کاغذ و مقوا

تاریخچه کاغذ همان تاریخ تحول بشری و فرهنگ اوست. مصریان، یونانیان و رومی های باستان بر روی پاپیروس یا مواد شبه کاغذ می نوشتند. کاغذ های امروزی برای اولین بار در چین ساخته و استفاده شدند و در آنجا توسعه یافتند.

کاغذ به عنوان مهمترین حمل کننده اطلاعات در گذشته مطرح بود. تنها با توسعه و افزایش تولید کاغذ بود که انتقال اطلاعات، دانش و آموزش به بخش اعظمی از جامعه امکان پذیر شد. با کاغذ بود که امپراطوری های بزرگ راحت تر توانسته امپراطوری خود را اداره کنند. در گذشته کاغذ محصولی بسیار با ارزش بود کاغذ سازی یک هنر ارزنده- هنری که معمولا مخفی نگه داشته می شد به دلیل فواید فراوانی که داشت.

امروزه، کاغذ از یک ماده صنعتی – هنری کمیاب به یک کالای مصرفی و با ارزش کاربردی بالا در ارتباطات در آموزش، هنرف مواد بهداشتی و آرایشی و … تبدیل شده است. هیچ کس نمی تواند دنیای بدون کاغذ را تصور کند. انواع بسیار متنوعی از کاغذ تولید می شود تا نیازهای خاص هر کاربرد را بپوشاند. کاغذهای گرافیکی ،کاغذهای بسته بندی و مقوا، کاغذهای بهداشتی و انواع خاص کاغذ را می توان بصورت اشباع شده، روکش دار، لایه لایه، بصورت الیاف درشت و

حتی در قالب درست کرد. فراورده های کاغذی خانه های ما را زینت می دهند و محصولات بهداشتی کاغذ زندگی روزمره را راحت تر می کند. یک زندگی راحت تر با تعداد کافی از چک های بانکی داخل کیف شما ممکن تر است کاغذهای بسته بندی و مقوا در بسته بندی محصولات تهیه مواد لازم فروشگاها کاربرد دارند. کاغذهای چاپ کامپیوتری و اگر کاغذهای گرافیکی مثل روزنامه ها، جملات و کتابها ما را در زندگی خود یاری می کنند. حتی امروزه زندگی دیجیتال کاغذ یک وسیله قابل اعتماد برای حفظ و ذخیره داده ها و مدارک است.

مصرف جهانی کاغذ به طور پیوسته در طول سالیان افزایش یافته است. مصرف کاغذ در کشورهای مختلف مرتبط است با تولید ناخالصی های ملی و بنابراین افزایش مصرف کاغذ و مقوا در کشورهای مختلف متفاوت است و بستگی دارد به اینکه آیا اقتصاد آن کشور اشباع است یا نه.

مثل آمریکا و اروپای مرکزی و یا تقاضا در حال رشد سریع است مثل چین. نسبت مصرف جهانی انواع مختلف کاغذ و مقوا نیز نسبت به گذشته تغییر کرده است و در آینده، نیز براساس تحولات اجتماعی و صنعتی و پیشرفت های کشورهای مجزا و یا کل جهان تغییر خواهد کرد.

اجزا مورد استفاده در تولید جهانی کاغذ و مقوا شکل ۱-۱۱ آورده شده است. امروزه کاغذهای بازیافتی به مهمترین منبع برای تولید کاغذ تبدیل شده است و بعد از آن به ترتیب خمیرهای شیمیایی. خمیرهای مکانیکی، رنگدانه ها و پر کننده ها و افزودنی های شیمیایی قرار دارند. کاغذ عمدتا براساس فیبرهای حاصل از چوب های فرآوری شده ساخته می شوند که این ماده یک ماده خام برگشت پذیر و قابل بازیافت است. خصوصیت ویژه این فیبرها این است که نه مقاومت کاغذ،حاصل از پیوندهای هیدروژنی بین فیبرهای مجزاست. در موارد مشخصی با اضافه کردن آهار و یا افزودنی های افزاینده مقاومت، پیوندهای فیبری، بهبود می یابند. پیوندهای هیدروژنی با جنس شدن دوباره کاغذها سست می شوند که این باعث راحتی بازیافت می گردد.

