Процесс производства бумаги из дерева — это многозадачный процесс, который включает несколько этапов, начиная с переработки древесины до финальной обработки бумаги. Этот процесс делится на несколько ключевых этапов: заготовка древесины, производство целлюлозы, подготовка массы для бумаги и собственно процесс производства бумаги. Рассмотрим все шаги подробно.
1. Заготовка древесины
Первоначально из леса вырубают деревья, из которых в дальнейшем будет производиться бумага. Важно, что для этого используются преимущественно хвойные деревья (например, сосна, ель, пихта) или лиственные (например, береза, осина, тополь). Хвойные породы содержат больше смол и легче перерабатываются в целлюлозу, но лиственные дают более высококачественную бумагу.
Вырубка и транспортировка: Деревья вырубаются в лесу, обрабатываются и режутся на специальные бревна, которые затем транспортируются на бумажные фабрики.
Подготовка древесины: Для производства бумаги древесина должна быть очищена от коры, что делается на специальном оборудовании, называемом дебаркатором. Очищенные бревна нарезаются на куски (древесные чурки) и готовятся к дальнейшей переработке.
2. Производство целлюлозы
Целлюлоза — это основная составляющая бумаги. Чтобы извлечь целлюлозу из древесины, необходимо удалить из неё лигнин (вещество, которое склеивает клетки древесины) и другие нецеллюлозные вещества. Этот процесс называется производством целлюлозы, и существует несколько методов её получения:
2.1 Химический способ (красная целлюлоза или сульфатный метод)
Этот способ является основным для производства бумаги в большинстве бумажных фабрик. Процесс включает следующие этапы:
Подготовка древесины: Чурки дерева нарезаются на мелкие кусочки (chips).
Варка в химическом растворе: Эти чипсы помещаются в варочный аппарат, где они обрабатываются сульфатным раствором (раствор серной кислоты и других химических соединений) при высокой температуре и давлении. В результате этого процесса лигнин, который связывает целлюлозные волокна, разрушится и растворится.
Промывание: После варки целлюлоза промывается для удаления остатков химических веществ и лигнина. Получается «растворённая» целлюлоза.
Отбеливание: На этом этапе, если требуется, целлюлоза отбеливается с использованием различных химических реагентов (например, хлора или кислорода), чтобы придать ей белизну и улучшить её качество.
2.2 Механический способ
Этот метод также используется для производства целлюлозы, но в отличие от химического, здесь целлюлоза извлекается без использования химических веществ. Вместо этого древесину измельчают на специальных мельницах. Этот процесс оставляет больше лигнина в целлюлозе, и такая бумага обычно более жесткая и менее белая. Она может использоваться для более дешевых сортов бумаги, например, газетной.
2.3 Термический способ
Иногда для получения целлюлозы используется комбинированный процесс, который сочетает механическое измельчение и термическую обработку (с использованием пара и высокой температуры). Это позволяет получить более высококачественную целлюлозу, сохраняя при этом более низкую стоимость производства.
3. Подготовка массы для бумаги
После того как целлюлоза была получена, она превращается в бумажную массу. Для этого необходимо:
Растворение целлюлозы в воде: Целлюлоза смешивается с водой, образуя массу — паперовую пульпу. В этой пульпе волокна целлюлозы расщепляются, образуя однородную массу.
Добавление добавок: В массу могут быть добавлены различные химические вещества для улучшения характеристик бумаги. Это могут быть крахмалы, пигменты, наполнители (например, каолин, тальк), а также вещества, которые улучшают устойчивость к влаге, делают бумагу более прочной или дают ей специальную текстуру.
4. Формирование бумаги
Теперь пульпа поступает на специальный станок для производства бумаги, где она превращается в листы бумаги. Процесс формирования включает несколько этапов:
Нанесение массы на сетку: Пульпа выливается на сетчатый стол (или форму), где избыточная вода отводится, а волокна целлюлозы начинают сцепляться между собой, образуя первичную бумагу.
Удаление воды: Для того чтобы удалить воду, масса подвергается прессованию на специальных валках, что позволяет усилить сцепление волокон и сделать бумагу более плотной.
Сушка: После удаления большей части воды бумажная масса поступает в сушильные календровые машины, где она проходит через горячие валики, которые окончательно высушивают её.
5. Обработка и отделка бумаги
После того как бумага высохла, она может подвергаться различным процессам обработки, чтобы придать ей окончательные характеристики:
Отбеливание (если нужно): Если бумага не была отбелена на стадии целлюлозы, её могут снова обработать отбеливающими агентами.
Нанесение покрытия: Для некоторых видов бумаги, например, газетной или упаковочной, могут быть использованы покрытия из специальной смеси, которая придаёт бумаге дополнительную прочность, гладкость или стойкость к воздействию воды.
Резка и упаковка: После всех процессов готовую бумагу нарезают на листы, рулоны или другие форматы в зависимости от назначения. Затем она упаковывается и отправляется на склад или в продажу.
6. Использование и переработка
После того как бумага готова, она может быть использована для создания различных изделий, таких как книги, газеты, упаковка и так далее. Важной частью современного производства бумаги является также переработка использованной бумаги (популярный метод, называемый рециркуляцией), что позволяет значительно снизить потребление древесины и уменьшить воздействие на окружающую среду.
Заключение
Таким образом, процесс производства бумаги из древесины — это сложная цепочка операций, включающая вырубку деревьев, переработку древесины в целлюлозу, подготовку пульпы, формирование и обработку бумаги. Сегодня существуют и более экологичные технологии, направленные на уменьшение воздействия на природу, такие как использование вторичного сырья (переработанных материалов) и создание экологически чистых методов производства целлюлозы.
