Виробництво паперу та картону

Виробництво паперу та картону    

ЗМІСТ

ВСТУП…………………………………………………………………………..3

РОЗДІЛ 1 Виробництво  паперу та картону………………………………..5

1.1. Картон та папір  – визначення, характеристики та  вимоги………………5

1.1.1. Класифікація паперу………………………………………………….8

1.1.2. Види картону, вимоги  до пакувального картону………………….10

1.2. Технологія виготовлення  картону та паперу…………………………….12

1.2.1. Сировина, вимоги та  підготовка до виробництва…………………16

РОЗДІЛ 2 ПРАКТИЧНА  ЧАСТИНА ………………………………………19

ВИСНОВКИ……………………………………………………………….......20

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ…………………………………………….............22

ДОДАТОК А Загальна технологічна схема виготовлення картону  та паперу………………………………………………………………………………….24

ВСТУП

В сучасному світі такі поліграфічні матеріали як папір та картон посідають дуже важливе місце. Рівень середньосвітового споживання паперу та картону на рік становить 65 кг на рік (в Україні цей показник дорівнює 28,2 кг, а у Франції, наприклад, сягає 200 кг на рік). [13]. Целюлозно-паперова промисловість є значущою галуззю світової економіки зі середніми темпами зростання 2-3% на рік. Попри всю різноманітність поліграфічних матеріалів, станом на сьогодні картонна тара є найпоширенішим видом пакування різноманітної продукції, а папір використовується в значних обсягах в якості інформаційного носія.

Все це пояснює значний інтерес до виробництва паперу та картону та зацікавленість у оптимізації процесу виробництва. Попит на ці види поліграфічних матеріалів буде і в подальшому стимулювати впровадження нових технологій, які дозволяють отримати якісний папір та картон із кращими характеристиками.

Виготовлення картону  та паперу є складним технологічних  процесом, порушення норм якого стає причиною отримання неякісної продукції  на виході. Кожен із етапів виробництва  – від підготування сировини до різки і пакування вже готових  аркушів – має велике значення.

Бурхливий розвиток сучасного  світу не оминає поліграфічні матеріали. За останні роки асортимент паперу та картону для друку зазнав суттєвих змін, що пов’язано з модифікацією способів друкування, використанням сучасного поліграфічного обладнання та новими вимогами до властивостей друкованої продукції.

Папір у виробах, незалежно  від їх питомої ваги, несе в основному  інформаційне навантаження, а картон, окрім цього, є ще основою певної конструкції. Усвідомлюючи специфіку  бажаної кінцевої продукції, ми можемо вибрати найбільш доречний картон або  папір із врахуванням особливостей матеріалу.

Мета дослідження полягає у висвітленні особливостей виробництва картону та паперу.

Об’єкт дослідження – такі поліграфічні матеріали як папір та картон.

Предмет дослідження – особливості виробництва картону та паперу.

Актуальність  дослідження зумовлена значним попитом на такі види поліграфічних матеріалів як папір та картон та їх активним використанням в якості пакувальної тари та інформаційного носія. Обсяги виробництва картону та паперу мають тенденцію до збільшення, тому вважається доцільним розвивати або імпортувати новітні технології. Аналіз властивостей картону або паперу є корисним при виборі матеріалу для друку, оскільки поліграфічні матеріали мають різні властивості і характеристики, що можуть впливати на якість друку та на термін служби готової продукції.

Відповідно до поставленої  мети в роботі передбачено розв’язати конкретні завдання:

• дати визначення таким поліграфічним матеріалам як картон та папір, вказати різницю між ними та навести загальні характеристики;
• навести класифікації картону та паперу, які є доцільними з точки зору поліграфії;
• описати вмотивованість вибору картону і паперу відповідно до запланованого процесу друку та специфіки експлуатації фінальної продукції;
• висвітлити технологічний процес виробництва паперу та картону.

