کــاغــذ

کاغذ :

کلمه کاغذ از واژهچینی کاکتز گرفته شد ( نام فارسی آن را رخنده یا پرزه است )

انسان اولیه به تدریجکه نیاز به تصویر کردن اشیاء و یاداشت کردن وقایع و ارسال پیام های کتبی را درککرده ، اهمیت و ضرورت شیئی که بتواند بر روی آن اثر به جا ماندنی را ثبت کند ،دریافته بود و همواره دستیابی به آن تلاش می کرد .

تاریخچه :

در بین النهرین ازلوحه های گلی ، در مصر ( 1838 ق . م ) از پاپیروس ، در چین از حکاکی بر روی لوحههای چوبی و نمد با قلم مو و پارچه ابریشمی ، این منظور را عملی می کردند . با توجهبه اینکه صنعت ، نمد مالی در حاور دور سنّت و متداول بود .

فردی چینی به نامتسائی لون ( 105 میلادی ) از قطعات کهنه و اضافی ابریشم ، خمیر و بعد ورقه هایی بهصورت نمد درست کرد و از آن به کمک قلم مو برای نقاشی و نوشتن استفاده کرد و بعد بهجای ابریشم ف چوب حیزران و درخت توت را بکار گرفت . در حقیقت باید او را اولینمخترع کاغذ در دنیا دانست .

سیرتحولی رشد :

کارگران چینی که درسال 751 این فن را با استفاده از کتان و شاهدانه به مردم سمرقند آموختند و بعد هاتوسط مسلمانان در بغداد ، دمشق و حتی مراکش و اسپانیا متداول شد . اولین کارخانهکاغذ سازی در سال 1154 در اسپانیا و اولین آسیاب تهیه پودر چوب در سال 1190 درفرانسه تاسیس شده بود .

در ایران فعالیت کاغذسازی اولین بار با تاسیس کارخانه مقوا سازی و با استفاده از کاغذ های باطله در سال1313 شمسی در کرج شروع شد و حدود 15 سال است که با تاسیس دو کارخانه کاغذ سازیپارس در هفت تپه خوزستان و کارخانه چوب و کاغذ ایران ( چوکا ) در گیلان ، به صورتیک تکنولوژی مدرن و پیشرفته در آمده است .

مواداولیه تهیه کاغذ :

مواد اولیه انواعکاغذ بطور کلی ، مواد سلولزی است که از منابع مختلف تهیه می شوند :

1 – ساقه کتان ، پنبهکه الیاف بلند ( در حدود 2/1 تا 6 میلی متر ) دارند .

2 – ساقه گیاهانیمانند گندم ، جو ( کاه ) ، نی ، کنف و غیره

3 – درختانی که برگسوزنی دارند . مانند کاج ( با الیاف بلند ) و یا برگ پهن ، دارند . مانند چنار (با الیاف کوتاه در حدود 5/0 تا 2/1 میلی متر )

4 – انواع کاغذ هایباطله و یا خرده ها و قطعات مقوای کهنه

5 – الیاف تفالهنیشکر

مراحلتهیه کاغذ :

1 – تبدیل چوب بهقطعات ریز

با استفاده از ماشینپوست کنی ، و دستگاه تولید تراشه و عبور تراشه ها از الک مخصوص صورت می گیرد وقطعات به طول حداقل 4 و عرض 2 سانتیمتر ( در مورد چوب ) به دست می آید .

2 – پختن چوب و تولیدخمیر :

این عمل ممکن است ازطریق مکانیکی یعنی ، بدون استفاده مواد شیمیایی و توسط بخار آب جوش ، تحت فشارصورت می گیرد که معمولا برای تهیه کاغذ های ارزان و کاهی مانند کاغذ روزنامهمتداول است . در روش شیمیایی از هیدروکسید سدیم ( در روش قلیایی ) ، سولفیتهیدروژن کلسیم ، در محیط اسیدی ( 3 – 2 = PH، روش بی سولفیت ) و یا سولفیت سدیم ( در روش سولفیت ) همراه با کمی کربنات سدیمدر دمای بالاتر از 100 درجه سانتگراد و تحت فشار ، استفاده می شود . در این مرحلهخمیر قهوه ای رنگی حاصل می شود که از آن در تهیه مقوا ، کارتن ، و یا کاغذ های کاهیاستفاده می شود .

شستشویخمیر کاغذ :

شستشوی قلیایی ، کهبا استفاده از محلول 3 درصد سود در دمای 45 تا 50 درجه سانتیگراد به مدت یک تا دوساعت صورت می گیرد . این عمل برای جدا کردن لیگیتن و کاهش رنگ خمیر انجام می پذیرد.

3 – اعمال شیمیایی (رنگ زدایی ) : در دو مرحله صورت می گیرد :

1 – کلر زنی ، که در2 = PH تا در دمای 25 تا 45 درجه سانتیگراد به مدتتقریبی یک ساعت صورت می گیرد . در این مرحله لیگتین باقیمانده در خمیر ، به صورتمحلول در می آید که بسته به نوع مواد شیمیایی به کار رفته برای پخت ، بین 3 تا 15درصد ممکن است تغییر کند .

