Masse (papir) - Pulp (paper)

Masse er et lignocellulosisk fibermateriale fremstilt ved kjemisk eller mekanisk separering av cellulosefibre fra tre , fiberavlinger , papiravfall eller filler . Blandet med vann og andre kjemiske eller plantebaserte tilsetningsstoffer er masse den viktigste råvaren som brukes ved papirfremstilling og industriell produksjon av andre papirprodukter .

Historie

Før den allment anerkjente oppfinnelsen av papirfremstilling av Cai Lun i Kina rundt 105 e.Kr., ble papirlignende skrivemateriale som papyrus og amat produsert av gamle sivilisasjoner ved bruk av plantemateriale som stort sett var ubehandlet. Strimler av bark eller bast materiale ble vevet sammen, slått inn i grov ark, tørket og polert for hånd. Masse som brukes i moderne og tradisjonell papirfremstilling kjennetegnes ved maseringsprosessen som gir en finere, mer regelmessig oppslemming av cellulosefibre som trekkes ut av oppløsningen av en sil og tørkes for å danne ark eller ruller. Den tidligste papir fremstilt i Kina besto av bastfibre fra papir morbær (kozo) anlegg sammen med hamp fille og netto utklipp. På 600 -tallet ble morbærtreet tammet av bønder i Kina spesielt for å produsere masse som skulle brukes i papirfremstillingsprosessen. I tillegg til morbær ble det også laget masse av bambus , hibiskusbark , blått sandeltre , halm og bomull . Papirfremstilling ved hjelp av masse laget av hamp og lin fiber fra fillete klær, fiskegarn og stoff poser spredte seg til Europa i det 13. århundre, med en stadig økende bruk av rags å være sentral i produksjon og kostnader i fille papir , en faktor i utviklingen av utskrift . På 1800 -tallet førte produksjonskrav til den nyindustrialiserte papirfremstillings- og trykkindustrien til et skifte i råvarer, særlig bruk av massevirke og andre treprodukter som i dag utgjør mer enn 95% av den globale masseproduksjonen.

Bruken av tremasse og oppfinnelsen av automatiske papirmaskiner på slutten av 1700- og begynnelsen av 1800-tallet bidro til papirets status som en billig vare i moderne tid. Mens noen av de tidligste eksemplene på papir laget av tremasse inkluderer verk utgitt av Jacob Christian Schäffer i 1765 og Matthias Koops i 1800, begynte storskala produksjon av trepapir på 1840-tallet med unike, samtidige utviklinger i mekanisk massing laget av Friedrich Gottlob Keller i Tyskland og av Charles Fenerty i Nova Scotia . Kjemiske prosesser raskt fulgt, først med J. Roth 's bruk av svovelsyrling for å behandle tre, deretter ved Benjamin Tilghman finnes i US patent på bruk av kalsiumbisulfitt , Ca (HSO ₃ ) ₂ , for å tremasse i 1867. Nesten en tiår senere ble den første kommersielle sulfittmassefabrikken bygget i Sverige. Den brukte magnesium som motion og var basert på arbeid av Carl Daniel Ekman . I 1900 hadde sulfittmasse blitt det dominerende middelet for å produsere tremasse, og overgikk mekaniske massemetoder. Den konkurrerende kjemiske masseprosessen, sulfat- eller kraftprosessen , ble utviklet av Carl F. Dahl i 1879; den første kraftfabrikken startet, i Sverige, i 1890. Oppfinnelsen av gjenvinningskjelen , av GH Tomlinson på begynnelsen av 1930 -tallet, tillot kraftfabrikker å resirkulere nesten alle sine massekjemikalier. Dette, sammen med kraftprosessens evne til å akseptere et større utvalg av tresorter og å produsere sterkere fibre, gjorde kraftprosessen til den dominerende masseprosessen, som startet på 1940 -tallet.

Den globale produksjonen av tremasse i 2006 var 175 millioner tonn (160 millioner tonn). I fjor ble 63 millioner tonn (57 millioner tonn) markedsmasse (ikke laget til papir i samme anlegg) solgt, med Canada som den største kilden med 21 prosent av totalen, etterfulgt av USA med 16 prosent . De tre fiberkildene som er nødvendig for massefremstilling er "45% sagbruk rest, 21% logger og chips, og 34% resirkulert papir" (Canada, 2014). Kjemisk masse utgjorde 93% av markedsmassen.

