همه چیز در مورد صنعت کاغذسازی
کاغذ یکی از مهمترین اختراعات تاریخ بشر است که از گذشته تا امروز نقش کلیدی در زندگی ما داشته است. از نگارش یادداشت‌های ساده و چاپ کتاب‌ها و روزنامه‌ها گرفته تا بسته‌بندی محصولات و خلق آثار هنری، کاغذ همچنان یکی از ابزارهای اصلی در انتقال دانش، ارتباطات و حتی خلاقیت محسوب می‌شود.
در دوران گذشته، زمانی که کاغذ اختراع نشده بود و هنوز کارخانه‌های کاغذسازی به شکل امروزی نبود، برای تهیه آن از موادی مانند الیاف پنبه، کتان و حتی پوشاک کهنه استفاده می‌شد. اما با پیشرفت فناوری و افزایش نیاز به کاغذ، استفاده از چوب به عنوان ماده اولیه اصلی رواج پیدا کرد. جالب است بدانید که در حال حاضر، حدود ۷۰ درصد کاغذ تولیدی در جهان از چوب تهیه می‌شود و مابقی از الیاف گیاهی و مواد بازیافتی به دست می‌آید.
ما امروز در شیمی داکس قصد داریم نگاهی جامع به صنعت کاغذسازی بیندازیم؛ از فرآیندهای تولید و مواد اولیه گرفته تا چالش‌ها و راهکارهای پایدار برای آینده این صنعت حیاتی. پس تا پایان این مطلب با ما همراه باشید!
صنعت کاغذسازی چیست؟
خب اجازه بدهید با پاسخ به یک سوال مهم این مطلب را شروع کنیم. کاغذسازی در واقع فرآیند تولید کاغذ از مواد اولیه مختلف است که معمولاً شامل الیاف گیاهی است و جالبه بدانید که کارخانه‌های کاغذسازی از سلولز به عنوان ماده اصلی در تولید کاغذ استفاده می‌کنند. البته امروزه علاوه بر استفاده از چوب و گیاهان برای استخراج سلولز، کاغذهای باطله نیز به عنوان منبعی ارزشمند در فرآیند تولید کاغذ جدید به کار می‌روند. بازیافت کاغذهای باطله نه تنها به کاهش مصرف منابع طبیعی کمک می‌کند، بلکه می‌تواند به کاهش آلودگی و حفظ محیط زیست نیز منجر شود. بنابراین، امروزه کاغذسازی به یک صنعت پایدار تبدیل شده است که از مواد مختلف برای تولید محصولات جدید و مفید استفاده می‌کند.
تاریخچه صنایع تولید کاغذ
ساخت کاغذ به قرن دوم میلادی و کشور چین باستان برمی‌گردد، زمانی که تای بین چینی با مخلوط کردن الیاف گیاهی با آب و فشرده‌سازی آنها به شکل ورق‌های نازک برای اولین بار، کاغذ تولید کرد. در قرون وسطی، صنعت کاغذسازی به اروپا رسید و با اختراع چاپ در قرن پانزدهم توسط گوتنبرگ، تحولی عظیم در این صنعت اتفاق افتاد و بالاخره در قرن نوزدهم، با توسعه فناوری‌های صنعتی، تولید کاغذ به شکل انبوه و با استفاده از چوب به عنوان ماده اولیه اصلی آغاز شد و می‌توانیم بگیم که صنعت کاغذ سازی امروزه به یکی از صنایع مهم و حیاتی در دنیا تبدیل شده است.
کاغذ در اوایل خلافت عباسی بود که از چین به ایران رسید و تقریبا در قرن هشتم میلادی، اولین کارخان‌های تولید کاغذ در سمرقند و بخارا تاسیس شد. بعد از این اتفاق کاغذ به سرعت جایگزین پاپیروس و سایر مواد نوشتاری شد و به عنوان ابزاری اساسی برای نگارش و ثبت دانش، ادبیات و تاریخ به کار گرفته شد. صنعت کاغذسازی در ایران به تدریج در مناطقی مانند یزد و اصفهان گسترش یافت و در دوره صفویه به اوج خود رسید. این روند موجب شد که کاغذ به یک محصول کلیدی در فرهنگ و ادبیات ایران تبدیل شود و به تأسیس کتابخانه‌ها و مراکز علمی کمک شایانی کرد.
