Le papier est un matériau à base de fibres végétales, complété par divers additifs et charges.
Ce matériau est classé parmi les inventions les plus importantes de l'humanité, et pour cause. Sans elle, un tel niveau de progrès, qui existe maintenant, n'aurait pas été possible.
La production de papier est réalisée dans des usines de pâtes et papiers. Ces usines sont situées non loin des plans d'eau, car la technologie papetière implique l'utilisation de volumes d'eau importants.
Matières premières pour la fabrication du papier
Le principal matériau utilisé pour la production de papier est le bois de différentes variétés (plus de conifères, car il s'agit de 40 à 50 % de cellulose) et les vieux papiers. Le coton est utilisé lors d'occasions spéciales. Un autre type de matière première apparu relativement récemment est la fibre synthétique. En outre, la base de la production de papier peut être constituée de chiffons, de fibres de plantes annuelles, de laine, d'amiante.
Pour la fabrication du papier, des produits semi-finis tels que la cellulose et la pâte de bois dans des proportions différentes sont le plus souvent utilisés.
Le bois récolté subit un traitement particulier : chimique et mécanique.
La cellulose est obtenue par cuisson du bois dans une solution chimique. C'est elle qui donne à la matière blancheur et haute résistance. La cellulose semi-cuite peut être immédiatement envoyée pour un traitement ultérieur à l'atelier, ou elle peut être compressée, séchée et envoyée à la vente à d'autres entreprises sous forme de feuilles grises. Sous sa forme pure, la cellulose est utilisée pour la production de papier de haute qualité de qualités coûteuses.
Le traitement mécanique, le broyage du bois, conduit à la formation de pâte de bois - des particules d'un diamètre de deux à trois millimètres. Ce produit semi-fini contient non seulement de la cellulose, mais aussi de la lignine - un polymère qui maintient les fibres végétales ensemble. C'est à cause de cette substance que les produits imprimés sur papier journal, au fil du temps, virent au brun jaunâtre sous l'influence de la lumière. La pâte de bois pure ne peut être utilisée que pour la production de papiers bon marché (papier journal, emballage).
Comment le papier est fait
La production commence par la fabrication de pâte à papier, qui est un mélange d'eau, de cellulose et de pâte de bois (le rapport entre la cellulose et la matière sèche détermine les caractéristiques futures du produit) avec l'ajout de diverses substances pour le collage, la coloration, l'amélioration des propriétés de le matériau (colle, résine, amidon, craie, kaolin et autres). Le rapport eau/fibre est tel que la composition est une suspension de 2,5 à 3 %.
La pâte à papier pré-nettoyée entre dans la machine à papier - une unité complexe de dimensions énormes (longueur - plus de 100 m, largeur - 15-18 m). En une minute, le produit semi-fini a le temps de traverser toutes les parties de la machine à papier ;
- Partie en maille. Sous pression, cette composition alimente en continu le grillage en mouvement de la machine à papier. La technologie de fabrication du papier est telle que les fibres sont disposées et entrelacées le long du mouvement de la maille, créant un sens machine, qui jouera un rôle important à l'avenir lors de l'utilisation du produit fini. Au fur et à mesure que le maillage se déplace, l'eau s'écoule progressivement et la bande de papier se forme.
- Pièce de presse. Pendant le processus de pressage, la bande passe entre plusieurs paires de rouleaux presseurs, compactée et évacuant la majeure partie de l'humidité.
- Partie séchage. Dans celui-ci, le papier de base est séché par des cylindres chauffés à la vapeur. Mais même après cela, jusqu'à 8% d'humidité reste dans la toile.
- Calendriers. Le tissu, pré-refroidi par des tambours froids, est calandré - passé entre des rouleaux polis lourds - calandres pour le rendre plus lisse et durable. Le papier calandré est enroulé en un rouleau et découpé en rouleaux plus petits ou déroulé et découpé en feuilles.
