0 تا 100مراحل تولید کاغذ

0 تا 100 تولید مراحل کاغذ 

مقدمه: کاغذ، واژه‌ای فارسی با تاریخی جهانی

کاغذ ها و نوشتهای قدیمی

کاغذ، واژه‌ای با ریشه‌ ای کهن در زبان فارسی است واژه‌ای که نه‌ تنها یک ماده فیزیکی را توصیف می‌کند، بلکه حامل مفهومی عمیق از فرهنگ، دانش و تمدن انسانی می باشد  این کلمه از گذشته ‌های دور در زبان فارسی رایج بوده و تا امروز نیز بدون تغییر در معنا و کاربرد، جایگاه خود را در زندگی بشر حفظ کرده است. کاغذ از نخستین ابزارهای مکتوب ‌سازی در جهان است که مسیر انتقال علم، ثبت تاریخ را برای انسان هموار ساخته است.

از نوشتن نخستین متون مذهبی و فلسفی تا چاپ روزنامه‌ها و کتب درسی امروز، همه بر بستری به نام کاغذ شکل گرفته ‌اند. اگرچه تلاش‌های اولیه بشر برای ثبت اطلاعات، با کنده‌ کاری روی سنگ، پوست حیوانات و استفاده از برگ‌ها و پارچه‌ها آغاز شد، اما با اختراع کاغذ، فصل تازه ‌ای در تاریخ تمدن رقم خورد.

این ماده ساده اما تحول ‌آفرین، توانست ساختار ارتباطی جوامع انسانی را متحول کند و دانایی را از نسل به نسل منتقل کند. در این نوشتار، نگاهی دقیق و گام‌ به ‌گام به فرآیند تولید کاغذ؛ از منشأ تاریخی آن و روش‌های ابتدایی ساخت، تا فناوری‌های پیشرفته امروز خواهیم داشت 

همچنین در کنار بررسی مواد اولیه، دستگاه‌ها، روش‌ها و آزمایش‌های کنترل کیفیت، به انواع کاغذ (از چوبی تا سنگی)، تأثیر آن بر محیط زیست و فرصت‌های اقتصادی این صنعت مهم نیز پرداخته خواهد شد.

تاریخچه ساخت کاغذ | از پاپیروس تا پرگامنت

پاپیروس و پرگامنت

پیش از آن‌که بشر به فناوری تولید کاغذ مدرن دست یابد، برای ثبت اطلاعات، نگارش متون و حفظ دانش، از مواد طبیعی و ابتدایی استفاده می نمود . در میان این مواد، کاغذ پاپیروس یکی از برجسته ‌ترین و تاریخی‌ ترین نمونه‌ هایی بوده که نقش بسیار مهمی در تمدن ‌های قدیمی ایفا کرد.

پاپیروس از گیاهی  که در کرانه رود نیل در مصر به دست می آمد . این گیاه دارای ساقه‌ هایی ضخیم و توخالی که لایه‌های داخلی آن را به صورت نوارهایی نازک برش داده و روی یکدیگر می‌چسباندند. در نهایت با فشردن و خشک‌ کردن این نوارها، سطحی صاف و قابل ‌نوشتن به ‌وجود می‌آمد که به آن کاغذ پاپیروس گفته میشود.

این کاغذ، اگرچه یکی از نخستین اشکال مواد نوشتاری در تاریخ بود، اما با چالش‌ هایی همراه بود. این ماده نسبت به رطوبت حساس بود، به‌راحتی پاره می‌شد و دوام بلندمدتی نداشت. همچنین فرآیند تولید آن زمان‌ بر و وابسته به شرایط اقلیمی خاصی بود که تنها در برخی مناطق مانند مصر باستان امکان‌پذیر بود.

پرگامنت ها 

در کنار پاپیروس، بشر از پرگامنت‌ها نیز استفاده می کرد. پرگامنت یا پوست حیوانات دباغی ‌شده، به‌ ویژه پوست گوساله، گوسفند یا بز، یکی دیگر از ابزارهای نوشتاری در دوران باستان بود. برخلاف پاپیروس، پرگامنت دارای دوام بسیار بالاتر و در مناطقی چون آسیای صغیر، یونان، ایران و بعدها اروپا رواج زیادی پیدا نمود

پرگامنت‌ها عمدتاً در نگارش کتاب‌های مقدس، متون حکومتی، قراردادها و متون علمی کاربرد داشتند. این ماده امکان نوشتن از هر دو طرف صفحه را فراهم کرده، اما تولید آن بسیار پرهزینه و زمان ‌بر بوده  چراکه نیاز به فرآیندهای خاص دباغی و آماده‌سازی پوست داشت. در طول قرون متمادی، تمدن‌های گوناگون از این مواد برای انتقال اطلاعات استفاده می‌کردند.

