Показники якості паперу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВА РОБОТА

Формування споживчих властивостей та дослідження якості паперу

Вступ

ринок папір сировина технологічний

Огляд будь-якого будинку може послужити чудовою пропагандою паперової промисловості. Починаючи з предметів одноразового користування, які застосовуються на кухні, і закінчуючи стопами комп'ютерних і мережних документів, зроблених на принтерах. По деяких даних, споживання паперу складає біля ста мільярдів кілограмів у рік. На сьогодні папір так міцно увійшов у наше повсякденне життя, що важко уявити існування сучасного цивілізованого суспільства без нього.

Папір - це листи або стрічки, що складаються із целюлозних волокон, деревинної целюлози і деревинної маси, хлопку, льону і деяких інших, з масою від 1г до 250 г. Поряд із целюлозними волокнами папір може містити наповнювачі (наприклад, каолин - білу фарфоряну глину), проклейку (наприклад, каніфольний клей), кольоровість (наприклад, у вигляді синіх і фіолетових фарбників) і обов`язково приблизно 7% вологи. При недостатньому вмісті вологи папір стає жорсткий, крихкий, при надмірному - втрачає міцність, стає надмірно пластичним.

Папір - це пористо-капілярне тіло, доступне для проникнення повітря, вологи і поліграфічних фарб, інакше своєрідний каркас, що утворюється целюлозними волокнами, міцно з`єднаних між собою хімічними водневими зв`язками.

Папір - це не тільки книги, газети, журнали, зошити, предмети санітарно-технічного й побутового призначення, але й науково-технічний прогрес у найширшому розумінні слова.

Дослідження споживчих властивостей паперу набува великої актуальності. Папір є найважливішим поліграфічним матеріалом. Правильно підібраний папір має комплекс властивостей, що визначає якість даної поліграфічної продукції відповідно до умов її використання.

1. Аналіз українського ринку паперу

Для українського ринку паперово-поліграфічної продукції характерний цілий ряд парадоксів і колізій, що стримують його подальший розвиток. Значною мірою завдяки кволості державного регулювання цього ринку пересічний пенсіонер часто не може придбати українську газету, а перше вересня із свята знань перетворилося для багатьох наших співгромадян на жах батьківської неплатоспроможності.

Володіючи сумарною виробничою потужністю власної целюлозно-паперової промисловості в розмірі 880 тис. т на рік (або по 20 кг паперу та картону на кожного мешканця країни), Україна щорічно кредитує іноземного, в основному російського і польського виробника відповідної продукції на суму 450 млн. доларів. Внаслідок цього темпи імпорту картону і паперу перевищують темпи зростання їхнього вітчизняного виробництва. За даними Українського Союзу промисловців і підприємців, сьогодні більше половини обсягу національного ринку паперу належить продукції іноземного виробництва. При цьому українські підприємства використовують свої виробничі потужності лише на 47%. Ці дані наводилися на засіданні круглого столу з проблем розвитку ринку паперово-поліграфічної продукції, що відбувся нещодавно в УСПП.

Найбільш складною є ситуація з виробництвом високоякісних сортів паперу. Інформаційний простір країни перебуває практично в повній залежності від іноземних постачальників газетного й друкарського паперу. Загалом щорічний дефіцит цих видів продукції в Україні становить відповідно 70 тис. і 120 тис. т.

У 2012 р. в країні вироблено 32 тис. т газетного паперу, а з початку поточного року - 17,1 тис. т. Таким чином, потреби українських газет у ньому майже на 70% задовольняються за рахунок імпортного постачання.

У 2012 р. на український ринок почалася експансія польського газетного паперу. «Похід на схід» польських паперовиробників пояснюється тиском на польський ринок виробників з Німеччини. Польським виробникам вдалося знизити ціну своєї продукції завдяки заміні в складі паперу целюлози на дешевшу макулатуру. Тепер газетний папір з білим орлом в середньому на 13% дешевший за український і посідає вже 42% ринку нашої країни.

Подібною є ситуація на ринку і з друкарським папером. Минулого року обсяг його імпорту склав близько 122 тис. т - за власного виробництва лише 9,4 тис. т. Отже, сьогодні частка українського виробника на внутрішньому ринку друкарського паперу становить лише 7,2%.

На думку ж експертів галузі, в інтересах національної безпеки частка власного виробника паперу на українському ринку не повинна бути меншою 70%. Тільки в такому випадку можна буде забезпечити додаткові надходження в держбюджет (на рівні 500 млн. грн. на рік), створення нових робочих місць на підприємствах, а також виробництво достатньої кількості паперу для вітчизняної поліграфічної промисловості.

Серйозною проблемою українських паперовиробників є відсутність в країні сировинної бази для виробництва паперу. Целюлозу доводиться імпортувати з Росії, де більшість паперових підприємств володіють власною базою виробництва цієї сировини.

За словами голови правління ГАХК «Укрпапірпром» Сергія Погорєлова, в 1996 р. контроль над єдиним в Україні виробником целюлози - Херсонським целюлозно-паперовим комбінатом - отримали російські інвестори. Після цього новий власник - за класичною технологією усунення конкурента з ринку - припинив виробництво на підприємстві. Тим часом саме на Херсонщині було накопичено більш як сторічний досвід виробництва целюлози з деревини швидкоростучих порід (акації та ін.) і навіть з очерету.

За оцінками експертів, обсяг ринку газетного паперу в Україні становить 110 тис. т. на рік. Сьогодні складно точно визначити обсяг імпорту цього товару до країни, оскільки значна його частина надходить під назвами інших видів паперу.

Єдиним в Україні виробником газетного паперу є Жидачівський целюлозно-паперовий комбінат (Львівська обл.). Економічна криза 90-х років серйозно підірвала положення цього монополіста. Рівень завантаження обладнання наприкінці десятиріччя знизився до 56%, і підприємство виявилося на грані банкрутства.

Нове життя комбінату почалося з приходом нового власника. Ним став концерн «Основа», що входить до однієї з найбільших вітчизняних фінансово-промислових груп. За словами президента концерну Сергія Рубана, інвестору вдалося підвищити показник завантаження обладнання до максимально можливого значення - 97%. Виросли також якісні показники продукції. Наприклад, ступінь білизни паперу збільшився з 55 до 62%. Сьогодні п'ять папероробних машин комбінату випускають паперову продукцію обсягом 250 млн. грн. на рік, причому вся вона реалізується в Україні. У 2003 р. обсяг випуску продукції заплановано збільшити ще на 120 млн. грн.