2 - رنگ زدایی کهتوسط هیپو کلریت سدیم ( به صورت محلول 3 درصد ) ، دی اکسید کلر ، پراکسید هیدروژن، ازون و غیره در 10 – 9 = PHصورت می گیرد . تا اینکه لیگیتن فقط اکسید شود و سلولز تحت تاثیرقرار نگیرد .

4 – خشک کردن خمیرکاغذ :

در این مرحله خمیرکاغذ را از دستگاه تمیز کننده و توری های که دارای سوراخهای 2 تا 3 میلیمتری ،عبور می دهند تا قسمت عمده آب خود را از دست بدهد . بعد از آن را از پرسهای قویعبور می دهند تا باقیمانده آب آن نیز خارج شود .

5 – پرس کردن ، برشزدن و بسته بندی :

با عبور خمیر خشک شدهاز میان غلتک های مخصوص آن را به صورت صفحات کاغذ در آورده و توسط دستگاه برش آنرا در اندازه های مورد سفارش و نیاز بازار مصرف برش می دهند و بسته بندی می کنند .

شیمیکاغذ

دیدکلی :

بر خلاف این تصور کهتولید کاغذ اساسا یک فرآیند مکانیکی است ، در این فرآیند ، پدیده های شیمیایی نقشبرجسته ای دارند . از تبدیل چوب به خمیر کاغذ گرفته تا تشکیل کاغذ ، اصول شیمیاییدخالت آشکاری دارند . لیگنین زدایی از یک منبع گیاهی مناسب ، معمولا چوب ، یک فرآیندشیمیایی ناهمگن است که در و فشار زیاد انجام می شود . دامنه شیمی کاغذ ، وسیع وجالب است . شامل مباحثی از قبیل شیمی کربو هیدراتها ، رنگدانه معدنی ، رزینها آلیطبیعی و سنتزی و افزودنی های پلیمری متعدد می باشد . در فرآیند تشکیل نیز تا حدزیادی شیمی کلوئید و شیمی سطح دخالت دارد . نقش پلیمر ، شیمی محیط زیست و شیمیتجزیه را نیز نباید فراموش کرد .

ترکیبشیمیایی کاغذ :

از آنجا که کاغذ ازالیافی ساخته می شود که قبلا تحت تاثیر تیمارهای فیزیکی و شیمیایی قرار گرفته اند، سلول های گیاهی حاصل از ترکیب شیمیایی ثابتی نسبت به ساختار منابع گیاهی اولیهبرخودار نیستند . سلولهای گیاهی عمدتا از پلیمرهای کربو هیدراتی آغشته شده بهمقادیر مختلف لیگنین ( یک ترکیب پلیمری آروماتیک که میزان آن با افزایش سن گیاهافزایش می یابد و در حین فرآیند لیگنینی شدن تولید می گردد ) تشکیل شده اند بخشکربو هیدارتی سلول بطور عمده از پلی ساکارید سلولز تشکیل شده است . بخشی از اینترکیبات شامل پلی ساکاریدهای غیر ساختمانی با وزن مولکولی کم به نام همی سلولز هستند، که نقش بسیار مهمی در خصوص خمیر و کاغذ دارند .

به نظر می رسد که باتوجه به نام همی سلولز ها ، این ترکیبات با سلولز ارتباط داشته باشند و به روشمشابهی با سلولز بیو سنتز شده باشند و به روش مشابهی با سلولز بیوسنتز شده باشند .اما در حال حاضر بخوبی مشخص شده است که این پلی ساکارید ها به روش متفاوتی بیوسنتزشده باشند . اما در حال حاضر به خوبی مشخص شده است که این پلی ساکاریدها به روشمتفاوتی بیوسنتز می شوند و نقش ویژه ای در دیواره سلول گیاهان ایفا می کنند .علاوه بر این ترکیبات مهم ، مقادیر کمی از مواد آلی قابل استخراج و مقادیر بسیارکمی از مواد معدنی نیز در دیواره سلولی الیاف وجود دارد .

ترکیب کلی استخراجالیاف گیاهی از نظر درصد کربن ، هیدروژن و اکسیژن بسته به درجه لیگنین شدن متغیراست . میزان این عناصر برای چوب حدود 50 درصد کربن ، 6 درصد هیدروژن و 44 درصداکسیژن است . از آنجایی که ترکیب عنصری کربو هیدراتها کم و بیش به صورت CH2O )n ) است ، میزان کربن موجود تفریبا حدود40 درصد است . لینگنین یک ترکیب آروماتیک با فرمول تقریبی C10H11O4 می باشد . بنابراین ، میزان کربن آنبطور متوسط حدود 60 تا 65 درصد است .

سلولز:

سلولز مهمترین ترکیبساختاری دیواره های سلول است و بعد از حذف لیگنین و انواع دیگر مواد استخراجی نیز مهمترینترکیب ساختاری محسوب می شود . از نظر شیمیایی سلولز یک پلیمر دارای ساختمان میکروفیبریلی شبه بلوری متشکل از واحد های بتا D – B گلوکوپیرانوزی با اتصالات ( 1------ > 4 ) گلیکوزیدی است . همچون بسیار از پلیساکارید ها ، و سلولز پلیمری بسپاشیده با وزن مولکولی زیاد است . بسته به نوع منبعسلولزی ، درجه پلیمریزاسیوان سلولز از 10000 تا 15000 متفاوت است .