اما محدودیت‌ هایی همچون دشواری تولید، هزینه بالا، وزن زیاد و دوام محدود، باعث شد که بشر در پی یافتن جایگزینی مناسب، ارزان ‌تر و سبک ‌تر باشد. به‌ همین ‌دلیل، با گذشت زمان و پیشرفت جوامع انسانی، نیاز به ماده‌ای جدید برای نوشتار احساس شد. ماده‌ای که هم قابلیت تولید انبوه را داشته و هم سبک و قابل‌حمل  و هم بتوان آن را به ‌صورت صنعتی تولید کرد.

این نیاز، مقدمه‌ای برای اختراع کاغذ واقعی توسط چینی‌ها در قرن دوم میلادی؛ اختراعی که مسیر تاریخ بشر را برای همیشه تغییر داد.

مواد اولیه کاغذ | پنبه، کتان و الیاف سلولزی

تولید کاغذ از پنبه

در گذشته، کاغذ مرغوب از الیاف طبیعی مانند پنبه و کتان تهیه می‌شد. این نوع کاغذها به دلیل استحکام بالا، رنگ طبیعی، جذب مناسب جوهر و ماندگاری فوق‌العاده به‌ویژه در کتب خطی، اسناد رسمی، آثار مذهبی و هنری از استحکام و ارزش بالایی برخوردار بودند. هنوز هم برخی از نسخه‌های خطی قدیمی که با چنین الیافی نوشته شد بدون تخریب باقی مانده اند

اما با رشد جمعیت، گسترش آموزش عمومی و نیاز به تولید انبوه کاغذ در دوران مدرن، منابعی مانند پنبه و کتان دیگر پاسخگوی تقاضا عمومی نبودند و صنعت کاغذسازی به سراغ گزینه‌ای ارزان‌تر، فراوان‌تر و صنعتی‌تر رفت: الیاف سلولزی حاصل از چوب.

الیاف سلولزی چیست؟

سلولز موجود در گیاهان

الیاف سلولزی، اصلی‌ ترین ماده تشکیل‌ دهنده دیواره سلولی گیاهان است. سلولز، نوعی پلی ‌ساکارید طبیعی است که از اتصال منظم مولکول‌های گلوکز تشکیل شده و ساختاری بلوری، پایدار و قوی دارد. این الیاف در گیاهان، به  ‌خصوص در درختان، به‌ وفور یافت می‌شوند و ویژگی‌هایی مانند استحکام کششی بالا، انعطاف ‌پذیری و سازگاری شیمیایی را دارند. به همین دلیل، الیاف سلولزی ماده‌ای ایده‌آل برای تولید کاغذ به‌ شمار می‌رود.

اما چوب، فقط حاوی سلولز نیست. در کنار سلولز، دو ترکیب دیگر نیز نقش مهمی در ساختار چوب دارند:

همی‌سلولز (Hemicellulose) چیست و چه نقشی دارد؟

همی‌سلولز یا Hemicellulose نوعی پلی‌ساکارید با زنجیره کوتاه‌ تر و ساختار نامنظم‌ تر نسبت به سلولز است. برخلاف سلولز که مقاوم و بسیار پایدار است، همی‌سلولز نرم ‌تر و انعطاف ‌پذیرتر است و در بین رشته‌های سلولز، مانند چسب عمل می‌کند.

نقش اصلی همی‌سلولز در ساختار چوب، اتصال فیبرها به یکدیگر و تسهیل چسبندگی ساختاری است. در فرآیند کاغذ سازی، همی‌سلولز نقش مهمی در شکل دادن ، یکنواختی سطح کاغذ و افزایش اتصال بین الیاف را دارد

همی‌سلولز، در عین حال که باعث انسجام ساختار خمیر کاغذ می‌شود، خاصیت جذب آب نیز دارد و در مراحل  سایزینگ و تقویت سطحی کاغذ مؤثر است. وجود همی‌سلولز در حد متعادل، کیفیت کاغذ را افزایش می‌دهد.

لیگنین (Lignin) چیست و چرا باید حذف شود؟

ساختار لیگنین

لیگنین یکی دیگر از اجزای ساختاری چوب است که وظیفه اصلی آن، حفظ  سلولز و افزایش سختی دیواره سلولی گیاه است. لیگنین نوعی پلیمر پیچیده‌ی معطر و غیرکربوهیدراتی است که با سلولز و همی ‌سلولز ترکیب شده و چوب را در برابر فشار و نفوذ عوامل بیرونی مقاوم می‌سازد.