افزایش بازیافت کاغذ و درختکاری های پایدار به حفظ منابع چوب زمین کمک می کنند. صنایع کاغذ سازی نیز پیوسته استانداردها خود را بهبود داده و خود را با نیازهای زیست محیطی سازگار می کنند از جمله در مصرف آب در مقابل فاضلاب تولیدی، مصرف انرژی و مصرف اولیه و ثانویه فیبر، این استانداردها باید حفظ و حتی در بهبود یابند درآینده، زیرا منابع محدود است و مصرف کاغذ و مقوا با افزایش روافزون مواجه است. بازار کاغذ و مقوا بازار جهانی است و در صنایع

کاغذسازی ادغام های واضحی صورت پذیرفته است. در ۱۹۵۰، ۱۵۰ تا از بزرگترین کمپانی های در حدود ۴۵% کاغذ را تولید می کردند. در ۲۰۰۰ این مقدار به ۷۰% رسید در حالیکه بازار کلی حدودا دو برابر یعنی از ۱۷۰ میلیون تن در سال به ۳۲۰ میلیون تن در سال رسیده بود. به نظر می رسد که این فرایند تمرکز بافتی تولید کاغذ هنوز به پایان نرسیده است.

کاغذسازی از یک هنر که تمام فرایندهای خاص آن بصورت راز نگه داشته می شد به یک صنعت با تاسیسات با تکنولوژی بالا و با رویکرد علمی تبدیل شده است. چالش های مهم در اینجا تولید انبوه از نظر کمی و تقاضا برای کیفیت بهتر کاغذ و مقوا و یکدست بودن آنها است. تنها تولیدات با کیفیت بالا- و قیمت پائین – نیازها و خواسته های مصرف کننده را برطرف می کند.

از آنجا که کاغذ یک محصول مصرفی است قیمت پایین این محصول الزامی است. از آنجا که فیبر خام مهمترین فاکتور قیمت در تولدی کاغذ است کاغذ بازیافتی به مهمترین منبع ماده اولیه تبدیل شده است و نسبت آن بیشتر نیز خواهد شد. انواع کاغذ مثل کاغذ روزنامه، کاغذهای بسته بندی و مقوا را می تواند به راحتی و کاملا از کاغذ بازیافتی تولید کرد. اما امروزه باید از کاغذهای و فیبرهای بازیافتی برای تولید کاغذهایی با همان کیفیت مثل قبل استفاده نمود و استفاده از این فیبرهای بازیافتی برای تولید کاغذهای با کیفیت پایین تر دیگر اقتصادی نیست.

در گذشته که کارخانجات کاغذسازی از فیبرهای خالص استفاده می کردند باید کارخانه در نزدیک جنگل و حتی الامکان در نزدیکی منابع آب و انرژی مورد نیاز خود بنا شود. این هنوز هم در مناطقی از پرتقال و اسپانیا، برزیل، با درختان زیاد اوکالیپتوس که عمدتا برای کاغذهای با کیفیت مناسب برای کپی استفاده می شود، صادق است. یک نتیجه افزایش مصرف از کاغذهای بازیافتی امکان احداث کارخانجات نزدیکی مناطق با جمعیت زیاد است بدین ترتیب می توان دسترسی راحتتری به منابع کاغذ بازیافتی داشت و همچنین به بازار مصرف نیز نزدیکتر بود.

