อ่าน 11 นาที
เยื่อกระดาษ
เยื่อกระดาษเป็น วัสดุ ลิกโนเซลลูโลสที่ มีเส้นใยซึ่งเตรียมโดยการแยก เส้นใยเซลลูโลสของไม้พืชเส้นใยกระดาษเหลือใช้หรือเศษผ้าด้วยวิธีการทางเคมี กึ่งเคมี...
เยื่อกระดาษ


เยื่อกระดาษเป็น วัสดุ ลิกโนเซลลูโลสที่ มีเส้นใยซึ่งเตรียมโดยการแยก เส้นใยเซลลูโลสของไม้พืชเส้นใยกระดาษเหลือใช้หรือเศษผ้าด้วยวิธีการทางเคมี กึ่งเคมี หรือเชิงกลเมื่อผสมกับน้ำและสารเคมีอื่นๆ หรือสารเติมแต่งจากพืช เยื่อกระดาษเป็นวัตถุดิบหลักที่ใช้ในการผลิตกระดาษและการผลิตผลิตภัณฑ์กระดาษ อื่นๆ ใน ระดับอุตสาหกรรม [ 1 ] [ 2 ]
ประวัติศาสตร์
ก่อนการประดิษฐ์กระดาษ ที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง โดยไช่หลุนในประเทศจีนราวปี ค.ศ. 105 วัสดุสำหรับเขียนที่คล้ายกระดาษ เช่นปาปิรัสและอะมาเตะถูกผลิตขึ้นโดยอารยธรรมโบราณโดยใช้วัสดุจากพืชซึ่งส่วนใหญ่ไม่ได้ ผ่านกระบวนการแปรรูป แถบ เปลือกไม้หรือ วัสดุ จากเส้นใยถูกนำมาสานเข้าด้วยกัน ตีให้เป็นแผ่นหยาบ ตากให้แห้ง และขัดเงาด้วยมือ[ 3 ] [ 4 ] เยื่อกระดาษที่ใช้ใน การทำกระดาษสมัยใหม่และแบบดั้งเดิมนั้นมีความโดดเด่นด้วย กระบวนการ แช่ซึ่งทำให้ได้สารละลายเส้นใยเซลลูโลสที่ละเอียดและสม่ำเสมอมากขึ้น ซึ่งจะถูกดึงออกจากสารละลายโดยใช้ตะแกรงและตากให้แห้งเพื่อขึ้นรูปเป็นแผ่นหรือม้วน[ 5 ]กระดาษที่ผลิตขึ้นในยุคแรกสุดในประเทศจีนประกอบด้วยเส้นใยจาก ต้น หม่อนกระดาษ (โคโซ)ร่วมกับ เศษ ผ้าป่านและเศษตาข่าย[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]ในศตวรรษที่ 6 ต้นหม่อนได้รับการปลูกเลี้ยงโดยเกษตรกรในประเทศจีนโดยเฉพาะเพื่อวัตถุประสงค์ในการผลิตเยื่อกระดาษที่จะใช้ในกระบวนการผลิตกระดาษ นอกจากหม่อนแล้ว เยื่อกระดาษยังทำจากไม้ไผ่เปลือกชบาไม้จันทน์สีน้ำเงินฟางและฝ้ายอีกด้วย[ 7 ]การทำกระดาษโดยใช้เยื่อกระดาษที่ทำจากเส้นใยป่านและลินินจากเสื้อผ้าขาดๆ อวนจับปลา และถุงผ้า แพร่กระจายไปยังยุโรปในศตวรรษที่ 13 โดยการใช้เศษผ้าเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งเป็นหัวใจสำคัญในการผลิตและการทำกระดาษจากเศษผ้า ในราคาที่เหมาะสม ซึ่งเป็นปัจจัยหนึ่งในการพัฒนาการพิมพ์[ 1 ] ในช่วงปี 1800 ความต้องการการผลิตในอุตสาหกรรมการทำกระดาษและการพิมพ์ที่เพิ่งเกิดขึ้นใหม่ นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในวัตถุดิบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้ไม้เยื่อกระดาษและผลิตภัณฑ์จากต้นไม้อื่นๆ ซึ่งปัจจุบันคิดเป็นมากกว่า 95% ของการผลิตเยื่อกระดาษทั่วโลก[ 8 ]
การใช้เยื่อไม้และการประดิษฐ์เครื่องจักรผลิตกระดาษ อัตโนมัติ ในช่วงปลายศตวรรษที่ 18 และต้นศตวรรษที่ 19 ส่งผลให้กระดาษกลายเป็นสินค้าที่มีราคาไม่แพงในยุคปัจจุบัน[ 1 ] [ 9 ] [ 10 ]แม้ว่าตัวอย่างแรกสุดของกระดาษที่ทำจากเยื่อไม้จะรวมถึงผลงานที่ตีพิมพ์โดยJacob Christian Schäfferในปี 1765 และMatthias Koopsในปี 1800 [ 1 ] [ 11 ] แต่ การผลิตกระดาษจากเยื่อไม้ขนาดใหญ่เริ่มขึ้นในช่วงปี 1840 พร้อมกับการพัฒนาการผลิตเยื่อกระดาษเชิงกลที่ไม่เหมือนใครและเกิดขึ้นพร้อมกันโดยFriedrich Gottlob Kellerในเยอรมนี[ 12 ]และโดยCharles Fenertyในโนวาสโกเชีย[ 9 ]กระบวนการทางเคมีตามมาอย่างรวดเร็ว โดยเริ่มจาก การใช้ กรดซัลฟิวรัสของJ. Rothเพื่อบำบัดไม้ จากนั้นBenjamin Tilghman ได้รับสิทธิบัตร