دانلود مقاله مروری بر روش های تهیه خمیر کاغذ

مروری بر روشهای تهیه خمیر کاغذ خمیرسازی فرایندی است که به وسیله آن چوب به یک توده فیبری (لیفی) تبدیل می شود.

به بیان دیگر، خمیرسازی فرایندی است که بر اثر آن پیوند های درونی ساختار چوب می شکنند.

این کار را می توان به طور مکانیکی، گرمایی، یا شیمیایی انجام داد یا تلفیقی از این روشها را به کار برد.

روشهای تجارتی موجود را می توان در سه گروه مکانیکی، شیمیایی یا نیمه شیمیایی (یعنی تلفیقی از عملیات شیمیایی و مکانیکی) طبقه بندی کرد (جدول 4– 1) .

میزان تولید مربوط به سال 1978 به وسیله هر کدام از روشهای فوق، در جدول 4-2 آمده است.

حدود 70% خمیر تولید شده در آمریکای شمالی به روشهای شیمیایی است که90% آن را خمیر کرافت تشکیل می دهد.

البته بهتر است خمیر کرافت پر بازده و خمیر سولفیت پر بازده را که در محاسبات خمیر شیمیایی سفید نشده کرافت و سولفیت به حساب آمده است در گروه خمیرهای نیمه شیمیایی منظور کنیم.

در جدول 4-3 توزیع جغرافیای انواع مختلف صنعت خمیر و کاغذ در آمریکای شمالی، از جمله کارخانه هایی که از الیاف دست دوم و بازیابی شده استفاده می کنند (فصل14) نشان داده شده است.

4-1 مقدمه ای بر انواع روشهای خمیر سازی خمیر سازی مکانیکی قدیمی ترین و شاید همچنان متداولترین روش خمیر سازی مکانیکی، فرایند گراندوود است که در آن چوب به صورت قطعات بریده شده گرده بینه، در طول به وسیله یک سنگ زبر چرخان با سرعت 100 تا 1200 دور در دقیقه، تحت فشار قرار گرفته خرد می شود.

در نتیجه این عمل، الیاف از چوب کنده میشوند، ساییده می شوند و با شستشو از سطح سنگ جدا می شوند.

(جداول و نمودار در فایل اصلی موجود است) نکته ها : 1) از کارخانه های جامعی که خمیر و کاغذ تولید می کنند دو بار نام برده شده است ؛ به عنوان کارخانه کاغذ.

2) کارخانه هایی که چند نوع خمیر تولید می کنند فقط یکبار شمرده شده اند.

3) کارخانه های تعطیل شده نیز در جدول به حساب آمده اند.

خمیر رقیق الیاف و خرده الیاف که به این ترتیب به دست می آید، غربال می شوند تا ریزه چوبها و ساتیر ذرات جدا شوند (شکل 4-1).

سپس با آبگیری از آن، خمیری به دست می آید که برای کاغذسازی مناسب است.

اساس کار ساده است اما تهیه خمیری یکنواخت با بازده و کیفیت خوب، نیاز به کنترل دقیق زبری سطح سنگ، فشار وارد شده بر چوب در سطح سنگ، سرعت آبپاشی و دمای آب دارد.

(تصاویر در فایل اصلی موجود است) پیشرفت جدیدی که در خمیرسازی مکانیکی حاصل شده است، شامل ساییدن و خرد کردن خرده چوبها بین دو دیسک چرخان در وسیله ای به نام پالاینده است.

در اینجا، خمیر حاصل را خمیر مکانیکی پالایشی (RMP) می نامند.

در مقاسیه با خمیر گراندوود سنگی، RMP معمولاً محتوی ایاف بلند بیشتری است و کاغذ حاصل از آن محکمتر است.

در طی چند سال گذشته، فرایند RMP توسعه بیشتری یافته است.

در کارخانه های جدید یک مرحله نرم سازی مقدماتی گرمایی یا شیمیایی (یا گرمایی- شیمیایی) نیز اضافه شده است.

با این عمل، انرژی مورد نیاز برای تولید و پالایش خمیر کاهش می یابد و خمیر حاصل بهتر است.

در این راستا، می توان از خمیر گرمایی- مکانیکی (TMP) نام برد که محکمتر از خمیر RMP است و در غربال پس زده اندکی است.

مزیت بزرگ فرایندهای خمیرسازی مکانیکی در این است که می توانند تا 95% وزن خشک چوب را به خمیر تبدیل کنند، اما برای دستیابی به این هدف، به مقدار زیادی انمرژی نیاز هست.

کاغذ حاصل بسیار مات است و چاپ پذیری مطلوبی دارد، اما ضعیف است و در برابر نور به زودی رنگین می شود.

برای افزایش مقاومت این نوع کاغذها، معمولاً لازم است مقداری خمیر شیمیایی بلند الیاف به خمیر مکانیکی اضافه شود.

در گذشته، برای کاغذ روزنامه، معمولاً 75% خمیر گراندوود را با 25% خمیر شیمیایی مخلوط می کردند.