نیاز عمده برای کارخانجات جدیدتر در حدود ۵۰۰ میلیون بوده است. در سی سال گذشته هزینه سرمایه گذاری نسبت به تولید سالیانه نصف شده است. ا ین کاهش به دلیل افزایش سرعت تولید کاغذ توسط ماشین آلات است. هر چند که سرمایه گذاری نیز افزایش یافته است.
۲-۱- مروری بر فرایند تولید کاغذ و مقوا

تولید کاغذ امروزه بطور کلی شامل همان مراحل و قدم هایی است که قرنها بکار گرفته شده، آماده سازی مواد فیبری، شکل دهی صفحه یا بافت، پرس کردن، خشک کردن، اندازه کردن و همواره سازی، هر چند در طی دو قرن گذشته بسیاری از جزئیات تغییر کرده است. هر کدام از این مراحل دستخوش تحقیقات و پیشرفت های زیادی شده اند تا بتوانند شرایط اقتصادی و اکولوژیک را برآورده سازند. تمامی مراحل زنجیره ای از فیبر تا مصرف کننده دچار این تحولات شده اند. این زنجیره تنها شامل صنایع کاغذسازی و صنایع وابسته مثل ماشین سازی و صنایع شیمیایی نمی شود بلکه صنایع مصرف کننده مثل چاپ را نیز در بر می گیرد.

تحقیقات و گسترش بر روی جنبه های زیست محیطی و اقتصادی متمرکز شده اند از جمله:
• کاهش استفاده از مواد خام، انرژی و آب وکاهش صدا
• قابلیت کارکرد زیاد و عمر طولانی ماشین آلات و قطعات آنها
• بهبود کیفیت کاغذ و مقوا با توجه به بهبود کیفیت تبدیلی

که منجر به نتایجی با ارزش عملی بالا از قبیل موارد زیر شده اند:
• درک بهتر و کنترل نتیجه بخش کل فرایند
• کاهش مصرف فیبر با کاهش وزن بایر با همان سطح کیفیت و ارزش عملی

• افزایش نرخ بازیافت در تولید با کاغذ گرافیک و تا ۱۰۰% کاغذ روزنامه و نرخ رو به رشد بازیافت کاغذهای خیلی فشرده و کاغذهای باروکش نازک
• پر کننده ها و روکش های جایگزین قسمتی از مواد فیبری گرانقیمت شده و باعث بهبود کیفیت شده اند
• روش های پوشش دهی و شرکتی جدید
• امنیت بیشتر در خشک کن ها و عملیات غلتک پرس، مکش
• متدهای جدید در طراحی مواد برای جلوگیری از خوردگی قطعات ماشین آلات

• کمترین تعداد نیروی انسانی در پروسه تولید کاغذ و مقوا
تحقیق و گسترش توسط ابزار آلات و علوم جدید حمایت می شود مثل:
• آنالیز فرایند با استفاده از وسایل اندازه گیری دقیق و روشهای آنالیز پیشرفته
• شبه سازی فرایند و تکنیک های کنترل پیش رفته

• بررسی و ریخت شناسی فیبرهای مورد استفاده
• مواد شیمیایی و کارکردی در حال توسعه
• استفاده از روشهای المان محدود، دینامیک پلات محاسباتی
• تکنیک های مصور سازی نانو و میکرو
• علم مواد شامل، لایه نشانی پلاسما یونی در مواد پایه در دماهای پایین
فرایند تولید کاغذ (شکل ۱۲) با تحویل مواد خام از انبار شروع میشود که شامل:
فیبرها مثل:

• خمیر های دست نخورده ( شیمیایی و مکانیکی) که در ظروف بزرگ خاص و بصورت سوسپانسیون آورده می شود. وقتی که خمیر و کاغذ هر دو در یک مکان تولید شوند.
• کاغذهای بازیافتی معمولا بصورت
• پر کننده ها و رنگدانه ها

• افزودنی های شیمیایی
• رنگ های پوششی وقتی کاغذ پوششی تولید می شود.
همه ی این اجزا باید بصورت کافی برای استفاده بهینه در فرایند کاغذ سازی آماده شوند. افزودنی ها ممکن است برای استفاده بصورت آماده تحویل داده شوند و یا در پایان براساس نیاز تهیه شود. تهیه محموله فیبر بسته به هدف و نحوه فراوری شامل چندین واحد عملیاتی می شود. تهیه محموله خمیر فیبر به وسائل و انرژی کمتری در مقایسه با کاغذ بازیافتی نیاز دارد هر چند کاغذ بازیافتی به عنوان ماده خام ارزان تر تمام یم شود.

