13. Celulóza a papír Dřevo = celulóza + lignin + hemicelulózy + malé množství cukrů, silic a pryskyřic Buničina = celulóza s příměsemi používaná k výrobě papíru Papír = produkt získaný zplsťováním jemných celulózových vláken ve vhodném prostředí a zformovaný na papírenském sítě Základní procesy zpracování dřeva A. Chemické zpracování dřeva Cíl: odstranění necelulózových složek 1. Předhydrolýza 2. Hydrolýza 3. Delignifikace B. Rozvláknění Rozvláknění = oddělení jednotlivých vláken od sebe 1. Mechanické rozvláknění 2. Chemickomechanické rozvláknění 3. Chemické rozvláknění 1
13.1 Chemické zpracování dřeva 13.1.1 Předhydrolýza částečné odbourání některých polysacharidických složek dřeva princip: hydrolýza pentosanu na fural, aceton, kyselinu mravenčí a octovou za zvýšené teploty a tlaku použití: výroba celulózy z bukového dřeva, chemické zpracování třísek a pilin 13.1.2 Hydrolýza hydrolýza zředěnými kyselinami postup: přídavek kyseliny hydrolýza vznik monosacharidů (glukósa, manosa, xylosa, galaktosa) neutralizace kyseliny pomocí Ca(OH)2 - fermentace sacharidů na etanol Pozn. Výroba glukózy pro potravinářské účely Hydrolýza pomocí koncentrované kyseliny chlorovodíkové 2
13.1.3 Delignifikace lignin slepuje vlákna celulózy odstranění ligninu pomocí chemických činidel (delignifikačních činidel ; NaOH, Ca(HSO3)2) princip: převod ligninu na rozpustnou formu lignin + NaOH rozpustná sodná sůl ligninu lignin + Ca(HSO3)2 rozpustná vápenatá sůl kyseliny ligninsulfonové proč? delignifikovaná dřevní hmota je schopna rozvláknění na celulózu 3
13.2 Výroba buničiny 13.2.1 Sulfitová buničina 13.2.2 Sulfátová buničina 13.2.3 Natronová buničina 13.2.1 Sulfitová buničina varný roztok: hydrogensiřičitan vápenatý/hořečnatý sycený volným oxidem siřičitým princip: lignin rozpustná sůl kyseliny ligninsulfonové Příprava varného roztoku stékání vody po vápencové náplni s protiproudým přívodem SO2 urychlení varného procesu přídavek volného SO2 do varné kyseliny Mg(HSO3)2 lépe regenerovatelný, vyšší výtěžek celulózy (až 60%) 4
Postup výroby sulfitové buničiny: Dřevo Odkornění dřeva odstranění kůry a lýka Příprava štěpky rozsekání na kousky (1x1x2 cm) Vaření štěpky lignin rozpustná sůl kyseliny ligninsulfonové vařáky s objemem 500 m 3 doba vaření 6h, teplota 150 C po ukončení varu uvolnění plynů Filtrace oddělení kapalného podílu (tzv. sulfitový výluh) Praní odstranění zbytků sulfitového výluhu 5
Rozvláknění uvolnění jednotlivých vláken od sebe produkt: nebělená buničina Bělení převod barevných látek oxidací na bezbarvé sloučeniny bělící činidla: chlor, chlornany Bělená buničina Zpracování sulfitových výluhů velký obsah organických látek (cukry) nelze vypouštět do řeky postup: 1. výroba krmných bílkovin (odstranění a regenerace SO2 lihové kvašení oddestilování etanolu kvasinky Torula) 2. termická likvidace (odstranění a regenerace SO2 odpaření vody spálení výluhů v peci) 6
13.2.1 Sulfátová buničina varný roztok: 5% NaOH + Na2S (varný louh) princip: lignin rozpustná sodná sůl ligninu suroviny: smrkové dřevo, borové dřevo, rákos, sláma, dřevo listnáčů produkt: buničina tmavší barvy výhoda: žádné obtížně regenerovatelné látky Regenerace varného louhu Postup: oddělení louhu zahuštění na 85% regenerace v žíhací peci přídavkem síranu sodného (= sulfát sulfátová buničina) Regenerace: Redukce Na 2SO4 na Na2S uhlíkatými látkami přítomných ve varném louhu Reakce části sulfidu s CO 2 na uhličitan sodný Převod uhličitanu sodného na NaOH + CaCO 3 přídavkem Ca(OH)2 Pozn. Výroba buničiny z borového dřeva + zmýdelnění pryskyřic vznik pryskyřičných mýdel přídavek H2SO4 pryskyřičné kyseliny pro výrobu saponátů 7
