Сучасна технологія виготовлення паперу

та картону на папероробних машинах

Для виготовлення паперу може використовуватись механічно подрібнена деревна маса, деревна або солом'яна целюлоза, бавовняні та льняні ганчірки, а також вживаний папір (макулатура).

Технологічна схема виробництва паперу (картону) складається з наступних процесів:

приготування паперової маси, що включає операції по масному помелу волокон, проклеюванню, наповненню і фарбуванню маси;

акумулювання паперової маси;

розбавлення маси водою до необхідної концентрації;

очищення від сторонніх включень;

виготовлення паперу (картону) на папероробній (картоноробній) машині, що включає відлив паперового (картонного) листа, його пресування, сушку, обробку і намотування в рулон.

Помелом називається процес спеціальної механічної обробки рослинних волокон у присутності води, що виконується в розмельних машинах – млинах. Помел є одним з найважливіших процесів паперового виробництва, що дозволяє в широкому інтервалі значень змінювати властивості паперу. Проводиться помел волокон в машинах безперервної дії (у конічних, циліндричних і дискових млинах).

Проходячи між ножами розмельних машин, волокна піддаються дії механічних і гідродинамічних сил, що приводить до протікання складних фізико-хімічних і колоїдних процесів в структурі волокон. Волокна стають м'якшими, підвищується їх еластичність і пластичність.

Залежно від режиму помелу можна одержувати паперову масу різного ступеня. Характер помелу маси вибирають залежно від виду і якості паперу, що виробляється.

Основними чинниками, що впливають на якість помелу целюлози, є: тривалість помелу, питомий тиск між ножами млинів, концентрація маси, тип розмелювальної гарнітури, окружна швидкість ротора або барабана, температура маси при помелі. До керованих чинників відносяться тривалість, питомий тиск, концентрація і температура маси.

Призначення проклеювання – додання паперу або картону обмежених всмоктувальних властивостей по відношенню до води, чорнил, друкарської фарби і інших рідин та поліпшення багатьох інших фізико-механічних властивостей. При необмеженому вбиранні чорнила вбираються в товщу листа паперу, розходяться і проходять на його зворотну сторону. Повна відсутність всмоктувальних властивостей викликає стікання чорнила з поверхні паперу. Перше і друге явище роблять папір непридатним для писання та друку. Тому процес проклеювання повинен забезпечувати для кожного конкретного виду паперу і картону свою певну всмоктувальну здатність, яка оцінюється ступенем проклеювання.

Розрізняють поверхневе проклеювання і проклеювання в масі. Поверхневе проклеювання здійснюють нанесенням крохмального або тваринного клею на поверхню готового паперу. Переважна більшість видів паперу і картону проклеюються введенням клейових речовин в паперову масу перед відливом паперового листа, тобто проклеюється в масі. Для проклеювання в масі застосовують гідрофобні (водовідштовхувальні) речовини. Основною гідрофобною речовиною є каніфоль, що виділяється із смоли хвойних деревних порід.

Під наповненням паперу розуміють введення в композицію паперу мінеральних речовин-наповнювачів для поліпшення його якості і економічних показників. Введенням наповнювачів в композицію паперу досягаються наступні цілі: знижується собівартість виробництва паперу, оскільки вартість наповнювача нижча за вартість волокон, частина яких замінюється наповнювачем; підвищується білість паперу, оскільки майже всі наповнювачі мають вищий ступінь білості, ніж волокна; істотно збільшується гладкість поверхні паперу за рахунок заповнення частинками наповнювача пір і нерівностей між волокнами на шорсткій поверхні листа; зменшується непрозорість паперу, що дає можливість писати і друкувати з обох боків листа; поліпшується рівномірність просвіту; збільшується м'якість і пластичність тощо.

Загальним недоліком введення наповнювачів є помітне зниження механічної міцності і ступеня проклеювання паперу. Крім того, із збільшенням вмісту наповнювачів проявляється явище відділення від поверхні паперу дрібних волокон, частинок наповнювача. Цей ефект різко погіршує якість друку.

З метою додання паперу приємних естетичних властивостей багато його видів виготовляють кольоровими, наприклад: афішний, обгортковий, писальний кольоровий, конвертний, серветковий, пакувальні види тощо. Фарбування паперу є складним процесом, оскільки забарвленню піддається паперова маса, що в більшості випадків складається з декількох різнохарактерних волокнистих, наповнювальних і клейових частинок, які мають різну сприйнятливість до одного і того ж фарбника, тому для отримання якісно забарвленого паперу дуже важливо правильно підібрати фарбник. Особлива увага повинна приділятись фарбникам, що входять до складу паперу, який контактує з харчовим продуктом.

