تخته چندلايه، چوبهاي لايهاي، كامپوزيتهاي الياف چوب / پليمر، چوب گچ، چوب سيمان و تختههاي مركب در زمينه تحقيقات بنيادي، كاربردي و توسعهاي فرآيندها و تكنولوژيهاي صنايع چوب فعاليت داشته و از طريق تركيب و تلفيق نيروي انساني كارآمد و تجهيزات مدرن جوابگوي نيازهاي تحقيقاتي سازمانها و مؤسسات اجرائي و كارخانههاي توليدي است. برخي از تجهيزات آزمايشگاهي اين گروه بشرح زير است:
.
آزمايشگاه فرآوردههاي مركب چوبي
خرد كن استوانهاي آزمايشگاهي، پوشالكن حلقوي آزمايشگاهي، خشك كن، مخلوط كـن چســب، چسبزن، پرس آزمايشگاهي مدل Burkle-L-100، دستگاه بخار زني، پالايشگر الياف و ساير دستگاهها و دستگاههاي برش .
4ـ گروه تحقيقات شيمي چوب، خمير كاغذ و كاغذسازي
اين گروه در زمينه تحقيقات بنيادي، كاربردي و توسعهاي فعال ميباشد و مانند ساير گروههاي تحقيقاتي در راه گسترش فعاليتهاي تحقيقاتي، تكميل اطلاعات در زمينة مصرف مواد چوبي و غيرچوبي در توليد كاغذ و محصولات كاغذي كشور گام بر ميدارد. در آزمايشگاه تحقيقات شيمي چوب آزمايشات مربوط به اندازهگيري تركيبات شيميايي چوب نظير اندازهگيري سلولز، ليگنين، مواد استخراجي و خاكستر انجام ميشود. در آزمايشگاه تحقيقات خمير و كاغذسازي توليد خمير كاغذ با استفاده از روشهاي شيميايي ( سودا و كرافت)، نيمه شيميايي و حرارتي مكانيكي بر روي چوب و مواد ليگنوسلولزي غيرچوبي انجام ميشود. آزمايشگاههاي اين گروه مجهز به دستگاههاي مختلف بشرح زير ميباشد:
آزمايشگاه تحقيقات شيمي چوب، خمير كاغذ و كاغذسازي
ديگ پخت چرخشي مجهز به چهار محفظه، ديگ پخت 10 ليتري، دفيبراتور ديسكي، دستگاه اندازهگيري درجه رواني خميركاغذ، كوبنده P.F.I به منظور پالايش خمير كاغذ، دستگاه ساخت كاغذ دست ساز، دستگاه پرس كاغذ دست ساز، دستگاه خشك كن ورق كاغذ دست ساز، دستگاه نيمه صنعتي ( پايلوت) توليد خمير مكانيكي، دستگاه هم زنالياف و غيره.
آزمايشگاه چوب خشك كني و حفاظت چوب
گروه تحقيقات حفاظت ، اصلاح و خشك كردن چوب دست اندركار يكي از مقولههاي خيلي مهم و با اهميت افزايش دوام چوب، استفاده بهينه از چوب و محصولات چوبي و ليگنوسلولزي است. مواد ليگنوسلولزي در معرض تخريب عوامل بيولوژيك و زنده بوده و استفاده نامناسب بر شدت آن ميافزايد.
- اين گروه تحقيقاتي با در اختيار داشتن يك دستگاه كوره چوب خشك كني نيمه صنعتي در حال بررسي و تدوين برنامههاي چوب خشك كني چوبهاي صنعتي ايران ميباشد.
- اين گروه تحقيقاتي همچنين يك دستگاه نيمه صنعتي اشباع چوب طراحي و ساخته است كه با استفاده از آن به منظور بالا بردن عمر مفيد تراورسهاي چوبي مورد نياز راه آهن، تيرهاي ارتباطي و ساير مصنوعات چوبي، اشباعپذيري چوبهاي مختلف با مواد حفاظتي متفاوت و روشهاي مختلف را مورد بررسي و آزمايش قرار ميدهد
صنعت کاغذ Paper Making Industry
مواد اولیه تهیه کاغذ
مواد اولیه انواع کاغذ بطور کلی ، مواد سلولزی است که از منابع مختلف تهیه میشوند:
• ساقه کتان ، شاهدانه ، پنبه که الیاف بلند (در حدود 1.2 تا 6 میلی متر) دارند.