Après et/ou devant la calandre, des coucheuses à papier peuvent être installées. Le couchage est l'application d'une couche de kaolin ou de dioxyde de titane pour augmenter le lissé du papier et améliorer son imprimabilité, il peut être recto ou recto-verso, simple et multiple. La principale matière première est la pâte de bois. Il est obtenu par traitement chimique de bois de conifères ou de feuillus. Il y a 2 manières : sulfate et sulfite. Dans la première méthode, du bois de n'importe quelle essence est utilisé. Le bois broyé en copeaux est transformé par cuisson dans une liqueur de sulfate contenant 9-10% de NaOH à une température de 165-170°C et une pression de 0,6-0,8 MPa. C'est la méthode la plus courante. Le sulfite est utilisé principalement pour les conifères. Les copeaux sont traités avec une liqueur de sulfite, qui comprend des acides sulfureux et sulfurique sous forme d'hydrosulfites de sodium, de magnésium, de calcium et d'ammonium, à 130-135°C et une pression de 0,5-0,8 MPa. Dans les deux cas, la cuisson dure au moins 5 à 7 heures. Après cela, les impuretés mécaniques sont éliminées de la pâte et, si nécessaire, soumises à un traitement chimique supplémentaire - blanchiment. Le blanchiment est réalisé avec des oxydants chlorés (chlore ou anhydrite de ses acides) ou des composés contenant de l'oxygène actif (peroxydes). Cette dernière méthode de traitement est plus respectueuse de l'environnement. Cette opération est importante du point de vue de la qualité, puisque la pâte blanchie est utilisée pour la production de papiers et de cartons de haute qualité.
Lors de la production de cellulose, la plus grande partie de la lignine est retirée du bois, ce qui augmente la rigidité du papier, mais réduit la qualité du papier et d'autres substances. Le rendement en cellulose après traitement est de 50 à 60 %. La cellulose sulfatée sert de produit semi-fini dans la production de types d'emballage en papier et en carton, et son contenu détermine en grande partie les propriétés de résistance des récipients. Il est plus cher et plus foncé que la cellulose au sulfite (types non blanchis). Cellulose sulfatée - basique
produit semi-fini pour la production de sacs et de papier d'emballage de qualité A (a des propriétés de résistance élevée).
Pour réduire le coût, de la pâte de bois est introduite dans la pâte - un produit d'abrasion du bois, et une pâte thermomécanique obtenue par broyage de copeaux de bois cuits à la vapeur. Son ajout donne au papier du volume, de la rigidité, réduit les propriétés de résistance, la durabilité et le taux de rupture. La pâte de bois est utilisée dans la fabrication d'emballages et de cartons. La semi-cellulose (produit concassé d'une transformation incomplète du bois), les fibres naturelles de coton - coton, lin, chanvre et jute sont également utilisées comme additifs.
Dans la production, les vieux papiers sont utilisés pour réduire les coûts. Distinguez-le par la fréquence d'utilisation des fibres. Primaires ou recyclables sont les déchets de fabrication du papier, les plus propres. Les vieux papiers de la deuxième génération, qui ont dépassé le stade de la conception d'impression, sont des déchets de l'industrie de l'imprimerie. Les vieux papiers récupérés à partir de déchets solides municipaux ou de papier recyclé sont les moins purs. Il nécessite une désinfection spéciale. La couche de papier ou de carton en contact avec les aliments ne doit pas contenir de vieux papiers.
Les matières premières et les produits semi-finis pour la production de carton dépendent du type de carton et de sa destination. Pour la production de carton plat, des matières premières primaires sont utilisées - pâte blanchie ou écrue. Pour réduire le coût du carton, des vieux papiers raffinés et de la pâte de bois sont introduits dans les composants.
Dans la production de carton ondulé, on utilise de la pâte non blanchie au sulfate ou au sulfite, de la pâte de bois, du tri des déchets de pâte, de la pâte à papier à partir de vieux papiers triés, des déchets de papier non triés.
Papier - feuilles ou bandes poreuses-copillaires, constituées principalement de fibres végétales, solidement reliées les unes aux autres par des liaisons hydrogène chimiques.
4.2.1. Matériaux de base pour la fabrication du papier
Pendant près de 2000 ans, les Chinois ont utilisé le liber, l'écorce d'arbre, le chanvre (chanvre) et la paille comme matières premières pour le papier. La première forme de papier était le papyrus utilisé par les Égyptiens pour écrire. Cela a permis aux historiens d'étudier la culture égyptienne après avoir déchiffré ces documents. Si les Égyptiens n'avaient pas laissé de traces, le travail des historiens aurait été beaucoup plus difficile.