سلولز 100 درصد بلوریشناخته نشده است ، اما ساختمان سلولز دارای یک بخش بلوری و یک بخش غیر بلوری یا بیشکل است . درجه بلورینگی بستگی به منشاء سلولز دارد . سلولز پنبه و انواع جلبک هامانند والونیا درجه بلورینگی بسیاری بالایی است . در حالیکه سلولز چوب درجه بلورینگیپایینی دارد . سلولز بوسیله باکتری ها نیز تولید می شود که البته به عنوان منابعسلولزی برای کاغذ کاربردی ندارند .

همیسلولز:

همی سلولز گروهی ازساکاریدهای غیر ساختاری با وزن مولکولی کم و اغلب ناهمگن هستند که ارتباطی باسلولز نداشته و از راه بیوسنتزه متفاوتی تولید می شوند . نام همی سلولز ها نشاندهنده ارتباط یا نزدیکی آنها با سلولز نیست . نقش همی سلولز در دیواره سلول بخوبیشناخته شده نیست ، اما وزن مولکولی خیلی کم آنها نمی تواند همی سلولزها رابه عنوانیک پلیمر ساختاری مطرح کند ( درجه پلیمریزاسیون آنها بین 150 – 200 است . (تحقیقات نظری در این زمینه نشان می دهد که همی سلولز ها ممکن است نقشی در انتقالآب داشته باشند . همی سلولز ها معمولا از واحدهای مونومری هگزوزی مثل D - گلوکوپیرانوز ، D - مانوپیرانوز وD - گالاکتوپیرانوز و واحدهای پنتوزی مثل D - زایلوپیرانوز و –L آرابینوفورانوز تشکیل شده اند . بخش قابل توجهیاز همی سلولز حتی بعد از لیگنین زدایی شیمیایی ، در خمیر کاغذ باقی می مانند .مهمترین همی سلولز موجود در سوزنی برگان گالاکتوگلوکومانان است که حدود 20 درصد ازوزن خشک چوب را تشکیل می دهد .

لیگنین :

لیگنین ، پلیمری ـآروماتیک با ساختاری پیچیده است . تقریبا کلیه خصوصیات لیگنین در کاربردهای کاغذسازی نقش منفی دارند و کاغذهای با کیفیت خوب از الیافی ساخته می شود که تقریباعاری از لیگنین هستند . لیگنین سبب شکننده شدن کاغذ می شود و به دلیل اکسایش نوریو تشکیل گروههای رنگی سبب افزایش زردی و تیرگی کاغذ می شود . کاغذ روزنامه مثالخوبی در این زمینه است بطور کلی کلیه خمیرهای مکانیکی که در آنها مقدار زیادیلیگنین وجود دارد ، چنین اثرهایی را نشان می دهد .

رزینهایو مواد استخراجی :

چوب حاوی مقدار کمی (کمتر از 5 درصد ) از ترکیباتی است که توسط حلالهای آلی مثل اتانول یا دی کلرومتانقابل استخراج هستند . میزان این ترکیبات در پهن برگان و سوزنی و در بین گونه هایمختلف چوبی متفاوت است . اگر چه این ترکیبات ممکن است در حین فرآیند های شیمیاییتهیه خمیر کاغذ حذف شوند ، اما همیشه مقداری از آنها در کاغذ باقی می ماند . ترکیبشیمیایی این مواد بسیار متغیر است و شامل آلکانها ، آلکن ها ، اسیدهای چرب ( اشباعیا غیر اشباع ) استر های گلیسرول ، مومها ، اسیدهای رزینی ، ترپنها ، و ترکیباتفنولی هستند .

میزان باقیمانده اینترکیبات در خمیر و کاغذ بستگی به فرآیند تهیه خمیر مورد استفاده دارد . در مجموع ،ترکیبات اسیدی مثل اسیدهای چرب و رزینی در محیط قلیایی براحتی از طریق تبدیل شدنبه نمک های محلول حل می گردند ، اما در خمیر سازی اسیدی ، این ترکیبات براحتی قابلحل و خارج سازی نیستند . چندین محصول فرعی مفید در عملیات خمیر سازی از مواداستخراجی قابل استحصال است که مهمترین آنها شامل تربانتین و روغن تال است .تربانتین مخلوطی از هیدروکربنهای دو حلقه ای با فرمول C10H16 است که ترکیبات عمده آن α و – β پنناست . این ترکیبات ها به صورت محصولات فرعی فرار با بازده 4 – 5 لیتر به ازای هرتن چوب ( کاج ) قابل استحصال بوده و به عنوان حلال مورد استفاده اند . روغن تالعمدتا از اسیدهای از نظر ساختمانی ایزومرهای اسید آبیتک هستند و به عنوان موادافزودنی شیمیایی و مواد آهار زنی در تهیه کاغذ مصرف می شود.

hadi kasaei