امروزه با استفاده از TMP به خمیر گراندوود، خمیر شیمیایی کمتری مورد نیاز است.

(تصاویر در فایل اصلی موجود است) گراندوود سنگی درخت نوئل خمیرهای مکانیکی را غالبا از منابع سوزنی برگ به دست می آورند.

ایاف کوتاهتر و نازکتر پهن برگان، در جریان تبدیل مکانیکی به خمیر، معمولاً به شدت آسیب می بینند و خمیر حاصل از آنها ضعیف و شبیه آرزد است، در نتیجه، کاغذ حاصل نیز بسیار ضعیف است (شکل 4-2).

بعضی از پهن برگها، مخصوصاً صنوبر، خمیری با براقیت مطلوب تولید می کنند به طوری که با مخلوط کردن این با خمیرهای مکانیکی سوزنی برگ، خمیری با خواص نوری مطلوب به دست می آید.

خمیرسازی شیمیایی هدف در فرایندهای تولید خمیر شیمیایی، تجزیه و حل لیگنین و خارج ساختن آن ماده است به طوری که آنچه که بر جای می ماند سلولز و همی سلولز به صورت الیاف سالم و نسبتاً تغییر نیافته است (شکلهای 4-3 و 4-4) .

در عمل، با روشهای تولید خمیر به طریق شیمیایی، می توانند قسمت عمده لیگنین را خارج کنند، این روشها مقداری همی سلولز و سلولز را نیز تجزیه می کنند، در نتیجه در مقایسه با فرایندهای مکانیکی، بازده خمیر شیمیایی کمتر است و در حدود 40 تا 50 درصد نسبت به مقدار چوب اولیه است.

در فرایندهای شیمیایی، خرده چوبها (چیپس) در دمای بالا و فشار بالا با مواد شیمیایی مناسب در محلول آبی پخته می شوند.

دو فرایند مهم از این نوع عبارت اند از فرایند کرافت (قلیایی) و فرایند سولفیت (اسیدی).

فرایند کرافت، به دلیل داشتن مزایایی در بازیابی مواد شیمیایی و استحکام مطلوب خمیر، موقعیت برتر را به دست آورده است.

فرایند سولفیت، که تا سال 1930 رایجتر بود، مجدداً مورد توجه قرار گرفته است و ممکن است گسترش بیشتری پیدا کند.

شکل 4-2 گراندواندوود سنگی صنوبر( کاتن وود) شکل 4-3 خمیر کرافت سوزنی برگ شکل4-4 خمیر کرافت پهن برگ در جدول 4-4 فهرستی از روشهای شیمیایی و نیمه شیمیایی متداول گردآوری شده است.

در این فصل، راجع به هر کدام از روشها به اختصار شرح داده خواهد شد.

در فصل 5، فرایندهای مکانیکی شرح داده می شود و در فصلهای 6 و 7، شرح دو فرایند سولفیت و کرافت به تفصیل خواهد آمد.

فرایند کرافت در فراینذ کرافت، خرده چوبها (چیپس) در محلولی از هیدروکسید سدیم (NaOH) و سولفید سدیم (Na2S) پخته می شوند.

قلیا سبب تخریب مولکول لینگین و تبدیل آن به مولکولهای کوچکتر می شود که به صورت نمک سدیم در مایع پخت حل می شوند.

از خمیر کرافت کاغذ محکمی تولید می شود (kraft در زبان آلمانی به معنای"محکم") ، اما خمیر رنگبری نشده بسیار تیره رنگ (قهوه ای) است.

گازهای حاصل از عملیات پخت کرافت، عمدتا سولفیدهای آلی و بسیار بدبو هستند ؛ این، خود یک مسئله زیست محیطی مهم پیش می آورد.

فرایند کرافت حدود 100 سال پیش ، با تغییری چند در فرایند سودا (که در آن فقط از هیدروکسید سدیم به عنوان ماده شیمیایی فعال استفاده می شود)، توسط کارل اس.دال با اضافه کردن سولفات سدیم به مایع پخت به وجود آمد.

تبدیل سولفات سدیم به سولفید سدیم در جریان پخت ، تغییری ناگهانی در سینیتیک واکنش و در بهسازی خواص خمیر حاصل از پخت سوزنی برگان به وجود آورد .

در واقع ، استفاده از سولفات سدیم در بازاریابی و بازسازی مایع پخت کرافت ، سبب گردیده است که گاهی این فرایند را "فرایند سولفات " بنامند.

وجود سولفید سدیم در مایع پخت، تاثیر چندانی بر تولید خمیر از پهن برگان ندارد و خمیر پهن برگان هنوز هم عمدتا به روش سودا تهیه می شود.

انواع خمیر کرافت با نامهای مختلف تولید می شود.

خمیر رنگبری نشده، بر اثر پخت کوتاهتر، با بازده بیشتر تولید می شود (لینگین آن بیشتر است) و برای تولید کاغذ بسته بندی و مقوا مناسب است.