Tremasse

De tømmer ressursene brukes til å lage tremasse er referert til som massevirke . Selv om teoretisk sett kan et hvilket som helst tre brukes til massefremstilling, foretrekkes bartrær fordi cellulosefibrene i massen til disse artene er lengre og derfor lager sterkere papir. Noen av de mest vanlig anvendte barved trær for papirfremstilling omfatter gran , furu , gran , lerk og hemlock , og hardved slik som eukalyptus , osp og bjørk . Det er også en økende interesse for genmodifiserte treslag (som GM -eukalyptus og GM -poppel ) på grunn av flere store fordeler disse kan gi, for eksempel økt letthet ved å bryte ned lignin og økt vekstrate.

En massemølle er et produksjonsanlegg som konverterer flis eller annen plantefiberkilde til en tykk fiberplate som kan sendes til et papirfabrikk for videre behandling. Masse kan produseres ved hjelp av mekaniske, halvkjemiske eller helt kjemiske metoder (kraft- og sulfittprosesser). Det ferdige produktet kan enten være bleket eller ikke-bleket, avhengig av kundens krav.

Tre og andre plantematerialer brukes til å gjøre massen inneholder tre hovedkomponenter (bortsett fra vann): cellulosefibre (som er ønsket for papirfremstilling), lignin (en tre-dimensjonal polymer som binder cellulosefibrene sammen) og hemicellulose (kortere forgrenet karbohydrat polymerer ). Målet med massemasse er å bryte ned bulkstrukturen til fiberkilden, det være seg flis, stilker eller andre plantedeler, i de bestanddelene som fibrene består av.

Kjemisk masse oppnår dette ved å nedbryte ligninet og hemicellulosen til små, vannløselige molekyler som kan vaskes bort fra cellulosefibrene uten å depolymerisere cellulosefibrene (kjemisk depolymerisering av cellulosen svekker fibrene). De forskjellige mekaniske massemetodene, for eksempel grunnved (GW) og raffineringsmekanisme (RMP), river fysisk cellulosefibrene fra hverandre. Mye av ligninet holder seg til fibrene. Styrken svekkes fordi fibrene kan bli kuttet. Det er en rekke relaterte hybridmasse -metoder som bruker en kombinasjon av kjemisk og termisk behandling for å starte en forkortet kjemisk masse -prosess, umiddelbart etterfulgt av en mekanisk behandling for å skille fibrene. Disse hybridmetodene inkluderer termomekanisk masse, også kjent som TMP, og kjemitermomekanisk masse, også kjent som CTMP. De kjemiske og termiske behandlingene reduserer mengden energi som deretter kreves av den mekaniske behandlingen, og reduserer også mengden tap av styrke som fibrene påfører.

Global masseproduksjon etter kategori (2000)

Masse kategori	Produksjon [M tonn ]
Kjemisk	131.2
Kraft	117,0
Sulfitt	7,0
Halvkjemisk	7.2
Mekanisk	37,8
Nonwood	18.0
Totalt jomfrufibre	187,0
Gjenvunnet fiber	147,0
Total masse	334,0

Høsting av trær

De fleste massemøller bruker god skogforvaltningspraksis for å høste trær for å sikre at de har en bærekraftig kilde til råvarer. En av de største klagene ved hogst av tre til fruktmasse er at det reduserer biologisk mangfold i den høstede skogen. Pulp treplantasjer står for 16 prosent av verdens masseproduksjonen, gammel skog 9 prosent, og andre-og tredje og flere generasjons skog står for resten. Skogplanting praktiseres i de fleste områder, så trær er en fornybar ressurs . FSC ( Forest Stewardship Council ), SFI ( Sustainable Forestry Initiative ), PEFC ( Program for the Endorsement of Forest Certification ) og andre organer sertifiserer papir laget av trær høstet i henhold til retningslinjer som er ment for å sikre god skogbrukspraksis.

Antallet trær som forbrukes avhenger av om det brukes mekaniske prosesser eller kjemiske prosesser. Det er anslått at basert på en blanding av mykt tre og løvtre som er 12 meter høye og 15–20 centimeter i diameter, vil det i gjennomsnitt ta 24 trær å produsere 0,9 tonn (1 tonn) trykk- og skrivepapir ved bruk av kraftprosessen (kjemisk masse). Mekanisk papirmasse er omtrent dobbelt så effektiv når det gjelder bruk av trær, siden nesten alt av tre brukes til å lage fiber, derfor tar det omtrent 12 trær å lage 0,9 tonn (1 tonn) mekanisk masse eller avispapir .

Det er omtrent to korte tonn i en snor av tre .

