مراحل تبدیل درخت به کاغذ از برش تا محصول نهایی
وقتی میگوییم مراحل ساخت کاغذ از درخت (چوب تا کاغذ)، منظورمان دقیقا دنبالهای از عملیات فیزیکی و شیمیایی است که چوب درختان را به ورقهای سفید یا رنگیِ کاغذ تبدیل میکند. این مسیر هم در کارخانههای بزرگ صنعتی انجام میشود و هم به شکل سادهتر در کارگاههای بازیافت؛
اما اصول پایهای تقریبا ثابتاند: از برداشتِ درخت تا پالپسازی، از پالپ تا قالبگیری ورق، و آخرش خشکسازی و پرداخت. در ادامه سعی میکنم هر مرحله را با دقت علمی ولی لحنی خودمانی و قابل فهم توضیح بدهم، همراه با مثالهای واقعی و نکات کاربردی. چرا مهمه؟ از کجا شروع کنم؟ اشتباههای رایج.
جمعبندی کوتاه. برداشت چوب و آمادهسازی اولیه اول کار، چوب باید تأمین شود. در صنایع بزرگ معمولا از گونههای نرمچوب (مثل کاج) برای تولید کاغذهای مقاوم و از سختچوبها (مثل افرا) برای کاغذهای با گرماژ پایینتر یا خواص سطحی بهتر استفاده میشود. در این مرحله درختها قطع، پوستگیری (debarking) میشوند و به صورت چیپهای چوب خرد میگردند.
نکته مهم این است که کیفیت چیپ مستقیم روی کیفیت پالپ تأثیر میگذارد؛ چیپ یکنواختتر یعنی پالپ یکنواختتر و مصرف انرژی کمتر در مراحل بعدی. پالپسازی: تبدیل چوب به فیبر پالپسازی یا تولید خمیر سلولزی، هسته فرایند است. دو شاخه کلی وجود دارد: فرآیند مکانیکی و فرآیند شیمیایی. پالپ مکانیکی: در روشهایی مثل TMP (thermomechanical pulping) یا رادیال، چوب با فشار و گرما و یا سایش مکانیکی به فیبر تبدیل میشود.
این روش بازده چوب بالاست و برای تولید روزنامهها یا کاغذهای ارزان قیمت کاربرد دارد، اما کاغذ حاصل معمولا زردتر و ضعیفتر در طول زمان است. پالپ شیمیایی: معروفترینش فرایند کرفت (kraft) است. در اینجا لیگنین—که مانند چسب بین فیبرها عمل میکند—با مواد قلیایی حل میشود و فیبر خالصتری باقی میماند.
نتیجه کاغذی قویتر و پایاتر است و برای مقوا و کاغذهای با کیفیت بالاتر مناسب است. نکته عملی: کارخانهها معمولاً برای بازیابی انرژی و مواد شیمیایی، محلولِ حاوی لیگنین و مواد دیگر را به بویلر بازیابی (recovery boiler) میفرستند؛
این بازده اقتصادی و زیستمحیطی را بالا میبرد. شستشو، غربالگری و سفیدسازی بعد از پالپسازی، خمیر سلولزی باید از باقیماندههای شیمیایی و ذرات بزرگ پاکسازی شود.
در مرحله شستشو و screening ذرات سنگین، شن و تکههای ناصاف حذف میشوند. اگر کاغذ سفید یا روشن میخواهیم، به سفیدسازی (bleaching) نیاز داریم.
این کار قبلا با کلر انجام میشد ولی امروزه روشهای ECF (elemental chlorine free) یا TCF (totally chlorine free) رایجترند تا آلودگیهای کلری کاهش یابد.
هرچند سفیدسازی کامل میتواند به کاهش طول فیبر و افزایش شکنندگی منجر شود، پس باید میانهرو بود. اصلاح و افزودنیها پالپ تقریبا آماده است اما اغلب به افزودنیهایی نیاز دارد: پرکنها (مثل کائولین یا کربنات کلسیم) برای بهبود سطح و سفیدی، آنزیمها برای بهبود ویسکوزیته، سیزینگ (sizing) برای کنترل جذب آب و چسبندگی مرکب در چاپ. مثلا کاغذ کتابها معمولاً با رزين یا AKD پوشش داده میشود تا هنگام چاپ جوهر پخش نشود. انتخاب افزودنیها بسته به کاربرد نهایی متفاوت است؛ کاغذهای چاپ با پوششهای خاص (coated) برای چاپ با کیفیت عکس مناسبترند.
فرآیند قالبگیری و شکلدهی ورق در کاغذسازی صنعتی، مرحلهای به نام تشکیل ورق (sheet forming) وجود دارد که معمولا با ماشین فوردرینیِر (Fourdrinier) یا ماشین استوانهای انجام میشود. پالپ با ترکیب آب زیاد روی یک پارچهی توری به حرکت درمیآید؛ آب از توری میگذرد و فیبرها روی آن تهنشین میشوند و یک ورق مرطوب تشکیل میشود. این قسمت بسیار حساس است چون توزیع فیبر، ضخامت و یکنواختی ورق در اینجا تعیین میشود.