مواد اولیه برای ساخت کاغذ
همان طور که گفتیم، کاغذ به عنوان یکی از محصولات پرکاربرد، از ترکیب الیاف سلولزی و مواد افزودنی تولید می‌شود. ما اومدیم برای راحتی کار مواد اولیه برای تولید کاغذ را به سه دسته اصلی تقسیم کردیم.
1. الیاف سلولزی
گفتیم که مهمترین ماده برای تولید کاغذ سلولز است و برای تهیه سلولز دو منبع مهم وجود دارد که عبارتند از:
- چوب: رایج‌ترین منبع سلولز، چوب درختان نرم‌چوب (مانند کاج و نراد) و سخت‌چوب (مانند بلوط و توسکا) است که عمدتاً برای تولید انواع کاغذهای معمولی به کار می‌روند.
- الیاف غیرچوبی: این گروه شامل گیاهانی مانند پنبه، کتان، کنف، بامبو، نیشکر و کاه گندم است که معمولاً برای تولید کاغذهای باکیفیت یا کاربردهای خاص استفاده می‌شوند.
2. کاغذ بازیافتی
همان طور که می‌دانید، استفاده از کاغذهای باطله و بازیافتی یکی از روش‌های مؤثر برای کاهش مصرف چوب و حفظ منابع طبیعی است. این فرآیند باعث کاهش قطع درختان و صرفه‌جویی در انرژی و آب می‌شود.
3. مواد افزودنی
در کنار سلولز، ما برای تولید کاغذ بسته به نوع آن، به یک سری مواد طبیعی و شیمیایی دیگری هم نیاز داریم که در ادامه به آنها اشاره می‌کنیم.
1. پرکننده‌ها (Fillers)
پرکننده‌ها موادی معدنی هستند که به منظور بهبود خواص ظاهری و عملکردی کاغذ به آن اضافه می‌شوند. مهمترین نقش پرکننده‌ها افزایش نرمی، صافی، شفافیت و کدورت کاغذ است. این مواد باعث کاهش مصرف الیاف سلولزی نیز می‌شوند و از نظر اقتصادی به صرفه هستند. در ادامه 6 پرکننده پرکاربرد در صنعت کاغذسازی را به شما عزیزان معرفی می‌کنیم.
- کربنات کلسیم: برای افزایش صافی و کاهش شفافیت نور در کاغذ.
- آگالیت یا تالک: بهبود مقاومت در برابر رطوبت و ایجاد سطحی نرم و یکنواخت.
- گچ: افزایش شفافیت و یکنواختی کاغذ.
- خاک رس: بهبود قابلیت چاپ‌پذیری و کاهش جذب جوهر.
- آلبارین: بهبود صافی، سفیدی و قابلیت چاپ‌پذیری در کاغذ.
- کربنات باریم: افزایش شفافیت و بهبود نرمی سطح کاغذ؛ همچنین در کاربردهای خاص، مانند کاغذهای نسوز.
2. چسب‌ها (Binders)
به طور کلی چسب برای افزایش استحکام مکانیکی و مقاومت کاغذ در برابر نفوذ آب و پارگی به خمیر کاغذ افزوده می‌شوند. این مواد همچنین باعث یکپارچگی بهتر الیاف و بهبود کیفیت سطحی کاغذ می‌شوند. 5 چسب طبیعی پرکاربرد در صنعت کاغذسازی عبارتند از:
- نشاسته: بهبود مقاومت در برابر پارگی و افزایش سطح صاف کاغذ.
- کالیفون (Rosin): افزایش مقاومت در برابر آب و ایجاد سطحی یکنواخت.
- رزین‌ها: ایجاد استحکام در برابر فشار و بهبود خاصیت چسبندگی در الیاف.
- چسب حیوانی (Animal Glue): به عنوان ماده چسبنده برای استحکام الیاف و اتصال مواد افزودنی به ساختار کاغذ.
- کازئین: به عنوان چسب در فرآیند تولید کاغذ و پوشش‌دهی برای بهبود سطح و کیفیت چاپ.