ของสหรัฐอเมริกาในการใช้แคลเซียมไบซัลไฟต์ Ca(HSO 3 ) 2เพื่อทำเยื่อไม้ในปี 1867 [ 2 ]เกือบสิบปีต่อมาโรงงานผลิตเยื่อซัลไฟต์เชิง พาณิชย์แห่งแรก ถูกสร้างขึ้นในสวีเดน โดยใช้แมกนีเซียมเป็นไอออนคู่และอิงตามงานของCarl Daniel Ekmanภายในปี 1900 การผลิตเยื่อซัลไฟต์ได้กลายเป็นวิธีการผลิตเยื่อไม้ที่โดดเด่น แซงหน้าวิธีการผลิตเยื่อแบบกลไก กระบวนการผลิตเยื่อเคมีที่แข่งขันกัน คือ กระบวนการซัลเฟต หรือคราฟต์ได้รับการพัฒนาโดยCarl F. Dahlในปี 1879 โรงงานผลิตเยื่อกระดาษคราฟต์แห่งแรกเริ่มต้นขึ้นในสวีเดนในปี พ.ศ. 2333 [ 2 ]การประดิษฐ์หม้อไอน้ำแบบกู้คืนโดยGH Tomlinsonในช่วงต้นทศวรรษ พ.ศ. 2473 [ 12 ]ทำให้โรงงานผลิตเยื่อกระดาษคราฟต์สามารถนำสารเคมีที่ใช้ในการผลิตเยื่อกระดาษเกือบทั้งหมดกลับมาใช้ใหม่ได้ นอกจากนี้ ความสามารถของกระบวนการคราฟต์ในการรับไม้หลากหลายชนิดและผลิตเส้นใยที่แข็งแรงกว่า[ 13 ]ทำให้กระบวนการคราฟต์กลายเป็นกระบวนการผลิตเยื่อกระดาษที่โดดเด่นตั้งแต่ทศวรรษ พ.ศ. 2483 [ 2 ]
การผลิตเยื่อไม้ทั่วโลกในปี 2549 อยู่ที่ 175 ล้านตัน (160 ล้านตัน) [ 14 ]ในปีก่อนหน้า มีการจำหน่ายเยื่อกระดาษในตลาด (ที่ไม่ได้นำไปทำเป็นกระดาษในโรงงานเดียวกัน) จำนวน 63 ล้านตัน (57 ล้านตัน) โดยแคนาดาเป็นแหล่งผลิตที่ใหญ่ที่สุด คิดเป็น 21 เปอร์เซ็นต์ของทั้งหมด รองลงมาคือสหรัฐอเมริกา คิดเป็น 16 เปอร์เซ็นต์ แหล่ง เส้นใยไม้ที่จำเป็นสำหรับการผลิตเยื่อกระดาษคือ "เศษไม้จากโรงเลื่อย 45%, ท่อนซุงและเศษไม้ 21% และกระดาษรีไซเคิล 34%" (แคนาดา, 2557) [ 15 ]เยื่อเคมีคิดเป็น 93% ของเยื่อกระดาษในตลาด[ 16 ]
เยื่อไม้

ทรัพยากรไม้ที่ใช้ทำเยื่อกระดาษเรียกว่าเยื่อไม้ [ 17 ] ในทางทฤษฎีแล้ว ต้นไม้ชนิดใดก็ได้สามารถใช้ทำเยื่อกระดาษได้ แต่ต้นไม้ประเภทสนเป็นที่นิยมมากกว่า เนื่องจากเส้นใยเซลลูโลสในเยื่อกระดาษของต้นไม้ประเภทนี้ยาวกว่า จึงทำให้กระดาษมีความแข็งแรงกว่า[ 18 ] ต้นไม้ที่นิยมใช้ทำกระดาษมากที่สุด ได้แก่ไม้เนื้ออ่อนเช่นต้นสน ต้นสนชนิด ต่างๆต้นเฟอร์ต้นสน ชนิดหนึ่ง และต้น เฮม ล็อกและไม้เนื้อแข็งเช่นต้นยูคาลิป ตั ส ต้น แอ สเพ นและต้นเบิ ร์ ช[ 19 ]นอกจากนี้ยังมีความสนใจเพิ่มมากขึ้นในพันธุ์ไม้ดัดแปลงพันธุกรรม (เช่น ยูคา ลิปตัส ดัดแปลงพันธุกรรม และต้นป็อปลาร์ ดัดแปลงพันธุกรรม ) เนื่องจากมีประโยชน์หลายประการ เช่น ช่วยให้ย่อยสลายลิกนินได้ง่ายขึ้น และมีอัตราการเติบโตสูงขึ้น
โรงงาน ผลิต เยื่อกระดาษเป็นโรงงานแปรรูปเศษไม้หรือเส้นใยพืชชนิดอื่น ๆ ให้เป็นแผ่นใยหนาซึ่งสามารถส่งไปยังโรงงานผลิตกระดาษเพื่อแปรรูปต่อไปได้ การผลิตเยื่อกระดาษสามารถทำได้โดยใช้กระบวนการทางกล กระบวนการกึ่งเคมี หรือกระบวนการทางเคมีทั้งหมด (กระบวนการคราฟต์และซัลไฟต์) ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปอาจเป็นแบบฟอกขาวหรือไม่ฟอกขาวก็ได้ ขึ้นอยู่กับความต้องการของลูกค้า
ไม้และวัสดุจากพืชอื่นๆ ที่ใช้ในการผลิตเยื่อกระดาษประกอบด้วยส่วนประกอบหลักสามอย่าง (นอกเหนือจากน้ำ) ได้แก่ เส้นใยเซลลูโลส (ซึ่งเป็นที่ต้องการสำหรับการทำกระดาษ) ลิกนิน (พอลิเมอร์สามมิติที่ยึดเส้นใยเซลลูโลสเข้าด้วยกัน) และเฮมิเซลลูโลส ( พอลิเมอร์คาร์โบไฮเดรต แบบกิ่งก้านสาขาที่สั้นกว่า ) จุดมุ่งหมายของการผลิตเยื่อกระดาษคือการสลายโครงสร้างโดยรวมของแหล่งเส้นใย ไม่ว่าจะเป็นเศษไม้ ลำต้น หรือส่วนอื่นๆ ของพืช ให้กลายเป็นเส้นใยที่เป็นส่วนประกอบ