خمیر رنگبری شده، لینگین کمتری دارد و برای تولید کاغذ تحریر مناسب است .

جدول 4-4 روشهای شیمیایی و نیمه شیمیایی مهم فرایند سولفیت در فرایند سولفیت، برای تخریب و انحلال پذیر کردن لیگنین، از مخلوطی از اسید سولفورو (3H2SO) و یون بی سولفیت (־3HSO) استفاده می شود.

در اینجا مکانیسم تأثیر شیمیایی چنان است که لیگنین، با ساختار مولکولی نسبتاً تغییر نیافته، به صورت نمکهای اسید لیگنوسولفونیک خارج می شود.

یون مثبت همراه با یون بی سولفیت می تواند یون کلسیم، منیزیم، سدیم، یا آمونیوم باشد.

فرایند سولفیت را می توان در گستره وسیعی از pH انجام داد.

"سولفیت اسیدی" فرایند سولفیتی است که در مجاورت مقدار اضافی اسید سولفوروی آزاد ( pH1 تا 2) انجام می شود، در حالی که پخت بی سولفیت در شرایطی با قدرت اسیدی کمتر (pH 3 تا 5) عملی می شود.

در مقایسه با خمیر کرافت، خمیر سولفیت رنگ روشنتری دارد و به آسانی سفید می شود، اما استحکام کاغذ حاصل کمتر از کاغذ کرافت است.

فرایند سولفیت، در مورد چوب سوزی برگانی از قبیل نوئل، نراد و تسوگا و پهن برگانی از قبیل صنوبر و اوکالیپتوس به خوبی عمل می کند؛ اما سوزنی برگان پر رزین و پهن برگان تانن دار برای این فرایند مناسب نیستند.

این حساسیت به نوع چوب، همراه با استحکام کمتر کاغذ حاصل و دشواری بیشتر در بازیابی مواد شیمیایی، دلایل اصلی سیر نزولی تدریجی کاربرد فرایند سولفیت در مقایسه با فرایند کرافت است.

تمایل موجود نسبت به تبدیل تمامی درخت به خرده چوب، موقعیت فرایند سولفیت را متزلزل تر می کند، چون این فرایند نسبت به همراه بودن پوست با خرده چوبها حساس است.

مزیتهای هر کدام از دو فرایند شیمیایی کرافت و سولفیت در جدول 4-5 خلاصه شده است.

در شکل 4-5، به صورت نمودار، مقاومت سه خمیر کرافت، سولفیت، و بی سولفیت مقایسه شده است.

جدول 4-5 مزیتهای نسبی دو روش شیمیایی مهم : کرافت در مقایسه با سولفیت شکل 4-5 مقایسه مقاومت کششی و فاکتور پارگی خمیرهای زده نشده و زده شده تا درجه روانی حدودCSF250 بسته به نوع مصرف مورد نظر، انواع خمیرهای سولفیت تولید می شوند.

نوع پربازده، معمولاً با پخت خرده چوب در مایعی با اسید سولفوروی آزاد کمتر، یعنی با یون بی سولفیت به عنوان جزء شیمیایی فعال برتر، تهیه می شود.

خمیرسازی به طریق نیمه شیمیایی در خمیرسازی به طریق نیمه شیمیایی، دو روش شیمیایی و مکانیکی با یکدیگر تلفیق می شوند.

خرده چوبها (یا قطعه چوبها) تحت تاثیر مواد شیمیایی تا حدودی نرم می شوند و بقیه عملیات با روشهای مکانیکی و غالباً در پالاینده های دیسکی ادامه می یابد (به عنوان نمونه، نمودار گردشی در شکل4-6 را ببینید).

بازده خمیر در روشهای نیمه شیمیایی، شامل گستره کامل مقادیر بازده از مکانیکی خالص تا شیمیایی خالص است؛ یعنی 55% تا 90% نسبت به چوب خشک.

انواع خمیر حاصل، کاربردهای مشخصی دارند و از بعضی خواص مخصوص به خود برخوردارند.

شکل 4-6 نمودار یک کارخانه خمیرسازی نیمه شیمیایی مدرن که با استفاده از پخت پیوسته عمل می کند.

به عنوان یک مثال مهم، خمیرهایی با بازده حدود 75% ، سفتی خاصی دارند که آنها را برای لایه میانی و کنگره ای مقوا مناسب می سازد.

کوششهایی که در جهت بهبود خمیرسازی به روش نیمه شیمیایی بعمل آمده، به اضافه کردنن مواد شیمیایی در ضمن عملیات مکانیکی انجامیده است.

این روش در حال تکوین و تکامل است، ولی هنوز یک تغییر در فرایند تولید خمیر با روشهای مکانیکی به شمار می آید و نه یک روش جدید (فصل 5).

تلاشهای مهم دیگر در زمینه بهبود خمیرسازی مکانیکی، به پیدایش روشهای شیمیایی- مکانیکی انجامیده است که عمدتاً برای بهره برداری از منابع پهن برگان طراحی شده اند.

