Виробництво паперу та картону

• середньої зольності (із зольністю 5-15 %) – офсетний та деякі види паперу для друку;

• високозольний  (із зольністю  понад 15 %) – типографський та інші види паперу, де важливо мати високі непрозорість і друкарські властивості. Вміст наповнювачів у них високий, проте не більше 25-30% [9].

Важливим є поділ паперу за наявністю покриття: натуральний (без покриття), із поверхневим покриттям (пігментований, крейдований) і спеціальний  (металізований, лакований, ламінований, тощо). Папір із поверхневим покриттями має значну питому вагу в асортименті паперу для друку. Пігментування та крейдування відрізняються між собою масою нанесеного покриття: для пігментованих видів паперу – до 7,0 г/м²,  крейдованих – до 50  г/м² і більше. Крейдування може бути одно-,  дво-  та багатошаровим.

Значний вплив на поверхневі властивості паперу для друку  має характер його поверхневого оздоблення, яке досягається застосуванням  різних видів каландрів. Якщо поверхня виходить гладкою з обох боків, то такий папір називають папером машинної гладкості. Матовий папір проходить тільки машинне каландрування і найкраще задовольняє вимогам для друкування значних за обсягом тиражів. При необхідності папір додатково обробляють на суперкаландрі. Каландрування паперу впливає на зменшення ступеня його проклеювання та повітропроникності. 

Особливе місце займає група спеціального паперу, яка включає папір документний, самоклейкий, самокопіювальний, для оформлення (форзацний, для обкладинок,  декоративний), для реклами, банкнот, із водяними знаками, а також види паперу, що використовують для друку без друкарської форми, – для електрофотографії, термографії, тощо [1].

Очевидно, що сьогодні існує широкий вибір паперу, тому можливо обрати папір із врахуванням специфіки друку та призначення продукції. Папір можна класифікувати як за способом друку, для якого він призначений, так і за волоконним складом, за покриттям поверхні тощо.

1.1.2. Види картону, вимоги до пакувального картону

 За типом сировини пакувальний картон можна поділити на три групи: чисто целюлозний картон, картон з первинних волокон, картон із вторинної сировини (макулатурний). Такий розподіл є умовним, тому що в якості середнього шару часто використовують не чисті складові, а суміш цих складових волокнистих матеріалів у різних пропорціях.

З макулатурного картону  виготовляють пакування для косметики, харчових продуктів, взуття, ліків, канцелярських  товарів. Його часто використовують у виробництві коробок для  парфумерії й кондитерських виробів. Картон на основі деревної маси універсальний  – з нього виготовляють пакування  для всіх видів товарів. Целюлозні  картони мають високу вартість порівняно з іншими видами картонів, але відрізняються найвищими жорсткісними властивостями.

Для покращення поліграфічних  властивостей картону на його верхній  шар, а іноді й нижній, наноситься крейдоване покриття.

Крейдовані картони використовують для виготовлення високоякісного поліграфічного пакування. Відповідно, для цих сортів картону визначальне значення мають  його друкарські властивості. Вони характеризуються кращими друкованими властивостями, більш інтенсивним відтворенням фарб, кращим глянцем. Усі вони мають від 1 до 3 крейдованих шарів. Крім того, крейдоване покриття уможливлює лакування [11].

Для некрейдованих картонів рекомендовано використовувати  друк в 2-3 фарби. Ці картони добре  пропускають повітря, широко використовуються для виготовлення коробок із використанням  офсетного й високого способів друку, коробок без задруковування, пакування  тютюнових виробів й ін.

Також картон класифікують наступним чином відповідно до його складу і призначення:

• Макулатурні картони крейдовані або кашировані крейдованим папером використовують у загальній упаковці харчових і нехарчових продуктів,.
• Макулатурні картони з бар’єрними властивостями – для упакування пральних порошків, кормів, інших агресивних і гігроскопічних речовин.
• Картони на основі деревної маси – це загальне упакування харчових і нехарчових продуктів, парфумерії, фармацевтики, СD, DVD і т. д.
• Пакувальний картон FBB з бар’єрними властивостями – упакування вологих, заморожених і жирних продуктів, гігроскопічних сипучих речовин.
• Крейдований хромокартон – багатошаровий пакувальний картон з 100% первинних волокон. Крейдоване покриття лиця. Використовують для високоякісної упакування парфумерії та дорогих харчових продуктів, де важливе значення має білизна лицевої і зворотної сторони.
• Крейдований дуплекс картон – багатошаровий пакувальний картон з 100% вторинних волокон. Покриття лицевої сторони не містить деревної маси. Використовується для пакувань низької собівартості. При виробництві таких картонів на ряду з целюлозою і деревної масою використовується макулатура (приблизно 60-70% загальної маси), що дозволяє здешевити ціну, але при цьому зменшується пухлість і жорсткість [11].
• Крейдований триплекс картон – це макулатурний картон з білим оборотом і легким покриттям. Триплекси можна використовувати як заміну картонів з первинних волокон для коробок під шоколадні вироби, лікарські препарати, коробки під алкоголь [7 ].