• ساقة گیاهانی مانند گندم ، جو (کاه) ، نی ، کنف و غیره.
• درختانی که برگ سوزنی دارند، مانند کاج (با الیاف بلند ) و یا برگ پهن ، دارند مانند چنار (با الیاف کوتاه در حدود 0.5 تا 1.2 میلی متر)
• انواع کاغذهای باطله و یا خردهها و قطعات مقوای کهنه
• الیاف تفاله نیشکر
مراحل تهیه کاغذ
• تبدیل چوب به قطعات ریز :
با استفاده از ماشین پوست کنی ، و دستگاه تولید تراشه و عبور تراشهها از الک مخصوص صورت میگیرد و قطعاتی به طول حداقل 4 و عرض 2 سانتی متر (در مورد چوب) به دست میآید.
• پختن چوب و تولید خمیر :
این عمل ممکن است از طریق مکانیکی یعنی ، بدون استفاده از مواد شیمیایی و توسط بخار آب جوش ، تحت فشار صورت گیرد که معمولاً برای تهیه کاغذهای ارزان و کاهی ، مانند کاغذ روزنامه متداول است. در روش شیمیایی از هیدروکسید سدیم (در روش قلیایی) ، سولفیت هیدروژن کلسیم ، ، درمحیط اسیدی (PH=2-3 ، روش بی سولفیت) و یا سولفیت سدیم (در روش سولفیت) همراه با کمی کربنات سدیم در دمای بالاتر از . 100 درجه سانتیگراد و تحت فشار ، استفاده میشود. در این مرحله خمیر قهوهای رنگی حاصل میشود که از آن در تهیه مقوا ، کارتن ، و یا کاغذهای کاهی استفاده میشود.
• شستشوی خمیر کاغذ :
شستشوی قلیایی ، که با استفاده از محلول 3 درصد سود در دمای 45 تا 50 درجه سانتیگراد به مدت یک تا دو ساعت صورت میگیرد. این عمل برای جدا کردن لیگتین و کاهش رنگ خمیر انجام میپذیرد.
• اعمال شیمیایی (رنگ زدایی) : در دو مرحله صورت میگیرد :
o کلر زنی ، که در PH=2 تا دمای 25 تا 45 درجه سانتیگراد به مدت تقریبی یک ساعت صورت میگیرد. در این مرحله لیگتین باقیمانده در خمیر ، به صورت محلول در میآید که بسته به نوع مواد شیمیایی به کار رفته برای پخت ، بین 3 تا 15 درصد ممکن است تغییرکند.
o رنگ زدایی که توسط هیپوکلریت سدیم (به صورت محلول 3 درصد) ، دی اکسید کلر ، پراکسید هیدروژن ، ازون ، و غیره در PH=9-10 صورت میگیرد. تا اینکه لیگتین فقط اکسید شود و سلولز تحت تأثیر قرار نگیرد.
• خشک کردن خمیر کاغذ :
دراین مرحله خمیر کاغذ را از دستگاه تمیز کننده و توریهایی که دارای سوراخهای 2 تا 3 میلیمتریاند ، عبور میدهند تا قسمت عمده آب خود را از دست بدهد. بعد آن را از پرسهای قوی عبور میدهند تا باقیمانده آب آن نیز خارج شود.
• پرس کردن ، برش زدن و بسته بندی :
با عبور خمیر خشک شده از میان غلتکهای مخصوص ، آن را به صورت صفحات کاغذ در آورده و توسط دستگاه برش آن را در اندازههای
مورد سفارش و نیاز بازار مصرف برش میدهند و بسته بندی میکنند.
شیمی کاغذ
برخلاف این تصور که تولید کاغذ اساسا یک فرآیند مکانیکی است، در این فرآیند ، پدیدههای شیمیایی نقش برجستهای دارند. از تبدیل چوب به خمیر کاغذ گرفته تا تشکیل کاغذ ، اصول شیمیایی دخالت آشکاری دارند. لیگنین زدایی از یک منبع گیاهی مناسب ، معمولا چوب ، یک فرآیند شیمیایی ناهمگن است که در دما و فشار زیاد انجام میشود.
