Výroba papíru ze dřeva

Papírenský průmysl je odvětví dřevozpracujícího průmyslu, které vyrábí celulózu, papír, papír a kartonážní výrobky.

Papír je člověku znám již velmi dlouho, zpočátku sloužil především ke sběru a třídění myšlenek a jejich zaznamenávání tak, aby byly přístupné dalším lidem včetně budoucích generací.

Současný význam papíru daleko přesahuje jeho roli informace a přenosu myšlenek.

S rozvojem průmyslu a snižováním výrobních nákladů se papír začal používat pro hygienické účely: příkladem je toaletní papír nebo ubrousky.

S rostoucí důležitostí prodeje se stává stále důležitější výroba papíru pro výrobu vlnité lepenky, která se následně zpracovává na ekologické kartonové obaly, a to díky recyklovatelnosti a biologické rozložitelnosti, kterou se plastové obaly nemohou pochlubit.

Extrakce vláken

Při výrobě papíru je prvním krokem získání celulózových vláken, mohou to být panenská vlákna získaná přímo z rostlin, hlavně stromů. Alternativou k primárním vláknům jsou recyklovaná vlákna získaná ze sběrového papíru, tzn. recyklovatelné materiály. Nejcennějším sběrovým papírem jsou šedé krabice z odolné lepenky, která je vyrobena s velkou příměsí panenských vláken mají největší pevnost.

Jak bylo uvedeno výše, hlavní surovinou pro výrobu celulózy je dřevo. V Rusku jsou nejběžněji používané stromy borovice, smrk a jedle, zatímco mezi tvrdá dřeva používaná v celulózovém průmyslu patří bříza, buk a topol.

Vzhledem ke stále se snižující dostupnosti dřevních surovin se k ní přidávají v podobě jednoletých rostlin a rostlin netypických pro naše klima, například eukalyptu. Zde je třeba poznamenat, že dřevo používané v papírenském průmyslu není komerční dřevo používané ve stavebnictví.

Tzv. vláknité dřevo, dřevo ve formě kmenů o délce od 0,5 do 2,4 m, nejčastěji ne více než 1 m Kromě vlákninového dříví se používá např. i vrchní části dřeva drobného a těžebního odpadu stromy, příliš tenké větve, pařezy.

Složení dřeva pro zpracování

Dřevo se skládá ze dvou hlavních složek – přírodních polymerů. Dominantní je celulóza – ta je hlavní složkou papíru, druhý polymer – lignin – odstraňujeme ze dřeva při výrobě vláken.

Celulóza je polymer patřící mezi polysacharidy, má lineární strukturu a skládá se z několika tisíc molekul d-glukózy spojených beta-glykosidickou vazbou. Ve dřevě se jeden celulózový řetězec obvykle skládá ze 4000–6000 molekul d-glukózy. Celulóza je pružná a pevná a tvoří kostru rostlinných buněk. Lignin má na druhé straně amorfní strukturu a působí v rostlině jako pojivo, které vyplňuje prostory mezi molekulami celulózy.

Hlavními stavebními kameny ligninu jsou deriváty fenylpropanu, které jsou navzájem spojeny etherovými a uhlíkovými vazbami. Lignin byl donedávna považován za odpad z výroby buničiny a spaloval se v procesu redukce alkálií, nyní se však používá jako surovina pro chemickou syntézu, výrobu asfaltu a dokonce se zkoumá jeho použití při výrobě opalovacích krémů. Deriváty ligninu mají potenciál nahradit většinu sloučenin pocházejících z ropy a tím přispět k ochraně životního prostředí.

Dřevo obsahuje kromě celulózy a ligninu také hemicelulózy, extraktivní látky a minerály. Z hlediska výroby buničiny mají velký význam extraktivní látky, mezi které patří: tuky, vosky a pryskyřice, což jsou látky zasahující do procesu výroby buničiny.

Třídění a odkorňování dřeva

Po těžbě je dřevo odvezeno z lesa do skladu dřeva celulózky. Ve skladu dochází k třídění dřeva a identifikaci kovových úlomků v kládách, které mohou v dalších fázích zpracování poškodit zařízení.

Po absolvování kontroly detektorem kovů jsou kmeny odeslány do odkorňovacího stroje, kde se z nich třením kmenů o sebe zbaví kůry. Odříznutá kůra se posílá do kotlů na biomasu, kde se vyrábí elektřina nebo pára potřebná k provozu zařízení.

