روش تهیه کاغذ

کاغذ از زمان اختراع آن تا به امروز قابل اعتمادترین وسیله انتقال اندیشه بشر بوده است و نقش مهمی در جمع‌آوری و ذخیره اطلاعات و دانش بشر که نتیجه‌ای از تجربیات و تفکرات اوست دارد و از این رو با پیدایش مرکب و صنعت چاپ و مواد رنگ دار این اندیشه بشری با ابزار نوین درآمیخت و به صورت یک پدیدهٔ مهم، امروزه با آن برخورد می‌گردد.

کاغذ چیست ؟

کاغذ یک ماده مصنوعی است که از مواد مختلفی بدست می‌آید. چوب، ماده اصلی ساخت کاغذ است. کاغذ را می‌توان از پنبه، نیشکر و… نیز ساخت. برای ساخت کاغذ از دو شیوه متفاوت استفاده می‌شود.

چوب ماده اصلی کاغذ است. ساخت کاغذ از چوب ۶مرحله اصلی دارد.

مراحل تبدیل چوب به کاغذ عبارتند از :

۱- قطع درختان
۲- حمل الوار به کارخانه
۳- کندن پوست درختان
۴- تبدیل درختان به تکه‌های ریز چوب و تهیه چیپس چوب
۵- از بین بردن رنگ زرد چوب و مخلوط چیپس چوب با آب و مواد شیمیایی (از جمله گچ، پلاستیک، آب ژاول پتاسیم پرمنگنات و…)
۶- خشک کردن خمیر کاغذ و تهیه کاغذ.

کاربرد مواد شیمیایی در کاغذ سازی

ماده اصلی کاغذ در کارخانه سلولوز می‌باشد. پلاستیک برای تولید کاغذ گلاسه (کاغذ ضد آب) به شمار می‌رود. آب ژاول نیز برای سفید کردن رنگ زرد چوب به استفاده می‌شود.

بازیافت کاغذ چگونه است؟

در بازیافت کاغذ، کاغذهای باطله خرد کرده و آنقدر ریز می‌شود که بتوان آن‌ها را در آب حل کرد. بازیافت کاغذ موجب صرفه جویی در مصرف آب و بخصوص برق می‌شود.

در ساخت کاغذ از درخت ۱۴۰۰ کیلو وات ساعت برق مصرف می‌شود اما در بازیافت ۸۴۰ کیلو وات ساعت برق مصرف می‌شود.

موادی که می توان در ساخت کاغذ استفاده کرد :

موادی که می توان در ساخت کاغذ استفاده کرد، عبارت اند از:
•    ساقه كتان، شاهدانه، پنبه كه الیاف بلند در حدود ۱.۲ تا ۶ میلی متر دارند.
•    ساقه گیاهانی مانند گندم، جو، نی، كنف و غیره .
•     درختانی كه برگ سوزنی با الیاف بلند دارند، مانند كاج و یا برگ پهن هستند همانند چنار.
•    انواع كاغذ‌های باطله، یا خرده‌ها و قطعات مقوای كهنه.
•    الیاف تفاله نیشكر
در ساخت کاغذ ابتدا پوست تنه درخت را به وسیله ماشین پوست كنی، کنده و سپس به وسیله دستگاه چوب خرد کن به خرده چوب تبدیل می‌ کنند. این خرده چوب ها توسط دستگاه تولید تراشه، به تراشه های ریز تبدیل شده که برای اطمینان بیشتر از الک مخصوص عبور داده می شود. سپس خرده چوب‌ ها را به وسیله مواد شیمیایی و روش های مختلف پخت خمیر تجزیه می‌ کنند و از آن ها الیاف سلولوزی به دست می‌ آورند که در اصطلاح خمیر کاغذ گفته می‌ شود. در این مرحله خمیر قهوه‌ ای رنگی به دست می آید كه از آن در تهیه مقوا، كارتن و یا كاغذ‌های كاهی استفاده می‌ شود.