دامنه شیمی کاغذ ، وسیع و جالب است شامل مباحثی از قبیل شیمی کربوهیدراتها ، رنگدانههای معدنی ، رزینهای آلی طبیعی و سنتزی و افزودنیهای پلیمری متعدد میباشد. در فرآیند تشکیل نیز تا حد زیادی شیمی کلوئید و شیمی سطح دخالت دارد. نقش پلیمر ، شیمی محیط زیست و شیمی تجزیه را نیز نباید فراموش کرد.
ترکیب شیمیایی کاغذ
از آنجا که کاغذ از الیافی ساخته میشود که قبلا تحت تاثیر تیمارهای فیزیکی و شیمیایی قرار گرفتهاند، سلولهای گیاهی حاصل از ترکیب شیمیایی ثابتی نسبت به ساختار منابع گیاهی اولیه برخوردار نیستند. سلولهای گیاهی عمدتا از پلیمرهای کربوهیدراتی آغشته شده به مقادیر مختلف لیگنین (یک ترکیب پلیمری آروماتیک که میزان آن با افزایش سن گیاه افزایش مییابد و در حین فرآیند لیگنینی شدن تولید میگردد) تشکیل شدهاند. بخش کربو هیدراتی سلول بطور عمده از پلی ساکارید سلولز تشکیل شده است. بخشی از این ترکیبات شامل پلی ساکاریدهای غیر ساختمانی با وزن مولکولی کم به نام همی سلولز هستند، که نقش بسیار مهمی در خصوصیات خمیر و کاغذ دارند.
به نظر میرسید که با توجه به نام همی سلولزها ، این ترکیبات با سلولز ارتباط داشته باشند و به روش مشابهی با سلولز بیوسنتز شده باشند. اما در حال حاضر بخوبی مشخص شده است که این پلی ساکاریدها به روش متفاوتی بیوسنتز شده باشند. اما در حال حاضر به خوبی مشخص شده است که این پلی ساکاریدها به روش متفاوتی بیوسنتز میشوند و نقش ویژهای در دیواره سلول گیاهان ایفا میکنند. علاوه بر این ترکیبات مهم ، مقادیر کمی از مواد آلی قابل استخراج و مقادر بسیار کمی از مواد معدنی نیز در دیواره سلولی الیاف وجود دارد.
مواد عصارهای و اندک (%) لیگنین(%) همی سلولزها (%) سلولز (%)
10> 25 تا 35 20 40 تا 45 سوزنی برگان
10> 17 تا 25 15 تا 35 40 تا 45 پهن برگان
ترکیب کلی استخراج الیاف گیاهی از نظر درصد کربن ، هیدروژن و اکسیژن بسته به درجه لیگنین شدن متغیر است. میزان این عناصر برای چوب حدود 50% کربن ، 6% هیدروژن و 44% اکسیژن است. از آنجایی که ترکیب عنصری کربوهیدراتها کم و بیش به صورت CH2O)n) است، میزان کربن موجود تقریبا حدود 40% است. لیگنین یک ترکیب آروماتیک با فرمول تقریبی C10H11O4 میباشد. بنابراین ، میزان کربن آن بطور متوسط حدود 65 - 60% است.
سلولز
سلولز مهمترین ترکیب ساختاری دیوارههای سلول است و بعد از حذف لیگنین و انواع دیگر مواد استخراجی نیز مهمترین ترکیب ساختاری کاغذ محسوب میشود. از نظر شیمیایی ، سلولز یک پلیمر دارای ساختمان میکرو فیبریلی شبه بلوری متشکل از واحدهای D-β گلوکوپیرانوزی با اتصالات (4 <---- 1) گلیکوزیدی است. همچون بسیاری از پلی ساکاریدها ، سلولز پلیمری بسپاشیده با وزن مولکولی زیاد است. بسته به نوع منبع سلولزی، درجه پلیمریزاسیون سلولز از 10000 تا 15000 متفاوت است.
سلولز 100% بلوری شناخته نشده است، اما ساختمان سلولز دارای یک بخش بلوری و یک بخش غیر بلوری یا بیشکل است. درجه بلورینگی بستگی به منشاء سلولز دارد. سلولز پنبه و انواع جلبکها مانند والونیا درجه بلورینگی بسیار بالایی است. در حالیکه سلولز چوب درجه بلورینگی پایینی دارد. سلولز بوسیله باکتریها نیز تولید میگردد که البته به عنوان منابع سلولزی برای کاغذ کاربردی ندارند.