การผลิตเยื่อกระดาษด้วยกระบวนการทางเคมีนั้นทำได้โดยการย่อยสลายลิกนินและเฮมิเซลลูโลสให้เป็นโมเลกุลขนาดเล็กที่ละลายน้ำได้ ซึ่งสามารถชะล้างออกจากเส้นใยเซลลูโลสได้โดยไม่ ทำให้เส้นใยเซลลูโลส สลายตัว (การสลายตัวของเซลลูโลสด้วยกระบวนการทางเคมีจะทำให้เส้นใยอ่อนแอลง) ส่วนวิธีการผลิตเยื่อกระดาษเชิงกลต่างๆ เช่น การผลิตเยื่อกระดาษแบบบดละเอียด (GW) และการผลิตเยื่อกระดาษเชิงกลแบบปรับปรุงคุณภาพ (RMP) นั้น จะทำให้เส้นใยเซลลูโลสฉีกขาดออกจากกัน ลิกนินส่วนใหญ่ยังคงเกาะติดอยู่กับเส้นใย ความแข็งแรงของเยื่อกระดาษจึงลดลงเนื่องจากเส้นใยอาจถูกตัดขาด นอกจากนี้ยังมีวิธีการผลิตเยื่อกระดาษแบบผสมผสานหลายวิธีที่ใช้การบำบัดทางเคมีและความร้อนร่วมกันเพื่อเริ่มต้นกระบวนการผลิตเยื่อกระดาษด้วยกระบวนการทางเคมีแบบย่อ ตามด้วยการบำบัดเชิงกลทันทีเพื่อแยกเส้นใยออกจากกัน วิธีการผสมผสานเหล่านี้ได้แก่ การผลิตเยื่อกระดาษเชิงกลด้วยความร้อน (TMP) และการผลิตเยื่อกระดาษเชิงกลด้วยเคมีและความร้อน (CTMP) การบำบัดทางเคมีและความร้อนจะช่วยลดปริมาณพลังงานที่จำเป็นสำหรับการบำบัดเชิงกลในภายหลัง และยังช่วยลดการสูญเสียความแข็งแรงของเส้นใยอีกด้วย
| หมวดหมู่เยื่อกระดาษ | ปริมาณการผลิต [ล้านตัน ] |
| เคมี | 131.2 |
| คราฟท์ | 117.0 |
| ซัลไฟต์ | 7.0 |
| สารกึ่งเคมี | 7.2 |
| เครื่องกล | 37.8 |
| นอนวูด | 18.0 |
| เส้นใยบริสุทธิ์ทั้งหมด | 187.0 |
| เส้นใยรีไซเคิล | 147.0 |
| เยื่อทั้งหมด | 334.0 |
การเก็บเกี่ยวต้นไม้
การผลิตเยื่อกระดาษเริ่มต้นด้วยการเก็บเกี่ยวไม้จากต้นไม้ และการจัดการป่าไม้เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่ามีการจัดหาอย่างต่อเนื่องสวนป่าสำหรับ ผลิตเยื่อกระดาษ คิดเป็นร้อยละ 16 ของการผลิตเยื่อกระดาษทั่วโลกป่าไม้ดั้งเดิมคิดเป็นร้อยละ 9 และป่าไม้รุ่นที่สอง รุ่นที่สาม และรุ่นต่อๆ ไปคิดเป็นส่วนที่เหลือ[ 21 ]การปลูกป่าทดแทนมีการปฏิบัติในพื้นที่ส่วนใหญ่ ดังนั้นต้นไม้จึงเป็นทรัพยากรที่สามารถหมุนเวียนได้ FSC ( Forest Stewardship Council ), SFI ( Sustainable Forestry Initiative ), PEFC ( Programme for the Endorsement of Forest Certification ) และหน่วยงานอื่นๆ รับรองกระดาษที่ทำจากต้นไม้ที่เก็บเกี่ยวตามแนวทางที่มุ่งเน้นเพื่อให้แน่ใจว่ามีการปฏิบัติด้านป่าไม้ที่ดี[ 22 ]
จำนวนต้นไม้ที่ถูกใช้ขึ้นอยู่กับว่าใช้กระบวนการทางกลหรือกระบวนการทางเคมี มีการประมาณการว่าจากส่วนผสมของไม้เนื้ออ่อนและไม้เนื้อแข็งที่มีความสูง 12 เมตร (40 ฟุต) และเส้นผ่านศูนย์กลาง 15–20 เซนติเมตร (6–8 นิ้ว) จะต้องใช้ต้นไม้โดยเฉลี่ย 24 ต้นในการผลิตกระดาษพิมพ์และเขียน 0.9 ตัน (1 ตัน) โดยใช้กระบวนการคราฟต์ (การผลิตเยื่อกระดาษด้วยสารเคมี) การผลิตเยื่อกระดาษด้วยกระบวนการทางกลมีประสิทธิภาพในการใช้ต้นไม้ประมาณสองเท่า เนื่องจากไม้เกือบทั้งหมดถูกนำไปใช้ทำเส้นใย ดังนั้นจึงต้องใช้ต้นไม้ประมาณ 12 ต้นในการผลิตเยื่อกระดาษหรือกระดาษหนังสือพิมพ์ด้วยกระบวนการทางกล 0.9 ตัน (1 ตัน) [ 23 ]
ฟืนหนึ่งกองมีน้ำหนักประมาณสองตันสั้น[ 24 ]
การเตรียมการสำหรับการผลิตเยื่อกระดาษ