روش تهیه کاغذ

برای تهیه کاغذ سفید، خمیر چوب را با آب مخلوط می‏ کنند تا خمیر صاف و یک دست شود و سپس آن را در داخل ماشین تصفیه کننده می ‏ریزند. این عمل برای جدا كردن لیگتین و كاهش رنگ خمیر صورت می گیرد. در این ماشین‏ الیاف‏‏ها به طور یک نواخت صاف و مرتب می ‏شوند و آب خمیر گرفته می شود. در واقع از درهم رفتن الیاف سلولوزی و پرس آنها، ورقه های کاغذ ایجاد می‌ شود. در این ماشین، صفحات حاوی خمیرکاغذ بر اثر ارتعاش می‏ لرزند و خمیر کاغذ را صاف و یک نواخت می ‏کنند. در نهایت مرحله‏ آخر خشک کردن کاغذ است که به وسیله‏ دستگاهی با چند استوانه به نام خشک کن صورت می‏ گیرد. در واقع خمیر حاوی آب از توری هایی با سوراخ های دو تا سه میلیمتری عبور داده می شود تا بخش عمده آب خود را از دست بدهد و سپس آن را از پرس های قوی عبور می دهند تا باقیمانده آب آن نیز از بین رفته و کامل خشک شود. خمیر خشک شده را از میان غلتک های ویژه عبور می دهند تا به صورت صفحات کاغذ در آید. در این لحظه کاغذ برای مصرف آماده است که طبق استانداردهای بین‌المللی به اندازه های مختلف برش داده شده و بسته بندی می شود. یکی از مهم‌ ترین طبقه ‌بندی‌های بین‌المللی برش کاغذ، استاندارد A است.

پوشش و پرداخت سطح کاغذ

مواد پوششی عمل‌آور سطح کاغذ، اجزای مهم غیرالیافی کاغذ را تشکیل می‌دهد. یکی از این نمونه‌ها کاغذهای براق مورد استفاده در مجله‌ها هستند که گاه برای کتاب‌ها نیز به‌کار می‌روند. پوشش‌ها معمولا پایه رنگ‌دانه‌های معدنی پودری از نوع رس و کربنات کلسیم دارند و نباید با پرکننده‌ها اشتباه شوند. نتیجه این عمل تولید کاغذ بسیار مطلوب و خوش چاپ است.

معرفی کاغذ چاپ و تحریر

آن چه در ایران به نام کاغذ تحریر شناخته می شود در طبقه بندی بین المللی کاغذها کاغذ تحریر و چاپ writing and printing paper  نامیده می شود و انواع مختلف دارد. این کاغذ به دو صورت پوشش دار یا اندوده شده (Coated) و بدون پوشش یا اندود نشده (Uncoated) عرضه می شود. آنچه در ایران کاغذ تحریر نامیده می شود معمولا بدون پوشش است و به گونه ای است که می توان با جوهر روی هر دو طرف آن نوشت بدون این که مرکب به سمت دیگر کاغذ نفوذ کرده و یا نشت کند.

بازیافت کاغذهای باطله

در تهیه و ساخت کاغذ، درختان بسیاری بریده می شوند. اگر چه به جای آن‌ها، درختان جدیدی کاشته می‌ شوند، ولی سرعت رشد این درختان به میزان کافی نیست تا جای همه‌ درختان بریده شده را پر کنند. به همین دلیل، کاغذهای باطله را بازیافت می ‌کنند. پس از گرد‌آوری کاغذهای باطله، جوهر روی آنها را با کمک‌ مواد شیمیایی از بین می برند. سپس آنها را با مواد شیمیایی و مقدار فراوان آب مخلوط می‌کنند تا دوباره خمیر کاغذ به دست آید. با انجام مراحل مشابه از این خمیر ورقه ‌های کاغذ ساخته می ‌شوند.