Разом з тим, власне газетний папір на підприємстві випускає зараз лише одна машина. Для протидії польській паперової експансії у вересні поточного року жидачівські паперовиробники почали випуск газетного паперу ще на одному новому агрегаті. Однак після виробництва перших же 700 т машину перевели на випуск гофрокартону - газетний папір виявився невигідною продукцією, натомість пакувальні матеріали сьогодні йдуть гарно. За словами С. Рубана, сьогоднішня рентабельність виробництва газетного паперу на рівні 1,5% не дає можливості оновлювати технічну базу підприємства. Щоправда, з метою зниження собівартості паперу на комбінаті збираються замінити в її складі целюлозу на макулатуру, але тільки наступного року. Поки ж менеджери ЦПК подумують перевести на виробництво більш вигідного офсетного паперу й ту єдину в Україні машину, що ще випускає газетний. Втім, важко однозначно засуджувати жидачівців за такі «непатріотичні» плани. Малоприбуткове підприємство ризикує стати маргіналом ринку, між тим з роботою Жидачівського ЦБК пов'язані долі загалом майже 100 тис. чоловік. Отут своє вагоме слово має сказати держава як арбітр і регулятор ринку. Держава ж поки що «бєзмолствуєт»…

Що ж чекає на вітчизняний ринок газетного паперу, якщо з нього піде єдиний український виробник? На думку С. Рубана, ціна такого паперу виросте відразу майже на третину й сягне середньоєвропейського рівня, який визначається Гельсинською товарною біржею.

Тим часом споживачі жидачівського паперу - вітчизняні газетярі - поки не поспішають керуватися лозунгом «купуй своє!» й часто віддають перевагу імпортній продукції як дешевшій та якіснішій. Адже в структурі собівартості газети на папір припадає до 40%, і регіональним газетам, що відчайдушно борються за виживання, часто буває не до патріотичних сентиментів. Ціна тонни жидачівського газетного паперу 2600 грн., а польського - 2250 грн., то який мені придбати? - запитував на засіданні круглого столу головний редактор газети «Житомирщина» Дмитро Панчук. Його підтримав головний редактор газети «Донбасс» Олександр Бриж - це видання віддає перевагу російському паперу як більш якісному та дешевому.

Паперовиробники ж пояснюють абсурдність ситуації, що склалася, відсутністю в країні повноцінної протекціоністської політики щодо власного виробника. Зокрема, на думку С. Погорєлова, необхідно ввести індикативні ціни на імпортний газетний папір і обмежити його ввезення в Україну за допомогою спеціальних квот - це нормальні заходи захисту національного ринку, широко прийняті у світі. Крім того, вважає він, українські паперовиробники потребують надання їм істотних податкових пільг.

Проблеми паперового ринку тиснуть і на ринок поліграфічної продукції України. Зокрема, звичним атрибутом цього останнього давно стала переважаюча роль масової російської книги. Щорічний обсяг імпорту книжкової продукції в Україну складає близько 500 млн. грн., і 90% його приходить з-за Хутора-Михайлівського. Лідерство російської книги на українському ринку визначається більш вигідними податковими умовами для книговиробництва в сусідній країні, а також широкими масштабами «сірого» імпорту дешевої книжкової продукції в Україну.

Проблеми ринку поліграфічної продукції найбільш яскраво виражені в секторі наймасовіших друкарських товарів: підручників і зошитів для школярів та студентів. Ці товари в Україні користуються підвищеним попитом, що викликає абсолютно не ринкові деформації відповідного сектора поліграфічного ринку.

На думку учасників паперово-поліграфічного ринку, розв'язання його назрілих проблем неможливе без нормативно-правової підтримки держави. У ГАХК «Укрпапірпром» підготовлено законопроект, що передбачає звільнення від податків виробництво поліграфічної продукції по всьому технологічному ланцюгу від сировини до готових виробів. У грудні заплановано розгляд законопроекту в Верховній Раді України.

До парламенту й уряду направлено також інші пропозиції поліграфістів, зокрема, про передачу Жидачівському ЦПК лісових угідь в концесію для створення власної бази паперової сировини. Тепер доля вітчизняного виробника паперу та поліграфічної продукції визначатиметься парламентськими й урядовими рішеннями.

1.1 Сировина для виготовлення паперу

Волокнисті речовини. Основною сировиною для виробництва паперу є і буде рослина, оскільки вона не дорога, швидко відновлюється і не порушує рівновагу в природі.

На сьогодні основною волокнистою сировиною є целюлоза сульфатна та сульфітна, макулатура, ганчір'я, волокна (синтетичні. Штучні, мінеральні, вовняні) тощо.

Целюлозу варять із подрібненої рослинної сировини в казанах періодичної та безперервної дії.

Сульфатну целюлозу варять із подрібненої рослинної сировини у розчині, основними компонентами якого є їдкий натр (NaOН) і сульфід натрію (Na₂S), за температури 160-180°С і тиску 0,7-1,2 МПа. Отримана продукція має темний колір. З неї виробляють технічні види паперу та картону.

Сульфітну целюлозу варять із знесмоленої хвойної деревини в розчині, основними компонентами якого є водний розчин SO₂і бісульфіти кальцію, магнію тощо, за температури 130-145°С і тиску 0,6-1,2 МПа. У процесі виробництва сульфітної целюлози більший вихід целюлози, а з відходів отримують етиловий спирт, кормові дріжджі та інші речовини.

Макулатура - це папір або картон, зіпсований в процесі виробництва, обрізки паперу, старі газети, часописи, книжки тощо. Це вторинна сировина. Вона є замінником свіжої целюлози. Використання макулатури у процесі виробництва паперу має велике значення. Затрати на папір, вироблений з макулатури, у 2-3 рази менші, ніж з целюлози. Меньше забруднюється також довкілля, ніж під час виробництва паперу з рослинної сировини. Одна тонна макулатури економить 3,0-4,5 м² деревини або близько 15 дерев.

