Изготовление древесной целлюлозы

ВВЕДЕНИЕ

Бумага занимает исключительное место в жизни людей. У бумаги было много предшественников. Камень и глина, дерево и кость, кожа и береста, воск и металл, папирус и пергамент - все они разные исторические эпохи служили людям в качестве материалов для письма. Но каждый из них был вполне пригоден для этого. Их обработка требовала больших усилий, которые, однако, не всегда оправдывались.

Родиной первой бумаги считается Китай. Хотя существует предположение, что китайцы переняли способ изготовления бумаги у туркмен. По этой версии, именно туркмены первыми научились распускать кусочки шерсти в воде, прессовать их, отжимать и сушить, чтобы затем получить очень тонкий войлок.

Переняв эту технологию, китайцы заменили шерсть на растительные волокна и получили бумагу. Ее они делали из кусочков коры тутового дерева, а также из хорошо размоченных стеблей бамбука.

Сейчас имеется около 5000 сортов бумаги, которые можно поделить на три основных класса: бумага (гигиеническая, оберточная и печатная), картон и строительный картон (для облицовки и изоляции).

 

Актуальность: Тема этой работы на сегодня актуальна, потому что человечество не может прожить без бумаги. 

Объект: Бумага и бумажное производство.

Предмет: Изучение свойств бумаги и бумажного производства. Цель: Накопление и закрепление знаний о бумаге и бумажном производстве.

Задачи: Рассмотреть стадии изготовления бумаги; Исследовать современное производство бумаги; Изучить особенности структуры и свойств бумаги.

Методы: Описание, Анализ, Дедукция, Классификация.

Общие сведения о бумаге

Бумага — это листы или ленты, состоящие в основном из целлюлозных волокон, древесной цёллюлозы и древесной массы, хлопка, льна и некоторых других, с массой 1 м2 до 250 г. Картон имеет массу 1 м2 выше 250 г. Кроме того, бумага, как правило однослойная, а картон — многослоен. Наряду с цёллюлозными волокнами бумага может содержать наполнители, проклейку, подцветку и обязательно около 7% влаги. При недостаточной влажности бумага становится жесткой, хрупкой, при избыточной — теряет прочность, становится чрезмерно пластичной.

Бумага формируется на сетке бумагоделательной машины из бумажной массы сильно «разбавленной» водой суспензии волокнистых и неволокнистых компонентов бумаги.

Технологический процесс изготовления бумаги состоит из следующих стадий:

· Получение исходных волокнистых полуфабрикатов — целлюлозы, древесной массы, тряпичной полумассы макулатурной массы;

· Изготовление бумажной массы — размол наполнение, проклейка и подкраска (или окраска);

· Отлив бумаги на бумагоделательной машине;

· Отделка бумаги — каландрирование, разрезка, сортировка и упаковка.

Все эти стадии технологического процесса бумажного производства выполняются на высокопроизводительных машинах.

По способу изготовления бумага может быть немелованной и мелованной. Немелованная бумага, иначе бумага с открытой поверхностью, получается непосредственно на бумагоделательной машине.

Для производства немелованной, а затем и мелованной бумаги нужны волокнистые полуфабрикаты, к рассмотрению которых мы и приступаем.

 

Изготовление полуфабрикатов

Макулатура и ее переработка

Макулатура — старые ненужные книги, журналы, газеты, исписанные тетради, конторские книги и пр.— ценное вторичное сырье, позволяющее увеличить выпуск бумаги и картона. Удельный вес макулатуры в общем балансе волокнистых материалов бумажного производства составляет пока всего 15%, но может быть повышен до 30 — 35%. Все это говорит о большом народнохозяйственном значении организации сбора и рациональной переработки макулатуры.

Поступающая на бумажную фабрику макулатура и оборотный брак измельчаются на гидроразбавителях, т.е. в ваннах с вращающимся внизу ротором. Готовая масса удаляется из ванны через отверстия сита вокруг вращающегося ротора.

Масса после гидроразбавителя подвергается очистке от тяжелых (металлические включения, песок) и легких (например, пластмасса, щепки) посторонних примесей.

Удаление типографской краски без разрушения волокна производится в шаровых котлах, гидроразбавителях или бассейнах силикатом натрия в сочетании со щелочами, фосфорными солями, смачивателями ОП-7 и ОП-10 в течение 1,5—2 ч при 80—90°.