آبگیری و خشکسازی بعد از تشکیل ورق، نوبت به فشار و خشکسازی میرسد. در نواحی اولیه با استفاده از پرسهای مکانیکی، آب بین دو غلتک گرفته میشود. سپس وارد مجموعه خشککنهای بخار میشود که ورق را بین غلتکهای گرم عبور میدهند تا رطوبت کاهش یابد.
کنترل دما و سرعت در این بخش مهم است؛ خشکسازی سریع میتواند باعث تنش داخلی و تغییر ابعاد شود. پرداخت سطحی و پوششدهی پس از خشک شدن، کاغذ ممکن است کیلندر شود—عبور بین غلتکهای صیقلی برای صاف کردن سطح.
برای کاغذهای با کیفیت چاپ بالا معمولا پوشش سطحی (coating) انجام میشود که مخلوطی از پیگمنت و چسب پوششی روی سطح پاشیده و سپس خشک میشود. این مرحله ظاهر، قابلیت چاپ و میزان جذب جوهر را تنظیم میکند. بستهبندی، برش و انبارش در پایان، کاغذ به رولهای بزرگ یا ورقهای برششده تبدیل میشود، بستهبندی میشود و برای مصرفکنندگان یا چاپخانهها فرستاده میشود. نگهداری در محیط با رطوبت و دمای کنترلشده از اهمیت زیادی برخوردار است چون کاغذ به سرعت رطوبت محیط را جذب یا از دست میدهد و تغییر ابعاد میدهد.
بازیافت و مسیرهای جایگزین یکی از شاخصههای مهم صنعت کاغذ، بازیافت است. کاغذ مصرفشده با فرایند دئینکینگ (deinking) و پالپ مجدد میتواند به محصولات جدید تبدیل شود. کاغذ بازیافتی انرژی و چوب کمتر مصرف میکند اما هر بار بازیافت، طول فیبر کمتر میشود و ممکن است نیاز به مخلوط با پالپ تازه باشد تا خواص مکانیکی حفظ شود. مثال عملی: روزنامهها اغلب تا 5-7 بار قابل بازیافتاند، سپس فیبرها خیلی کوتاه میشوند. مسائل زیستمحیطی و اقتصادی از نظر محیطزیستی، دو مسئله مهم وجود دارد: قطع درختان و انتشار آلایندهها.
امروزه استفاده از چوبهای گواهیشده (مثل FSC) و مدیریت جنگلهای پایدار کاهشدهنده تاثیرات منفی است. همچنین بازیابی مواد شیمیایی در فرایند کرفت و استفاده از فناوریهای سفیدسازی کمآسیب (ECF/TCF) کمک میکند تا آلودگی آب و هوا کاهش یابد. از نظر اقتصادی، هزینههای انرژی و بازیابی شیمیایی تعیینکننده قیمت نهایی کاغذ هستند.
نکات عملی برای مصرفکننده اگر به محیطزیست اهمیت میدهید، دنبال برچسبهایی مثل FSC یا مقادیر درصد بازیافتی باشید. برای چاپهای حساس، از کاغذهای با مقاومت بالا و پوشش مناسب استفاده کنید.
در انتخاب محصولات، توجه کنید که بعضی کاربردها (مثل بستهبندی مواد غذایی) استانداردهای بهداشتی خاصی نیاز دارند که تفاوت فرآیند را توجیه میکند. محدودیتها و احتیاط در بیان اطلاعات این توضیح یک نگاه کلی و علمی اما سادهشده از مراحل ساخت کاغذ از درخت است؛ جزئیات دقیق فرایندها میتواند بسته به کارخانه، تکنولوژی مورد استفاده و نوع محصول نهایی متفاوت باشد. دادههای مربوط به مصرف انرژی و آلایندگی نیز بسته به فناوریهای بازیابی و سوخت مورد استفاده فرق دارد. بنابراین برای تحلیل عمیقتر یا طراحی یک خط تولید، نیاز به اطلاعات فنی و مهندسی مفصلتری هست. در مجموع، مسیر چوب تا کاغذ ترکیبی از مهندسی مواد، شیمی و فرایند است که طی آن فیبرهای درختی با کمک عملیات مکانیکی و شیمیایی به ورقهای متنوع کاغذ تبدیل میشوند.
شناخت این مراحل کمک میکند مصرفکنندههای آگاهتری باشیم و تصمیمات پایدارتری در خرید و بازیافت بگیریم.
🙏 اگر محب اهل بیت هستید یک صلوات بفرستید و اگر کورش بزرگ شاه شاهان را قبول دارید برای سرافرازی میهن عزیزمان دعا کنید