تهیه فیبر در جعبه ماشین کاغذ تمام می شود. در اینجا برای به حداقل رساندن مواد شیمیایی و آلاینده بهتر است از محموله غلظت، بالا استفاده شود.
پس از تهیه مواد لازم اولیه و آماده سازی این مواد تحویل دستگاه کاغذسازی داده می شوند
فرایندهای اصلی آنها عبارت اند از:

• اندازه گیری دقیق و ترکیب یکنواخت همه اجزای مختلف سوسپانسیون نهایی که باید به ماشین کاغذ تحویل داده شود
• تهیه یک جریان پیوسته از سوسپانسیون با غلظت، کیفیت و نرخ جریان ثابت در مقدار ثابت به مخزن ماشین کاغذ
سیستم جریان تحویلی در تقسیم کننده مخزن به پایان می رسد.

وظیفه ماشین کاغذ تهیه کاغذ و مقوا با کیفیت مورد نظر مصرف کننده یا فرایندهای میانی مثل چاپ و تبدیل است. خواص کاغذ و مقوا باید در جهت ماشین MD و در جهت عمود بر ماشین CD برابر و یکنواخت باشند. بعلاوه دستگاه ماشین باید بهترین استفاده از کیفیت مواد ورودی را انجام دهد. ماشین کاغذ شامل بخش های زیر است :
• مخزن تقسیم کننده که سوسپانسیون را در عرض ماشین روی سیم ها پخش می کند
• قسمت سیم یا مفتول کشی که در این قسمت سوسپانسیون بعد از آبگیری به شکل یک رول بی پایان در می آید.
• قسمت فشار، که آب باقیمانده در شبکه را با پرس مکانیکی می گیرد.
• قسمت خشک کن که آب باقیمانده کاغذ و مقوا بخار می کند.

• معمولا یک قسمت اندازه گیری که آهار و رنگدانه به شبکه اضافه می کند
• گاهی یک بخش پوشش دهی که رنگ های لعابی را به شبکه اضافه می کند
• یک غلتک پایانی که سطح کاغذ یا مقوا را هموار می کند.
پروسه تولید با کاغذ با پیچاندن رول کاغذ بر روی یک قرقره به پایان می رسد. بطور سنتی پوشش دهی و غلتک برای بهبود و افزایش کیفیت سطح یک پروسه خارج از خط است البته امروزه هر دو این قسمت ها به طور روز افزاینده به ماشین کاغذ اضافه شده اند. فعالیت نهایی در تهیه کاغذ و مقوا برش دادن و بسته بندی رول های کوچکتر بدست آمده برای حمل و نقل است. جدول ۱-۱ مدلهای بزرگ به کوچک با عرض کمتر.