การสับไม้เป็นทั้งกระบวนการและอุตสาหกรรมในการสับไม้เพื่อผลิตเยื่อกระดาษ รวมถึงผลิตภัณฑ์ไม้แปรรูป อื่นๆ และ วัสดุคลุมดินเฉพาะแก่นไม้และเนื้อไม้ เท่านั้น ที่มีประโยชน์ในการผลิตเยื่อกระดาษเปลือกไม้มีเส้นใยที่มีประโยชน์ค่อนข้างน้อย จึงถูกลอกออกและนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงเพื่อผลิตไอน้ำสำหรับใช้ในโรงงานผลิตเยื่อกระดาษ กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษส่วนใหญ่จำเป็นต้องสับและคัดขนาดไม้เพื่อให้ได้ชิ้นไม้ที่มีขนาดสม่ำเสมอ
การผลิตเยื่อกระดาษ
มีกระบวนการหลายวิธีที่สามารถนำมาใช้ในการแยกเส้นใยไม้ได้:
เยื่อเชิงกล
หินบดที่ผลิตขึ้นโดยฝังซิลิคอนคาร์ไบด์หรืออะลูมิเนียมออกไซด์สามารถใช้บดท่อนไม้ขนาดเล็กที่เรียกว่า "โบลต์" เพื่อผลิตเยื่อหิน (SGW) หากนำไม้ไปอบไอน้ำก่อนบด จะเรียกว่าเยื่อไม้บดด้วยแรงดัน (PGW) โรงงานสมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้เศษไม้แทนท่อนซุง และใช้แผ่นโลหะที่มีร่องเรียกว่าแผ่นบดละเอียดแทนหินบด หากนำเศษไม้มาบดด้วยแผ่นบดละเอียดโดยตรง จะเรียกว่าเยื่อเชิงกลบดละเอียด (RMP) และหากนำเศษไม้ไปอบไอน้ำในระหว่างการบด จะเรียกว่าเยื่อเชิงกลความร้อน (TMP) การอบไอน้ำช่วยลดพลังงานทั้งหมดที่จำเป็นในการผลิตเยื่อกระดาษได้อย่างมาก และลดความเสียหาย (การตัด) ต่อเส้นใย เยื่อเชิงกลใช้สำหรับผลิตภัณฑ์ที่ต้องการความแข็งแรงน้อย เช่นกระดาษหนังสือพิมพ์และกระดาษแข็ง
เยื่อกระดาษเทอร์โมเมคานิกส์

เยื่อเทอร์โมเมคานิกส์คือเยื่อที่ผลิตโดยการแปรรูปเศษไม้โดยใช้ความร้อน (จึงใช้คำว่า " เทอร์โม -") และการเคลื่อนที่ในการบดละเอียดเชิงกล (จึงใช้คำว่า "-เมคานิกส์") เป็นกระบวนการสองขั้นตอน โดยขั้นแรกจะนำท่อนไม้มาลอกเปลือกออกและแปรรูปเป็นเศษไม้ขนาดเล็ก เศษไม้เหล่านี้มีปริมาณความชื้นประมาณ 25–30 เปอร์เซ็นต์ จากนั้นจะใช้แรงเชิงกลกับเศษไม้ในลักษณะการบดหรือการโม่ ซึ่งจะสร้างความร้อนและไอน้ำและทำให้ลิกนิน อ่อน ตัวลง จึงแยกเส้นใยแต่ละเส้นออกจากกัน จากนั้นเยื่อจะถูกคัดกรองและทำความสะอาด ก้อนเส้นใยใดๆ จะถูกนำไปแปรรูปใหม่ กระบวนการนี้ให้ผลผลิตเส้นใยจากไม้ ในปริมาณสูง (ประมาณ 95 เปอร์เซ็นต์) และเนื่องจากลิกนินไม่ได้ถูกกำจัดออกไป เส้นใยจึงแข็งและเหนียว[ 25 ]
เยื่อเคมี-เทอร์โมเมคานิกส์
เศษไม้สามารถผ่านกระบวนการเตรียมการเบื้องต้นด้วยโซเดียมคาร์บอเนตโซเดียมไฮดรอกไซด์ โซเดียมซัลเฟตและสารเคมีอื่นๆ ก่อนนำไปบดด้วยอุปกรณ์ที่คล้ายกับเครื่องบดเชิงกล สภาวะของการบำบัดทางเคมีนั้นรุนแรงน้อยกว่า (อุณหภูมิต่ำกว่า ระยะเวลาสั้นกว่าค่า pH ไม่สุดขั้ว ) เมื่อเทียบกับกระบวนการผลิตเยื่อกระดาษทางเคมี เนื่องจากเป้าหมายคือการทำให้เส้นใยบดได้ง่ายขึ้น ไม่ใช่การกำจัดลิกนินเหมือนในกระบวนการทางเคมีแบบเต็มรูปแบบ เยื่อกระดาษที่ผลิตโดยใช้กระบวนการแบบผสมผสานนี้เรียกว่าเยื่อกระดาษเคมี-ความร้อนเชิงกล (CTMP)
เยื่อเคมี

เยื่อเคมีผลิตโดยการผสมเศษไม้และสารเคมีในถังขนาดใหญ่ที่เรียกว่าถังย่อยสลาย ภายในนั้น ความร้อนและสารเคมีจะย่อยสลายลิกนิน ซึ่งเป็นสารที่ยึด เส้นใย เซลลูโลสเข้าด้วยกัน โดยไม่ทำให้เส้นใยเซลลูโลส เสียหายอย่างรุนแรง เยื่อเคมีใช้สำหรับวัสดุที่ต้องการความแข็งแรง หรือใช้ร่วมกับเยื่อเชิงกลเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณสมบัติแตกต่างกันกระบวนการคราฟต์เป็นวิธีการผลิตเยื่อเคมีที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย รองลงมาคือ กระบวนการซัลไฟต์ในอดีตการผลิตเยื่อด้วยโซดาเป็นวิธีการผลิตเยื่อเคมีที่ประสบความสำเร็จเป็นครั้งแรก