После волокнистая масса отделяется от промывочной жидкости на сгустителях или вакуумных фильтрах, а затем отбеливается перекисью водорода Н2О2 или перекисью натрия Na2O2.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сейчас бумага остаётся одним из самых распространённых канцелярских товаров. Большинство сортов бумаги представляют собой измельчённые древесные волокна. Некоторые сорта содержат также растительные, тряпичные или синтетические волокна. Основой для производства бумаги служит древесина. Важную роль в производстве бумаги играет макулатура. Её применение способствует снижению расхода древесины для производства бумаги, что очень важно с экологической точки зрения. Также для производства бумаги в качестве сырья может использоваться ветошь - тряпичное сырьё не синтетического происхождения. Все многообразие видов бумаги подразделяют на классы, из которых основными являются бумага для печати, декоративная, для черчения и рисования, электротехническая, упаковочная, оберточная, свето-чувствительная и др. К числу основных показателей, характеризующих свойства различных видов бумаги, относятся толщина или объемная масса, зольность, степень проклейки, гладкость, белизна, прозрачность, сопротивление разрыву, излому, вдавливанию, деформация при намокании, впитывающая способность и др.

Сегодня мы живем во времена огромного информационного прогресса. Но это не значит, что бумажная эра подходит к концу. Бумага по-прежнему является важным элементом в процессе печатания, для многих людей чтение книг остается большим удовольствием, а книга в красивом издании может стать чудесным подарком на любой праздник. А значит, с уверенностью можно сказать, что бумага еще долго будет занимать важное место в нашей жизни.

ВВЕДЕНИЕ

Бумага занимает исключительное место в жизни людей. У бумаги было много предшественников. Камень и глина, дерево и кость, кожа и береста, воск и металл, папирус и пергамент - все они разные исторические эпохи служили людям в качестве материалов для письма. Но каждый из них был вполне пригоден для этого. Их обработка требовала больших усилий, которые, однако, не всегда оправдывались.

Родиной первой бумаги считается Китай. Хотя существует предположение, что китайцы переняли способ изготовления бумаги у туркмен. По этой версии, именно туркмены первыми научились распускать кусочки шерсти в воде, прессовать их, отжимать и сушить, чтобы затем получить очень тонкий войлок.

Переняв эту технологию, китайцы заменили шерсть на растительные волокна и получили бумагу. Ее они делали из кусочков коры тутового дерева, а также из хорошо размоченных стеблей бамбука.

Сейчас имеется около 5000 сортов бумаги, которые можно поделить на три основных класса: бумага (гигиеническая, оберточная и печатная), картон и строительный картон (для облицовки и изоляции).

 

Актуальность: Тема этой работы на сегодня актуальна, потому что человечество не может прожить без бумаги. 

Объект: Бумага и бумажное производство.

Предмет: Изучение свойств бумаги и бумажного производства. Цель: Накопление и закрепление знаний о бумаге и бумажном производстве.

Задачи: Рассмотреть стадии изготовления бумаги; Исследовать современное производство бумаги; Изучить особенности структуры и свойств бумаги.

Методы: Описание, Анализ, Дедукция, Классификация.

Общие сведения о бумаге

Бумага — это листы или ленты, состоящие в основном из целлюлозных волокон, древесной цёллюлозы и древесной массы, хлопка, льна и некоторых других, с массой 1 м2 до 250 г. Картон имеет массу 1 м2 выше 250 г. Кроме того, бумага, как правило однослойная, а картон — многослоен. Наряду с цёллюлозными волокнами бумага может содержать наполнители, проклейку, подцветку и обязательно около 7% влаги. При недостаточной влажности бумага становится жесткой, хрупкой, при избыточной — теряет прочность, становится чрезмерно пластичной.

Бумага формируется на сетке бумагоделательной машины из бумажной массы сильно «разбавленной» водой суспензии волокнистых и неволокнистых компонентов бумаги.

Технологический процесс изготовления бумаги состоит из следующих стадий:

· Получение исходных волокнистых полуфабрикатов — целлюлозы, древесной массы, тряпичной полумассы макулатурной массы;

· Изготовление бумажной массы — размол наполнение, проклейка и подкраска (или окраска);

· Отлив бумаги на бумагоделательной машине;

· Отделка бумаги — каландрирование, разрезка, сортировка и упаковка.

Все эти стадии технологического процесса бумажного производства выполняются на высокопроизводительных машинах.

По способу изготовления бумага может быть немелованной и мелованной. Немелованная бумага, иначе бумага с открытой поверхностью, получается непосредственно на бумагоделательной машине.

Для производства немелованной, а затем и мелованной бумаги нужны волокнистые полуфабрикаты, к рассмотрению которых мы и приступаем.

 

Изготовление полуфабрикатов

Изготовление древесной целлюлозы

Целлюлозу получают, действуя на древесную щепу растворами слабых кислот или щелочи при нагревании и повышенном давлении в герметически закрытых котлах большой емкости, например объемом 300 м3. При этих условиях лигнин разрушается и переходит в раствор, а из древесины выделяются почти неповрежденные волокна целлюлозы. Имеются два способа изготовления («варки») целлюлозы: сульфитный (кислотный) и сульфатный (щелочной).