Odkorněná polena putují do drtiče, kde se polena rozdrtí na štěpky, poté se štěpky roztřídí, úlomky požadovaných velikostí – 10-35 mm dlouhé, 10-20 mm široké a 2-8 mm silné – putují do skladu štěpky , kde se shromažďují pro proces vaření. Příliš velké třísky se posílají do drtičů, rozdrtí se na menší částice a poté se pošlou zpět do třídiče. Příliš malé frakce, jako je kůra, jdou do kotlů na biomasu.

Příprava celulózového vlákna z dřevěných štěpků

Pro získání celulózových vláken z dřevěných štěpků je třeba odstranit lignin, který celulózu váže. Proces získávání vláken z lignocelulózové biomasy se nazývá rozvlákňování dřeva. V průběhu let se rozvlákňování provádělo různými metodami, jako je soda, siřičitan, dusík.

V současné době převládá metoda sulfátová a vyvíjejí se metody šetrnější, např. organosolv (delignifikace dřeva organickými rozpouštědly). Při sulfátové metodě se dřevěné štěpky vaří za podmínek zvýšeného tlaku a teploty tak, že se na ně působí varnou kapalinou, kapalinou používanou při procesu výroby sulfátové buničiny.

Proces rozkladu probíhá v zařízeních zvaných digestoře; Varáky lze rozdělit na vsádkové a modernější průběžné.

Proces rozvlákňování bude diskutován na příkladu kontinuálního fermentoru. Takové digestoře mají tvar věže, jejíž rozměry jsou přizpůsobeny plánované kapacitě zařízení.

Štěpky ze skladu vstupují do sběrače štěpky, ze kterého jsou pomocí podavače štěpky dopravovány do odpařovací komory tento proces probíhá při tlaku 0,1-0,15 MPa. Podavač třísek zajišťuje hermeticky uzavřenou odpařovací komoru.

Dřevěné štěpky v odpařovací komoře jsou ošetřeny párou o teplotě 120°C, aby se z nich odstranil vzduch a těkavé organické sloučeniny. Z odpařovací komory jsou štěpky dopravovány vysokotlakým podavačem do vlastního fermentoru. Ve vysokotlakém podavači jsou dřevěné štěpky udržovány společně s varným roztokem a při otáčení podavače jsou dřevěné štěpky a varný roztok přiváděny do fermentoru.

Dřevní štěpka je impregnována louhem již ve vysokotlakém podavači a tento proces končí v horní části fermentoru, tzv. impregnační zóně. Pod tímto napětím se čipy pohybují směrem dolů a zahřívají se na teplotu 100°C až 125°C. Dále vstupuje do zóny ohřevu, kde se dodatečně ohřeje na 175°C při tlaku v této zóně 1 MPa. Z topné zóny se dřevní štěpka dostává do varné zóny, kde se teplota vlivem probíhajících procesů ještě více zvyšuje.

Ve spodní části varné zóny je tento proces přerušen přiváděním mycí vody, která vytěsňuje černý louh a zároveň ochlazuje třísky. Ochlazené štěpky vstupují do spodní části fermentoru, tedy do mycí zóny, kde se promývají protiproudovou difuzí při vysoké teplotě. Při difuzním praní je černý louh vytlačován promývací kapalinou, která současně ochlazuje třísky z teploty 150°C na 85°C. Po umytí se hmota dále ochladí a před opuštěním sporáku dosáhne teploty přibližně 70°C.

Etapy výroby papíru z celulózové buničiny

V první fázi vaření vstupuje vláknitá hmota ve formě plátů do hydroskartovače, kde se smíchá s vodou a rozdrtí. Listy jsou rozdrceny na částice o velikosti od několika milimetrů do několika centimetrů, které tvoří suspenzi ve vodě. Výsledná suspenze se čerpá do zvlákňovacího zařízení, kde se z částic listů buničiny získávají jednotlivá vlákna.

Vlákna jsou nejčastěji sbírána kotouči s otvory, ve kterých dochází k tvorbě vláken nejen mechanickým působením kotoučů na závěs, ale také změnami tlaku v zařízení. Po rozvláknění se buničina čistí pomocí odstředivých pískovačů.

Vyčištěná celulózová hmota se posílá do stupně mletí celulózy. Broušení je mechanické zpracování ve vodném prostředí vlivem mletí se zvyšuje plasticita a pružnost vláken, vlákna se zkracují a velikostně diverzifikují a uvolňuje se jemná frakce.