เยื่อกระดาษรีไซเคิล
เยื่อกระดาษรีไซเคิลเรียกอีกอย่างว่าเยื่อกระดาษที่กำจัดหมึกพิมพ์แล้ว (Deinked Pulp หรือ DIP) DIP คือกระดาษรีไซเคิลที่ผ่านกระบวนการทางเคมีเพื่อกำจัดหมึกพิมพ์และสิ่งเจือปนที่ไม่ต้องการอื่นๆ ออกไป พร้อมทั้งแยกเส้นใยกระดาษออกจากกัน กระบวนการนี้เรียกว่า การกำจัดหมึกพิมพ์ (deinking )
เยื่อกระดาษที่สกัดหมึก ออกแล้ว (DIP) ใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตกระดาษกระดาษหนังสือพิมพ์กระดาษชำระและกระดาษเช็ดหน้าหลายชนิดมักมีส่วนประกอบของเยื่อกระดาษที่สกัดหมึกออกแล้ว 100 เปอร์เซ็นต์ และในกระดาษชนิดอื่นๆ เช่น กระดาษเคลือบน้ำหนักเบาสำหรับงานพิมพ์ออฟเซ็ต และกระดาษพิมพ์และเขียนสำหรับใช้ในสำนักงานและที่บ้าน เยื่อกระดาษที่สกัดหมึกออกแล้ว (DIP) ก็เป็นส่วนประกอบสำคัญในวัตถุดิบด้วย
การผลิตเยื่อกระดาษด้วยกระบวนการออร์กาโนโซลฟ์
กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษแบบออร์กาโนโซลฟ์ใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ที่อุณหภูมิสูงกว่า 140 องศาเซลเซียส เพื่อสลายลิกนินและเฮมิเซลลูโลสให้เป็นชิ้นส่วนที่ละลายได้ น้ำยาที่เหลือจากการผลิตเยื่อกระดาษสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ง่ายโดยการกลั่น เหตุผลที่ใช้ตัวทำละลายก็เพื่อให้ลิกนินละลาย ได้ดีขึ้นในน้ำยา ตัวทำละลายที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่เมทานอลเอทานอลกรดฟอร์มิกและกรดอะซิติกซึ่งมักใช้ร่วมกับน้ำ
วิธีการผลิตเยื่อกระดาษทางเลือก
กำลังมีการวิจัยเพื่อพัฒนาการผลิตเยื่อกระดาษชีวภาพ (biological pulping) ซึ่งคล้ายกับการผลิตเยื่อกระดาษเคมี แต่ใช้เชื้อรา บางชนิด ที่สามารถย่อยสลายลิกนินที่ไม่ต้องการได้ แต่ไม่ย่อยสลายเส้นใยเซลลูโลส[ 26 ]ในกระบวนการผลิตเยื่อกระดาษชีวภาพ เอนไซม์ลิกนินเพอร์ออกซิเดส ของเชื้อรา จะย่อยลิกนินอย่างเลือกสรร เหลือไว้เพียงเส้นใยเซลลูโลส ซึ่งอาจมีประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อม อย่างมาก ในการลดมลพิษที่เกี่ยวข้องกับการผลิตเยื่อกระดาษเคมี เยื่อกระดาษจะถูกฟอกขาวโดยใช้คลอรีนไดออกไซด์ตามด้วยการทำให้เป็นกลางและแคลเซียมไฮโปคลอไรต์สารออกซิได ซ์ ในทั้งสองกรณีจะออกซิไดซ์และทำลายสีย้อมที่เกิดจากแทนนินของไม้และเสริม (เพิ่มความเข้มข้น) ด้วยซัลไฟด์ที่มีอยู่ในนั้น
เส้นใยระเบิดด้วยไอน้ำเป็นเทคนิคการผลิตเยื่อกระดาษและการสกัดที่นำมาใช้กับไม้และวัสดุอินทรีย์ที่มีเส้นใยอื่นๆ[ 27 ]
การฟอกขาว
เยื่อกระดาษที่ผลิตได้จนถึงขั้นตอนนี้สามารถนำไปฟอกขาวเพื่อผลิตกระดาษสีขาวได้ สารเคมีที่ใช้ในการฟอกขาวเยื่อกระดาษเป็นแหล่งที่มาของความกังวลด้านสิ่งแวดล้อม และเมื่อเร็ว ๆ นี้อุตสาหกรรมเยื่อกระดาษได้หันมาใช้สารทดแทนคลอรีนเช่นคลอรีนไดออกไซด์ออกซิเจนโอโซนและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์
วัสดุทางเลือกแทนเยื่อไม้