3. رنگدانه‌ها (Pigments)
رنگدانه‌ها برای ایجاد رنگ‌های متنوع و بهبود ظاهر کاغذ مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مواد می‌توانند خواص ظاهری و جذابیت بصری کاغذ را بهبود بخشند. 4 رنگدانه پرکاربرد در صنعت کاغذسازی عبارتند از:
- تیتان (Titanium Dioxide): بهبود شفافیت، سفیدی و افزایش کدورت کاغذ.
- رنگ‌های شیمیایی: برای ایجاد رنگ‌های خاص و کاربردی در کاغذهایی مانند کارت‌های رنگی یا کاغذهای تزئینی.
- آلابستر یا آنالین: این ماده هم به عنوان رنگدانه برای رنگ دادن به کاغذ استفاده میشه و هم به عنوان پرکننده برای افزایش صافی و نرمی
- بلان فیکس (Blanc Fixe): این ماده هم به عنوان رنگدانه در بهبود سفیدی و کدورت کاغذ و هم به عنوان پرکننده در افزایش کیفیت چاپ کاربرد دارد.
4. سایر مواد شیمیایی
این دسته شامل موادی است که برای بهبود ویژگی‌های خاص کاغذ به کار می‌روند که عبارتند از:
- کلر: برای سفید کردن الیاف سلولزی و حذف رنگ طبیعی خمیر کاغذ.
- پلی‌وینیل الکل (PVA): بهبود کیفیت سطحی، ایجاد خاصیت ضدآب و افزایش شفافیت.
- پلاستیک‌ها: برای افزایش دوام، انعطاف‌پذیری و مقاومت در برابر رطوبت و فشار.
- آلکیل کتن دایمر (AKD):به عنوان ماده ضدآب (آب‌گریز) در کاغذ برای کاهش نفوذ آب به ساختار کاغذ استفاده می‌شود.
- اسید آلگانیک: بهبود خواص مکانیکی و سطحی کاغذ، به‌ویژه در تولید کاغذهای زیست‌پایه.
- زاج (Alum): برای تثبیت رنگ‌ها و بهبود چسبندگی مواد به کاغذ؛ همچنین در فرآیند sizing برای تنظیم pH.
فرایند و مراحل تولید کاغذ
خب حالا که با مواد اولیه ساخت کاغذ آشنا شدید، وقتشه تا با هم بررسی کنیم و ببینیم تا چگونه با استفاده از این مواد کاغذ تولید می‌شود. عموماً تولید کاغذ فرآیندی پیچیده است که شامل چندین مرحله‌ی متوالی می‌شود. در ادامه، مراحل اصلی تولید کاغذ برای شما عزیزان توضیح خواهیم داد:
1. تهیه مواد اولیه
فرآیند تولید کاغذ با جمع‌آوری مواد اولیه آغاز می‌شود. اصلی‌ترین ماده اولیه الیاف سلولزی است که از چوب درختان (مانند کاج، بلوط و توسکا)، الیاف گیاهی (مانند کتان، نیشکر، و بامبو)، یا کاغذهای بازیافتی به دست می‌آید. این مواد به کارخانه منتقل شده و برای تولید خمیر آماده می‌شوند. در این مرحله، ناخالصی‌ها مانند شن، خاک و سایر مواد زائد از مواد اولیه حذف می‌شوند تا کیفیت خمیر بالا برود
2. خمیرسازی (Pulping)
در این مرحله، مواد اولیه به خمیر تبدیل می‌شوند. خمیرسازی به سه روش مکانیکی، شیمیایی و بازیافتی انجام می‌شود. در روش مکانیکی، چوب به وسیله آسیاب به الیاف کوچک تبدیل می‌شود. در روش شیمیایی، از مواد شیمیایی برای جدا کردن لیگنین از الیاف استفاده می‌شود که کیفیت بالاتری ایجاد می‌کند. در روش بازیافتی نیز، کاغذهای باطله خرد و به خمیر قابل استفاده تبدیل می‌شوند.
3. سفید کردن (Bleaching)
برای تولید کاغذهای سفید و باکیفیت، خمیر تولیدشده از مرحله قبل باید سفید شود. این کار با استفاده از مواد شیمیایی مانند کلر، اکسیژن یا پراکسید هیدروژن انجام می‌شود. سفید کردن نه‌تنها ظاهر کاغذ را بهبود می‌بخشد، بلکه برای تولید کاغذهای با کیفیت بالا و مناسب چاپ ضروری است.