در فرایند سودای سرد از سود سوزآور در دمای معمولی برای نرم کردن چیپس ها قبل از پالایش استفاده می شود.

با این عمل، خرده چوبها متورم می شوند و پیوندها و اتصالهای ساختاری می شکنند درحالیکه لیگنین زدایی روی نمی دهد.

بازده خمیر بین 85 تا 90% است و مقدار انرژی مصرفی تقریباً نصف انرژی مورد نیاز در یک فرایند مکانیکی عادی است.

در مقایسه با خمیر گراندوود سنگی، خمیر فرایند سودای سرد خواص نسبتاً بهتری دارد.

یک روش شیمیایی- مکانیکی دیگر مناسب برای پهن برگان، فرایند گراندوود شیمیایی است.

در این فرایند، قطعه چوبها، پیش از آسیاب شدن، در مایع سولفیت قلیایی (در دما و فشار زیاد) پخته می شوند.

گرچه با این روش گاهی نتایج خوبی به دست می آید، اما همواره این مشکل وجود دارد که نفوذ مواد شیمیایی به درون چوب ناقص است.

از این رو امروز از این روش بندرت استفاده می شود.

مهمترین روشهای شیمیایی- مکانیکی، فرایندهای کرافت و سولفیت پربازده است.

در هر مورد، پخت تا سطح لیگنین زدایی جزئی و محدود انجام می پذیرد و لیفی کردن خرده چوب کمی پخته شده، به طور مکانیکی عملی می شود.

میزان پیشرفت پخت، بازده را کنترل می کند؛ افزایش بازده، به معنای نیاز به انرژی بیشتر در مرحله لیفی کردن است.

فرایند سولفیت خنثی، که عمدتاً در مورد پهن برگان به کار می رود، مهمترین فرایند نیمه شیمیایی مورد استفاده در دنیاست.

در این فرایند که به کوتاهی NSSC نامیده می شود، از مایع پخت سولفیت سدیم استفاده می شود که برای خنثی کردن اسیدهای آلی آزاد شده از چوب در ضمن پخت، با کربنات سدیم بافر شده است.

برای حذف گوگرد از فرایند، برخی از پختهای نیمه شیمیایی با استفاده از کربنات سدیم و هیدروکسید سدیم انجام می شود 1.

بعضی از کارخانه ها بویژه آنهایی که به یک کارخانه کرافت نزدیکند، از "مایع سبز" (کربنات سدیم + سولفید سدیم) آن کارخانه استفاده می کنند 2 .

آمار کارخانه های تولید کننده کاغذ کنگره ای میانی مقوا در سال 1978 در آمریکای شمالی به شرح زیر بوده است 3 : مایعات مصرف شده در عملیات خمیرسازی نیمه شیمیایی را نمی توان مستقیماً در نهرها و رودخانه ها ریخت، چون در این مایعات مواد شیمیایی زیادی به هدر می رود و آلودگی شدیدی نیز در آبها ایجاد می شود.

بازیابی مواد از مایع مصرف شده در این فرایندها را می توان به آسانی با سیستم بازیابی یک کارخانه کرافت یا سولفیت موجود انجام داد.

هنگامی که اینگونه بازیابیها میسر نیست، سوزاندن روی بستر روان، روش متداولی است که به کار می رود (فصل 10).

درباره فرایند خمیرسازی NSSC و روشهای بازیابی مربوطه مقاله مفیدی در سال 1973 منتشر شده است 4.

یک مقاله مروری جامع نیز درباره خمیرسازی شیمیایی پربازده در سال 1972 انتشار یافته است 5.

در جدول 4-6، مقایسه ای بین خمیرهای نیمه شیمیایی نوئل حاصل از پنج روش متفاوت، و گستره کامل بازده آنها به عمل آمده است.

تغییر پارامترهای مربوط به مقاومت خمیر کرافت نوئل در گستره وسیعی از بازده ها نیز در شکل 4-7 نشان داده شده است.

جدول 4-6 اثر بازده خمیر بر خواص خمیر نیمه شیمیایی نوئل، تولید شده در فرایندهای مختلف ( روانی همه خمیرها، CSF500) ادامه جدول 4-6 خمیرهای حل شونده خمیرهای حل شونده برای تبدیل شیمیایی سلولز به فراورده هایی از قبیل ریون، سلوفان، استات سلولز و نیترات سلولز و کربوکسیمتیل سلولز مورد استفاده قرار می گیرند .

تولید این خمیرهای مخصوص در نوع خود یک صنعت مهم به شمار می آید .

خمیرهای حل شونده با نوعی بافت کرافت یا سولفیت تهیه می شوند .

در هر مورد، هدف، تولید سلولزی به نسبت خالص و یکنواخت است و در این راه، لیگنین و همی سلولزها ناخالص ترقی می شوند و باید حذف شوند .

سوزنی برگان مواد اولیه اصلی هستند، اما برخی از پهن برگان را نیز می توان به این منظور به کار برد .

