بخش اصلی و مناسب درخت برای تهیه کاغذ، چوب تنه و شاخههای ضخیم است که منبع غنی از الیاف سلولزی به شمار میرود.
صنعت کاغذسازی بر پایه جداسازی و فرآوری الیاف گیاهی استوار است. اگرچه درختان از اجزای گوناگونی نظیر ریشه، تنه، شاخه، پوست و برگ تشکیل شدهاند، اما تمام این بخشها ارزش یکسانی برای تولید کاغذ ندارند. انتخاب بهترین قسمت درخت، بستگی مستقیم به میزان سلولز موجود در بافت آن و همچنین سهولت جداسازی الیاف از مواد زاید دارد.
ساختار آناتومیک درخت؛ سلولز و لیگنین چیستند؟
برای درک اینکه چرا برخی از اجزای تشکیل دهنده درخت برای تهیه کاغذ مناسب است و برخی دیگر کارایی ندارند، باید با ترکیبات شیمیایی و ساختاری چوب آشنا شویم. بافت چوبی درختان به طور کلی از سه ماده اصلی تشکیل شده است:
- سلولز: این ماده یک پلیمر طبیعی و کربوهیدرات واجد ساختار فیبری است که اسکلت و شبکه اصلی کاغذ را به وجود میآورد. هرچه درصد سلولز بالاتر باشد، بازدهی کاغذسازی بیشتر است.
- همیسلولز: زنجیرههای کوتاهتری از قندها که به حفظ اتصال الیاف سلولزی کمک میکنند.
- لیگنین: یک پلیمر پیچیده که به عنوان چسب طبیعی عمل کرده و الیاف سلولز را در کنار هم محکم نگه میدارد تا درخت استوار بماند.
نکته مهم: لیگنین دشمن اصلی کیفیت در صنعت کاغذسازی است. باقی ماندن این ماده در خمیر کاغذ باعث میشود که ورقهای کاغذ در طول زمان و در مجاورت نور، زرد، شکننده و کدر شوند. بنابراین در کارخانهها باید لیگنین را طی فرآیندهای پیچیده از سلولز جدا کنند.
بررسی بازدهی اجزای مختلف درخت در کاغذسازی
توزیع سلولز و لیگنین در تمام بخشهای درخت یکسان نیست. در ادامه، وضعیت تناسب اجزای مختلف درخت را برای ورود به فرآیند پخت و تولید خمیر بررسی میکنیم:
این بخش مناسبترین و ارزشمندترین قسمت درخت است. تنه اصلی بیشترین تراکم الیاف سلولزی طولانی را دارد که استحکام مکانیکی و مقاومت کششی کاغذ را کاملاً تضمین میکند.
در صنایع مدرن بازیافت چوب، شاخههای قطور نیز به همراه تنه به کار برده میشوند. این کار به منظور بهینهسازی مصرف زیستتوده و جلوگیری از هدررفت منابع جنگلی انجام میشود.
پوست درخت به دلیل داشتن مواد مومی، صمغها، ناخالصیهای غیرسلولزی زیاد و رنگ بسیار تیره، برای کاغذسازی اصلاً مناسب نیست و پیش از خرد شدن چوب، به طور کامل پوستکنی میشود.
برگها به دلیل داشتن الیاف بسیار کوتاه و مقادیر بالای لیگنین و مواد مغذی، بازدهی فوقالعاده پایینی دارند. الیاف برگها نمیتوانند شبکه مستحکمی برای تشکیل ورق کاغذ ایجاد کنند.
تفاوت گونههای درختی؛ سوزنیبرگ در برابر پهنبرگ
درختانی که برای تامین چوب تنه استفاده میشوند، به دو دسته کلی تقسیم میگردند که هر کدام نوع خاصی از الیاف سلولزی درخت را ارائه داده و کاربرد متفاوتی در خط تولید دارند:
درختان سوزنیبرگ (مانند کاج و صنوبر): چوب این درختان حاوی الیاف بلند و انعطافپذیر است. الیاف بلند باعث ایجاد پیوندهای قویتر میان ذرات کاغذ شده و مقاومت کششی و پارگی بالایی به محصول میبخشند. به همین دلیل برای تولید کاغذهای بستهبندی محکم، کاغذ کرافت و مقوا بسیار ایدهآل هستند.