Forberedelse til masse

Flishugg er handlingen og industrien for å hugge tre til masse, men også for andre bearbeidede treprodukter og mulch . Bare kjerneveden og splintvedet er nyttig for å lage masse. Bark inneholder relativt få nyttige fibre og fjernes og brukes som drivstoff for å tilveiebringe damp til bruk i massemøllen. De fleste masseprosesser krever at treet flis og siktes for å gi fliser av samme størrelse.

Pulping

Det er en rekke forskjellige prosesser som kan brukes til å skille trefiberen:

Mekanisk masse

Produserte slipesteiner med innebygd silisiumkarbid eller aluminiumoksid kan brukes til å male små trestokker som kalles "bolter" for å lage steinmasse (SGW). Hvis veden dampes før sliping, er det kjent som trykkmalt tremasse (PGW). De fleste moderne møller bruker flis fremfor tømmerstokker og riflete metallskiver kalt raffineringsplater i stedet for slipesteiner. Hvis flisene bare males med platene, kalles massen for raffineringsmekanisk masse (RMP), og hvis flisen dampes mens den raffineres, kalles massen termomekanisk masse (TMP). Dampbehandling reduserer den totale energien som trengs for å lage fruktkjøttet, og reduserer skadene (skjæringen) på fibrene. Mekanisk masse brukes til produkter som krever mindre styrke, for eksempel avispapir og papp .

Termomekanisk masse

Termomekanisk masse er masse produsert ved behandling av flis ved bruk av varme (altså " termo- ") og en mekanisk raffineringsbevegelse (altså "-mekanisk"). Det er en to-trinns prosess der tømmerstokkene først fjernes fra barken og omdannes til små flis. Disse flisene har et fuktighetsinnhold på rundt 25–30 prosent. En mekanisk kraft påføres flisen i en knuse- eller slipeaksjon som genererer varme og vanndamp og mykner ligninet og dermed skiller de enkelte fibrene. Massen blir deretter silet og renset, eventuelle klumper av fiber blir behandlet på nytt. Denne prosessen gir et høyt utbytte av fiber fra tømmeret (rundt 95 prosent), og ettersom ligninet ikke er fjernet, er fibrene harde og stive.

Kemi-termomekanisk masse

Flis kan forhåndsbehandles med natriumkarbonat , natriumhydroksid , natriumsulfat og andre kjemikalier før raffinering med utstyr som ligner på en mekanisk fabrikk. Betingelsene for den kjemiske behandlingen er mye mindre kraftige (lavere temperatur, kortere tid, mindre ekstrem pH ) enn i en kjemisk masseprosess siden målet er å gjøre fibrene lettere å foredle, ikke å fjerne lignin som i en fullstendig kjemisk prosess. Masser laget av disse hybridprosessene er kjent som kjemitermomekanisk masse (CTMP).

Kjemisk masse

Kjemisk masse produseres ved å kombinere flis og kjemikalier i store kar som kalles fordøyere. Der bryter varme og kjemikalier ned lignin, som binder cellulosefibre sammen, uten å forringe cellulosefibrene alvorlig . Kjemisk masse brukes til materialer som må være sterkere eller kombinert med mekanisk masse for å gi et produkt forskjellige egenskaper. Den Kraft-prosessen er den dominerende kjemiske kokemetode, med den sulfittprosessen andre. Historisk sett var brusmasse den første vellykkede kjemiske massemetoden.

Resirkulert fruktkjøtt

Resirkulert masse kalles også deinked masse (DIP). DIP er resirkulert papir som har blitt behandlet med kjemikalier, og fjerner dermed blekk og andre uønskede elementer og frigjør papirfibrene. Prosessen kalles deinking .

DIP brukes som råstoff i papirfremstilling . Mange avispapir- , toalettpapir- og ansiktsvevskvaliteter inneholder vanligvis 100 prosent deinked masse og i mange andre kvaliteter, for eksempel lettbelagt for offset- og trykk- og skrivepapir for kontor- og hjemmebruk, utgjør DIP en betydelig andel av møblene.

Organosolvmasse

Organosolv -masse bruker organiske løsningsmidler ved temperaturer over 140 ° C for å bryte ned lignin og hemicellulose til oppløselige fragmenter. Massevæsken gjenvinnes lett ved destillasjon. Årsaken til bruk av løsningsmiddel er å gjøre ligninet mer løselig i kokevæsken. Mest brukte løsningsmidler er metanol , etanol , maursyre og eddiksyre ofte i kombinasjon med vann .