خالصترین خمیر( محتوی 99% سلولزآلفا)، از لینتر پنبه به دست می آید .

فرایند ویسکوز- ریون مهمترین مصرف کننده خمیر حل شونده است .

در این فرایند، سلولز شیمیایی را در سود سوزآور غوطه ور می کنند تا قلیا سلولز تشکیل شود .

قلیا سلولز را در مدت معینی نگاه می دارند و سپس در دی سولفید کربن حل می کنند که بر اثر آن مایعی به رنگ نارنجی براق به نام کسانتات تشکیل می شود .

سپس با روزن رانی کسانتات به درون یک حمام اسید سولفوریک، سلولز بازسازی می شود .

بسته به اینکه کسانتات از میان منافذ ریز وکوچک یک نخ ساز عبور داده شود یا روی صفحه پهنی گسترده شود، الیاف (ریون) یا فیلم(سلوفان) به دست می آید .

4-2 مسائل مطرح در خمیر سازی یکی از مشکلات موجود در کارخانه های تولید خمیر شیمیایی، بوی نامطلوب و زننده ای است که از گوگرد موجود در مایع پخت ناشی می شود .

با طراحی صحیح کارخانه و بهسازی عملیات، می توان انتشار گازهای بدبو را به حداقل رسانید؛ گرچه نسبت به 15 سال گذشته پخش این نوع گازها در کارخانه ها به میزان 10 درصد کاهش یافته است، متاسفانه برخی از سولفیدهای آلی گازی حتی در غلظتهای بسیار کم (حدود یک جزء در میلیون) باز هم آزار دهنده هستند .

به دلیل مشکل بو بهتر این است که در جستجوی راهی برای حذف کامل گوگرد از فرایندهای لیگنین زدایی باشیم.

تعدادی فرایند غیر گوگردی مورد بررسی قرار گرفته است، اما هیچ کدام تاکنون به یک فرایند تجارتی- صنعتی کامل برای تهیه خمیر ازسوزنی برگان تبدیل نشده است.

یکی از فرایندهای مورد توجه، فرایند سودا- اکسیژن است که در آن، پس از یک پخت قلیایی کوتاه، لیگنین زدایی با اکسیژن انجام می شود .

با این روش، در آزمایشگاه خمیری تولید شده است که تقریباً خواص خمیر کرافت را دارد.

روش دیگر، مبنی بر جایگزین کردن NaS با یک کتالیزور دیگر، یعنی آنتراکینون، به منظور تسریع واکنش سود (NaOH) با لیگنین است .

یک روش امید بخش دیگر، که بهره برداری بهترچوب همرام با کاهش آلودگی را به دنبال دارد، تکمیل و پیشبرد فرایندهای مکانیکی است.

قبلاً به عنوان کاغذ روزنامه، TMP جایگزین خمیر شیمیایی شده است.

امید می رود در دیگر موارد نیز خمیرهای شیمیایی- گرمایی- مکانیکی، جانشین مناسبی برای خمیرهای شیمیایی بشوند .

4-3 مقایسه خمیرها از نظر خواص و کاربرد در جدول 4-7 خصوصیات فرایندهای خمیر سازی مهم خلاصه شده است.

خواص الیاف از دیدگاه کاغذ سازی، به طور کامل تابع گونه به کار رفته و فرایند مورد استفاده برای تولید خمیر و تخلیص و تبدیل آن است.

به بیان دیگر، ماهیت ابعادی، ساختاری و شیمیایی الیاف در اثر خمیرسازی، رنگبری، خشک کردن و زدن تغییر می کند.

ویژگیهای برجسته ای که عملاً تعیین کننده خصوصیات الیاف از نظر کاغذ سازی هستند، عبارت اند از : طول الیاف، چگالی الیاف، زبری و زمختی الیاف، مقاومت درونی، میزان صدمات فیزیکی رسیده به الیاف، میزان صدمات شیمیایی رسیده به زنجیرهای سلولزی، ماهیت و نحوه توزیع لیگنین باقیمانده، ماهیت ونحوه توزیع همی سلولزها .

در اینجا تاثیر فرایندهای خمیر سازی مختلف بر خواص الیاف به کوتاهی بیان شد .

جدول 4-7 فهرستی از فرایندهای مهم تولید خمیر صورتی که به درستی انجام و کنترل شود، اثر اندکی بر خواص مکانیکی الیاف خواهد داشت، در حالیکه خواص نوری کاغذ را بهبود می بخشد .

اگر خمیر قبل از تبدیل به کاغذ خشک شود، به دلیل تشکیل برگشت ناپذیر برخی پیوندهای درونی، تغیرات مهمی در خواص الیاف روی می دهد؛ الیاف در درون خود سفت تر و محکم تر می شوند، اما قابلیت تورم و پیوند یافتن با سایر الیاف در آنها کاهش می یابد؛ در نتیجه کاغذ حاصل پر حجمتر و ضریب پارگی آن بیشتر است، درحالیکه ضریب ترکیدن و مقاومت کششی آن کمتر از کاغذ حاصل از خمیری است که هرگز خشک نشده باشد.