เยื่อกระดาษที่ทำจากแหล่งพืชที่ไม่ใช่ไม้หรือสิ่งทอรีไซเคิลในปัจจุบันส่วนใหญ่ผลิตเป็นผลิตภัณฑ์พิเศษสำหรับการพิมพ์ชั้นดีและงานศิลปะ[ 8 ]กระดาษศิลปะสมัยใหม่ที่ผลิตด้วยเครื่องจักรและทำด้วยมือจากฝ้าย ลินิน ป่าน ปอ อะ บาคาโคโซและเส้นใยอื่นๆ มักได้รับการยกย่องในเรื่องเส้นใยที่ยาวและแข็งแรงกว่า รวมถึงปริมาณลิกนินที่ ต่ำกว่า ลิกนินซึ่งมีอยู่ในวัสดุจากพืชเกือบทั้งหมด มีส่วนทำให้เกิดความเป็นกรดและการสลายตัวของผลิตภัณฑ์กระดาษในที่สุด ซึ่งมักมีลักษณะเป็นสีน้ำตาลและเปราะของกระดาษที่มีปริมาณลิกนินสูง เช่นกระดาษหนังสือพิมพ์[ 28 ] [ 29 ]เยื่อกระดาษฝ้าย 100% หรือส่วนผสมของฝ้ายและลินินถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเอกสารที่ใช้ในระยะยาว เช่น ใบรับรอง สกุลเงิน และหนังสือเดินทาง[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]
ปัจจุบัน กลุ่มต่างๆ บางกลุ่มสนับสนุนการใช้เส้นใยจากพืชไร่หรือเศษเหลือทางการเกษตรแทนเส้นใยไม้ เพื่อเป็นวิธีการผลิต ที่ยั่งยืน กว่า
มีฟาง เพียงพอ สำหรับความต้องการกระดาษหนังสือ นิตยสาร แคตตาล็อก และกระดาษถ่ายเอกสารส่วนใหญ่ของอเมริกาเหนือ กระดาษที่ผลิตจากวัสดุทางการเกษตรไม่ได้มาจากฟาร์มปลูกต้นไม้เยื่อกระดาษจากเศษเหลือทางการเกษตรบางชนิดใช้เวลาในการต้มน้อยกว่าเยื่อกระดาษจากไม้ นั่นหมายความว่ากระดาษที่ผลิตจากวัสดุทางการเกษตรใช้พลังงาน น้ำ และสารเคมีน้อยกว่า เยื่อกระดาษที่ทำจากฟางข้าวสาลีและฟางปอมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยกว่าเยื่อกระดาษที่ทำจากป่าถึงครึ่งหนึ่ง[ 33 ]
กระดาษจากใยป่านอาจเป็นวัสดุทดแทนได้ แต่เนื่องจากโครงสร้างพื้นฐานในการแปรรูป ต้นทุนในการจัดเก็บ และอัตราการนำกลับมาใช้ใหม่ของพืชอยู่ในระดับต่ำ จึงยังไม่สามารถใช้เป็นวัสดุทดแทนได้ทันที
อย่างไรก็ตาม ไม้ยังเป็นทรัพยากรหมุนเวียน โดยประมาณ 90 เปอร์เซ็นต์ของเยื่อกระดาษมาจากสวนป่าหรือพื้นที่ปลูกป่าใหม่[ 21 ]แหล่งเส้นใยที่ไม่ใช่ไม้คิดเป็นประมาณ 5–10 เปอร์เซ็นต์ของการผลิตเยื่อกระดาษทั่วโลก ด้วยเหตุผลหลายประการ รวมถึงความพร้อมใช้งานตามฤดูกาล ปัญหาในการกู้คืนทางเคมี ความสว่างของเยื่อกระดาษ เป็นต้น[ 16 ] [ 34 ]ในประเทศจีน ณ ปี 2552 สัดส่วนที่สูงขึ้นของการแปรรูปเยื่อกระดาษที่ไม่ใช่ไม้ทำให้มีการใช้น้ำและพลังงานเพิ่มขึ้น[ 35 ]
วัสดุไม่ทอสามารถใช้เป็นทางเลือกแทนกระดาษที่ทำจากเยื่อไม้ได้ในบางการใช้งาน เช่นกระดาษกรองหรือถุงชา
| ส่วนประกอบ | ไม้ | นอนวูด |
|---|---|---|
| คาร์โบไฮเดรต | 65–80% | 50–80% |
| 40–45% | 30–45% |
| 23–35% | 20–35% |
| ลิกนิน | 20–30% | 10–25% |
| เหมืองแร่ | 2–5% | 5–15% |
| โปรตีน | <0.5% | 5–10% |
| สารอนินทรีย์ | 0.1–1% | 0.5–10% |
| <0.1% | 0.5–7% |
เยื่อกระดาษในตลาด
เยื่อกระดาษสำหรับจำหน่าย หมายถึง เยื่อกระดาษชนิดใดก็ได้ที่ผลิตในสถานที่หนึ่ง นำไปอบแห้ง และขนส่งไปยังอีกสถานที่หนึ่งเพื่อนำไปแปรรูปต่อไป[ 37 ]พารามิเตอร์คุณภาพที่สำคัญสำหรับเยื่อกระดาษที่ไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับเส้นใย ได้แก่ความสว่าง ระดับสิ่งสกปรก ความหนืด และปริมาณเถ้า ในปี 2547 มี เยื่อกระดาษสำหรับจำหน่ายประมาณ 55 ล้านเมตริกตัน[ 37 ]
เยื่อกระดาษแห้งเป็นรูปแบบที่พบได้บ่อยที่สุดในการจำหน่ายเยื่อกระดาษ เยื่อกระดาษชนิดนี้จะถูกทำให้แห้งจนมีความชื้นประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์ โดยปกติจะจัดส่งเป็นแผ่นอัดก้อนขนาด 250 กิโลกรัม เหตุผลที่ต้องคงความชื้นไว้ที่ 10 เปอร์เซ็นต์ในเยื่อกระดาษก็คือเพื่อลดการยึดเกาะระหว่างเส้นใยและทำให้กระจายเยื่อกระดาษในน้ำได้ง่ายขึ้นสำหรับการแปรรูปเป็นกระดาษ ต่อ ไป[ 37 ]