Alternative massemetoder

Det pågår forskning for å utvikle biomasse (biologisk masse), som ligner på kjemisk masse, men ved bruk av visse sopparter som er i stand til å bryte ned uønsket lignin, men ikke cellulosefibrene. I biopulping prosessen, soppenzymet lignin-peroksidase selektivt fordøyer lignin til å forlate resterende cellulosefibre. Dette kan ha store miljøgevinster ved å redusere forurensningen forbundet med kjemisk masse. Massen blekes ved bruk av klordioksid trinn etterfulgt av nøytralisering og kalsiumhypokloritt . Den oksidasjonsmiddel i begge tilfeller oxidizes og ødelegger de fargestoffer som dannes fra tanniner i treverket og fremhevet (forsterket) av sulfider som er tilstede i den.

Steam -eksplodert fiber er en masse- og ekstraksjonsteknikk som har blitt brukt på tre og annet fibrøst organisk materiale.

Blekning

Massen produsert fram til dette punktet i prosessen kan blekes for å produsere et hvitt papirprodukt . Kjemikaliene som brukes til å bleke masse har vært en kilde til miljøhensyn, og nylig har masseindustrien brukt alternativer til klor , for eksempel klordioksid , oksygen , ozon og hydrogenperoksid .

Alternativer til tremasse

Masse laget av ikke-treplantekilder eller resirkulerte tekstiler produseres i dag stort sett som et spesialprodukt for fine trykk og kunstformål. Moderne maskin- og håndlagde kunstpapirer laget av bomull, lin, hamp, abaca , kozo og andre fibre er ofte verdsatt for sine lengre, sterkere fibre og deres lavere lignininnhold . Lignin , som finnes i praktisk talt alle plantematerialer, bidrar til forsuring og eventuell nedbrytning av papirprodukter, ofte preget av brunfarging og sprøhet av papir med høyt lignininnhold som avispapir . 100% bomull eller en kombinasjon av bomull og linmasse brukes mye for å produsere dokumenter beregnet for langvarig bruk, for eksempel sertifikater, valuta og pass.

I dag går noen grupper inn for å bruke avlingsfiber eller jordbruksrester i stedet for trefiber som et mer bærekraftig produksjonsmiddel.

Det er nok halm til å dekke mye av Nord -Amerikas behov for bok, magasin, katalog og kopipapir. Jordbruksbasert papir kommer ikke fra trebruk . Noen jordbruksrester tar mindre tid å lage mat enn vedmasser. Det betyr at landbruksbasert papir bruker mindre energi, mindre vann og færre kjemikalier. Masse laget av hvete og linhalm har halvparten av det økologiske fotavtrykket av fruktmasse laget av skog.

Hamppapir er en mulig erstatning, men prosessinfrastruktur, lagringskostnader og lav brukervennlighet på anlegget betyr at det ikke er en klar erstatning.

Imidlertid er tre også en fornybar ressurs, med om lag 90 prosent av massen som kommer fra plantasjer eller skogplantede områder. Ikke-trefiberkilder utgjør omtrent 5–10 prosent av den globale masseproduksjonen, av en rekke årsaker, inkludert sesongmessig tilgjengelighet, problemer med kjemisk gjenvinning, massens lysstyrke etc. I Kina var det fra 2009 en høyere andel -virkning av tremasse øker bruken av vann og energi.

Nonwovens er i noen applikasjoner alternativer til papir laget av tremasse, som filterpapir eller teposer .

Sammenligning av typiske råvarer som brukes i massemasse

Komponent	Tre	Nonwood
Karbohydrater	65–80%	50–80%
- Cellulose	40–45%	30–45%
- Hemicellulose	23–35%	20–35%
Lignin	20–30%	10–25%
Ekstrakter	2–5%	5–15%
Proteiner	<0,5%	5–10%
Uorganisk	0,1–1%	0,5–10%
- SiO 2	<0,1%	0,5–7%

Markedsmasse

Markedsmasse er alle typer fruktmasse som produseres på ett sted, tørkes og sendes til et annet sted for videre behandling. Viktige kvalitetsparametere for masse som ikke er direkte relatert til fibrene er lysstyrke , smussnivå, viskositet og askeinnhold. I 2004 utgjorde den om lag 55 millioner tonn markedsmasse.

Lufttørrmasse er den vanligste formen for å selge masse. Dette er masse tørket til omtrent 10 prosent fuktighetsinnhold. Det leveres normalt som arkballer på 250 kg. Grunnen til å etterlate 10 prosent fuktighet i massen er at dette minimerer fiber -til -fiberbinding og gjør det lettere å spre massen i vann for videre behandling til papir .

Rullemasse eller rullemasse er den vanligste leveringsformen for masse til ikke -tradisjonelle massemarkeder. Fluffmasse sendes normalt på ruller (ruller). Denne fruktkjøttet tørkes til 5-6 prosent fuktighetsinnhold. Hos kunden går dette til en finpussingsprosess for å forberede videre behandling.