خمیری که برای فروش به مناطق یا کشورهای دیگر ارسال می شود، حدود 80 تا 90% خشک می شود .

همۀ خمیرهای شیمیایی راباید پالایش کرد تا خواص مناسب برای تبدیل به کاغذ را به دست آورند .

بر اثر پالایش، الیاف در هم می ریزند و شکل پذیرتر می شوند؛ در نتیجه، کاغذی چگالتر با ضریب ترکیدن و مقاومت کششی بیشتر به دست می آید از خمیر کرافت سوزنی برگان محکمترین کاغذ تولید می شود و هر جا استحکام مورد نظر باشد، باید از این خمیر استفاده شود؛ از کاربردهای مهم آن، کاغذ بسته بندی، کیسه، و کاغذ برای ساخت جعبۀ مقوایی را می توان نام برد.

در تولید کاغذ روزنامه، مقداری خمیر کرافت سفید اضافه می شود تا مقاومت کاغذ بیشتر شود، ودر ماشین کاغذ سازی و ماشین چاپ پاره نشود .

خمیر کرافت سفید شده برای تولید کاغذ حوله ای و مقوای سفید نیر مصرف می شود .

خمیر سولفیت در کلیۀ مواردی که به کاغذهایی با مقاومت متوسط(کاغذ تحریر و کاغذ فتوکپی) نیازست به کار می رود .

در این گونه موارد، برای بهبود شکل پذیری و خواص نوری (ماتی) کاغذ، مقداری خمیرکرافت یا سودای پهن برگ به خمیر سولفیت اضافه می شود.

برای تولید دستمال کاغذی و کاغذهای بهداشتی دیگر نیز از مقدار زیادی خمیر سولفیت استفاده می شود تا کاغذ حاصل نرم، پرحجم و جاذب رطوبت باشد.

خمیر مکانیکی، عمدتاً در تولید کاغذ روزنامه و کاغذ چاپ پوشش دار به کار می رود.

این نوع کاغذها خوب فشرده شده اند و شکل و حالت خوبی دارند.

برای افزایش مقاومت کاغذ، می توان به این خمیر مقداری خمیر شیمیایی اضافه کرد.

خمیرسازی به روشهای مکانیکی تکنولوژی تولید خمیرهای مکانیکی در دو دهه اخیر به طرز شگفت انگیزی توسعه یافته است.

در سال 1960 در واقع همه خمیرهای مکانیکی با فرایند بنیادی گراندوود سنگی (SGW) تولید شد.

تا سال 1975 خمیرSGW همچنان 90% خمیرهای تولید شده در آمریکای شمالی را تشکیل داد؛ اما در سال 1980 حدود 50% خمیرهای مکانیکی با روشهای پالایشی (ریفاینر) تولید شدند.

انگیزه دگرگونی سریع و روی آوردن به روشهای پالایشی به دلیل سه مزیت مهم این روشها بوده است : امکان استفاده از ضایعات کارخانه های چوب بری و نجاری (خرده چوب و خاک اره) تولید خمیری با خواص مقاومتی بیشتر کاهش مخارج کارگری (واحد تولید بزرگتر، کنترل خودکار و موثرتر فرایند) در قسمتهایی از آمریکای شمالی ضایعات صنایع چوب واقعاً زیاد است.

توسعه روشهای خمیرسازی پالایشی، فرصتهای جدید را هم برای استفاده از منابع لیفی ارزان قیمت و هم برای تولید خمیر مکانیکی محکمتر که در مخلوط سازی به مقدار کمتری خمیر شیمیایی گران قیمت نیاز دارد، به وجود آورد.

باید یادآور شد که در حالیکه پیشرفت فرایندهای خمیرسازی پالایشی در سالهای اخیر مورد توجه بیشتری قرار گرفته است، از فرایند گراندوود سنگی نیز به هیچوجه غفلت نشده است.

SGW از مزیت بسیار بزرگ مصرف کم انرژی برخوردار است.

همچنین موفقیت جدید در بهسازی آسیابهایی که در فشار و دمای بالا کار می کنند، دورنمای رقابت بین خمیرهای SGW و خمیرهای پالایشی را از نظر استحکام و مقاومت الیاف، جدی و جالب توجه می نمایاند.

جدا از روش خمیرسازی، مشخصه تعیین کننده کیفیت خمیر مکانیکی، انرژی مصرف شده برای تولید هر واحد معین خمیر، یعنی انرژی ویژه (اسب بخار- روز به ازای هر تن یا میلی ژول به ازای هر کیلوگرم) است.

از آنجا که اندازه گیری انرژی ویژه به صورت دائمی دشوار است، معمولاً از روانی خمیر به عنوان پارامتر اصلی کنترل فرایند استفاده می شود.