РОЗДІЛ 1 Виробництво паперу та картону

1.1. Картон та папір – визначення, характеристики та вимоги

На сьогодні чіткої межі між папером та картоном немає. Папером  називають пористо-капілярний матеріал із масою квадратного метра до 250 г, що складається переважно із рослинних волокон, з'єднаних між  собою силами поверхневого зчеплення, в якому можуть міститися проклеюючі речовини, мінеральні наповнювачі, хімічні та органічні волокна, пігменти та фарбники [1]. Картоном вважають багатошаровий матеріал, що складається переважно із рослинних волокон, який відрізняється від паперу більшою товщиною та масою квадратного метра (250 грам) [5]. Товщина волокон становить 0,02-0,05 мм, а довжина в 100-1000 разів перевищує товщину [8].  Макромолекули целюлози в рослинних клітинах розміщуються паралельно одна до одної, утворюючи фібрили, що є структурними елементами целюлозного волокна.

Виробництво паперу або картону  – трудомісткий процес, який вимагає  дотримання всіх норм та стандартів. Порушення  особливостей технологічних операцій стає причиною отримання неякісної  продукції. 

При виборі паперу для друкування певним способом велике значення мають  його друкарські властивості – властивості, що визначають поведінку паперу до друкування (тобто проходження його через паперопровідну систему друкарської  машини), під час друкування (взаємодія  паперу з друкарською фарбою) та після друкування (операції фальцювання, брошурування, підрізання, а також експлуатаційні характеристики готової продукції).

Знання фізико-хімічних характеристик  паперу та технологічних аспектів друку  дозволяє спеціалісту раціонально  підібрати папір або картон для  друку, спростити цей процес та покращити  якість вихідної продукції.

Особливі вимоги до вологостійкості  паперу висувається при виготовленні офсетного, картографічного, форзацного, обкладинкового, етикеткового паперу, оскільки в процесі поліграфічної  технології папір вступає в контакт  з рідкими матеріалами, що входять  до складу друкарських фарб, клеїв, лаків та ін., а також може підлягатися  дії води [12].

Безпосередній вплив на якість віддрукованої продукції, а також  на вибір фарб для друкування тієї чи іншої продукції чи умов обробки  є властивості паперу вбирати  фарбу. Правильний вибір паперу з  оцінкою вбирання фарби означає  виконання умови своєчасного  і цілковитого закріплення фарби  і як результат отримання якісного відбитка. Ця здатність залежить, в  першу чергу, від капілярних властивостей паперу. Макропористий (або пористий) папір настільки швидко вбирає фарбу, що вона може проникнути на зворотну сторону  аркуша. При друку на мікропористому (капілярному) папері фарба майже  не проникає всередину паперу, що може спричинити появу чорнишів [8].

У випадку застосування офсетного  способу друку важливими показниками  є міцність поверхні паперу і характер взаємодії його з вологою. Папір  повинен мати високий рівень проклеювання, а стан поверхні (гладкість) суттєвої ролі не відіграє через те, що тиражування  зображення виконується за допомогою  офсетного циліндра. Папір, призначений  для рулонного друку або для  друкування за один процес, не рекомендується застосовувати для декількох  прогонів на друкарській машині, оскільки він не нормується за значенням лінійної деформації. Важливо також врахувати  наявність сушильних пристроїв  у рулонних машинах. За їх відсутністю  можна обмежитись папером машинної гладкості, пористим, але не крейдяним.

На відміну від офсетного  способу, високий друк є дуже чутливим до характеру поверхні паперу. Залежно від ступеня обробки поверхні друкарський папір може бути машинної гладкості, глазурований і високоглазурований [6]. У способі високого друку перенесення інформації з форми забезпечує тиск, під дією якого вирівнюється поверхня паперу. Тому значна жорсткість паперу вимагає збільшеного тиску, що погіршує якість відбитка. Друкарський папір машинної гладкості призначений для друкування текстової продукції, глазурований – ілюстраційно-текстової з тоновими зображеннями з лініатурою растру до 40 лін/см. Відтворення складних штрихових і тонових ілюстрацій з лініатурою растру до 48 лін/см рекомендується здійснювати на високоглазурованому папері при друку на аркушевих машинах, враховуючи дещо сповільнене закріплення фарби на відбитках через структуру поверхні.

Папір для глибокого друку  повинен мати високу здатність до вбирання, що забезпечить сприйняття малов'язкої фарби із заглиблень друкарської форми [12].