درختان پهنبرگ (مانند اکالیپتوس و توسکا): این گونهها دارای الیاف کوتاهتر و متراکمتر هستند. کاغذ حاصل از درختان پهنبرگ مقاومت کمتری دارد اما سطح آن بسیار صافتر، کدرتر و برای چاپ و نوشتن مناسبتر است. معمولاً برای تولید کاغذ تحریر ظریف، مخلوطی از الیاف بلند و کوتاه استفاده میشود.
راهنمای صنعتی: کارخانجات پیشرفته اغلب با ترکیب هوشمندانه خمیر سوزنیبرگها (برای استحکام) و پهنبرگها (برای صافی و کیفیت چاپ)، کاغذهای استاندارد اداری و تحریر را تولید میکنند.
فرآیندهای تولید خمیر کاغذ (پالپسازی)
پس از جداسازی چوب تنه و شاخهها، این اجزا باید به خمیر کاغذ (پالپ) تبدیل شوند. روش تبدیل چوب به خمیر به دو صورت عمده انجام میگیرد:
پالپسازی مکانیکی: در این روش چوب تنه به وسیله سنگهای آسیاب بزرگ و نیروهای فیزیکی خرد و پودر میشود. از آنجا که لیگنین در این روش از بین نمیرود، بازدهی بالا (تا ۹۵ درصد چوب) دارد اما کاغذ خروجی کیفیت پایینی داشته و برای روزنامهها یا کاغذهای ارزانقیمت استفاده میشود.
پالپسازی شیمیایی (روش کرافت): تراشههای چوب در دیگهای پخت بزرگ همراه با مواد قلیایی نظیر سود سوزآور و حرارت بالا پخته میشوند. این فرآیند منجر به جداسازی لیگنین از چوب شده و الیاف خالص سلولزی با مقاومت بالا برای کاغذهای مرغوب پدید میآورد.
ضایعات چوببری و جایگزینهای سبز غیردرختی
امروزه به دلیل مسائل زیستمحیطی و لزوم حفظ جنگلها، صنعت کاغذسازی تمایل زیادی به استفاده از پسماندهای سلولزی دیگر پیدا کرده است. این موارد شامل گزینههای زیر است:
- تراشهها و خاکاره: ضایعات تمیز کارخانجات نجاری و مبلسازی که از چوب تنه هستند، بازیافت شده و به عنوان مکمل خمیر کاغذ مصرف میشوند.
- باگاس (تفاله نیشکر): پسماند حاصل از استخراج شکر که دارای درصد سلولز بسیار بالایی است و امروزه در ایران و جهان جایگزین فوقالعادهای برای چوب درختان محسوب میشود.
- کاه و کلش غلات: پسماندهای کشاورزی گندم و برنج که در زنجیره تولید کاغذهای بستهبندی و فلوتینگ کارتن کاربرد دارند.
جمعبندی و نتیجهگیری
جواب پیشنهادی: در پاسخ به این سوال که کدام اجزای تشکیل دهنده درخت برای تهیه کاغذ مناسب است، دریافتیم که چوب تنه اصلی و ساقه به دلیل دارا بودن بیش از ۴۰ الی ۵۰ درصد سلولز خالص و الیاف باکیفیت، قطب اصلی تولید کاغذ هستند؛ در حالی که پوست و برگها به علت ناخالصی بالا دور ریخته میشوند.
پرسشهای متداول کاربران
چرا از پوست درخت برای ساخت کاغذ استفاده نمیشود؟
پوست درخت حاوی مواد مومی، صمغ و ترکیبات غیرسلولزی است که رنگ خمیر را تیره کرده و کیفیت و استحکام کاغذ را به شدت کاهش میدهد، به همین دلیل قبل از خرد کردن چوب، پوست آن کاملاً جدا میشود.
شاخص عدد کاپا (Kappa Number) در صنایع خمیر کاغذ چیست؟
این شاخص آزمایشگاهی نشاندهنده میزان لیگنین باقیمانده در خمیر کاغذ پس از مرحله پخت است و به کارشناسان کمک میکند تا میزان مواد سفیدکننده مورد نیاز برای رنگزدایی را تعیین کنند.
کدام نوع درخت کاغذ مقاومتری تولید میکند؟
درختان سوزنیبرگ مانند کاج به دلیل داشتن الیاف بلندتر در دیواره سلولی خود، کاغذی با مقاومت مکانیکی و کششی بسیار بالاتر نسبت به پهنبرگها تولید میکنند.
نظرات