เยื่อกระดาษแบบม้วนหรือเยื่อกระดาษแบบรีลเป็นรูปแบบการจัดส่งเยื่อกระดาษที่พบได้บ่อยที่สุดสำหรับตลาดเยื่อกระดาษที่ไม่ใช่แบบดั้งเดิมเยื่อกระดาษฟลัฟมักจะจัดส่งในรูปแบบม้วน (รีล) เยื่อกระดาษนี้จะถูกทำให้แห้งจนมีความชื้น 5–6 เปอร์เซ็นต์ เมื่อถึงมือลูกค้า เยื่อกระดาษนี้จะผ่านกระบวนการบดเพื่อเตรียมสำหรับการแปรรูปต่อไป[ 37 ]
เยื่อกระดาษบางส่วนถูกทำให้แห้งอย่างรวดเร็ว โดยจะทำการอัดเยื่อกระดาษให้มีความชื้นประมาณ 50 เปอร์เซ็นต์ แล้วปล่อยให้ตกลงมาผ่านไซโลที่มีความสูง 15–17 เมตร แหล่งความร้อนปกติคืออากาศร้อนที่เผาไหม้ด้วยแก๊ส อุณหภูมิจะสูงกว่าจุดเผาไหม้ของเซลลูโลสมาก แต่ความชื้นจำนวนมากในผนังเส้นใยและช่องว่างภายในเส้นใยจะป้องกันไม่ให้เส้นใยถูกเผาไหม้ มักจะไม่ทำให้แห้งจนเหลือความชื้นเพียง 10 เปอร์เซ็นต์ (แห้งด้วยอากาศ) ก้อนเยื่อกระดาษที่ได้จะไม่อัดแน่นเท่ากับเยื่อกระดาษที่แห้งด้วยอากาศ[ 37 ]
ข้อกังวลด้านสิ่งแวดล้อม
ผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมที่สำคัญของการผลิตเยื่อไม้ มาจากผลกระทบต่อแหล่งป่าไม้และของเสียที่เกิดขึ้นจากกระบวนการผลิต
ทรัพยากรป่าไม้
ผลกระทบของการตัดไม้เพื่อจัดหาวัตถุดิบสำหรับเยื่อไม้เป็นประเด็นที่มีการถกเถียงกันอย่างมาก การปฏิบัติการ ตัดไม้ สมัยใหม่ โดยใช้การจัดการป่าไม้พยายามที่จะจัดหาแหล่งวัตถุดิบที่เชื่อถือได้และหมุนเวียนได้สำหรับโรงงานผลิตเยื่อกระดาษการตัดไม้แบบเหมาหมดเป็นประเด็นที่ละเอียดอ่อนเป็นพิเศษ เนื่องจากเป็นผลกระทบที่เห็นได้ชัดเจนมากของการตัดไม้การปลูกป่าใหม่ซึ่งเป็นการปลูกต้นกล้าในพื้นที่ที่ถูกตัดไม้ ก็ถูกวิพากษ์วิจารณ์ว่าทำให้ความหลากหลายทางชีวภาพ ลดลง เนื่องจากพื้นที่ที่ปลูกป่าใหม่เป็นป่าปลูกพืชชนิดเดียวการตัดไม้ในป่าเก่าแก่คิดเป็นสัดส่วนน้อยกว่า 10 เปอร์เซ็นต์ของเยื่อไม้[ 21 ]แต่เป็นหนึ่งในประเด็นที่มีการถกเถียงกันมากที่สุด
น้ำเสียจากโรงงานผลิตเยื่อกระดาษ
น้ำเสียจากกระบวนการจะได้รับการบำบัดในโรงบำบัดน้ำเสีย ทางชีวภาพ ซึ่งรับประกันได้ว่าน้ำเสียจะไม่เป็นพิษในพื้นที่รับน้ำเสีย
การผลิต เยื่อกระดาษเชิงกลไม่ได้ก่อให้เกิดความกังวลด้านสิ่งแวดล้อมมากนัก เนื่องจากสารอินทรีย์ส่วนใหญ่ยังคงอยู่ในเยื่อกระดาษ และสารเคมีที่ใช้ ( ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และโซเดียมไดไทโอไนต์ ) จะก่อให้เกิดผลพลอยได้ที่ไม่เป็นอันตราย (น้ำและโซเดียมซัลเฟต (ในขั้นตอนสุดท้าย) ตามลำดับ)
โรงงานผลิตเยื่อกระดาษเคมี โดยเฉพาะโรงงานคราฟต์ สามารถพึ่งพาพลังงานได้เองและมีวงจรการผลิตสารเคมีอนินทรีย์ที่เกือบสมบูรณ์แบบ
การฟอกขาว ด้วยคลอรีนก่อให้เกิดสารประกอบ ออร์กาโนคลอรีนจำนวนมากรวมถึงโพลีคลอริเนเต็ดไดเบนโซ-พี-ไดออกซิน และโพลีคลอริเนเต็ดไดเบนโซฟิวแรน (PCDD/Fs) [ 38 ] [ 39 ]โรงงานหลายแห่งได้นำสารฟอกขาวทางเลือกอื่นมาใช้แทนสารฟอกขาวที่มีคลอรีน ซึ่งช่วยลดการปล่อยมลพิษออร์กาโนคลอรีน[ 40 ]
ปัญหาเรื่องกลิ่น
ปฏิกิริยาการผลิตเยื่อกระดาษคราฟต์โดยเฉพาะอย่างยิ่งจะปล่อยสารประกอบที่มีกลิ่นเหม็นออกมา สารรีเอเจนต์ซัลไฟด์ที่ย่อยสลายโครงสร้างลิกนินยังทำให้เกิดการกำจัดหมู่เมทิลบางส่วน ส่งผลให้เกิดเมทานีไท ออล ไดเมทิลซัลไฟด์และไดเมทิลไดซัลไฟด์[ 41 ]สารประกอบเหล่านี้ถูกปล่อยออกมาในระหว่างการย่อยสลายของจุลินทรีย์หลายรูปแบบ รวมถึงการทำงานของจุลินทรีย์ภายในชีสคาเมมเบิร์ตแม้ว่ากระบวนการคราฟต์จะเป็นกระบวนการทางเคมีและไม่เกี่ยวข้องกับการย่อยสลายของจุลินทรีย์ใดๆ สารประกอบเหล่านี้มีเกณฑ์การรับกลิ่นที่ต่ำมากและมีกลิ่นไม่พึงประสงค์