Виготовлення паперу на папероробній машині

Папероробна машина (рис. 1.1) складається з сіткової, пресової, сушильної і обробної частин. Крім того, до неї відносяться машинний басейн для акумуляції паперової маси перед подачею на машину, устаткування для рафінування, підмелювання і очищення маси, насоси для подачі води і маси, вакуумні насоси, пристрої для переробки браку, басейни оборотної води, вентиляційна система, регулюючі і контрольно-вимірювальні прилади.

Сіткова частина призначена для формування і обезводнення паперового полотна і включає напірний ящик і сітковий стіл. Напірний ящик призначений для рівномірного і безперервного напуску маси на сітку по всій ширині. Паперова маса на сітку виливається за допомогою пристрою, який забезпечує вихід її з однаковою швидкістю і в однаковій кількості по всій ширині сітки, подачу маси спокійним потоком, без перехрещення струменів і завихрень.

Сітковий стіл є горизонтальною площиною, утвореною сіткою, натягнутою між грудним валом і відсмоктувальним гауч-валом. Зворотна (нижня) гілка сітки підтримується сітковедучими, сітконапрямними і сітконатяжними валами. Натяг сітки здійснюється сітконатяжними валами, а сітконапрямні вали служать для запобігання сповзанню сітки в сторони від подовжньої осі столу.

Сітка є основним елементом сіткового столу. На ній відбувається формування паперового полотна з паперової маси. За допомогою сітки приводяться в рух грудний вал і вся решта валів сіткового столу. При виконанні технологічних функцій сітка піддається інтенсивній механічній і хімічній дії, тому вона повинна мати достатню міцність на розрив, згин, стирання і бути кислототривкою.

Під верхньою гілкою сітки послідовно розташовані формуюча дошка або ящик, гідропланки або регістрові вали, відсмоктувальні ящики. Основне призначення цих елементів – формування паперового полотна за рахунок створення режиму обезводнення паперової маси на сітці необхідної інтенсивності, а також підтримка сітки від провисання між грудним і гауч-валом.

Пресова частина служить для подальшого механічного обезводнення полотна паперу після сіткового столу. У більшості папероробних машин пресова частина складається з 2-3 двохвальних пресів. Звичайний прес має 2 вали: верхній гранітний, і нижній металевий та вкритий гумовим шаром. Інтенсивність обезводнення в пресі регулюється тиском між валами. У кожному пресі є сукно, що охоплює один з валів. Основне призначення сукон – оберігання структури полотна паперу від роздавлювання під час пресування, вбирання вологи, транспортування слабкого сирого полотна в пресі і його передача в наступний прес. При проході преса папір однією стороною лежить на сукні, а інший – стикається з верхнім гладким валом. Внаслідок чого одна сторона паперу згладжується, а інша ні. Для згладжування її поверхні часто встановлюють зворотний прес, в якому сторона паперу, що стикалася в попередньому пресі з сукном, контактує з гладким валом преса.

Сушильна частина служить для остаточного обезводнення полотна паперу випаровуванням вологи. Сушильна частина складається з сушильних циліндрів, розташованих в два яруси в шаховому порядку. Сушильний циліндр – це порожнистий сталевий циліндр діаметром 1500 або 1800 мм, який обігрівається зсередини парою. Поверхня циліндрів, як і пресових валів, має високий ступінь обробки – вона відшліфована і відполірована. Циліндри розраховані на робочий тиск 0,35 МПа. Число циліндрів залежить від виду паперу, що виробляється, і швидкості робочого органу машини.

Обробна частина складається з машинного каландра і накату. Встановлений між сушильною частиною і накатом машинний каландр служить для підвищення лиску, гладкості і об'ємної маси більшості видів паперу. Каландр складається з 5–8 горизонтально один над одним розташованих валів. Поверхню валів шліфують і полірують. Лінійний тиск між валами регулюють механізмом притиску і підйому. В процесі роботи від тертя вали сильно розігріваються, тому для охолоджування валів каландра передбачена система охолоджування.

Після машинного каландру папір поступає на накат, де намотується в рулон. В даний час майже на всіх сучасних машинах застосовують периферичні накати барабанного типа. Основною їх частиною є чавунний барабан діаметром 1200 мм, який обертається від приводу папероробної машини. Окружна швидкість барабана рівна швидкості виготовлення паперового полотна. Намотування рулону паперу здійснюється на тамбурний вал, який спеціальним пристроєм притискається до барабана, забезпечуючи рівномірне і щільне намотування паперу.

Привод папероробної машини призначений для приводу в рух всіх рухомих частин папероробної машини. Він забезпечує плавну зміну швидкості окремих частин в певних межах. Межі зміни регулювання швидкостей залежать від виду паперу, що виробляється.

При потужному розвитку машинного виготовлення паперу і дотепер збереглося виробництво його ручним способом, особливо при виробленні дорогих сортів, веленевого (схожого на пергамент), рихлого китайського і щільного японського (для друкування розкішних видань з гравюрами і офортами); лабораторних дослідженнях нових сортів.