1.2. Технологія  виготовлення картону та паперу

На Рис. 1 (Додаток А) наведено технологічну схему виготовлення паперу та картону, послідовність операцій та задіяну на кожному етапі сировину. Загалом цей процес передбачає такі основні етапи як виготовлення паперової маси, відлив та обробку паперу/картону.

Перший етап – виготовлення паперової маси, це дуже відповідальний технологічний процес, який значно впливає на якість отриманої продукції. Паперова маса складається з розмелених волокнистих речовин, води, наповнювачів, барвників і проклеюючих речовин. Відбувається подрібнення сировини, проклеювання, наповнення, фарбування тощо.

Подрібнення – один із найважливіших  технологічних процесів у виробництві  паперу. Від нього залежіть якість паперу. Цей процес найбільш енергомісткий. На подрібнення волокнистих речовин  витрачається 60-70% загальної кількості  енергії в процесі виготовлення паперу. У ході подрібнення волокна  вкорочуються, розщепляються, розтираються та стискаються. Після подрібнення волокна стають еластичними, гнучкими та масними на дотік. Волокнисті речовини подрібнюють на спеціальних машинах – ролах, дискових млинах, конічних млинах [12].

Рослинні волокна, з яких виробляють папір, мають здатність вбирати вологу. Щоб запобігти вбиранню води і деяких колоїдних розчинів та розтіканню їх по поверхні паперу, папір проклеюють. За першим способом проклейки клеї вводять у паперову масу перед виготовленням паперу і вони рівномірно розподіляються. За другим способом клейкі речовини наносять на поверхню готового паперу, при цьому середина залишається непроклеєною. Другий спосіб економічно вигідніший, оскільки клею витрачається значно менше, але він потребує додаткового обладнання.

Багато видів паперу виробляють із використанням інертних наповнювачів. Для надання паперу певного забарвлення  його фарбують. Барвники наносять на поверхню готового паперу або додають до паперової маси (90% усього виробленого паперу фарбують саме таким способом, оскільки він простіший і не потребує додаткового обладнання).

Другий етап (відлив) відбувається на папероробних машинах, куди подається  підготовлена паперова маса і формується паперове полотно. На сьогодні є кілька видів таких машин: плоскосіткові, круглосіткові (циліндрові, двосіткові, комбіновані тощо). Між собою вони різняться способом формування паперу. Найпоширенішими е плоскосіткові машини. На них виробляють майже всі види паперу і деякі види картону. Плоскосіткові машини можуть мати 2-4 сіткових столи, які розміщені один над одним. Ці машини призначені для виробництва багатошарового міцного паперу.

Сітка є основною складовою  частиною папероробної машини. На сітці  формується паперове полотно із суспензії  та відбувається зневоднювання його до 17-22%. Від добротності сітки  залежить якість паперу та ефективність роботи машини. Чим тоншим має бути папір, тим краще повинна бути подрібнена паперова маса і густішою має бути сітка [3].

На сітковому столі, який безперервно рухається, відбувається одночасно два важливих процеси: формування паперу з водної суспензії паперової маси та її зневоднювання. Якість паперу залежіть як від умов подання суспензії на сітку, так і від умов зневоднювання суспензії на ній. Для рівномірного розподілу суспензії на всю ширину сітки використовують різного типу розподілювачі.