4. مخلوط‌سازی (Mixing)
در این مرحله، خمیر کاغذ با مواد افزودنی مختلف ترکیب می‌شود. پرکننده‌هایی مانند کربنات کلسیم و تالک برای افزایش صافی و کیفیت کاغذ اضافه می‌شوند. چسب‌هایی مانند نشاسته و رزین‌ها برای افزایش مقاومت و کاهش نفوذپذیری آب به کار می‌روند. در صورت نیاز، رنگدانه‌ها نیز برای تولید کاغذهای رنگی به مخلوط اضافه می‌شوند.
5. شکل‌دهی (Sheet Forming)
خمیر آماده‌شده روی یک سطح مشبک (Wire) پخش می‌شود. این سطح مشبک به صورت مداوم حرکت می‌کند و آب اضافی خمیر از طریق آن تخلیه می‌شود. الیاف سلولزی به تدریج به یکدیگر متصل شده و لایه اولیه کاغذ تشکیل می‌شود. این مرحله نقش اساسی در یکنواختی و ضخامت نهایی کاغذ دارد.
6. فشرده‌سازی (Pressing)
در این مرحله، لایه خیس کاغذ از بین غلتک‌های سنگین عبور داده می‌شود تا آب باقی‌مانده آن گرفته شود. این فشرده‌سازی باعث می‌شود الیاف به هم نزدیک‌تر شوند و کاغذ استحکام بیشتری پیدا کند. علاوه بر این، سطح کاغذ صاف‌تر و برای مراحل بعدی آماده‌تر می‌شود.
7. خشک کردن (Drying)
کاغذ فشرده‌شده از میان غلتک‌های گرم عبور داده می‌شود. این غلتک‌ها گرما را به کاغذ منتقل کرده و رطوبت باقی‌مانده را از آن خارج می‌کنند. این مرحله، کاغذ را به طور کامل خشک می‌کند و آماده مراحل نهایی می‌سازد.
8. پرداخت نهایی (Finishing)
در آخرین مرحله، کاغذ خشک‌شده برای افزایش کیفیت سطح، اصطلاحاً پرداخت می‌شود. پرداخت ممکن است شامل صاف کردن، براق کردن، یا پوشش‌دهی با مواد خاص باشد. سپس کاغذ به صورت رول یا ورقه در اندازه‌های استاندارد بریده شده و برای بسته‌بندی آماده می‌شود. این مرحله ظاهر و کیفیت نهایی کاغذ را تعیین می‌کند.
دستگاه‌های مورد نیاز برای تهیه کاغذ
- دستگاه خردکن چوب: این دستگاه برای خرد کردن چوب به تکه‌های کوچک‌تر استفاده می‌شود که اولین گام در تهیه مواد اولیه سلولزی است. قطعات چوب پس از خرد شدن برای مراحل بعدی، مانند خمیرسازی، آماده می‌شوند. از شناخته‌شده‌ترین دستگاه‌ها در این زمینه می‌توان به چوب خردکن‌های هیدرولیکی و چوب‌خردکن‌های دیسکی اشاره کرد.
- دستگاه خمیرسازی (پالپر): این دستگاه الیاف سلولزی را با ترکیب آب و مواد شیمیایی به خمیر کاغذ تبدیل می‌کند. دستگاه پالپر در مدل‌های پالپر فشار بالا و پالپر مداوم تولید می‌شود و نقش مهمی در جداسازی الیاف و آماده‌سازی آنها برای تولید کاغذ دارد.
- دستگاه شست‌وشوی خمیر: برای شست‌وشوی خمیر کاغذ و حذف ناخالصی‌ها و لیگنین از این دستگاه استفاده می‌شود. این دستگاه به بهبود کیفیت خمیر و تولید کاغذ باکیفیت کمک می‌کند. مدل‌هایی مانند واشر استوانه‌ای و واشر فشاری از پرکاربردترین انواع این دستگاه هستند.
- دستگاه پرس و آب‌گیری: این دستگاه برای حذف آب اضافی از خمیر و تبدیل آن به ورقه‌های نیمه‌خشک استفاده می‌شود. پرس‌های مکانیکی و پرس‌های حرارتی از مهمترین مدل‌های این دستگاه هستند.