Сульфитный способ.

Древесную щепу варят с бисульфитом кальция, который при нагревании в водной среде распадается на сернистую кислоту и сульфит кальция Сернистая кислота, взаимодействуя с лигнином, образует лигносульфоновые кислоты, растворяющиеся в варочной жидкости. Сульфит кальция нейтрализует эти очень активные кислоты, предотвращая их нежелательное действие на целлюлозу.

По окончании варки целлюлозу выгружают через нижний люк котла в расположенный под ним бассейн, где ее отмывают от варочной жидкости. Промытая целлюлоза еще не представляет однородной волокнистой массы. Поэтому целлюлозу сначала разделяют сепаратором на отдельные волокна, а затем последовательно освобождают от сучков, песка и других механических загрязнений. После этого целлюлозу отсортировывают на центробежной сортировке, а затем пропускают через центриклинер для тонкого, окончательного сортирования. После окончательной очистки центриклинерами целлюлоза частично обезвоживается на сгустителях.

Варка целлюлозы по сульфитному способу сопровождается побочными нежелательными явлениями: почти полным растворением и удалением гемицеллюлоз и некоторым гидролитическим расщеплением молекул целлюлозы. И тот и другой процессы отрицательно сказываются на качестве целлюлозы, а затем и бумаги, во-первых, потому, что приводят к потере ценного продукта — гемицеллюлоз и, во-вторых, в некоторой степени понижают прочность самой целлюлозы.

Сульфитный способ варки применяется преимущественно для изготовления целлюлозы из ели и древесины лиственных пород. Он не может быть использован для изготовления целлюлозы из смолистой сосны, так как слабая сернистая кислота не растворяет смолы, имеющиеся в сосновой древесине. Поэтому изготовление целлюлозы из сосны ведут по сульфатному (щелочному) способу.

Сульфатный способ.

Древесную щепу варят в щелочном растворе сульфогидрата натрия NaHS, который взаимодействуя с лигнином, образует хорошо растворимый тиолигнин.

Способ называется сульфатным потому, что для восполнения потерь химикатов отработанные щелока упаривают и сжигают с сульфатом натрия. При этом происходит восстановление сульфата углем до сернистого натрия. Последний при взаимодействии с водой образует сульфогидрат натрия и едкий натр.

Целлюлоза, сваренная из сосны по сульфатному способу, имеет исключительную прочность, во-первых, потому, что волокна сосны прочнее, чем у ели, и, во-вторых, из-за сравнительно мягких условий варки, при которой почти не наблюдается гидролитического расщепления молекул целлюлозы и не происходит удаления гемицеллюлоз.

Однако небеленая сульфатная целлюлоза имеет настолько темный (бурый) цвет, что в таком виде может применяться только для изготовления особо прочных технических и оберточных видов бумаги, а также в качестве бумаги-основы для изготовления заменителей переплётных тканей.

Небеленая сульфитная целлюлоза имеет свинцово-серый цвет, сульфатная — бурый. В таком виде они непригодны для выработки многих видов бумаги, например печатных № 1 и № 2, и химической переработки на искусственный шелк, целлофан и др. Отбелка сульфитной и сульфатной целлюлозы ведется по четырехступенчатой схеме.

· Хлорирование. Действием газообразного хлора остаточный лигнин переводится в хлористый лигнин, плохо растворимый в воде, но хорошо — в щелочах. При этом образуются соляная и хлорноватистая кислоты, а целлюлоза приобретает оранжевый цвет.

· Щелочение. При щелочении растворами едкого натра или известковым молоком из целлюлозы удаляется хлористый лигнин.

· Беление ведется гипохлоритом кальция Са(ОС1)2, гипохлоритом натрия NaOCl или двуокисью хлора СЮ2. Непрочная хлорноватистая кислота распадается на соляную кислоту и атомарный кислород, энергично отбеливающий целлюлозу.

· Кисловка целлюлозы растворами сернистой или соляной кислоты делается для нейтрализации щелочности отбеливающих растворов.

Отбелка целлюлозы двуокисью хлора получает все большее распространение, так как двуокись хлора энергично действует на лигнин и не ослабляет прочности целлюлозного волокна. Позволяет получить сульфатную целлюлозу высокой степени отбелки. Отбеливающее действие двуокиси хлора заключается в энергичном выделении атомарного кислорода при каталитическом влиянии окиси хлора. Однако двуокись хлора токсична и взрывоопасна, что усложняет организацию процесса отбелки целлюлозы.

Беленая сульфатная целлюлоза из сосны — хороший заменитель тряпичной полумассы во всех видах печатных бумаг. Особенно желательно применение сульфатной беленой целлюлозы для изготовления обложечной бумаги, а также бумаги, от которой требуется большая механическая прочность (в том числе и прочность поверхности), например картографической.