با اینکه لیگنین برای دوام گیاه بسیار ضروری است، اما در فرآیند تولید کاغذ، حضور آن ناخواسته و مضر است. دلایل اصلی حذف لیگنین در فرآیند کاغذ سازی عبارت‌اند از:

• رنگ قهوه‌ای یا زردی ایجاد می‌کند و باعث کاهش شفافیت و سفیدی کاغذ می‌شود.
• در برابر نور، هوا و رطوبت، دچار اکسید اسیون می‌شود و موجب تیره ‌شدن و شکنندگی کاغذ در گذر زمان می‌گردد.
• مانع از جذب یکنواخت رنگ یا جوهر روی کاغذ می‌شود.

به همین دلیل، در بسیاری از مراحل خمیرسازی شیمیایی، هدف اصلی، استخراج و حذف لیگنین است تا خمیری خالص و سفید حاصل شود. برای این کار، از مواد شیمیایی مانند سدیم هیدروکسید، کلر، پراکسید هیدروژن، دی‌اکسید گوگرد و دیگر ترکیبات سفید کننده استفاده می‌شود.

مراحل تولید کاغذ

 1 ) تولید صنعتی کاغذ | قطع درختان و تهیه الیاف

قطع درختان برای تولید کاغذ

فرآیند صنعتی تولید کاغذ با تهیه مواد اولیه گیاهی، عمدتاً از درختان جنگلی آغاز می‌شود. در این مرحله، بسته به نوع کاغذی که قرار است تولید شود، چوب‌های خاصی انتخاب می‌گردند.

چوب‌های نرم و سخت

چوب‌های نرم (Softwood)  مانند کاج، صنوبر، نراد و سرو دارای الیاف بلند هستند. این نوع الیاف موجب افزایش استحکام کششی کاغذ می‌شوند و بیشتر در تولید کاغذهای بسته‌بندی، روزنامه و مقوا کاربرد دارند.

چوب‌های سخت  (Hardwood)  مانند افرا، بلوط، اکالیپتوس و راش دارای الیاف کوتاه‌تر هستند. این نوع چوب‌ها کاغذی با سطح صاف‌تر و چاپ‌پذیری بهتر تولید می‌کنند، اما از لحاظ مکانیکی، مقاومت کمتری نسبت به چوب نرم دارند.

ترکیب مناسبی از چوب نرم و سخت در بسیاری از محصولات کاغذی استفاده می‌شود تا تعادل مناسبی میان استحکام  و لطافت حاصل شود.

 2) از چوب تا خمیر کاغذ | دستگاه پالپر و فرآیند خمیرسازی

خمیر کاغذ

پس از قطع درختان، چوب‌ها به قطعات کوچک ‌تر و سپس به تراشه‌های چوب (wood chips) تبدیل می‌شوند. این تراشه‌ها در مرحله‌ی  بعد وارد فرآیند پالپینگ می‌شوند.

دستگاه پالپر (Pulper)

دستگاه پالپر برای کاغذ سازی

پالپر دستگاهی است که توانایی شکستن، جداسازی و خمیر کردن الیاف چوب را بر عهده دارد. این دستگاه با مخلوط کردن تراشه ‌های چوب با آب باعث آزاد شدن الیاف سلولزی می‌شود.

انواع پالپر:

پالپر عمودی : برای فرآیندهای پالپینگ آرام و مخلوط‌های سبک‌تر

پالپر افقی : مناسب برای جریان‌های پیوسته و تراشه‌های بزرگ

درام پالپر: دارای حرکت دورانی با بازده بالا

دی‌پالپر:  مخصوص بازیافت کاغذهای مصرف‌شده

هیدرو پالپر : مرسوم‌ترین نوع پالپر که در آن آب با فشار بالا برای تجزیه الیاف به کار می‌رود

هدف اصلی از پالپینگ، دستیابی به یک مخلوط خمیری یکنواخت و الیاف جداشده برای ورود به مراحل بعدی تولید کاغذ است.

 3) جدا کردن ناخالصی‌ها | کلینر، توربو سپراتور و پرشر اسکرین

در خمیر اولیه‌ی تولید شده توسط پالپر، ناخالصی‌های زیادی وجود دارد که باید حذف شوند. این ناخالصی‌ها شامل شن، ماسه، ذرات فلزی، پلاستیک، چسب، گره‌های چوب، پارچه و دیگر اجزای ناخواسته هستند.

دستگاه‌های کلیدی برای جداسازی ناخالصی‌ها:

کلینر (Cleaner):

دستگاه کلینر در کاغذ سازی

پاک کننده اچ دی (با چگالی بالا) :

حذف اجسام سنگین مثل فلز، شیشه، شن

4)  سفید کردن خمیر | حذف لیگنین و روشن‌سازی

در این مرحله، هدف، حذف رنگ طبیعی قهوه‌ای یا زرد چوب و افزایش سفیدی خمیر است. این فرآیند بسته به نوع پالپ (شیمیایی یا مکانیکی) متفاوت است.