แอปพลิเคชัน
การใช้งานหลักของเยื่อกระดาษคือ การผลิต กระดาษและกระดาษแข็งปริมาณของเยื่อกระดาษที่ใช้ขึ้นอยู่กับคุณภาพของกระดาษสำเร็จรูป พารามิเตอร์คุณภาพที่สำคัญ ได้แก่ปริมาณเนื้อไม้ความสว่างความหนืด สารสกัด ปริมาณสิ่งสกปรก และความแข็งแรง
เยื่อเคมีถูกนำมาใช้ในการผลิตนาโนเซลลูโลส
เยื่อกระดาษชนิดพิเศษมีประโยชน์ใช้สอยอีกมากมายเยื่อกระดาษละลายน้ำใช้ในการผลิตเซลลูโลสรีไซเคิลซึ่งใช้ใน การผลิต สิ่งทอและเซลลูโลสนอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตอนุพันธ์ของเซลลูโลส ด้วย เยื่อกระดาษเนื้อนุ่มใช้ในผ้าอ้อม ผลิตภัณฑ์ สุขอนามัยสำหรับสตรีและผ้าไม่ทอ
การผลิตกระดาษ
เครื่อง Fourdrinier เป็นพื้นฐานสำหรับการผลิตกระดาษ สมัยใหม่ส่วนใหญ่ [ 42 ] และถูกนำมาใช้ในรูปแบบต่างๆ นับตั้งแต่เริ่มคิดค้นขึ้นมา โดย เครื่อง นี้จะดำเนินการทุกขั้นตอนที่จำเป็นในการเปลี่ยนเยื่อกระดาษให้เป็น ผลิตภัณฑ์ กระดาษขั้นสุดท้าย
เศรษฐศาสตร์
ในปี 2552 เยื่อกระดาษ NBSKขายได้ในราคา 650 ดอลลาร์สหรัฐต่อตันในสหรัฐอเมริกา ราคาลดลงเนื่องจากความต้องการลดลงเมื่อหนังสือพิมพ์ลดขนาดลง ซึ่งส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากภาวะเศรษฐกิจถดถอย[ 43 ] ในปี 2567 ราคาได้ฟื้นตัวขึ้นเป็น 1,315 ดอลลาร์สหรัฐต่อตัน[ 44 ]
ดูเพิ่มเติม
- กระดาษกรด
- นาโนเซลลูโลส
- สารเคมีสำหรับกระดาษ
- โรงงานผลิตเยื่อกระดาษ
- เยื่อไม้
- กระดาษที่ไม่ใช้ไม้
- โยฮัน ริชเตอร์ผู้พัฒนาวิธีการปรุงเยื่อกระดาษอย่างต่อเนื่อง
- การประชุมป่าไม้โลก
บรรณานุกรม
- " อุตสาหกรรมเยื่อและกระดาษ" กระทรวง สิ่งแวดล้อมแคนาดารัฐบาลแคนาดา ปี 2014 เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อวันที่ 21 เมษายน 2559 เรียกดู เมื่อวันที่ 31 มีนาคม 2557
- เชฟเฟอร์, เจค็อบ คริสเตียน (1765) Verasuche และ Muster โอ้ทั้งหมด Lumpen หรือ doch mit enem geringen Zusatze derselben Papier zu machen
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ เยื่อกระดาษ
เยื่อกระดาษเป็น วัสดุ ลิกโนเซลลูโลสที่ มีเส้นใยซึ่งเตรียมโดยการแยก เส้นใยเซลลูโลสของไม้พืชเส้นใยกระดาษเหลือใช้หรือเศษผ้าด้วยวิธีการทางเคมี กึ่งเคมี...
ประวัติศาสตร์
ก่อนการประดิษฐ์ กระดาษ ที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง โดย ไช่หลุน ในประเทศจีนราวปี ค.ศ.
เยื่อไม้
ทรัพยากร ไม้ ที่ใช้ทำเยื่อกระดาษเรียกว่า เยื่อไม้ [ 17 ] ใน ทางทฤษฎีแล้ว ต้นไม้ชนิดใดก็ได้สามารถใช้ทำเยื่อกระดาษได้ แต่ ต้นไม้ประเภทสน เป็นที่นิยมมากกว่า เนื่องจากเส้นใยเซลลูโลสในเยื่อกระดาษของต้นไม้ประเภทนี้ยาวกว่า จึงทำให้กระดาษมีความแข็งแรงกว่า [ 18 ]...
การเก็บเกี่ยวต้นไม้
การผลิตเยื่อกระดาษเริ่มต้นด้วยการเก็บเกี่ยวไม้จากต้นไม้ และ การจัดการป่าไม้ เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่ามีการจัดหาอย่างต่อเนื่อง สวนป่าสำหรับ ผลิตเยื่อกระดาษ คิดเป็นร้อยละ 16 ของการผลิตเยื่อกระดาษทั่วโลก ป่าไม้ดั้งเดิม คิดเป็นร้อยละ 9 และป่าไม้รุ่นที่สอง...