مراحل تولید و تهیه کاغذ

۱- تبدیل چوب به قطعات ریز
۲- پختن چوب و تولید خمیر کاغذ
۳- شستشوی خمیر کاغذ
۴- کلر زنی و رنگ زدایی
۵- خشک کردن خمیر کاغذ
۶- پرس کردن، برش زدن و بسته بندی کاغذ

کاغذ بسازید

به کمک وسایل بسیار ساده‌ای می‌توانید در خانه کاغذ بسازید.
۱. مقداری کاغذ باطله را ریز ریز کنید.
۲. تکه‌های کاغذ را تا ۱۵ دقیقه در آب گرم بگذارید. سپس به کمک قاشق‌، آن‌ها را با آب مخلوط کنید تا خمیر کاغذ آماده شود.
۳. اکنون به کمک غربال، آب اضافی خمیر را از آن بگیرید.
۴. خمیر را به‌آرامی روی یک ورقه‌ی پلاستیک برگردانید و روی آن را با ورقه پلاستیکی دیگری بپوشانید.
۵. اکنون به کمک وردنه آب اضافی را از کاغذ بیرون کنید و آن را در آفتاب بگذارید تا خوب خشک شود.

فرایند تولید کاغذ از این قرار است:

الیاف سلولزی را در آب می‌گذارند تا رطوبت را جذب کنند و متورم و نرم شوند؛ بعد آنها را روی یک شبکه سیمی ظریف پهن می‌کنند تا آب موجود در الیاف گرفته شود و رشته‌های مرطوب بر سطح شبکه فرو نشینند و یک تخته شوند. الیاف با از دست دادن آب به هم نزدیک می‌شوند و در نقاطی که الیاف روی هم قرار می‌گیرند نوعی اتصال شیمیایی از نوع هیدروژنی شکل می‌گیرد و آنها را به هم متصل می‌کند.

این ارتباط و خود اتصالی، کلید اصلی تولید یک برگ کاغذ چسبنده و سخت و محکم است. در این حالت به هیچ گونه چسب اضافی نیاز نیست و کاغذ پس از خارج شدن آب از الیاف سلولزی و خشک شدن آنها ساخته می‌شود.
کاغذ در جهان غرب و قبل از به‌ وجود آمدن ماشین‌های کاغذسازی در نیمه اول قرن نوزدهم، از الیاف پنبه یا کتان ــ عمدتآ از پوشاک کهنه و دورریز ــ تهیه می‌شد. امروزه، حداقل ۷۰ درصد کاغذ تولیدی در جهان از مشتقات الیاف چوب، و ۳۰ درصد بقیه نیز از الیاف گیاهی نظیر باگاس (تفاله نیشکر)، کاه، و نی تولید می‌شود.

هنوز انواع خاصی از کاغذ از برخی الیاف گیاهی نظیر پنبه، کتان، و کنف ساخته می‌شود. از این کاغذها برای تهیه اسکناس، کارهای هنری، کارهای چاپی اعلا، آثاری که باید محافظت و نگهداری شوند، و برای تعمیر و بازسازی کتاب‌های قدیمی نفیس آسیب دیده استفاده می‌شود.
آماده‌سازی الیاف در صنعت کاغذسازی. نخستین مرحله در تهیه کاغذ، جداسازی الیاف از بستر اصلی آنها در چوب است. این فرایند را خمیر کردن می‌گویند که دو روش عمده دارد:

۱- خمیرکردن مکانیکی، که در آن برای خرد کردن چوب و بیرون آوردن ذرات الیاف از درون آن از عملیات سخت مکانیکی استفاده می‌شود.
۲- خمیر کردن شیمیایی، که در آن تراشه‌های چوب با به‌کارگیری گرما و فشار تحت تأثیر ترکیبات شیمیایی قرار می‌گیرند. محصولی که از روش شیمیایی به‌دست می‌آید کمتر از محصول روش مکانیکی است، ولی الیاف حاصله آسیب‌ناپذیرتر هستند و می‌توان از آن کاغذ بسیار محکم‌تری تولید کرد. هم‌اکنون فرایندهایی در کاغذسازی وجود دارد که از خصوصیات هر دو روش بهره می‌گیرند. اگر کاغذ سفید مورد نظر باشد، عملیات شست‌وشو (سفید کردن) نیز باید در فرایند ساخت منظور شود.