Broušení také zvyšuje specifický povrch vláken a jejich bobtnatelnost; Zvyšující se bobtnání vláken přímo zlepšuje papírenské vlastnosti drcené buničiny. Mletí probíhá v holandských mlýnech v případě vsádkového procesu nebo v kuželových nebo kotoučových mlýnech v případě vsádkového procesu.

Papírová drť se dávkuje do míchací nádrže, kde se spojí s vláknitými polotovary a důkladně promíchá. Namíchaná hmota vstupuje do kuželových mlýnů, kde prochází nivelací, což je proces, jehož účelem je dobře promíchat všechny přísady a rozbít svazky vláken. Po procesu egalizace se hmota ředí a dávkuje do trubkových odstředivých lapačů písku nebo hydrocyklonů, kde se čistí od těžkých nečistot, které se do ní mohly dostat při přípravě.

Papírová buničina může obsahovat až 10 % objemu vzduchu a je podrobena procesu odvzdušnění, aby se z papíroviny odstranil vzduch. K odvzdušnění dochází ve vakuových nádobách, kde se vstřikovaná papírová drť nastříká na desky nádob, uvolněný vzduch je nasáván vývěvou a odvzdušněná papírová hmota je z nádoby odebírána a přiváděna do třídícího procesu.

Po vytřídění se papírovina nakonec ředí a vstupuje do skladovací kádě, odkud je transportována do vtokového kanálu papírenského stroje. Přes něj se papírovina dostává do sítové části, kde se tvoří papírový pás. V sítové části je z papíroviny odstraněno až 25 % vody, koncentrace papíroviny v nátokové skříni se pohybuje od 0,3 do 1,2 %.

K odstranění vody pod sítem papírenského stroje slouží formovací boxy, přísavky a drenážní pásky. Po částečném odvodnění papíroviny v sítové části papírový pás vstupuje do lisovací části, kde je zpracováván mezi sadou válců. V lisovací části se hmota dodatečně zbaví zápachu na úroveň až 45 %, struktura pásky se vyrovná a zahustí a povrch pásky se vyhladí.

Za lisovací částí vstupuje papírový pás do sušící části, kde se pohybuje na sušičkách mezi vyhřívanými válci. Během procesu sušení se voda odpařuje a mezi vlákny se tvoří vazby. V důsledku sušení je papírový pás stlačen a hydrofobizován.

Hydrofobizace v sušící části zahrnuje aktivaci lepidla přidaného během klížení nebo nanášení lepidla na povrch papírového pásu. Povrch se klíží pomocí klížícího lisu.

Pro dokončení pásu papíru po procesu sušení můžete pás nasměrovat do kalandrů, které dodatečně vyhlazují povrch papíru, satinují jej, činí jej kompaktním a lesklým. Po kalandrování je papírový pás nařezán na šířku a tvarován do bubnu.

Papír je spotřebován lidmi ve velkém množství. 150 kg na osobu a rok. V tomto článku se dozvíte, jak a z jakého papíru se vyrábí.

Historické pozadí

Již v roce 105 př. Kr Čínský císařský poddaný Cai Lun vyrobil papír z moruše. Smíchal morušové dřevo, konopí, hadry a dřevěný popel a vše propasíroval sítem, aby se vysušil. Suché hrudky pak rozemlel kameny.

Používal dřevěný papír a prvním autorem této techniky byl čínský eunuch Cai Lun. To si myslí Číňané. Vědci však mají jiný názor. Archeologové totiž v Číně často nacházejí listy papíru, které pocházejí z dřívějších období.

Suroviny

Papír se vyrábí z dřevité buničiny, dalších rostlinných vláken, jako je cukrová třtina, rýže, sláma a konopí, hadry, sběrový papír a další materiály. K výrobě celulózy se používá dřevo z různých druhů stromů. Dřevní hmota může být vyráběna různými způsoby.

Nejekonomičtější metoda je považována za inženýrskou. V dřevozpracujících závodech se dřevo drtí na buničinu. Smíchá se s vodou. Dřevní hmota je slabá a používá se při výrobě novin. Vysoce kvalitní celulóza se vyrábí chemickými procesy. Dřevní hmota se drtí na dřevěných trámech. Je řazeno podle velikosti. Poté se namočí do chemického roztoku a vaří ve speciálním stroji. Třísky jsou poté filtrovány a promyty, aby se odstranily nežádoucí částice. Výsledkem je materiál podobný papíru známý jako dřevitá buničina. Dřevovláknitá buničina se používá k výrobě papíru pro časopisy, knihy, brožury a těžké obalové materiály.