Aujourd'hui, le bois est principalement utilisé comme matière première de travail pour le papier. Sur Terre, c'est quantitativement le produit naturel le plus répandu (environ un tiers du territoire est couvert de forêt). Le bois est une source majeure de matières premières pour la fabrication de pâtes et papiers depuis plus de 100 ans.
Cellulose C'est une matière fibreuse qui est isolée chimiquement du bois lors de la cuisson du bois et d'autres matières végétales (par exemple, le chanvre, le jute, le coton ou la paille de céréales, etc.).
Obtenir pâte de bois pour la fabrication du papier, le bois doit être broyé mécaniquement. Les bûches sont débarrassées de l'écorce, elles sont envoyées vers un appareil qui les divise en copeaux pour un nettoyage ultérieur ou une cuisson. Ils doivent être dimensionnés de manière à ce que les produits chimiques puissent pénétrer uniformément dans le bois à grande vitesse. Ainsi, après le processus de fendage, les fragments sont tamisés. La pâte de bois raffinée est également produite à partir de copeaux et de sciure (copeaux) qui sont des déchets des scieries.
Environ 40% du poids du bois est constitué de fibres de cellulose / Les multiples couches de cellulose sont interconnectées par la lignine et doivent être séparées les unes des autres. Il existe trois technologies pour séparer ou ouvrir les fibres : mécanique, chimique et semi-mécanique, qui est une combinaison des deux. Chacune des méthodes d'ouverture a ses propres caractéristiques et produit différents types de papier.
La cellulose diffère de la pâte de bois principalement par la qualité des fibres (elle a des fibres plus longues, plus résistantes et plus élastiques) et un degré de blancheur plus élevé. Selon la solution chimique utilisée pour le traitement, il existe : de la cellulose sulfate obtenue par cuisson de pâte de bois dans de la soude (méthode alcaline) ; pâte au sulfite obtenue par cuisson de pâte de bois à l'acide (méthode acide).
Environ 85 % de la pâte produite dans le monde est de la pâte au sulfate. Il est plus durable que le sulfite, mais a un degré de blancheur inférieur et diffère du second par ses propriétés d'impression. La pulpe de sulfite a besoin d'un temps de cuisson plus long. Le processus de cuisson se termine par le lavage de la pulpe, le blanchiment, la déshydratation, le séchage et l'emballage
La pulpe blanchie sans chlore est désignée « TCF » (Totally Chlorine Free). Dans le même temps, les composants les plus courants dans le processus technologique de fabrication du papier sont l'oxygène et le peroxyde d'hydrogène.
La pâte de bois et les fibres de cellulose sont considérées fibres primaires... Mais les vieux papiers ont aussi longtemps joué un rôle important dans la fabrication du papier. Dès 1774, le scientifique de Göttingen Eustace Claprof publiait une brochure en papier, pour lequel le papier précédemment imprimé était utilisé comme matière première. Aujourd'hui, la part des déchets papier utilisé pour la production de papier est d'environ 60%. Certains types de papier peuvent être constitués à 100 % de ce que l'on appelle fibre recyclée(par exemple, du papier journal).
Les vieux papiers sont devenus la matière première la plus importante pour la production de papier aujourd'hui. La fibre obtenue à partir de vieux papiers a une utilisation limitée. Les vieux papiers doivent répondre aux exigences de la qualité appropriée du papier produit. Le processus d'obtention de fibres recyclées à partir de vieux papiers nécessite des coûts de production élevés pour le nettoyage et la préparation d'une suspension, l'élimination de l'encre et le tri des fibres par longueur. Après 3 à 5 transformations, les fibres deviennent une ressource inappropriée pour la production de papier. Par conséquent, l'ajout de bois frais est nécessaire pour la fabrication du papier, c'est-à-dire E. une augmentation de la composition de la pâte à papier en fibres primaires. Le papier à lettres solide et relativement cher ou le papier pour copieurs et imprimantes peut contenir 25, 50 ou 100 % de fibres de coton (papier chiffon).
Matériaux sans fibres ajouté pour améliorer les propriétés du papier et élargir la gamme de son utilisation. Les charges représentent généralement 5 à 30 % du poids du papier d'impression ou d'écriture, tandis que certains papiers ne contiennent aucune charge.
Les charges peuvent augmenter la luminosité, conférer de bonnes propriétés de diffusion de la lumière et de non-abrasion et augmenter la réceptivité de la peinture.