کاغذ پاره ها حل فرایند تولید باید بازیافت شوند و فیبرها موجود در آب سفید ( آب مورد استفاده در سیکل بسته ماشین کاغذ سازی) نیز بازیافت می شوند و آب باقیمانده به سیستم جریان تحویلی برگردانده می شود. و آب تازه به داخل ماشین کاغذ تغذیه می شود.
در طول خط تولید غلظت مواد تغییر می کند با توجه به نیاز هر واحد عملکرد اصطلاحات غلظت کم، متوسط، و بالا به غلظت وابسته به عملکرد واقعی هر یونیت براساس ( جدول ۱-۱) نسبت داده می شوند همچنین مهم است که بدانیم این غلظت مربوط به غلظت کلی و مجموع فیبر و پر کننده هاست و یا فقط فیبر است.
پیش زمینه تاریخی و جنبه های عمومی:
مقدمه
کاغذ بصورت بین المللی بعنوان یک لایه نازک از فیبرهای عمدتا سلولوزیکی گیاهی تعریف میشود که با آبگیری دوغاب فیبر و آب بر روی یک صفحه توری تولید می شود. به این دوغاب خمیر گفته می شود. علارغم پیشرفت های اخیر فیبرهای سلولوزی گیاهی به عنوان جز اصلی کاغذ باقیمانده است و آب نیز برای تهیه خمیر و در تشکیل رول کاغذ نیز بکار می رود.
مواد ساخته شده پیش از کاغذ: کاغذ آخرین و تکامل یافته ترین محصول ساخته شده از فیبر بره ( لباس ساخته شده از پوست درخ) به طور کلی قبل از محصولات دیگری به اقتضای نیاز بشر تولید و مورد استفاده قرار می گرفت که در زیر به اختصار در مورد تعدادی از آنها توضیحاتی ارائه شده :

این لباس زا زمان های ماقبل ساخته تاریخ تولید می شده است و فراوانی در استوا و در بین همه فرهنگ های برای پوشاندن و تزئین بکار می رفته است. این لباس از ضربه زدن و فشار دادن پوسته داخلی درخت ها وبوته ها مثل توت، انجیر، لیمو و رافند بدست می آمد. و به عنوان Tapa شناخته می شود. Tapa یک پارچه نمدی شکل است مشابه کاغذهای بافتنی زمخت که اثر چکش ضربه ای بر آن است. اما از نقطه نظر فنی این نوعی کاغذ غیر بافتنی است سه تکنیک مختلف در ساخت Tapa باید در نظر گرفته شود.بهترین روش شامل سه مرحله است در مرحله اول نوارهای باریکی از پوست درخت بریده می شوند و برای چندین ساعت در مخلوط آب و خاکستر جوشانده می شوند.

این بخش بسیار شبیه عملیات اصلی در خمیرسازی آلکالین است پس نوارها شسته و در کنار هم روی یک تخته چوبی قرارمی گیرند و با چکش به آنها ضربه زده می شود. بنابراین یک ورقه کوچک روی تخته تشکیل می شود. سومین مرحله، شامل خشک کردن و هوارسازی است.
نمد:

فن نمدسازی نیز به ماقبل تاریخ بر می گردد. فیبرهای گیاهی یا پشم حیوانات از منبع جدا شده به صورت لایه های کلفت روی پارچه با حصیر پهن می شوند. پس با یک لایه پارچه دیگر پوشانده می شوند و با پارچه یا چوب سنگین به آنها ضربه می زنند تا آنها را با هم یکپارچه کنند. یک روش دیگر این است که حصیر محتوی فیبرها را لوله کنیم و ضربه زده شود. حصیر چندین مرتبه باز و لوله می شود. در نمدسازی خیس از آب برای نم دار کردن فیبرها استفاده می شود که این کار به نمدسازی کمک می کند.
پاپیدوس:
معمول ترین ماده برای نوشتن در مصر باستان که در شروع هزاره سوم پیش از میلاد تولید شده این گونه که ساته های سه گوش مانند گیاه پاپیروس، پوسته پوسته می شوند و مغز تیره وسط آن به صورت نازک و باریک بریده شده. اولین لایه های روی یک تخته پهن می شوند. پس یکسری لایه های نازک افقی نیز، همان ترتیب روی آنها قرار داده می شود پس لایه ها توسط یک دسته چوبی کوبیده و فشرده می شوند که منجر به درهم فرو رفتن فیبرهای موجود در آنها می شود. البته مقدار زیادی از فیبرها به صورت دست نخورده همانند پیوند اصلی در مغز میانه یا بیرون باقی می ماند بعد از خشک کردن و هموار سازی دسته ای از ورقه ها به یکدیگر چسبانده می شوند تا به صورت یک مدل درآیند و آماده نوشتن بر روی آن می شوند.