Ганчір'я також належить до вторинної сировини. Найкращий папір виробляють із лляного та конопляного ганчір'я.

Синтетичні та інші волокна використовують для виробництва спеціальних видів технічного паперу. Для отримання цих видів паперу використовують штучні, синтетичні, мінеральні (азбестові, базальтові) та інші волокна.

Волокнисті речовини можуть бути сухими або сирими. Із сирих речовин виробляють якісніший і дешевий папір, ніж із сухих. Проте використовувати сирі речовини можна лише тоді, коли паперова фабрика розташована в межах паперово-целюлозного комбінату.

Наповнювачі.У процесі виробництва більшості видів паперу до волокнистих речовин додають значну кількість мінеральних речовин, які називають наповнювачами.

Наповнювачі поліпшують властивість паперу - надають йому гладкості, м'якості, непрозорості, роблять його білим тощо. Більшість наповнювачів дешеві, ніж волокнисті речовини. Додавання наповнювачів до волокнистих речовин робить папір дешевим. Проте слід пам'ятати, що, поліпшуючи одні властивості паперу, наповнювачі погіршують інші, наприклад зменшують міцність. Для кожного виду паперу додається оптимальна кількість певного наповнювача. Найчастіше наповнювачами використовують каолін, тальк, крейду, сульфати барію та кальцію, діоксин титану, алюмосилікати тощо.

Каолін (глина білого кольору) - один з найважливіших наповнювачів паперу та картону.

Тальк (кисла сіль метакремінєвої кислоти (3MgO*4SiO₂*H₂O)) надає паперу м'якості, безшумності, підвищує адсорбцію друкарських фарб тощо. Основним недоліком тальку є те, що папір пилиться.

Крейда (майже чистий карбонат кальцію (СаСО₃)) порівняно з каоліном і тальком біліша. Крейда надає паперу білизни, непрозорості, м'якості. Її використовують у процесі виробництва цигаркового паперу.

Синтетичний сірчанокислий барій (ВаSO₄) поліпшує білизну паперу. Зменшує його прозорість і надає блиску.

Діоксид титану (ТіО₂) - дуже дорогий наповнювач, його вартість у 35-40 разів перевищує вартість каоліну. Його використовують під час виробництва дуже якісного непрозорого паперу.

Алюмосілікати отримують на основі рідинного скла та розчинних кальцієвих солей і солей алюмінію. Вони роблять папір білішим. Непрозорим та поліпшують друк. Тому їх часто використовують замість дорогих титанових та інших наповнювачів.

Наповнювачі додають до паперової маси у вигляді суспензій. Це суміш найдрібніших твердих частинок і рідини, у якій вони містяться у звислому стані.

Вода. Без води немає паперу. Для виробництва паперу використовують знесолену, без запаху та кольору воду. Особливі вимого ставлять до води, яку використовують у процесі виробництва конденсаторного та інших видів технічного паперу.

На виробництво 1 тонни целюлозного паперу витрачають 150 м³ води, а на 1 тонну конденсаторного - понад 1000 м³. У процесі виробництва 1 тонни паперу використовують більше води, ніж у процесі виробництва однієї тонни металу.

Клеї. Для проклеювання використовують каніфоль, парафіни, воски, тваринні клеї, крохмаль, казеїн, летикси, паліакриламід тощо. Найчастіше використовують каніфоль. Паперова промисловість використовує20% виробленоїканіфолі. Назва каніфолі походить від грецького міста Колофонія в Малій Азії, де її вперше отримали. У даний час каніфоль виробляють із живиці хвойних дерев, найчастіше із сосни, відігнавши скипидар.

Барвники. Для надання паперу білизни або кольору до паперовоїмаси додають невелику кількість синіх, фіолетових та інших барвників.

1.2 Технологія виробництва паперу

Паперова маса, з якої виробляють папір і картон, складається зрозмелених волокнистих речовин, води, наповнювачів, барвників і проклеюючи речовин. Підготовлення паперовоїмаси - дуже відповідальний технологічний процес, який значно впливає на якість отриманої продукції: паперу чи картону. Він складається з подрібнення, проклеювання, наповнення, фарбування тощо.

Подрібнення - один із найважливіших технологічних процесів у виробництві паперу. Від нього залежіть якість паперу. Цей процес найбільш енергомісткий. На подрібнення волокнистих речовин витрачається 60-70% загальної кількості енергії в процесі виготовлення паперу. У ході подрібнення волокна вкорочуються, розщепляються, розтираються та стискаються. Внаслідок подрібнення змінюються довжина та товщина волокон. Після подрібнення волокна стають еластичними, гнучкими та масними на дотік.

Волокнистіречовини подрібнюють на спеціальних машинах, винайдених ще у 17-19 ст., якіпостійно вдосконалюють. До таких машин належать рол (1670 р.). дисковий млин (1856 р.), конічний млин (1858 р.).

Рол використовують у процесівиготовлення тонких видів паперу, які потребують тривалого подрібнення волокон, а також під час подрібнення ганчір'я.

Конічні млини довгий час використовували для допоміжного подрібненняпісля розмелювання на ролах і лише в 30-х роках ХХ ст. після вдосконалення їх використовують як основні машини для подрібнення волокнистих речовин.

Дискові млини після реконструкції в 50-х роках ХХ ст. встановлено на всіх папероробних підприємствах. порівняно з конічними млинами вони споживають на 20-25% менше енергії, мають велику продуктивність (до 650 т на добу), просту конструкцію.

Час подрібнення волокнистих речовинрізний: у ролах -0,5-24 год., а в млинах безперервної дії - секунди.

Рослинні волокна, з якихвиробляють папір, мають здатність вбирати вологу. Щоб запобігти вбиранню води і деяких колоїдних розчинів, наприклад чорнила, та розтіканню їх по поверхні паперу, папір проклеюють. Проклеювання можна проводити двома способами. За першим способом спеціальні речовини (клеї) вводять у паперову масу перед виготовленням паперу. Ці речовини розподіляютьсярівномірно по всій товщині паперу. За другим способом клейкі речовини наносять на поверхню готового паперу. Клеї розподіляються в основному на поверхні паперу, а середина залишається непроклеєною. Другий спосіб економічно вигідніший, оскільки клею витрачаєтьсязначно менше. Проте він потрібує додаткового обладнання. У промисловості використовують обидва способи проклеювання.

