مراحل تولید کاغذ

توليد كاغذ. فرايند توليد كاغذ از اين قرار است: الياف سلولزي را در آب مي‌گذارند تا رطوبت را جذب كنند و متورم و نرم شوند؛ بعد آنها را روي يك شبكه سيمي ظريف پهن مي‌كنند تا آب موجود در الياف گرفته شود و رشته‌هاي مرطوب بر سطح شبكه فرو نشينند و يك تخته شوند. الياف با از دست دادن آب به هم نزديك مي‌شوند و در نقاطي كه الياف روي هم قرار مي‌گيرند نوعي اتصال شيميايي از نوع هيدروژني شكل مي‌گيرد و آنها را به هم متصل مي‌كند. اين ارتباط و خود اتصالي، كليد اصلي توليد يك برگ كاغذ چسبنده و سخت و محكم است. در اين حالت به هيچ گونه چسب اضافي نياز نيست و كاغذ پس از خارج شدن آب از الياف سلولزي و خشك شدن آنها ساخته مي‌شود.

كاغذ در جهان غرب و قبل از به‌وجود آمدن ماشين‌هاي كاغذسازي در نيمه اول قرن نوزدهم، از الياف پنبه يا كتان ــ عمدتآ از پوشاك كهنه و دورريز ــ تهيه مي‌شد. امروزه، حداقل 95 درصد كاغذ توليدي در جهان از مشتقات الياف چوب، و 5 درصد بقيه نيز از الياف گياهي نظير باگاس (تفاله نيشكر)، كاه، و ني توليد مي‌شود. هنوز انواع خاصي از كاغذ از برخي الياف گياهي نظير پنبه، كتان، و كنف ساخته مي‌شود. از اين كاغذها براي تهيه اسكناس، كارهاي هنري، كارهاي چاپي اعلا، آثاري كه بايد محافظت و نگهداري شوند، و براي تعمير و بازسازي كتاب‌هاي قديمي نفيس آسيب ديده استفاده مي‌شود.

آماده‌سازي الياف در كاغذسازي. نخستين مرحله در تهيه كاغذ، جداسازي الياف از بستر اصلي آنها در چوب است. اين فرايند را خمير كردن مي‌گويند كه دو روش عمده دارد:

1) خميركردن مكانيكي، كه در آن براي خرد كردن چوب و بيرون آوردن ذرات الياف از درون آن از عمليات سخت مكانيكي استفاده مي‌شود؛ و 2) خمير كردن شيميايي، كه در آن تراشه‌هاي چوب با به‌كارگيري گرما و فشار تحت تأثير تركيبات شيميايي قرار مي‌گيرند. محصولي كه از روش شيميايي به‌دست مي‌آيد كمتر از محصول روش مكانيكي است، ولي الياف حاصله آسيب‌ناپذيرتر هستند و مي‌توان از آن كاغذ بسيار محكم‌تري توليد كرد. هم‌اكنون فرايندهايي در كاغذسازي وجود دارد كه از خصوصيات هر دو روش بهره مي‌گيرند. اگر كاغذ سفيد مورد نظر باشد، عمليات شست‌وشو (سفيد كردن) نيز بايد در فرايند ساخت منظور شود.

يك وجه اصلي كاغذسازي، فرايندي است كه در آن الياف معلق در آب تحت عمل پرداخت مكانيكي شديد قرار گيرند. عمل كوبيدن يا تصفيه، بر خصوصيات مكانيكي كاغذ اثر دارد. براي مثال افزايش پرداخت، موجب افزايش استحكام چگالي ظاهري الياف است و اثر مستقيم آن بر روي الياف، ايجاد انعطاف پذيري بيشتر آنهاست كه موجب مي‌شود الياف بر روي يكديگر خوابيده و سطح تماس بيشتري به‌وجود آيد. به اين ترتيب، اتصال بين الياف تقويت مي‌شود. البته اين فرايند بسيار پيچيده است.

اجزاي غيراليافي كاغذ. در توليد كاغذهايي كه از آنها براي چاپ يا نوشتن استفاده مي‌شود، نوعي ماده پُر كننده به‌كار مي‌رود. استفاده از اين ماده نتايج بسياري دارد مانند افزايش ميزان ماتي، صافي، و يكنواختي كاغذ. مواد پركننده رايج، چيني و گچ (كربنات كلسيم) است. سهم مواد پركننده در كاغذ مي‌تواند زياد و بين 10 تا 15درصد وزن كاغذ را تشكيل دهد.

اغلب كاغذها به‌منظور كنترل واكنش آنها با آب و ساير سيالات، با روش‌هاي مختلفي تحت عمليات اصلاحي قرار مي‌گيرند. كاغذي كه فقط از الياف سلولزي ساخته مي‌شود آب را با سهولت بسيار زياد جذب مي‌كند. چنين كاغذهايي براي نوشتن با قلم و يا جوهر مناسب نيستند. به‌علاوه، در بسياري از مصارف تجاري لازم است كاغذ به رطوبت مقاوم باشد. فرايند مقاوم كردن كاغذ به آب را «آهارزني» مي‌گويند.