Отже, особливості самого процесу одержання якісних відбитків  у різних способах друку зумовлює специфічність властивостей друкарського паперу.

Пакувальний картон – картон, з доброю здатністю до згину та рилювання, що використовується для  виготовлення пакування [5]. Будь-який картон для виготовлення пакування повинен відповідати таким вимогам: мати добрі друкарські властивості, забезпечувати витривалість до усієї подальшої оброблення,  мати достатню витривалість при виготовленні та експлуатації та відповідні оптичні характеристики, які б незначно спотворювали нанесене шляхом друку зображення, бути сенсорно нейтральним. Найпоширенішим картоном для виготовлення споживчого пакування є хром-ерзац картон, оскільки він має добрі друкарські показники та, порівняно із хромовим, нижчу вартість [7].

Зазвичай, для виготовлення пакування використовують картони  з багатошаровою структурою, що збільшує товщину й жорсткість кінцевої продукції. Основним є середній шар, він становить приблизно 70% від загальної маси композиції. До його складу входять, залежно від виду картону, макулатура, деревна маса, небілена целюлоза й так звана хімічно-термомеханічна маса [12]. Верхній шар – це один з декількох шарів біленої або небіленої целюлози (20-30 %), або біленої макулатури, на який наноситься один або більше крейдованих шарів. Нижній шар – білена, небілена целюлоза або білена макулатура. Шари із целюлози надають картону кращої білизни й у комбінації із середнім шаром поліпшують міцнісні характеристики. Крейдове покриття поліпшує поліграфічні й естетичні властивості картону.

1.1.1. Класифікація  паперу

Для поліграфістів найважливішою  ознакою класифікації паперу для  друку є спосіб друку, для якого  він призначений. За цією ознакою  папір поділяють на 2 групи – з використанням друкарської форми (високий, плоский, глибокий,  трафаретний) і без використання друкарської форми (електрофотографічний,  електростатичний, струменевий, термографічний тощо) [7].

Важливе практичне значення для поліграфістів має розподіл паперу для друку залежно від технології, коли класифікаційними ознаками є фактори, від яких найбільше залежать основні властивості паперу конкретного призначення: склад за волокном, способи поверхневої обробки та оздоблення. Інколи необхідно знати співвідношення в папері целюлози й деревної маси або врахувати в ньому наявність макулатури. Залежно від виду поверхневої обробки й оздоблення друкарські та експлуатаційні властивості можуть суттєво відрізнятися.

За волокнистим складом  папір поділяють на 4 групи: чистоцелюлозний;  із вмістом деревної маси; із вмістом макулатури; із використанням недеревної сировини. Перший – це каландрований чистоцелюлозний (чи з невеликим вмістом деревної маси) папір із високим ступенем білості (86-97 %), масою 60-150 г/м², який використовується для багатокольорових журналів, книг, високохудожніх каталогів, довідників та інших видань тривалого терміну служби [9].

До паперу зі значним вмістом  деревної маси відносять найтонші види паперу (45-51 г/м²), які застосовуються переважно для друкування газет. Папір більшої маси 1 м² (55-70 г/м²) використовується для друкування книг, інструкцій, інформаційних листків. Ці види паперу можуть бути крейдовані, мати один шар покриття.

Деякі виробники (наприклад, фінський Enso) пропонують папір однакової маси, але різної пухкості для друкування багатотомних видань. Для довідників і газетних вкладок випускається папір тонований. Такі види паперу відносно дешеві й придатні лише для друкування текстів і нескладних чорно-білих ілюстрацій та схем.

Папір із вмістом макулатури та недеревної сировини займає незначний  сегмент на ринку паперу для друку. 

За ступенем проклеювання папір для друку поділяють на сильнопроклеєний, проклеєний, слабопроклеєний та непроклеєний. Для виробництва першого (картографічного, рекламного) вводять 2-3% проклеювальних речовин від маси абсолютно сухого волокна; для виготовлення слабопроклеєного (типографського, офсетного) – 0,5-1,5 %.

За вмістом масової  частки золи папір для друку поділяють  на:

• малозольний (із зольністю до 5 %) – газетний та інші види паперу, де важливо зберегти механічну міцність;

• 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.