Багато видів паперу виробляють із використанням інертних наповнювачів. Наповнювачі погрішують проклеювання паперу; щоб запобігти цьому. Їх додають до паперової маси після клею.

Для надання паперу певного забарвлення його фарбують. Фарбування проводять двома способами. За першим способом барвники наносять на поверхню готового паперу, а за другим - додають до паперової маси (90% усього виробленого паперу фарбують саме таким способом, оскільки він простіший, не потрібує додаткового обладнання).

Папір виробляють на папероробних машинах. На сьогодні є кілька видів таких машин: плоскосіткові, круглосіткові (циліндрові, двосіткові, комбіновані тощо). Між собою вони різняться способом формування паперу. Найпоширенішими е плоскосітковімашини. На них виробляють майже всі види паперу і деякі види картону.

Будова та принцип роботи плоскосітковоїмашини. Плоскосітковімашини складаються із сіткової, пресової, сушильної та оздоблювальної частини.

На машині відбуваються безперервно та послідовно такі технологічні процеси: відливання паперової маси, формування паперу, його зневоднювання, пересування, висушування, охолодження, оздоблення та складання готової продукції.

Сіткова частина машини складається з довгої сітки та плоского стола. Плоскосітковімашини можуть мати 2-4 сіткових столи, які розміщені один над одним. Ці машини призначені для виробництвабагатошарового міцного паперу.

Сітка є основною складовою частиною папероробної машини. На сітці формується паперове полотно із суспензії та відбувається зневоднювання його до 17-22%. Від добротності сітки залежить якість паперу та ефективність роботи машини. Тому сітка має бути міцною, достатньо густою та рівномірно пропускати воду. Номер сітки залежить від кількості ниток основи, які припадають на 1 см ширини сітки. Чим тоншим має бути папір, тим краще повинна бути подрібнена паперова маса і густішою має бути сітка.

Сітки виготовляють на ткацьких верстатах спеціальної конструкції з металевого дроту, де основою є дріт, виготовлений із бронзи, а поробком - дріт із латуні. Виготовляютьсітки із синтетичних волокон. Сітки виготовлені із синтетичних волокон довговічніші, у 6-8 разів легші, а виготовлений папір якісніший. Проте їх використання потребує більших затрат енергії, ретельнішого підготовлення паперової маси тощо.

Ретельно підготовлену паперову масу у вигляді суспензії, подають до машинної ванни, а звідти після додаткового очищення певними порціями - на стіл машини.

Формують папір на сітковому столі, який є найважливішою складовою частиною машини. Сіткова частина машини має нескінченно рухому сітку, на яку безперервним рівномірним потоком подають паперову масу. На сітковому столі відбувається одночасно два важливих процеси: формування паперу з водної суспензії паперової маси та її зневоднювання. Якість паперу залежіть як від умов подання суспензії на сітку, так і від умов зневоднювання суспензії на ній. Для рівномірного розподілусуспензії на всю ширину сіткивикористовують різного типу розподілювачі.

Швидкість подавання паперової маси на сітку впливає на витрату маси та якість паперу. Якість паперу залежіть від рівномірного розподілумаси та розподілу волокон у поздовжньому та поперечному напрямках. Якщо швидкість потоку паперової маси (Vп.м.) менша від швидкостіруху сітки (Vр.с.), то волокна орієнтуються переважно в повздовжньому напрямку. Міцність паперу в цьому напрямі буде більшою ніж, у поперечному. На практиці швидкості майже однакові.У процесі виробництва товстого паперу та картону швидкість руху сітки менша.

Зневоднювання паперової маси на сітці проводять фільтруванням. Швидкість зневоднювання впливає на якість паперу. Чім більша швидкість зневоднювання, тим гірша якість паперу.

Для поліпшення структури паперу в процесі зневоднювання на машині встановлено вирівнювач - легкий порожнистий валик, обтягнений сіткою, густішою ніж основна сітка.

Якщо на сітку вирівнювача нанести випуклий рисунок, то в разі тиску валика на ще несформоване паперове полотно випуклий рисунок розсуне волокна і відіб'ється на папері. Отримані рисунки називають водяними знаками. Їх добре видно на просвіт.

Пресують зневоднений папір у пресувальній частині машини, яка складається з двох - трьох пресів. Сирий папір, який має 18-22% вологи, спрямовують у пресову частину машини, де відбуваєтьсяйого подальше зневоднювання та ущільнення. У процесі пресування зменшується пористістьпаперу та поліпшується його фізико-механічні властивості.

Висушують папір у сушильній частині машини. Де відбувається остаточне зневоднювання паперу та доведення встановленої стандартами вологості для кожного виду паперу. У процесі висушування крім кінцевого зневоднювання закінчується проклеювання паперу за рахунок речовин, які додавали до паперової маси, і папір набуває вологостійкості. Тому температура висушування істотно впливає на властивості паперу.

Висушування проводять контактним і конвенційним способами. У процесіконтактного висушування теплота від нагрітої поверхні сушильних циліндрів безпосередньо передається вологому паперу. Температура сушильних циліндрів, у середину яких подають гарячу пару, залежіть від виду паперу та не перевищує 180^оС. Наприклад, для висушування конденсаторного паперу вона становить 60-70^оС.У разі конвекційного способувисушування папір висушують нагрітим повітрям.

Процесизневоднювання, пресування тависушування доповнюють один одного. Зневоднювати папір висушуванням дорожче в 10-12 разів, ніж пресуванням, и в 60-70 разів дорожче ніж зневоднюванням на сітці.У кінці папероробної машини розташовані спеціальні пристрої, на яких оздоблюють папір для поліпшення його властивостей.

Оздоблення паперу складається з ряду операцій, основними з яких є: проклеювання, крепування, крейсування, каландрування тощо.

Проклеюють папір для збільшення міцності, надання гладкості, водонепроникності тощо. Поверхневе проклеювання найчастіше проводять за допомогою пресів. У процесіпроклеювання використовують різні види крохмалю, казеїн, полівініловий спирт, латекси тощо. До цих речовин додають добавки для надання паперу спеціальних властивостей. Преси складаються з двох валків, які можуть бути розташовані вертикально, горизонтально або під кутом один до одного. Швидкість руху валків досягає 13,3 м/с. На поверхню паперу наносять 1-10 г./м² клею. Після проклеювання папір просушують.