Швидкість подавання паперової  маси на сітку впливає на витрату  маси та якість паперу. Якість паперу залежіть від рівномірного розподілу маси та розподілу волокон у поздовжньому та поперечному напрямках. Якщо швидкість  потоку паперової маси менша від  швидкості руху сітки, то волокна  орієнтуються переважно в повздовжньому  напрямку. Міцність паперу в цьому  напрямі буде більшою ніж, у поперечному. На практиці швидкості майже однакові. Зневоднювання паперової маси на сітці проводять фільтруванням. Для поліпшення структури паперу в процесі зневоднювання на машині встановлено вирівнювач – легкий порожнистий валик, обтягнений сіткою, густішою ніж основна сітка. Якщо на сітку вирівнювача нанести  випуклий рисунок, то в разі тиску  валика на ще несформоване паперове полотно  випуклий рисунок розсуне волокна  і відіб’ється на папері. Отримані рисунки називають водяними знаками.

Пресують зневоднений  папір у пресувальній частині  машини, яка складається з двох- трьох пресів. У процесі пресування зменшується пористість паперу та поліпшується його фізико-механічні властивості.

Висушують папір у сушильній  частині машини, де відбувається остаточне  зневоднювання паперу та доведення  встановленої стандартами вологості  для кожного виду паперу. Висушування  проводять контактним і конвенційним способами. У процесі контактного  висушування теплота від нагрітої поверхні сушильних циліндрів безпосередньо  передається вологому паперу. У разі конвекційного способу висушування  папір висушують нагрітим повітрям [6].

І останній виготовлення паперу – оздоблення. У кінці папероробної машини розташовані спеціальні пристрої, на яких оздоблюють папір для поліпшення його властивостей. Цей процес складається  з ряду операцій, основними з яких є: проклеювання, крепування, крейсування, каландрування тощо.

Проклеюють папір для  збільшення міцності, надання гладкості, водонепроникності тощо. Поверхневе проклеювання найчастіше проводять  за допомогою пресів. У процесі  проклеювання використовують різні  види крохмалю, казеїн, полівініловий  спирт, латекси тощо.

Крепування – це надання поверхні паперу дрібних поперечних складок.

Крейдування – це нанесення на поверхню паперу тонкого покриття. Крейдування проводять для надання паперу білизни, гладкості та інших властивостей. До складу покриття входять каолін, діоксин титану та зв’язувальна речовина (крохмаль, полівініловий спирт тощо).

Каландрування проводять  для вирівнювання товщини паперу за всією шириною, а також підвищення його щільності та гладкості. Каландри складаються з великої кількості  ретельно відполірованих валів, виготовлених з чавуну. Вали розміщенні у вертикальній площині один над одним [3].

Кінцевою операцією технологічного процесу виробництва паперу є  його змотування в рулони або розрізування на листи певного розміру. Після  цього папір маркують та пакують.

Виробництво паперу практично  безвідходне, оскільки паперовий і  картонний брак, що обов'язково утворюється  в процесі виробництва, знову  перетворюється в паперову масу і  повертається в технологічний процес. Воду, яку вилучають з паперової  маси, використовують знову для її приготування.

Виробництво картону в  загальних рисах мало відрізняється  від виробництва паперу. Різниця  полягає в тому, що картон є багатошаровим  композиційним матеріалом, тому для  його внутрішніх шарів використовують дешевші волокнисті матеріали. Інколи доводиться розділяти потоки оборотних вод картонообробної машини: на води для поверхневого шару із білених напівфабрикатів і для внутрішніх шарів із макулатурної маси і небілених напівфабрикатів. Якщо ж білизна зовнішнього шару картону не нормується, то оборотні води можуть йти загальним потоком для всіх шарів.

Процес підготовки маси для  відливу картону не відрізняється  від процесу підготовки паперової  маси. Відлив картону здійснюють на машинах, які за будовою подібні  до машин для відливання паперу. Вони дають змогу з'єднати елементарні  волокнисті шари для отримання картону  необхідної товщини і маси. Наприклад, у палітурному картоні послідовно нашаровуються та з'єднуються сім елементарних волокнистих шарів [10].

Для друкування на картоні важливим фактором є крейдяна поверхня. Колір його поверхні досягається з допомогою пігментів, в'яжучих речовин, аддитивів і води.

Нині одним із основних методів крейдування є шаберне  крейдування, що дозволяє домогтися найгладкішої поверхні. Попереднє крейдування згладжує волокнисту поверхню лицевого боку і готує основу для верхнього крейдування. У картонах із перероблених волокон для досягнення ними найкращих друкарських властивостей останнім часом застосовують тришарове крейдування. Покриття з білим пігментом накладають у рідкій формі на один або два боки в залежності від продукту, пригладжують лезом і висушують. Продукт у цьому випадку вирізняється білизною, рівномірністю забарвленням і гладкістю.