(برای مطالعه پیرامون آزمون روانی خمیر به بخش 22-3 مراجعه کنید.) به طور کلی هرقدر انرژی مصرف شده بیشتر باشد، روانی خمیر کمتر خواهد بود.

متاسفانه رابطه بین دو پارامتر، بسته به کیفیت چوب متغیر است، این پدیده در داده های مربوط به گراندوود، شکل 5-1، به خوبی دیده می شود.

غالباً خمیرهای مکانیکی، تا رسیدن به گستره خاصی از روانی تهیه می شوند و با این کار، کیفیت خمیر و نیز قابلیت آب پس دهی آن روی نوار ماشین کاغذسازی کنترل می شود.

5-1 نامگذاری در خمیرسازی مکانیکی به دلیل ظهور فرایندهای خمیرسازی مکانیکی جدید و اصلاح شده، به منظور اجتناب از سردرگمی، یک نامگذاری استاندارد شده ضرورت یافته است.

لیسک7 پیشنهاد کرده است که هر نوع خمیر مکانیکی با حداقل بازده حدود 85% با علامت MP مشخص شود و حروف دیگر برای مشخص کردن هر فرایند مخصوص و نیز مراحل و توالی آن فرایند آورده شود.

به نظر می رسد این سیستم نامگذاری را همگان پذیرفته اند.

با این حال در جدول 5-1 وجه تمایز بین خمیر گراندوود و سایر انواع خمیرهای مکانیکی، طبق پیشنهاد وست8 و دیگران، نشان داده شده است.

جدول 5-1 روشهای خمیرسازی مکانیکی و نامگذاری 5-2 فرایند گراندود سنگی در فرایند گراندود سنگی، خمیر با اعمال فشار روی قطعات چوب به وسیله سطح ساینده(تراشنده) سنگ چرخان تولید می شود .

قطعات چوب به در جهت موازی با محور سنگ قرار می گیرند به طوری که در عمل آسیاب کردن(خرد کردن)، الیاف، بدون آنکه آسیبی بینند، از هم جدا می شوند .

اساس فرایند گراندود از زمان پیدایش در سال 1840 تا کنون تغییر چندانی نکرده است، اما در طراحی و کنترل آسیابها، در تکنیکهای آماده سازی چوب و روشهای تغذیه، و در تولید سنگ آسیابهای مصنوعی، پیشرفتهای بزرگی حاصل شده است .

یک کارخانه گراندود جدید فقط چهار تا شش آسیاب دارد تا بتواند برای یک ماشین بزرگ کاغذ سازی خمیر تولید کند .

سیستمهای تغذیه اتوماتیک چوب، نیروی کارگری ضروری را شاید به 05% ساعت کار انسانی به ازای هر تن خمیر کاهش داده است.

در گذشته که گرده بینه به طور دستی به داخل آسیاب فرستاده می شد، نیروی کارگری ضروری 2 تا 3 ساعت کار انسانی به ازای هر تن بود .

مراحل یک فرایند گراندود کامل به صورت طرح در شکل 5-2 نشان داده شده است.

در اینجا به شرح عملیات آسیاب کنی می پردازیم .

عملیات غربال، پاکسازی، تغلیظ و سایر مراحل فرایند که در همه عملیات خمیر سازی معمول است، در فصل 9 شرح داده خواهد شد .

اساساً، هدف از غربال و پاکسازی، خارج ساختن دسته های الیاف از هم جدا نشده (ریزه چوبها)، مواد ریش ریش شده کوتاه (خرده چوبهای ریز) و سایر اجزای نامناسب (مانند ریزه های پوست و آشغال) از سوسپانسیون خمیر است .

هدف از غلیظ کردن(یا مایه دار کردن) خمیر، آبگیری از آن و افزودن به انسجام(همگیری) در سوسپانسیون خمیر است .

خرد کن(آسیاب) عناصر اصلی در یک خرد کن در شکل 5-3 نشان داده شده است.

فشار تنظیم شده ای بر گرده بینه وارد می شود که به ساییده شدن سطح چوب در برابر سنگ چرخان می انجامد.

دو میله انگشتی طوری به دقت تنظیم شده اند که اندازه خرده چوبها را کنترل کنند و فقط خرده چوبهایی با اندازه معین را از خود عبور دهند.

آبپاشها، الیاف را از بدنه سنگ جدا کرده به داخل یک حوضچه می ریزند.

با این کار سنگ نیز تمیز و سرد نگهداشته می شود.

علاوه بر این، سنگ در حال چرخش به داخل آب حوضچه فرو می رود و خنکتر می شود.

میزان فرو رفتن سنگ در این آب در حد معینی به وسیله یک آب بند یا سد قابل تنظیم است.

دوغاب خمیر از این سد سرریز شده به داخل یک کانال هدایت می شود و کانال همه آسیابها به یک مخزن مرکزی می رسند.

از آنجا دوغاب جمع شده به طرف غربالها پمپ می شود.

جزء اصلی در فرایند گراندوود سنگی، سنگ آسیاب سوار شده روی محور است (شکل 5-4).