Крепують папір для надання йому шорсткості, м'якості та об'ємності, що дуже важливо для санітарно - гігієнічного, пакувального та деяких інших видів паперу. Крепування - це надання поверхні паперу дрібних поперечних складок. Цю операцію проводять на папероробних або спеціальних машинах.

Крейдування - це нанесення на поверхню паперу тонкого покриття. Крейдування паперу проводять для надання йому білизни, гладкості та інших властивостей. Цей процес відбувається на папероробних або спеціальних машинах. До складу покриття входять каолін, діоксин титану та зв'язувальна речовина (крохмаль, полівініловий спирт тощо). Після нанесення покриття папір висушують.

Каландрування проводять для вирівнювання товщини паперу за всією шириною, а також підвищення його щільності та гладкості. Каландри складаються з великої кількості ретельно відполірованих валів, виготовлених з чавуну. Вали розміщенні у вертикальній площині один над одним.

Кінцевою операцією технологічного процесу виробництва паперу є його змотування в рулони або розрізування на листи певного розміру. Після цього папір маркують та пакують.

Виробництво паперу практично безвідходне, оскільки нестандартну продукцію (як мокру, так і суху) переробляють на папір. Воду, яку вилучають з паперової маси, використовують знову для її приготування і лише ту, яка не містить волокон і очищена від шкідливих речовин, випускають в очисні споруди.

1.3 Показники та властивості паперу, які впливають на його якість

Питання паперу було, є й буде актуальним ще протягом певного часу, оскільки на даному етапі розвитку науки й техніки ще не придумали йому достойного замінника в нашому повсякденному житті і в поліграфічному виробництві зокрема. Хоча зараз друкування проводиться на різноманітних матеріалах, основним серед них все ж таки залишається папір. При теперішній різноманітності способів друку, важливою проблемою постає дослідження впливу складових паперу на якість друку, тобто й кінцевої продукції. Звичайно ж в нинішніх ринкових відносинах, важливим є розроблення таких видів паперу, склад яких був би як можна більш економічно вигідним, вигляд - як можна більш привабливим, а можливість якісного друку - якомога більш вищою.

Папір - листовий матеріал масою 1 м² до 300 г. Він складається переважно з рослинних волокон, пов'язаних між собою силами поверхневого зчеплення; в склад паперу можуть входити хімічні волокна, проклеюючі речовини, мінеральні наповнювачі, пігменти і барвники. Папір з необхідними властивостями отримують спеціальним підбором і певною обробкою волокнистих матеріалів. Напівфабрикати - це волокнисті матеріали, з яких виготовляється папір. Вони виділяються з рослинної сировини, і перш за все з деревини. Але з цією метою можна використовувати комиш, очерет і інші рослини, а також солому, стебла тютюну, деревні відходи та ін. Особливе значення для виготовлення паперу мають напівфабрикати з деревини, тобто деревна целюлоза і деревна маса різних видів.

Гнучкість притаманна практично всім органічним волокнам. Здатність же розмелюватись і скріплятися мають лише рослинні волокна, які містять целюлозу. Це робить їх незамінними в виробництві паперу. Целюлоза - полімер, який має лінійну будову, з великою кількістю гідроксильних груп. Основна сировина сучасної целюлозно-паперової промисловості - деревина різних порід (ялина, бук, тополя, осика та ін.), однорічні рослини: очерет, комиш, а також бавовновий лист. Чим більше в початковій сировині целюлози, тим цінніший цей матеріал для виробництва паперу. В чистому вигляді целюлоза в природі не зустрічається. Волокна бавовни містять 90 - 95% целюлози, волокна льону - 80 - 85%, в різноманітних видах деревини вміст целюлози коливається в межах 40 - 60%, в стеблах соломи - 30 - 35%.

Крім целюлози рослинні клітини містять так звані інкрустуючі речовини - лігнін. Лігнін несвітлостійкий, тому волокна, які містять лігнін, з часом жовтіють. Найбільш розповсюджена сировина для виробництва волокнистих напівфабрикатів - деревина хвойних і листяних порід. Волокна хвойних порід деревини мають більшу довжину і тому являються більш цінною сировиною для виготовлення паперу. Лігнін, який міститься в деревних волокнах, надає їм жорсткості і крихкості, волокна погано переплітаються і папір виходить маломіцний, пористий і негладкий. Схильність лігніну до пожовтіння різко знижує його білизну. Тому для виробництва гладкого, міцного і білого паперу використовують волокнисті напівфабрикати, які не містять лігніну: деревну целюлозу, бавовну та ін. Для інших видів паперу використовують целюлозу в суміші з більш дешевим напівфабрикатом - деревною масою, яка містить лігнін.

Хімічний склад рослинних клітин залежить від виду рослин, місця і умов їх росту, від того, з яких частин рослини вони взяті. Всі рослинні клітини містять целюлозу, геміцелюлози, інкрустуючі речовини (лігнін), білки, смоли, мінеральні речовини (табл. 1.1). Геміцелюлози - це вуглеводи з меншим, ніж у целюлози, степенем полімеризації, які містять, крім глюкози, і інші гексози, а також пентози. На відміну від целюлози, вони розчинні в лугах, сильніше набухають в воді, що покращує скріплення волокон в структурі паперу.

Склад деревини дерев різних порід, %

Целюлозу отримують хімічною обробкою деревини, з якої при цьому виводяться інкрустуючі речовини, головним чином лігнін. Видалення лігніну базується на його здатності утворювати з деякими хімічними речовинами розчинні в воді утворення, які потім при промивці відділяються. На теперішній час широко застосовуються два методи отримання целюлози: сульфітний (кислотний) і сульфатний (різновид лужного). Підготовка деревини перед отриманням з неї целюлози зводиться до наступного: стовбури деревини розпилюють на баланси і ретельно очищають від кори; баланси рубають на щепу довжиною ~ 20 х 20 мм і товщиною 3 - 5 мм, потім сортують, оскільки від однорідності щепи залежить рівномірність її пропитки хімічними реагентами, ступінь очистки від лігніну і якість целюлози, яка отримується.