DIY pilinový papír

Borové nebo smrkové piliny se nasypou do vody a vaří se přesně 24 hodin. Do vody přidejte louh. Pokud není k dispozici louh sodný, lze použít jedlou sodu. Po uvaření směs promyjeme vodou a vymačkáme. Poté se piliny vloží do hrnce a položí se na oheň. Jakmile se vaří, stáhněte pánev z ohně a rozdrťte mixérem. Výsledkem je sediment, homogenní hmota.

Zatímco se piliny vaří, vytvoří se rám, který se položí na plech a na něj se rozprostře gáza. Hrudky se nasypou do připraveného rámu a rovnoměrně rozmístí po celé ploše. Přebytečná voda odtéká do pánve. Pro rychlé odstranění vlhkosti jej však otřete savým hadříkem. Rám lze poté převrátit a plech zvednout z hmoty pro snadné vyjmutí.

Zakryjte obě strany listu papírem nebo novinami, vložte je mezi desky a zatěžte těžkým předmětem. Tímto způsobem byste měli stisknout asi 5 minut. List se pak opatrně položí na list hliníkové fólie a suší se na slunci nebo v sušárně u topení.

Struktura

Papír z dřevní buničiny se vyrábí z mechanicky vyráběné buničiny. Jako základ lze použít i jiné materiály. Tento papír lze vyrobit i doma. Bude však nekvalitní.

Dnes se celulóza vyrábí chemicky pomocí technických postupů. Pro výrobu vysoce kvalitního papíru musí obsahovat následující složky

• Hydrofobní tisk, který zabraňuje vytékání inkoustu na papír. Nejde na zadní stranu listu. Jako lepidlo se používá kalafunové lepidlo.
• Pryskyřice, lepidla nebo škrob. Tyto látky činí dřevěný papír trvanlivějším a odolnějším vůči různým vlivům.
• Kaolin, mastek nebo křída snižují průhlednost papíru a zvyšují jeho hustotu.

Druhy dřeva

V nabídce máme tvrdé i měkké dřevo. První typ se vyrábí z měkkého dřeva, jako je borovice, jedle, smrk, mahagon a jedlovec. Měkká dřeva se získávají z listnatých stromů, jako je buk, javor, topol, bříza a dub. V tropickém podnebí se používá teak, eben a mahagon.

Papír vyrobený z těchto druhů stromů má velkou hodnotu. Bohužel se však vyvíjejí pomalu. Více se zmenšují, než množí. V důsledku toho je v tropických lesích méně cenných druhů stromů.

Výroba papíru dnes

Skutečný papír se vyrábí z celulózy, jejíž jednotlivá vlákna se získávají máčením surové celulózy. Nejprve se buničina smíchá s vodou a poté se vyjme do forem, do kterých se vloží gáza. Přebytečná voda se vypustí a hmota se vysuší, aby se získal list papíru. Tak dostal svou první kartu čínský občan Cai Lun. Během této doby uplynulo asi 2 let, ale nic podstatného se nezměnilo.

Papír se dnes vyrábí v moderních továrnách s obrovskými dílnami, kde probíhají různé operace se zařízením. Po uvaření buničiny se základní papír smíchá s lepidlem a pryskyřicemi, aby vlákna získala tvar a strukturu. Lepidla odpuzují vodu z papíru a pryskyřice zabraňují roztékání inkoustu. Zde zobrazený papír s dřevěným vláknem tento proces pro účely tisku nevyžaduje, protože inkoust neprosvítá.

Dalším krokem je malování. K tomu se papír umístí do mixéru spolu s pigmenty nebo barvivy. Buničina je pak přiváděna do stroje zvaného papírenský stroj. Po všech fázích zpracování na tomto stroji se celulóza přemění na papírové role a prochází několika válci: jeden vytlačuje vodu, další role suší a třetí je leští.

V dalším kroku je papír odeslán do laboratoře mokrého lisování. Zde se vlákna odmašťují a dále stlačují. Výsledné role bílého suchého dřevěného papíru jsou srolovány do obrovských rolí a odeslány do tiskárny. Tam se ořízne na požadovanou velikost.