علوم پایه

مواد به کار رفته در کاغذ چیست؟ – علل استفاده از آن ها

از جمله مواد به کار رفته در کاغذ پلاستیک، رنگ، نشاسته، کلر و گچ هستند. هر کدام از این مواد در ساختار کاغذ نقشی را به عهده دارند. نشاسته برای حفظ الیاف و همچنین رنگدانه های کاغذ، کلر برای سفید کردن کاغذ، مواد پر کننده ای مانند گچ برای صاف و یکنواخت کردن کاغذ بوده و شفافیت و مقاومت کاغذ در مقابل رطوبت را پلاستیک زیاد می کند و برای تولید کاغذهای رنگی از رنگ استفاده می کنند. مواد به کار رفته در کاغذ در کتاب علوم پایه ششم معرفی و به علت استفاده از آن ها در آن جا پرداخته شده است. این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک نیز ما را با این مواد به کار رفته در کاغذ، تا حدودی آشنا می کند.

کاغذسازی چیست؟

ماده اصلی که کاغذ از آن ساخته می شود، چوب است. اما کاغذ از پنبه، نیشکر و مواد دیگر نیز ساخته می شود. در کارخانه ماده ای که برای ساخت کاغذ استفاده می کنند، سلولز است. همچنین می توان از کاغذهای باطله نیز به کاغذ تازه رسید. به این ترتیب که کاغذهای باطله را تا حدی کوچک می کنند که بتوانند در آب حل شوند. مزیت تبدیل کاغذ باطله به کاغذ، نسبت به تهیه کاغذ از چوب، میزان برق مصرفی برای پروسه تولید آنهاست. با تهیه کاغذ از چوب، میزان برق مصرفی ۱۴۰۰ کیلووات ساعت است، اما برای تهیه کاغذ از کاغذ باطله، ۸۴۰ کیلووات ساعت برق مصرف می شود.

کاغذسازی چیست؟
کاغذسازی چیست؟

نکته

در گذشته که کارخانه های تولید کاغذ وجود نداشت، تهیه کاغذ از الیاف پنبه، کتان و پوشاک کهنه به دست می آمد. اما امروزه بیشترین میزان تهیه کاغذ (۷۰ درصد) از چوب و بقیه از الیاف گیاهی به دست می آید. از کاغذهای به دست آمده از الیاف گیاهی، برای تهیه اسکناس، کارهای چاپی، تعمیر کتاب های نفیس قدیمی و … استفاده می شود. کاغذهای حرارتی نوعی از کاغذها هستند که در ترکیب آن ها از مواد شیمیایی خاصی استفاده می شود.

مراحل تولید کاغذ

در شش مرحله می توان کاغذ را از چوب به دست آورد. این مراحل به ترتیب قطع درختان، حمل چوب ها به کارخانه، در آوردن پوست درختان، تبدیل این چوب ها و درختان به قطعات کوچک که چیپس چوب را به وجود می آورد، حذف رنگ زرد چوب و اضافه کردن مواد به کار رفته در کاغذ به مخلوط چیپس چوب و خشک کردن خمیر کاغذ و تهیه کاغذ است.

با قرار دادن الیاف های سلولزی در آب، این الیاف رطوبت جذب می کنند و به شکل متورم و نرمی در می آیند. وقتی روی یک شبکه سیمی، الیاف متورم قرار داده می شود، با از دست دادن آب خود به شکل یک تخته در می آیند. وقتی آب این الیاف گرفته می شود، در فواصل اتصالی آن ها، پیوند هیدروژنی تشکیل می شوند. علت این که یک کاغذ محکم و سخت در پروسه تولید کاغذها به دست می آید، همین پیوندهای هیدروژنی است که در اتصال الیاف ها ایجاد می شود. با خروج آب و بدون نیاز به چسب، کاغذ تشکیل می شود.

مراحل تولید کاغذ
مراحل تولید کاغذ

چگونگی جداکردن الیاف از بستر اصلی در چوب ها

برای آماده کردن الیاف در تهیه کاغذها باید آن ها را از بستر اصلی چوب ها جدا کرد. این فرایند که به خمیرسازی معروف است به دو طریق مکانیکی و شیمیایی انجام می شود.

خمیر کردن مکانیکی

در این روش با صورت های مکانیکی، چوب را به ذرات کوچک خرد کرده و الیاف آن را خارج می کنند.

خمیر کردن شیمیایی

در روش شیمیایی برای خمیر کردن چوب، آن ها را با ترکیبات شیمیایی تحت گرما و فشار، متاثر می کنند. وقتی خمیر کاغذ از روش های شیمیایی به دست می آید، محکم تر و الیاف آن ها دارای استحکام بیشتری خواهد بود. اما مقدار الیافی که از این روش به دست می آید کمتر از روش مکانیکی خواهد بود. امروزه از روش هایی برای خمیر کردن استفاده می شود که ترکیبی از هر دو روش است.