При сульфітному способі целюлозу отримують з хвойних порід дерев з невеликим вмістом смоли, наприклад ялини. Щепу загружають в залізні герметично закриті котли, покриті зсередини кислотостійким шаром, і заливають варочною кислотою, тобто розчином бісульфату кальцію Ca(HSO₃)₂, який в водному середовищі розпадається на сіркову кислоту H₂SO₃ і сульфіт кальцію CaSO₃. Варка ведеться при t 140 - 150є C і при тиску 5066 - 6079 гПа (5 - 6 атм) на протязі 8 - 12 год. В процесі варки лігнін взаємодіє з сірковою кислотою, і утворюються дуже активні лігнінсульфонові кислоти, які можуть зруйнувати волокна целюлози. Але присутній в варочній кислоті сульфіт калію нейтралізує лігнінсульфонові кислоти, переводячи їх в розчинні солі кальція лігнінсульфонових кислот, які при промивці целюлози видаляються. Потім целюлозу сортують, оскільки після промивки можуть залишитися непроварені пучки волокон, щепа та ін. Кращою целюлозою являється та, з якої в процесі варки видалено найбільш можлива кількість лігніну без руйнування целюлозних волокон. Оскільки лігнінсульфонові кислоти, які утворюються під час варки, можуть частково зруйнувати целюлозу і тим самим зменшити міцність волокна, то процес варки ведуть не до повного видалення лігніну. В залежності від часу варки отримують целюлозу з різним вмістом лігніну: в м'якій целюлозі - 1-2%, в середній - 3-4%, в жорсткій - 5-6%. Вихід целюлози при сульфітному способі складає 45 - 50%, інкрустуючі речовини при цьому переходять в розчин. Волокна сульфітної целюлози достатньо міцні, еластичні, легко відбілюються. Вони йдуть на виготовлення всіх видів друкарського паперу.

Целюлоза, отримана в процесі варки деревини, вирізняється низькою білизною, тому не придатна для виготовлення високоякісного білого паперу. Для підвищення білизни целюлоза піддається відбілюванню. Кращі види друкарського паперу виготовляють на основі біленої, а дешеві, наприклад газетну та ін. - з небіленої сульфітної целюлози. В останні роки став широко застосовуватись сульфатний спосіб отримання целюлози. Основним реагентом тут являється луг NaOH і сірковий натрій Na₂S. Щепу варять при більш високій, ніж при сульфітному способі, температурі (165 - 175⁰ С), і більшому тиску (7092 - 8106 гПа, або 7 - 8 атм), в результаті тривалість варки зменшується до 1,5 - 2 год. Луг руйнує лігнін без помітного руйнування целюлози і переводить в розчинний стан смоли, які містяться в деревині. При сульфатному способі в якості сировини можуть бути використані смолисті породи дерев, наприклад сосна в вигляді відходів будівельних матеріалів. Важливу роль в процесі варки відіграє сірковий натрій: в водних розчинах він розпадається на їдкий натр і сульфогідрат натрію: Na₂S + H₂O - NaSH + NaOH. Таким чином, сірковий натрій підвищує вміст лугу в розчині, а сульфогідрат натрію, що саме важливо, утворює з лігніном продукт - тіолігнін, легкорозчинний в лугах. Сульфатна целюлоза має високу міцність, але має коричневий колір - волокна офарбовуються розчиненими смолами. Тому небілену сульфатну целюлозу використовують тільки для виготовлення високоміцного пакувального і обгорточного паперу. Процес оздоблення сульфатної целюлози дуже складний і дорогий. Але завдяки високій міцності білену сульфатну целюлозу застосовують для виготовлення високоякісного паперу для документів, грошових знаків, тонкого словникового та ін. Сульфатний спосіб виробництва целюлози в останні роки знаходить все більше застосування і є більш перспективним в порівнянні з сульфітним, оскільки дозволяє переробляти відходи деревообробної промисловості з хвойних та листяних порід деревини. Крім того при цьому способі вдається практично повністю регенерувати луги, які утворюються в процесі варки. Деревна маса представляє собою волокнистий матеріал, отриманий механічним змільченням деревини. Деревна маса неоднорідна: разом з волокнистими частинками, в ній багато мілких пиловидних і великих частинок неправильної форми. Спосіб отримання деревної маси, в порівнянні з вищеописаним, простіший, дешевший, менш енергоємний, з більшим виходом по волокну (86 - 90%), тому деревна маса - самий дешевий волокнистий напівфабрикат. До складу деревної маси входять і целюлоза, і лігнін. Деревна маса широко використовується для виробництва різноманітних видів паперу і картону. Нещільно прилягаючі частинки деревної маси надають паперу крупнопористу структуру і більшу всотуючу здатність. Сировиною для виготовлення деревної маси служить ялина, рідше осика та інші листяні породи дерев. Властивості деревної маси залежать від способу її виготовлення і підготовки деревини. Деревну масу виготовляють різних видів. Біла дефібрерна деревна маса. Стовбури дерев розпилюють на баланси - колоди довжиною 2 - 3 м, ретельно очищують від кори на спеціальних машинах, потім баланси стирають на абразивній робочій поверхні камінця, який швидко обертається в машині - дефібрері при неперервній подачі води. Отримана на дефібрері деревна маса (дефібрерна) містить окремі волокна, обривки волокон і грубі нерозтерті пучки. Тому її сильно розбавляють водою (вміст волокна 2 - 8%) і сортують, щоб затримати щепу і сторонні домішки. Отримана після сортування деревна маса не потребує додаткової обробки і придатна для виробництва паперу. Отриману таким чином деревну масу називають білою. Деревна маса є самим доступним і часто незамінним напівфабрикатом для виробництва деяких видів паперу. Вона надає паперу такі властивості, як добре сприйняття фарби, м'якість і непрозорість. Але папір, який містить деревну масу, швидко втрачає механічну міцність в результаті старіння і з часом жовтіє, тому він застосовується для видань з обмеженим терміном служби. Бура деревна маса отримується дефібруванням деревини, попередньо провареної при підвищеній температурі і тиску для її набухання, розрихлення і розм'якшення. В результаті полегшується дефібрування і утворюється більше довговолокнистих, добре набухаючих частинок. Але тепловий вплив викликає потемніння лігніну. Тому бура деревна маса використовується для виготовлення картону для палітурних робіт.