روش‌های سفید سازی:

سفید کردن شیمیایی:

با استفاده از موادی چون کلر (Cl₂)، هیپوکلریت سدیم (NaClO)، پراکسید هیدروژن (H₂O₂) یا دی‌اکسید گوگرد (SO₂) این مواد باعث اکسید کردن و تجزیه لیگنین و رنگدانه‌ها می‌شوند.

نتیجه: خمیری سفیدتر و مقاوم‌تر

سفید کردن مکانیکی:

معمولاً برای پالپ مکانیکی استفاده می‌شود در این روش لیگنین حذف نمی‌شود، بلکه با کمک مواد روشن‌کننده، رنگ آن مخفی می‌شود این نوع کاغذ معمولاً ارزان‌تر اما زودتر زرد می‌شود

استفاده از سدیم هیدروکسید (NaOH):

برای تجزیه لیگنین در فرآیندهای شیمیایی مانند کرافت ، سدیم هیدروکسید ساختار لیگنین را می‌شکند و آن را از الیاف جدا می‌سازد

5)  ماشین کاغذ | قلب تپنده کارخانه تولید کاغذ

ماشین کاغذ (Paper Machine) دستگاهی عظیم و پیچیده است که با سرعتی بالا خمیر رقیق شده را به ورق‌های کاغذ تبدیل می‌کند. این ماشین از چندین بخش اصلی تشکیل شده است که هر کدام نقشی خاص در شکل‌گیری و تکمیل کاغذ دارند:

جعبه سر 

هدباکس، اولین بخش در ماشین کاغذ است که وظیفه دارد خمیر رقیق شده را به ‌طور یکنواخت و تحت فشار مشخص بر روی فرمینگ وایر بریزد. کیفیت پخش خمیر در این قسمت نقش کلیدی در یکنواختی ضخامت، صاف بودن و کیفیت نهایی کاغذ دارد.

فرمینگ وایر

این قسمت توری نقاله‌ای فلزی یا پلاستیکی است که خمیر روی آن می ‌ریزد. در این مرحله، آب از خمیر جدا شده و الیاف به هم می‌چسبند تا لایه‌ای نازک و مرطوب از کاغذ اولیه شکل گیرد.

میز فوردرینیر

در ادامه مسیر فرمینگ وایر، میز فوردرینیر با استفاده از تجهیزات مختلفی همچون:

فویل‌های آبگیر (Foils)

باکس‌های وکیوم (Vacuum Boxes)

آب را از زیر توری می‌مکد و رطوبت خمیر را تا حد زیادی کاهش می‌دهد.

6)  خشک‌ کردن 

در این بخش، کاغذ از میان درایرها (Dryers)  که سیلندرهای داغ بخار هستند عبور می‌کند تا آب باقی‌مانده تبخیر شود. رطوبت نهایی کاغذ به حدود ۴ تا ۶ درصد می‌ رسد. برخی کارخانه‌ها دارای:

پری درایر (Pre-Dryer):  خشک ‌کن اولیه

افتر درایر (After-Dryer):  تکمیل نهایی خشک‌سازی

7) پرس کردن  و افزودن مواد تکمیلی

در این قسمت، سطح کاغذ با مواد تقویت‌کننده مانند:

نشاسته صنعتی AKD مایع (Alkyl Ketene Dimer)

پوشش داده می‌شود تا ویژگی‌هایی مانند مقاومت در برابر جوهر، استحکام سطحی و مقاومت در برابر نفوذ آب بهبود یابد.

8) کلندر و پرداخت نهایی

کلندر (Calender) مجموعه‌ای از غلتک ‌های گرم و صاف ‌کننده است که کاغذ از میان آن‌ها عبور می‌کند تا سطح آن:

صاف، براق و یک‌دست شود

ضخامت کنترل‌شده و دقیق‌تری پیدا کند

برای چاپ، بسته‌بندی یا نوشتن آماده گردد

 افتر درایر (After Dryer)

پس از اعمال مواد در سایز پرس، کاغذ بار دیگر باید خشک شود تا به رطوبت نهایی برسد.  افتر درایر این نقش را ایفا می‌کند و کاغذ را برای مراحل نهایی بسته‌بندی آماده می‌سازد.

ناگفته نماند برای تولید کاغذ از سنگ ، کاه و چوب نیز میتوان بهره گرفت که هر کدام صرفه ها و تفاوت های خاصی با یکدیگر دارند .  برای مطالعه بیشتر مقالات می توانید به فروشگاه محصولینو مراجعه کرده و اقدام به خرید نمایید