یک وجه اصلی صنعت کاغذسازی، فرایندی است که در آن الیاف معلق در آب تحت عمل پرداخت مکانیکی شدید قرار گیرند. عمل کوبیدن یا تصفیه، بر خصوصیات مکانیکی کاغذ اثر دارد. برای مثال افزایش پرداخت، موجب افزایش استحکام چگالی ظاهری الیاف است و اثر مستقیم آن بر روی الیاف، ایجاد انعطاف پذیری بیشتر آنهاست که موجب می‌شود الیاف بر روی یکدیگر خوابیده و سطح تماس بیشتری به‌وجود آید. به این ترتیب، اتصال بین الیاف تقویت می‌شود. البته این فرایند بسیار پیچیده است.

اجزای غیرالیافی کاغذ.

در تولید کاغذهایی که از آنها برای چاپ یا نوشتن استفاده می‌شود، نوعی ماده پُر کننده به‌کار می‌رود. استفاده از این ماده نتایج بسیاری دارد مانند افزایش میزان ماتی، صافی، و یکنواختی کاغذ. مواد پرکننده رایج، چینی و گچ (کربنات کلسیم) است.

سهم مواد پرکننده در کاغذ می‌تواند زیاد و بین۲۵ تا ۳۰ درصد وزن کاغذ را تشکیل دهد.اغلب کاغذها به‌منظور کنترل واکنش آنها با آب و سایر سیالات، با روش‌های مختلفی تحت عملیات اصلاحی قرار می‌گیرند. کاغذی که فقط از الیاف سلولزی ساخته می‌شود آب را با سهولت بسیار زیاد جذب می‌کند. چنین کاغذهایی برای نوشتن با قلم و یا جوهر مناسب نیستند. به‌علاوه، در بسیاری از مصارف تجاری لازم است کاغذ به رطوبت مقاوم باشد. فرایند مقاوم کردن کاغذ به آب را «آهارزنی» می‌گویند.

آهار زنی داخلی

چنانکه معروف است، فراوان به‌کار می‌رود. این فرایند مستلزم افزودن مواد آهاری به ماده حاوی ذرات الیاف قبل از شکل گرفتن کاغذ است. ماده متداول یک نوع رزین چوبی است که با سولفات آلومینیوم تقویت شده است و کاغذسازان آن را زاج سبز می‌نامند.

زاج سبز، رزین را روی سطح الیاف تثبیت می‌کند. متأسفانه نتیجه فرایند آهارزنی، به‌علت استفاده از زاج سبز، اسیدی شدن کاغذ است. این حالت اسیدی در کاغذ باقی می‌ماند و علت اصلی افت تدریجی مقاومت کاغذ همین است. در سال‌های اخیر، روش‌های اقتصادی آهارزنی داخلی با مواد خنثی یا قلیایی رواج یافته است که تا حد زیادی می‌تواند از فرسودگی جلوگیری کند.

آهارزنی داخلی با آهارزنی سطحی و شست‌وشویی که شامل اصلاح کاغذ با نشاسته یا ژلاتین و یا مواد مشابه است، کاملا تفاوت دارد.
در صنعت به کاغذ مواد دیگری، البته به مقدار بسیار کم، می‌افزایند تا به آن ویژگی خاص بدهند، مثلا آن را در برابر رطوبت مقاوم کند یا بر شفافیت آن بیفزایند و رنگ و سایه آن را تنظیم کنند.