Рафінерна деревна маса - різновид білої деревної маси. Отримується стиранням змільченої в щепу деревини в дискових млинах - рафінерах. Щепа вводиться в щілину між дисками, які обертаються, поверхня яких покрита перетираючими елементами. По виході з рафінера маса сортується і крупні частинки направляються на повторне рафінування. Рафінерна маса містить більше довговолокнистих частинок і має кращі папероутворюючі властивості, ніж деревна маса, яку отримують в дефібрерах.

Термомеханічна деревна маса (ТММ) отримується в результаті переробки в дискових млинах щепи, попередньо провареної при високій температурі (110 - 130є С) для розм'якшення лігніну, який в ній міститься. Це покращує якість волокнистого матеріалу: підвищується якість довговолокнистої фракції, знижується вміст костри (нерозмелених частинок деревини). Введення ТММ в папір підвищує його міцність і однорідність структури. Тому при виробництві паперу частково, а іноді й повністю вона може замінити целюлозу. Від целюлози ТММ відрізняється великим виходом з деревини і меншою вартістю.

Інші види целюлозно волокнистого матеріалу. Гарні напівфабрикати можуть бути отримані не тільки з деревини, але й з іншої рослинної сировини (табл. 1.2).

В склад паперу вводять різноманітні домішки для регулювання його властивостей: наповнювачі, проклеюючі речовини, підцвітки та ін.

Склад і характеристика деяких рослинних волокон

Проклейка - фізико-хімічна обробка волокна для зниження гідрофільності паперу (гідрофобізуюча проклейка) і для покращення зв'язку між волокнами в папері (зв'язуюча проклейка). Для цього застосовують різні гідрофобізуючі і зв'язуючі проклеюючі речовини.

Існує два способи проклейки - проклейка в масі (проклеюючі речовини вводяться в паперову масу до відливу паперу) і проклейка поверхнева (проклеюючі речовини наносяться на поверхню готового паперу під час його оздоблення.

Гідрофобізуюча проклейка. Наявність в целюлозі великої кількості гідроксильних груп надає паперу гідрофільності, тому він добре змочується, всотує воду і навіть поглинає вологу з повітря (гігроскопічність). При цьому папір набухає, змінюється в розмірах, зв'язки між волокнами послаблюються і в результаті зменшується його міцність. Щоб зменшити вологосприйнятність паперу, потрібно зменшити гідрофільність целюлозного волокна, для чого в склад паперу вводять гідрофобні речовини, які не змочуються водою.

Каніфольна проклейка робиться в масі. В якості гідрофобізуючого домішку використовується каніфоль - тверда смола, яку отримують із соснової смоли (живиці) після відгонки з неї скіпідару. Вона складається з суміші смоляних кислот (близько 80% в ній міститься абієтинової кислоти C₁₉H2₉COOH). Гідрофобність абієтинової кислоти пов'язана з наявністю в ній великого неполярного радикала - C₁₉H₂₉, перекриваючого полярність карбоксильної групи. Для проклейки з твердої каніфолі, нерозчинної в воді, готують стабільну водну дисперсію, яку називають каніфольним клеєм. Для цього її варять з розчином соди до отримання каніфольного мила - натрієвих солей смоляних кислот (резинат натрію): 2C₁₉H₂₉COONa + CO₂ + H₂O2C₁₉H₂₉COOH + Na₂CO₃ Колоїдний розчин, який утворюється, називається бурим каніфольним клеєм.

Гідрофобізація підвищується, якщо частину каніфолі (40 - 50%) залишити неомиленою. В цьому випадку частково омилена каніфоль диспергується паровим інжектором. При цьому омилена частина каніфолі служить стабілізатором високодисперсної суспензії смоли або білого каніфольного клею, які утворюються.

Для виготовлення високосмоляного клею, який містить до 90% вільної каніфолі, в нього вводять додаткові стабілізатори (казеіт натрію). Каніфольний клей вводять в паперову масу. Він сильно розбавляється водою, концентрація стабілізатора падає і проходить гідроліз резінату: C₁₉H₂₉COOH + NaOHC₁₉H₂₉COONa + H₂O

Дисперсія клею втрачає стабільність, і високодисперсні частинки смоляних кислот починають коагулювати. Розміри частинок збільшуються (гомоагуляція) і одночасно осідають і закріпляються на волокні паперової маси що проклеюється (гетерокоагуляція). Але закріплення смоли на волокні ускладнюється через те, що і целюлоза, і колоїдні частинки клею мають внаслідок адсорбції іонів негативні заряди. Тому в масу, що проклеюється, додають розчин сіркокислого алюмінію, який, завдяки позитивному заряду поверхні, закріпляється на волокнах сам і утримує частинки смоли. В структуру паперу смола включається в вигляді окремих гідрофобних зерен. Це зменшує його змочування водою і всотування ним води. Найбільш сильно проклеєні види паперу містять 2 - 4% каніфолі.

Парафінова і каніфольно-парафінова проклейка. Для проклейки паперу використовують також парафін, який представляє собою суміш твердих межових вуглеводнів. Їх неполярна структура надає їм високу гідрофобність. Парафін - дешевий і доступний матеріал. Проклейка парафіном полегшується, якщо його застосувати в суміші з каніфоллю. Каніфольно-парафіновий клей готують шляхом диспергування суміші парафіну з каніфоллю і одночасним омиленням частини каніфолі. Каніфольно-парафінова проклейка має ряд переваг над каніфольною: підвищується якість проклейки, економиться дефіцитна каніфоль, зменшується піноутворення при відливі паперу, знижується вартість проклейки.