Noen masser tørker blits. Dette gjøres ved å presse massen til omtrent 50 prosent fuktighetsinnhold og deretter la den falle gjennom siloer som er 15–17 m høye. Gassfyrt varmluft er den normale varmekilden. Temperaturen er godt over kuldepunktet for cellulose , men stor mengde fuktighet i fiberveggen og lumen forhindrer at fibrene brennes. Det tørkes ofte ikke ned til 10 prosent fuktighet (lufttørket). Ballene er ikke like tettpakket som lufttørr masse.

Miljø bekymringer

De største miljøpåvirkningene ved å produsere tremasse kommer av dens innvirkning på skogkilder og avfallsprodukter.

Skogressurser

Virkningen av hogst for å gi råvaren til tremasse er et område med intens debatt. Moderne hogstpraksis , ved bruk av skogforvaltning, søker å tilby en pålitelig, fornybar kilde til råvarer til massefabrikker . Praksis med klipping er et spesielt sensitivt tema siden det er en veldig synlig effekt av hogst . Skogplanting , planting av treplanter på hogstområder, har også blitt kritisert for å redusere biologisk mangfold fordi skogplantede områder er monokulturer . Hogst av gamle skoger står for mindre enn 10 prosent av tremassen, men er en av de mest kontroversielle sakene.

Avløp fra massemøller

Prosessavløpet behandles i et biologisk avløpsrenseanlegg , som garanterer at avløpet ikke er giftig i resipienten.

Mekanisk masse er ikke en stor årsak til miljøhensyn, siden det meste av det organiske materialet blir beholdt i massen, og kjemikaliene som brukes ( hydrogenperoksid og natriumditionitt ) produserer godartede biprodukter ( henholdsvis vann og natriumsulfat (til slutt)).

Kjemiske massemøller, spesielt kraftfabrikker, er energiselvstendige og nesten lukkede sykluser med hensyn til uorganiske kjemikalier.

Blekning med klor gir store mengder organoklorforbindelser , inkludert polyklorerte dibenzo-p-dioksiner, polyklorerte dibenzofuraner (PCDD/Fs). Mange fabrikker har tatt i bruk alternativer til klorerte blekemidler og derved redusert utslipp av organisk klorforurensning.

Luktproblemer

Kraftmasse-reaksjonen frigjør spesielt illeluktende forbindelser. Hydrogensulfidreagenset som bryter ned ligninstrukturen forårsaker også en viss demetylering for å produsere metantiol , dimetylsulfid og dimetyldisulfid . De samme forbindelsene frigjøres under mange former for mikrobielt forfall, inkludert den interne mikrobielle virkningen i Camembert -ost , selv om kraftprosessen er kjemisk og ikke innebærer noen mikrobiell nedbrytning. Disse forbindelsene har ekstremt lave luktterskler og ubehagelig lukt.

applikasjoner

Hovedapplikasjonene for masse er papir- og pappproduksjon . Mengden av masse som brukes, avhenger av kvaliteten på det ferdige papiret. Viktige kvalitetsparametere er tremøbler , lysstyrke , viskositet, ekstrakter, smuss og styrke.

Kjemisk masse brukes til å lage nanocellulose .

Spesialitetsmassekarakterer har mange andre bruksområder. Oppløselig masse brukes til fremstilling av regenert cellulose som brukes til produksjon av tekstil og cellofan . Det brukes også til å lage cellulosederivater . Fluffmasse brukes i bleier , feminine hygieneprodukter og fiberduk .

Papirproduksjon

Fourdrinier -maskinen er grunnlaget for de fleste moderne papirfremstillinger , og den har blitt brukt i noen variasjoner siden den ble unnfanget. Det oppnår alle trinnene som trengs for å forvandle fruktkjøttet i en endelig papir produkt.

Økonomi

I 2009 solgte NBSK -masse for $ 650/tonn i USA. Prisen hadde falt på grunn av fallende etterspørsel da aviser delvis reduserte størrelsen som følge av lavkonjunkturen.

Se også

• Nanocellulose
• Papirkjemikalier
• Massemølle
• Masseved
• Versuche und Muster ohne alle Lumpen oder doch mit enem geringen Zusatze derselben Papier zu machen av Jacob Christian Schäffer på Google Books
• Johan Richter , utvikler av prosessen for kontinuerlig tilberedning av fruktkjøtt
• Verdens skogkongress

Referanser

Bibliografi

• "Pulp and Paper" , Environment Canada , Canadas regjering, 2014, arkivert fra originalen 2016-04-21 , hentet 2014-03-31.