کیفیت خمیر تولید شده (یعنی خواص آن از نظر استحکام و آب پس دهی) عمدتاً به ویژگیهای سطح این نوع سنگ بستگی دارد.

شکل 5-3 طرحی از یک خرد کن (آسیاب) شکل 5-4 سنگ آسیاب و محور آن در عمل، همه سنگهای مورد استفاده در آمریکای شمالی به طور مصنوعی ساخته می شوند که لایه ای از یک ماده زبر و سخت با اندازه زبری مشخص دارند.

اما سطح سنگ پس از مدتی کار و خرد کردن چوب، نسبتاً صاف و از کارآیی آن کاسته می شود تا حدی که لازم است دوباره آن را زبر و خشن کنند.

سنگ معمولاً با استوانه های چاپگر فلزی که الگوهای خاصی را روی خود دارند، منقوش شده و به اصطلاح تیز می شود.

موقعیت این استوانه های تیزکن بر روی سنگ با یک چرخ مخصوص تنظیم و کنترل می شود.

سنگ بخش ساینده سنگ آسیاب جداگانه ساخته و سپس روی یک مغز بتونی پیچ می شود (شکلهای 5-5 و 5-6).

لایه های ساینده را از دانه های زبر و سفت اکسید آلومینیم یا کربید سیلسیم ساخته و با چسبهای مناسب به هم می چسبانند.

معمولاً ضخامت لایه ساینده حدود cm 7 است.

این لایه در صورت کار مداوم، حدود دو سال دوام دارد.

در ساخت بخشهای مختلف سنگ آسیاب، دانه های زبر را با اندازه های معین آماده می کنند.

اندازه متوسط دانه ها، پیوند و اتصال بین آنها و نسبت تعداد دانه ها به چسب، همگی بر کیفیت و خواص حاصل اثر می گذارند.

عموماً برای تولید گراندوودی با روانی کم از دانه های زبر ریزتر استفاده می کنند؛ در صورتی که دانه های زبر متوسط برای تولید خمیر مناسب برای کاغذ روزنامه و دانه های زبر درشت برای تولید خمیر مقوا به کار می رود.

هنگامیکه کارخانه سنگ آسیاب جدیدی را سفارش می دهد، لازم است گونه های چوب را که در خمیرسازی مصرف می کند و شرایط خاص خرد کردن چوب را به اطلاع سازنده برسانند.

مکانیسم خرد شدن قبلاً مکانیسم خرد کردن و آسیاب کردن چوب را به سادگی، عمل کندن و خرد کردن چوب به وسیله لایه ای زبر و خشن و در نتیجه تبدیل چوب به الیاف تعریف کردیم.

گرچه این مکانیسم در مورد یک سنگ خیلی تیز صادق است، اما در حال حاضر با توجه به نحوه عمل ساینده های "آماده" چندان مهم تلقی نمی شود.

شکل 5-5 الگوی ساختمانی یک سنگ آسیاب سرامیکی شکل 5-6 نگاهی دقیق به سنگ آسیاب.

در این شکل لایه های ساینده دیده می شوند.

آنچه که پذیرفته شده و تحقیقات نیز آن را تایید کرده است، این است که خمیر سازی به روش گراندود سنگی شامل یک رشته اعمال همزمان است .

عمل برتر، اعمال فشار و رفع فشار با فرکانس زیاد در سطح تماس چوب و لایۀ ساینده است( شکلهای 5-7و 5-8)؛ با این عمل چسبندگی بین الیاف بر اثر ضربه و فشار پی در پی سست می شود .

در مدت معین، بر اثر اصطکاک بین سنگ و چوب، و نیز اصطکاک بین چوب و چوب، گرمای بسیار زیادی آزاد می شود .

این گرما لیگنین را که الیاف را به هم چسبانده است نرم می کند و جدا شدن آنها را از یکدیگر آسانتر می سازد .

شکل5-7 فیبری شدن به وسیله فشار بر چوب با استفاده از دانه های زبر " آماده شده" .

سطح چوب احتمالاً بین 001%تا 002% اینچ تحت فشار عادی خردکنندگی تغییر شکل می دهد .

شکل5-8 فشار و برش هنگامی که لایه زبر آماده شده سطح چوب را می پیماید و با این کار ساختار دیواره سلولی را تغیر شکل می دهد .

از آنجا که در عمل بخش اعظم توان خرد کنندگی در همین ناحیه به صورت گرما آزاد می شود، کنترل دما به وسیله آبپاشها امری بسیار ضروری است .

آب بسیار زیاد عمل نرم شدن چوب را کند می کند، در حالی که رطوب ناکافی سبب وقوع پدیده ذغال شدگی می شود .

کنترل فرایند خرد شدن فهرست به نسبت کاملی از متغیرهای موثر برفرایند آسیاب کنی چوب در جدول 5-2 گردآوری شده است .

طراحی خود آسیاب را نیز می توان به عنوان یک متغیر به حساب آورد .