Зв?язуюча проклейка. Проклейка зв?язуючими речовинами проводиться в масі, а в разі необхідності - і з поверхні шляхом нанесення розчину клею на готовий папір. Зв?язуючими речовинами являються клеї: крохмаль, тваринний клей, карбоксиметилцелюлоза. Вони посилюють зщеплення волокон в структурі паперу, збільшуючи його міцність і жорсткість і зменшуючи ворсистість. В результаті збільшуються гладкість паперу, його опір вищипуванню волокон фарбою і знижується його пилимість. Підвищується опір поверхневого шару руйнуванню при стиранні гумкою. Крім того, зв'язуючі проклеюючі речовини сприяють утриманню наповнювача в папері… C - N == CH₂ + H₂O, які викликають полімеризацію з утворенням смол. Частинки карбамідних смол заряджені позитивно і при введенні в паперову масу добре утримуються волокном. При нагріванні в сушильній частині машини полімеризація продовжується. Смола стає нерозчинною в воді і гідрофобною. Завдяки проникненню продуктів полімеризації в структуру волокна проходить міцне скріплення суміжних волокон водостійкими зв'язками. Тому проклейка карбідними смолами надає паперу вологостійкість, тобто здатність зберігати міцність при зволоженні.

Проклейка карбамідними смолами. Меламіноформальдегідна і мочевиноформальдегідна проклейка. Цей вид проклейки має на папір і гідрофобізуючу, і зв'язуючу дію. При взаємодії мочевини і меламіну з формальдегідом утворюються похідні, які містять реакційні метилольні групи. При нагріванні вони виділяють воду з утворенням подвійних зв'язків…C - NH - CH₂OH

Наповнювачі. Для підвищення білизни, гладкості і зниження світлопроникності паперу в паперову масу вводять наповнювачі - білі порошковидні, нерозчинні в воді мінеральні речовини: каолін, сіркокислий барій, діоксид титану та ін. Частинки наповнювача механічно й адсорбційно утримуються волокнами паперу. Це надає йому рівномірну структуру і підвищує гладкість поверхні. Висока білизна наповнювачів підвищує білизну паперу. Відбиток на папері, який містить наповнювач, виходить більш чітким, книжковий блок більш щільним, з рівним і чітким обрізом, що надає книзі компактності, покращує її зовнішній вигляд.

В зв'язку з малою товщиною папір має порівняно високу світлопроникність, що є дефектом для друкарського паперу. При наявності наповнювача світло багаторазово переломлюється в місцях контактів волокон з його частинками і тому розсіюється. Розсіювання тим більше, чим більша різниця в значеннях показників переломлення волокна і наповнювача. Найбільший показник переломлення має діоксид титану (табл. 1.3).

Властивості наповначів і волокнистих матеріалів

Найбільш білий і непрозорий папір отримують при введенні в паперову масу двоокису титану, але застосування цього наповнювача обмежене в зв'язку з його високою ціною. Частіше всього в паперову масу для друкарського паперу вводять каолін і бланфікс. Тому він найбільш ефективно знижує світлопроникність і його використовують при виготовленні тонкого паперу. Наповнювачі знижують міцність паперу і роблять його більш м'яким, легко деформуємим, тому що їх частинки ускладнюють контакти між волокнами і зменшують кількість зв'язків в структурі паперу. Крім того наповнювачі збільшують масу паперу, в результаті зменшується витрата волокнистого матеріалу.

Для надання паперу більшої білизни в паперову масу вводять, крім наповнювачів, невелику кількість синіх і фіолетових фарбуючих речовин. Подібно до світлофільтрів, вони поглинають промені жовтої частини спектру і усувають жовтий відтінок волокна. Такий прийом покращення білизни називають підцвіткою. Особливий ефект досягається при введенні в паперову масу флюоресцюючих непофарбованих речовин, які поглинаючи невидимі оку ультрафіолетові промені, випромінюють енергію з більшою довжиною хвилі в видимій частині спектру. Ці так звані «оптичні відбілювачі» нібито збільшують відбиття світла. Крім того вони випромінюють світло в синьо-фіолетовій частині спектру, тому грають роль підцвітки, яка компенсує жовтуватий відтінок волокна. Оптичні відбілювачі можна наносити і на поверхню готового паперу. Це більш ефективне використання флюоресцюючих речовин, оскільки виключається поглинання ультрафіолетових променів в товщі паперу.

В останні роки для виробництва паперу стали застосовувати різноманітні синтетичні волокна. Отримано папір з поліефірних і поліамідних волокон: капрону, лавсану, нітрону та ін. Синтетичні волокна вирізняються високою гідрофобністю, тому при формуванні листа вони скріпляються між собою спеціальними зв'язуючими, а не в результаті встановлення водневих зв'язків, як у целюлозних волокон. Папір із синтетичних волокон має високу механічну міцність, еластичність. Він стійки до дії лугів, кислот, добре пофарбовується різними барвниками. Представляють інтерес синтетичні волокна із вінолу. Навідміну від інших синтетичних волокон вони мають меншу гідрофобність, краще змочуються водою. Це дозволяє застосовувати вінол при виробництві паперу звичайним способом. Папір може бути отриманий як із одного вінолу, так і в суміші з целюлозою. Додання в папір вінолу (3 - 5% від ваги целюлозного волокна) призводить до значного підвищення міцності паперу. Завдяки своїм відмінним властивостям, папір із синтетичних волокон знайде широке застосування для друку географічних карт, документів, грошових знаків, виготовлення палітурок та іншої продукції, призначеної для довготермінового використання.

Виготовлення паперу і картону з волокнистих напівфабрикатів складається з наступних етапів: приготування паперової маси, відлив паперу і його оздоблення. Суть виробництва паперу полягає в формуванні листа з волокнистого матеріалу. Це відбувається на сітці папероробної машини в результаті видалення води з паперової маси, яка представляє собою сильно розбавлену водою суспензію волокнистого матеріалу. Вода відфільтровується через сітку, волокна змикаються і переплітаються між собою. Щоб лист був міцним, щільним і гладким, волокнистий матеріал спеціального підготовлюють.

Приготування паперової маси включає: розмелення волокнистих матеріалів; їх проклейку; введення в паперову масу наповнювачів, барвників та інших речовин згідно складу даного виду паперу; регулювання концентрації. Після кожної операції масу очищають від побічних домішок. Розмелення полягає в механічній обробці волокнистого матеріалу в водному середовищі. В результаті волокнам надається здатність до формування структури паперу і утворення міжволокнистих зв'язків. Вони стають гнучкими і пластичними, збільшується їх поверхня в зв'язку з набуханням і фібрилюванням, їх гідроксильні групи підготовлюються до встановлення водневих зв'язків.