پوشش و پرداخت سطح کاغذ

مواد پوششی عمل‌آور سطح کاغذ، اجزای مهم غیرالیافی کاغذ را تشکیل می‌دهد. یکی از این نمونه‌ها کاغذهای براق مورد استفاده در مجله‌ها هستند که گاه برای کتاب‌ها نیز به‌کار می‌روند. پوشش‌ها معمولا پایه رنگ‌دانه‌های معدنی پودری از نوع رس و کربنات کلسیم دارند و نباید با پرکننده‌ها اشتباه شوند. نتیجه این عمل تولید کاغذ بسیار مطلوب و خوش چاپ است.

ویژگی‌های کاغذ

کاغذ وقتی می‌تواند انتظاری را که از آن می‌رود برآورد که ویژگی‌های آن اندازه‌گیری و کنترل شوند. برای کاغذ مطلوب سه ویژگی مهم وجود دارد:
۱- خصوصیات ماده سازنده کاغذ: نظیر مقاومت، وزن (جرم در واحد سطح)، و چگالی ظاهری
۲-خصوصیات مربوط به سطح کاغذ: نظیر صافی که نقش اصلی و کلیدی را در فرایند تبدیل نظیر چاپ دارند.
۳-خصوصیات بصری :که عمدتآ رنگ، شفافیت، و ماتی هستند.

کاغذی که برای کتاب مورد استفاده قرار می‌گیرد باید به حد کافی محکم بوده و رنگ و شفافیت آن پذیرفتنی باشد. از دیدگاه حفاظت و نگهداری، یکی از مسائل عمده، فرسودگی در گذر زمان است. تغییر رنگ در اثر فرسودگی نیز مهم است، ولی اهمیت آن به نوع کاری که قرار است کاغذ انجام دهد ارتباط دارد؛ برای مثال رنگ در کتاب‌های هنری خیلی اهمیت دارد.

روش اصولی مطالعه خصوصیات مکانیکی کاغذ، منحنی بار کشیدگی است. فشار در نقطه پارگی، بیانگر مقاومت کششی کاغذ مورد آزمایش است؛ در حالی که کشیدگی در محل پارگی وسیله‌ای برای اندازه‌گیری مقاومت یا توانایی جذب انرژی قبل از پارگی است.
برای سنجش خصوصیات مکانیکی کاغذ، آزمایش‌های متعدد دیگری وجود دارد که تعدادی از آنها بر اساس شبیه‌سازی و قدرت ایستادگی کاغذ در مقابل نیرو انجام شده است.

در این زمینه به موارد زیر می‌توان اشاره کرد:

– مقاومت نسبت به پارگی، که با انرژی مورد نیاز برای انتشار پارگی در نمونه کاغذی که در آن شکافی ایجاد شده است اندازه‌گیری می‌شود.
– مقاومت در برابر سوراخ شدن (نیروی مورد نیاز برای ایجاد یک سوراخ در میان کاغذ با استفاده از یک دیافراگم لاستیکی مقاوم ایجاد می‌شود).

– پایداری در مقابل تا شدن، این خاصیت را به این ترتیب اندازه می‌گیرند که یک باریکه کاغذ را بارها به داخل و خارج تا می‌کنند تا پاره شود. همان‌طور که قبلا اشاره شد علاوه بر خصوصیات مکانیکی، برای کسانی که به کاغذ به‌عنوان محمل اطلاعات می‌نگرند، رنگ بیشتر از هر چیز دیگری مورد توجه است.

رنگ‌رفتگی و تبدیل رنگ کاغذ به قهوه‌ای متمایل به زرد در تماس با نور و روشنایی، رایج‌ترین مسئله است و از موارد آشنا در کتاب‌های جلد کاغذی قدیمی و به خصوص لبه برگ‌های آنهاست. عامل اصلی در رنگ‌رفتگی وجود یا عدم لیگنین است، زیرا کاغذهایی که دارای این ماده هستند در مقابل نور و روشنایی به سرعت زرد می‌شوند.