آهارزني داخلي، چنانكه معروف است، فراوان به‌كار مي‌رود. اين فرايند مستلزم افزودن مواد آهاري به ماده حاوي ذرات الياف قبل از شكل گرفتن كاغذ است. ماده متداول يك نوع رزين چوبي است كه با سولفات آلومينيوم تقويت شده است و كاغذسازان آن را زاج سبز مي‌نامند. زاج سبز، رزين را روي سطح الياف تثبيت مي‌كند. متأسفانه نتيجه فرايند آهارزني، به‌علت استفاده از زاج سبز، اسيدي شدن كاغذ است. اين حالت اسيدي در كاغذ باقي مي‌ماند و علت اصلي افت تدريجي مقاومت كاغذ همين است. در سال‌هاي اخير، روش‌هاي اقتصادي آهارزني داخلي با مواد خنثي يا قليايي رواج يافته است كه تا حد زيادي مي‌تواند از فرسودگي جلوگيري كند. آهارزني داخلي با آهارزني سطحي و شست‌وشويي كه شامل اصلاح كاغذ با نشاسته يا ژلاتين و يا مواد مشابه است، كاملا تفاوت دارد.

به كاغذ مواد ديگري، البته به مقدار بسيار كم، مي‌افزايند تا به آن ويژگي خاص بدهند، مثلا آن را در برابر رطوبت مقاوم كند يا بر شفافيت آن بيفزايند و رنگ و سايه آن را تنظيم كنند.

پوشش و پرداخت سطح كاغذ. مواد پوششي عمل‌آور سطح كاغذ، اجزاي مهم غيراليافي كاغذ را تشكيل مي‌دهد. يكي از اين نمونه‌ها كاغذهاي براق مورد استفاده در مجله‌ها هستند كه گاه براي كتاب‌ها نيز به‌كار مي‌روند. پوشش‌ها معمولا پايه رنگ‌دانه‌هاي معدني پودري از نوع رس و كربنات كلسيم دارند و نبايد با پركننده‌ها اشتباه شوند. نتيجه اين عمل توليد كاغذ بسيار مطلوب و خوش چاپ است.

ويژگي‌هاي كاغذ. كاغذ وقتي مي‌تواند انتظاري را كه از آن مي‌رود برآورد كه ويژگي‌هاي آن اندازه‌گيري و كنترل شوند. براي كاغذ مطلوب سه ويژگي مهم وجود دارد: 1) خصوصيات ماده سازنده كاغذ، نظير مقاومت، وزن (جرم در واحد سطح)، و چگالي ظاهري؛ 2) خصوصيات مربوط به سطح كاغذ، نظير صافي كه نقش اصلي و كليدي را در فرايند تبديل نظير چاپ دارند؛ و 3) خصوصيات بصري كه عمدتآ رنگ، شفافيت، و ماتي هستند.

كاغذي كه براي كتاب مورد استفاده قرار مي‌گيرد بايد به حد كافي محكم بوده و رنگ و شفافيت آن پذيرفتني باشد. از ديدگاه حفاظت و نگهداري، يكي از مسائل عمده، فرسودگي در گذر زمان است. تغيير رنگ در اثر فرسودگي نيز مهم است، ولي اهميت آن به نوع كاري كه قرار است كاغذ انجام دهد ارتباط دارد؛ براي مثال رنگ در كتاب‌هاي هنري خيلي اهميت دارد.

روش اصولي مطالعه خصوصيات مكانيكي كاغذ، منحني بار كشيدگي است. فشار در نقطه پارگي، بيانگر مقاومت كششي كاغذ مورد آزمايش است؛ در حالي كه كشيدگي در محل پارگي وسيله‌اي براي اندازه‌گيري مقاومت يا توانايي جذب انرژي قبل از پارگي است.

براي سنجش خصوصيات مكانيكي كاغذ، آزمايش‌هاي متعدد ديگري وجود دارد كه تعدادي از آنها بر اساس شبيه‌سازي و قدرت ايستادگي كاغذ در مقابل نيرو انجام شده است. در اين زمينه به موارد زير مي‌توان اشاره كرد:

- مقاومت نسبت به پارگي، كه با انرژي مورد نياز براي انتشار پارگي در نمونه كاغذي كه در آن شكافي ايجاد شده است اندازه‌گيري مي‌شود.

- مقاومت در برابر سوراخ شدن (نيروي مورد نياز براي ايجاد يك سوراخ در ميان كاغذ با استفاده از يك ديافراگم لاستيكي مقاوم ايجاد مي‌شود).

- پايداري در مقابل تا شدن، اين خاصيت را به اين ترتيب اندازه مي‌گيرند كه يك باريكه كاغذ را بارها به داخل و خارج تا مي‌كنند تا پاره شود. همان‌طور كه قبلا اشاره شد علاوه بر خصوصيات مكانيكي، براي كساني كه به كاغذ به‌عنوان محمل اطلاعات مي‌نگرند، رنگ بيشتر از هر چيز ديگري مورد توجه است.

رنگ‌رفتگي و تبديل رنگ كاغذ به قهوه‌اي متمايل به زرد در تماس با نور و روشنايي، رايج‌ترين مسئله است و از موارد آشنا در كتاب‌هاي جلد كاغذي قديمي و به خصوص لبه برگ‌هاي آنهاست. عامل اصلي در رنگ‌رفتگي وجود يا عدم ليگنين است، زيرا كاغذهايي كه داراي اين ماده هستند در مقابل نور و روشنايي به سرعت زرد مي‌شوند