Les chinois le fabriquaient à partir de fibres végétales trempées. Le papier a atteint l'Europe entre 1000 et 1100. Il s'est avéré qu'il peut être fabriqué à partir de bois, de chiffons et même ... de vieux papiers - de vieux papiers. Il s'est donc avéré que le papier pouvait être utilisé deux fois !
Comment le papier est-il fabriqué aujourd'hui ?
Le papier est produit dans des papeteries.
La principale matière première pour la production de papier est la pâte de bois. La pulpe est obtenue à partir d'essences forestières : principalement d'épicéa, de pin et de bouleau, mais l'eucalyptus, le peuplier, le châtaignier et d'autres arbres sont également utilisés.
À l'usine, des machines leur arrachent l'écorce, les broient en copeaux.
Le moyen le plus économique d'obtenir de la pâte de bois est mécanique : dans une entreprise de menuiserie, le bois est broyé en miettes, qui sont mélangées à de l'eau. Le papier fabriqué à partir d'une telle cellulose est fragile et est le plus souvent utilisé pour la production, par exemple, de journaux.
Le papier de qualité supérieure est fabriqué à partir de cellulose produite chimiquement. Cette pâte de bois est utilisée pour fabriquer du papier pour livres, brochures et magazines de mode, ainsi que des matériaux d'emballage durables.
Dans ce cas, les chips sont triées par taille sur des tamis spéciaux et envoyées en cuisson. Le bois est bouilli dans des machines spéciales, où de l'acide est ajouté.
Le bois pelé et bouilli est filtré et lavé pour éliminer les impuretés.
Les vieux papiers peuvent être ajoutés à la pâte à papier traitée, mais seulement après avoir retiré l'encre. A ce stade de la production, la pâte traitée, constituée de fibres de bois et d'eau, est appelée pâte à papier.
Ensuite, sur une machine de traitement spéciale, la forme et la structure des fibres de papier sont modifiées. Pour cela, des substances supplémentaires sont ajoutées à la matière première du papier. Par exemple, les adhésifs - leur présence dans le papier à lettres repousse l'humidité. Ou des résines - grâce à elles, écrites sur du papier avec de l'encre à base d'eau ne se répandent pas et sont facilement reconnaissables à l'œil humain. Le papier utilisé pour l'impression ne nécessite pas le même encollage que le papier à lettres car l'encre d'impression n'est pas à base d'eau et ne coule pas.
Le papier est ensuite teint dans un mélangeur, où des colorants ou des pigments, tels que des agents de revêtement finement divisés, sont ajoutés. Par exemple, les additifs au kaolin rendent le papier blanc et opaque.
La pulpe, transformée en bouillie, entre dans la machine à papier.
Tout d'abord, la suspension est versée sur le treillis métallique de la machine à papier. Cette maille est tendue sur deux axes et tourne tout le temps, entraînant la pâte à papier vers l'avant. Sur la zone de filet, la formation d'une bande de papier, appelée formation de feuille, commence. Cela est dû à l'élimination de l'eau de la matière fibreuse. Au fur et à mesure que la pâte se déplace le long de la bande transporteuse, une partie de l'eau qu'elle contient s'écoule par les ouvertures des mailles et les fibres de papier commencent à s'entrelacer les unes aux autres, formant ce que l'on appelle la bande à rouleaux.
La bande de papier humide passe à travers une série de rouleaux. Certains rouleaux extraient l'eau, d'autres, chauffées de l'intérieur par la vapeur, la sèchent, et d'autres encore la polissent.
A la fin de la section de filet, la bande de papier encore verte est transférée vers une section de pressage, également appelée "pressage humide". Là, la bande de papier est essorée mécaniquement et encore plus compactée.
Enfin, un ruban blanc uniforme sort de la machine et est enroulé sur un énorme rouleau.
Ensuite, ces rouleaux sont envoyés aux imprimeries ou découpés en feuilles.
Ainsi, en passant de voiture en voiture, l'arbre se transforme en papier blanc et propre.
Le saviez-vous ...
Pour fabriquer 1 tonne de papier, il faut 5,6 m 3 de bois. Considérant que le volume moyen d'une bûche (arbre) est de 0,33 m 3, alors 17 arbres sont nécessaires pour produire 1 tonne de papier.