مواد به کار رفته در کاغذ

همان طور که گفته شد، در تهیه کاغذ موادی چون کلر، گچ، نشاسته، پلاستیک و رنگ به کار برده می شود.

کلر

در سال ۱۷۷۴ برای اولین بار کلر کشف و در سال ۱۷۸۴ برای اولین بار خاصیت سفیدکنندگی آن اعلام شد. اما ۱۰۰ سال گذشت تا با تجزیه الکترولیتی کلرید سدیم، خود کلر به دست آمد.  از کلر به عنوان رنگ بر در تهیه کاغذهای سفید رنگ استفاده می کنند و این امر نزدیک به ۵۰ سال است که به کار گرفته می شود. رنگ بری و سفید کردن کاغذ، با فرایند لیگنین زدایی که روی خمیرهای شیمیایی پیاده می شود و به سفید شدن دایمی کاغذها منجر می شود، انجام می شود. موادی که در این پروسه استفاد ه می شود کلر، دی اکسید کلر، اکسیژن و ترکیبات رنگبر است.

نکته ای که باید مورد توجه قرار گیرد، استفاده از کلر به دلیل مشکلاتی که در محیط زیست به وجود می آورد، کم کم رنگ باخته و استفاده از دی اکسید کلر جایگزین خواهد شد. در سال های آینده، حتی استفاده از دی اکسید کلر نیز منسوخ شده و به جای آن، از مواد شیمیایی که کلر ندارند استفاده می شود. اکسیژن، اوزون و هیدروژن پروکسید از جمله مواد بدون کلری هستند که در آینده به کار برده می شود.

کلر
کلر

گچ

برای شفافیت کاغذها در فرایند کاغذسازی از گچ استفاده می شود. عملیات پرداخت مکانیکی در کاغذسازی، الیاف معلق در آب را هدف قرار داده و با کوبیدن و تصفیه، می توانند ویژگی های مکانیکی آن ها را تغییر دهد. یکی از این تاثیرات، چگالی این الیاف با عملیات پرداخت مکانیکی، محکم تر می شود. همچنین تاثیر دیگر بر میزان انعطاف پذیری آن هاست که با افزایش این ویژگی، به راحتی روی قرار می گیرند. با این اوصاف، سطح تماس بین الیاف زیاد می شود. موادی به نام مواد پرکننده مانند چینی و گچ (کربنات کلسیم) وجود دارد که در ساخت کاغذهای مناسب چاپ و نوشتن استفاده می شوند.

این مواد ویژگی هایی چون صافی بیشتر، ماتی و یکنواختی کاغذ را به آن ها می دهند. این مواد به اندازه ۱۰ تا ۱۵ درصد وزن کاغذ را به خود اختصاص می دهند.

نشاسته

نشاسته به عنوان یک کربوهیدرات نامحلول در آب، مقاومت کاغذها را در حدود ۹۸ تا ۹۹ درصد افزایش می دهد. افزایش مقاومت کاغذهای خشک، نتیجه افزایش پیوند هیدروژنی است که بین الیاف ایجاد می شود. الیافی که برای ساخت کاغذها استفاده می شود آنیونی است، به این دلیل به آن ها مولکول های نشاسته حاوی الیاف کاتیونی اضافه می شود تا این الیاف بتوانند روی کاغذ ماندگار شوند. پس برای این که رنگدانه ها و الیاف کاغذ، روی آن ها نگه داشته شوند، از نشاسته های کاتیونیک استفاده می کنند.

نشاسته
نشاسته

با به کار بردن نشاسته، کاغذها دارای مقاومت بیشتری در مقابل پارگی و تا خورگی شده و به استحکام آن کمک می کند. استفاده از نشاسته می تواند به کاغذهای چسب زنی و آهارزنی، خاصیت ضد آب داده و به عنوان لخته کننده و عامل انباشته کردن در پالایشگاه های سنگ معدن به کار گرفته می شود.

پلاستیک

برای این که کاغذها در مقابل رطوبت بتوانند مقاومت داشته باشند، به آن موادی مانند پلاستیک اضافه می کنند. این ماده که به مقدار کم به ترکیب کاغذ اضافه می شود، باعث شفافیت آن شده و در تنظیم کردن سایه و رنگ های کاغذها موثر است. بخش های غیرالیافی مهم کاغذ، متشکل از مواد پوششی عملی روی کاغذ است. از کاغذهایی که سطح آن ها دارای مواد پوششی عمل آور است، کاغذهای ضد آب، مجلات و همچنین برخی از انواع کتاب است.

رنگ به عنوان یکی از مواد به کار رفته در کاغذ

در تهیه و تولید کاغذهای رنگی از رنگ ها استفاده می کنند.

 

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

دکمه بازگشت به بالا