Postup výroby sulfátové buničiny: Dřevo Odkornění dřeva Odstranění kůry a lýka Příprava štěpky Rozsekání na kousky (1x1x2 cm) Vaření štěpky Lignin - rozpustná sodná sůl ligninu Vařáky s objemem 100 m3 Doba vaření 4-6h, teplota 175 C, p = 0,8 MPa Filtrace Oddělení varného louhu a jeho regenerace Praní Odstranění zbytků varného louhu Rozvláknění Uvolnění jednotlivých vláken od sebe Produkt: nebělená buničina 8
13.2.3 Natronová buničina nejstarší způsob varný roztok: 10 20% roztok NaOH postup: podobně jako sulfátová buničina regenerace varného louhu: zahuštění přídavek Na2CO3 regenerace přídavkem Ca(OH)2 produkt: hnědá buničina použití: tuhé balící papíry, lepenkové krabice 9
13.3 Výroba papíru Papír = produkt získaný zplsťováním jemných celulózových vláken ve vhodném prostředí a zformovaný na papírenském sítě Rozdělení dle plošné hmotnosti Papír do 150 g/m 2 Karton do 250 g/m 2 Lepenka nad 250 g/m 2 Suroviny 1 t papíru 5,3 plnometru dřeva, část lze nahradit sběrovým papírem 1 t sběrového papíru 2,5 plnometru dřeva Sběrový papír náhrada buničiny zpracování: rozvláknění odstranění nečistot smíchání s ostatní surovinou 10
Hadrovina zpracování: rozvláknění hadrů povařených s louhem použití: kvalitní bankovkové, mapové, cigaretové papíry Další suroviny 1. plniva: kaolín, křída, baryt účel: zvýšení bělosti, hladkosti, neprůhlednosti papíru, snížení hořlavosti 2. klížidla: zmýdelněné pryskyřice, škrob, vodní sklo zvýšení pevnosti papíru ; přídavkem síranu hlinitého dojde k vysrážení klížidla na vláknech papíroviny Spotřeba surovin na 1 t papíru/lepenky Suroviny (kg) Na 1 t papíru Na 1 t lepenky Sběrný papír 147 611,3 buničina dřevovina hadrovina kaolin 639,7 154 107,2 133,6 5,5 90 100,6 11,1 11
Postup výroby papíru: Suroviny Příprava surovin Rozvláknění surovin Podélné rozvláknění (vlákna se nezkracují) Holandry, mlecí stroje Produkt: papírovina Třídiče Odstranění nerozvlákněných kousků z papíroviny Papírenský stroj Papír Nátok na nekonečné síto Odstranění vody Propad sítem při otřásání síta Odsátí vody odsávací stanice pod sítem Odstranění mezi ždímacími válci a sušícími válci (topené parou) Úprava povrchu papíru hladícími válci 12
Výroba novinového (dřevného) papíru Mechanické rozvláknění Postup: odkorněné dřevo (zbavené kůry a lýka) broušení (přitlačení dřeva na betonový brus ostřikovaný vodou) vznik kaše rozvláknění v rafinéru ředění na koncentraci 0,5 až 5 % nátok na papírenské síto Výroba časopiseckého papíru Chemickomechanické rozvláknění Postup: odkorněné dřevo + NaHSO3 vaření rozvláknění Časopisecký papír: 80% dřevoviny + 20% sulfitové buničiny ; větší hladkost přídavkem až 25% kaolinu Výroba bezdřevného papíru Chemické rozvláknění Postup: rozrušení necelulóz a jejich převedení do roztoku 13
Výroba lepenky Zvlňovací stroj Vytvoření vln na pásu mezi rýhovanými válci Nános lepidla na vrcholy vln Přilepení krycího kartonu Vytvrzení na vytápěných deskách Lepidlo: roztok vodního skla, syntetické pryskyřice Radek Šulc @ 2007 14