همی سلولزها
همی سلولزها گروهی از پلی ساکاریدهای غیر ساختاری با وزن مولکولی کم و اغلب ناهمگن هستند که ارتباطی با سلولز نداشته و از راه بیوسنتز متفاوتی تولید میشوند. نام همی سلولزها نشان دهنده ارتباط یا نزدیکی آنها با سلولز نیست. نقش همی سلولزها در دیوراه سلول بخوبی شناخته شده نیست، اما وزن مولکولی خیلی کم آنها نمیتواند همی سلولزها را به عنوان یک پلیمر ساختاری مطرح کند (درجه پلیمریزاسیون آنها بین 150 - 200 است).
تحقیقات نظری در این زمینه نشان میدهد که همی سلولزها ممکن است نقشی در انتقال آب داشته باشند. همی سلولزها معمولا از واحدهای مونومری هگزوزی مثل D- گلوکوپیرانوز ، D- مانوپیرانوز و D- گالاکتوپیرانوز و واحدهای پنتوزی مثل D- زایلو پیرانوز و –L آرابینوفورانوز تشکیل شدهاند. بخش قابل توجهی از همی سلولزها حتی بعد از لیگنین زدایی شیمیایی ، در خمیر کاغذ باقی میمانند. مهمترین همی سلولز موجود در سوزنی برگان گالاکتو گلوکومانان است که حدود 20% از وزن خشک چوب را تشکیل میدهد.
لیگنین
لیگنین ، پلیمری آروماتیک با ساختاری بسیار پیچیده است. تقریبا کلیه خصویات لیگنین در کاربردهای کاغذ سازی نقش منفی دارند و کاغذهای با کیفیت خوب از الیافی ساخته میشود که تقریبا عاری از لیگنین هستند. لیگنین سبب شکننده شدن کاغذ میشود و به دلیل اکسایش نوری و تشکیل گروههای رنگی سبب افزایش زردی و تیرگی کاغذ میشود. کاغذ روزنامه مثال خوبی در این زمینه است و بطور کلی کلیه خمیرهای مکانیکی که در آنها مقدار زیادی لیگنین وجود دارد، چنین اثرهایی را نشان میدهد.
رزینها و مواد استخراجی
چوب حاوی مقدار کمی (کمتر از 5%) از ترکیباتی است که توسط حلالهای آلی مثل اتانول یا دی کلرومتان قابل استخراج هستند. میزان این ترکیبات در پهن برگان و سوزنی برگان و در بین گونههای مختلف چوبی متفاوت است. اگر چه این ترکیبات ممکن است در حین فرآیندهای شیمیایی تهیه خمیر کاغذ حذف شوند، اما همیشه مقداری از آنها در کاغذ باقی میماند. ترکیب شیمیایی این مواد بسیار متغیر است و شامل آلکانها ، آلکنها ، اسیدهای چرب (اشباع یا غیز اشباع) ، استرهای گلیسرول ، مومها ، اسیدهای رزینی ، ترپنها و ترکیبات فنولی هستند.
میزان باقیمانده این ترکیبات این ترکیبات در خمیر و کاغذ بستگی به فرآیند تهیه خمیر مورد استفاده دارد. در مجموع ، ترکیبات اسیدی مثل اسیدهای چرب و رزینی در محیط قلیایی براحتی از طریق تبدیل شدن به نمکهای محلول حل میگردند، اما در خمیر سازی اسیدی ، این ترکیبات براحتی قابل حل و خارج سازی نیستند. چندین محصول فرعی مفید در عملیات خمیر سازی از مواد استخراجی قابل استحصال است که مهمترین آنها شامل تربانتین و روغن تال است. تربانتین مخلوطی از هیدروکربنهای دو حلقهای با فرمول C10H16 است که ترکیبات عمده آن α و β- پنن است.
این ترکیبها به صورت محصولات فرعی فرار با بازده 5-4 لیتر به ازای هر تن چوب (کاج) قابل استحصال بوده و به عنوان حلال مور استفاده اند. روغن تال عمدتا از اسیدهای رزینی به همراه حدود 10% ترکیبات خنثی تشکیل شده است. این اسیدها از نظر ساختمانی ایزومرهای اسید آبیتیک هستند و به عنوان مواد افزودنی شیمیایی و مواد آهارزنی در تهیه کاغذ مصرف میشوند.
+ نوشته شده در یکشنبه پانزدهم آذر ۱۳۸۸ ساعت 12:16 توسط سجاد
|