Et à partir d'une tonne de papier, vous pouvez créer environ 30 000 cahiers d'étudiants ordinaires.
Le principal composant du papier et du carton est constitué de fibres végétales obtenues à partir de bois de diverses espèces, de tiges et d'autres parties de plantes annuelles. Le composant principal des fibres végétales est la cellulose, qui possède toutes les propriétés nécessaires à la fabrication du papier. À savoir - poids moléculaire élevé, structure moléculaire linéaire, structure fibrillaire de la fibre, haute résistance et résistance à divers réactifs chimiques et températures, hydrophilie. La capacité de la cellulose à se lier entre les fibres est essentielle pour la fabrication du papier. La cellulose est un polymère naturel de la classe des glucides, sa formule impériale est (C6H10O5) n, où n est le coefficient de polymérisation, qui montre combien de fois un lien élémentaire est répété dans une molécule. L'indice de polymérisation de la cellulose est de 102 à 104. Plus la valeur du coefficient de polymérisation est élevée, plus la longueur de la macromolécule et de la fibre elle-même est longue, ce qui signifie plus la résistance mécanique est élevée. Le coefficient de polymérisation est différent pour des fibres végétales d'origines différentes. La structure linéaire des molécules de cellulose confère aux fibres souplesse et élasticité, ce qui leur confère un tissage assez serré. Situées dans des cellules végétales parallèles les unes aux autres, les macromolécules de cellulose forment des fibrilles. Fibrilles, interconnectées en raison des forces d'interaction intermoléculaire, formant une fibre. Sous l'action mécanique sur les fibres, les liaisons dans les zones interfibrilles à structure amorphe sont détruites, ce qui rend la surface des fibres molletonnée en raison de la séparation de la fibre principale des formations micro-ondes - les fibrilles. Ces fibres s'entrelacent pendant le processus de fabrication du papier et le rendent solide, lisse et dense. Les fibres de cellulose sont facilement mouillées par l'eau et gonflent, tandis que l'eau pénétrant entre les molécules de cellulose affaiblit les liaisons hydrogène, perdant ainsi la résistance du papier. Si l'excès d'eau est éliminé, les liens seront restaurés et la résistance augmentera à nouveau. Cependant, lorsque l'eau est complètement éliminée du papier, les liaisons hydrogène sont détruites et le papier s'effrite. La cellulose étant hygroscopique, la teneur en humidité du papier dépendra des conditions environnementales. Le composant qui affecte négativement les propriétés du papier, qui fait partie de toute cellule végétale lignifiée, est la lignine. Cela rend les fibres végétales dures et cassantes, elles ne s'entrelacent pas bien, donc le papier obtenu à partir de ces fibres est lâche, rugueux, avec une faible résistance. La lignine s'oxyde facilement, c'est pourquoi le papier contenant ce composant jaunit lorsqu'il est exposé à la lumière. Pour la fabrication de papier de haute qualité, on sélectionne les fibres contenant un minimum de lignine : coton, sapin, pin, peuplier, etc. Les principales sources de matières premières pour l'obtention de produits semi-finis fibreux sont : 1) le bois de conifère : épicéa, pin, sapin, mélèze. Il a de longues fibres adaptées à la fabrication de papier résistant. 2) bois dur : bouleau, tremble, etc. Il a des fibres plus courtes, donc a de moins bonnes propriétés mécaniques. Avantages : Rapidement renouvelable. 3) les tiges des plantes annuelles : céréales de maïs, roseau, etc. Elles ont des fibres courtes et contiennent des cellules de structure non fibreuse. Bonne perspective pour le renouvellement des matières premières. 4) fibres libériennes de plantes annuelles et déchets de la production de coton. Les fibres ont une résistance élevée et une longue longueur. 5) chiffon demi-masse. C'est un déchet de la production textile, qui est trié par type de fibre : chanvre, coton, lin. La demi-masse de chiffon est utilisée pour la production de types de papier spéciaux à haute résistance. 6) vieux papiers. Déchets de la production et de la transformation du papier sous forme de rebuts et de rebuts propres, ainsi que produits en papier utilisés dans la vie quotidienne dans divers domaines de l'économie nationale. Il peut être mélangé à d'autres types de matières premières, ainsi qu'à la production de carton et de certains types de papier. La part des vieux papiers dans la production de papier va continuer à croître.
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