- دستگاه خشک‌کن: دستگاه خشک‌کن، خمیر پرس‌شده را خشک کرده و به شکل ورقه‌های نهایی کاغذ درمی‌آورد. این دستگاه‌ها معمولاً با بخار یا هوای گرم کار می‌کنند و در مدل‌های مختلف مانند خشک‌کن چندسطحی تولید می‌شوند.
- ماشین رول‌سازی و برش کاغذ: این دستگاه برای تبدیل کاغذهای تولیدشده به رول‌های بزرگ یا ورقه‌های کوچک‌تر به کار می‌رود. ماشین‌های رول‌سازی مدرن قابلیت تنظیم اندازه و ضخامت کاغذ را دارند.
بزرگترین کارخانجات کاغذسازی در ایران
- صنایع کاغذ پارس: بزرگترین تولیدکننده کاغذ تحریر و بسته‌بندی در ایران که در سال ۱۳۴۶ در هفت تپه خوزستان تاسیس شده است..
- مجتمع صنایع چوب و کاغذ ایران (چوکا): این کارخانه تولیدکننده انواع کاغذهای بسته‌بندی و مقواست، که در سال ۱۳۵۲در رضوانشهراستان گیلان تأسیس‌شده است.
- شرکت صنایع کاغذسازی کاوه: یکی از تولیدکنندگان برتر کاغذهای چاپ و بسته‌بندی در ایران محسوب می‌شوند که کارخانه صنایع کاغذسازی کاوه در استان مرکزی قرار دارد.
- صنایع چوب و کاغذ مازندران: همان طور که از اسمش پیداست، در شهر ساری در استان مازندران قرار دارد که در حوزه تولید انواع کاغذ تحریر و روزنامه فعال می‌باشد.
- شرکت کاغذسازی راشا کاسپین: این شرکت تولیدکننده انواع کاغذهای بسته‌بندی با تکنولوژی پیشرفته در شهر زنجان می‌باشد.
- شرکت کاغذ کار کسری: این شرکت در شهر یزد قرار دارد و تولیدکننده کاغذهای بسته‌بندی و مقوا، مناسب برای صنایع مختلف.
- کاغذ نگین کوثر پارس: این شرکت تولیدکننده انواع کاغذهای تحریر و مقوا با کیفیت بالا محسوب می‌شود که در شهر تهران قرار دارد .
- شرکت سپنتا کارتن کار خزر: این شرکت به عنوان تولیدکننده انواع ورق‌ها و کارتن‌های بسته‌بندی برای کاربردهای صنعتی فعالیت دارد و کارخانه آن در شهر آمل مازندران قرار دارد.
صنعت کاغذسازی و مسائل زیست محیطی
صنعت کاغذسازی، به‌ویژه در مقیاس‌های بزرگ، تأثیرات منفی قابل توجهی بر محیط زیست دارد. یکی از بزرگترین مشکلات این صنعت، قطع درختان و تخریب جنگل‌ها است که باعث کاهش تنوع زیستی و افزایش انتشار کربن می‌شود. علاوه بر این، آلودگی آب و هوا نیز از دیگر مشکلات ناشی از این صنعت است. مواد شیمیایی مورد استفاده در فرآیند تولید کاغذ می‌توانند موجب آلوده شدن منابع آب و هوا شوند. همچنین، مصرف بالای انرژی در فرآیندهای تولید کاغذ باعث افزایش انتشار گازهای گلخانه‌ای می‌شود.
برای کاهش این تأثیرات، می‌توان از کاغذ بازیافتی استفاده کرد که نیاز به قطع درختان جدید را کاهش می‌دهد و به حفظ منابع طبیعی کمک می‌کند. همچنین، مدیریت پایدار جنگل‌ها و استفاده از درختان کاشته‌شده به‌طور کنترل‌شده می‌تواند تأثیرات منفی بر جنگل‌ها را کاهش دهد. در نهایت، استفاده از فناوری‌های نوین و کاهش مصرف آب و انرژی از طریق بهینه‌سازی فرآیندهای تولید و استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر می‌تواند باعث کاهش قابل توجه اثرات محیط زیستی صنعت کاغذسازی شود.
