Cevap: Kağıt Nasıl Üretiliyor
Kağıt Üretimi,
Genel
Kağıdın sulu sistemle fabrikasyonu asırlardan beri değişmemiştir. Uygun şekilde dövülmüş, konsantrasyonu ve miktarı belli olan bitkisel lif süspansiyonu bir elek üzerinde düzgün şekilde dağıtılarak süzülür. Süspansiyon içindeki serbest su, elek üzerinden süzülerek geriye bir lif safihası bırakır. Daha sonrada bir veya daha fazla sayıda presden geçirilerek safihadan olabildiğince fazla miktarda su alınır. Daha sonra, lifler tarafından tutulan su, kurutma silindirleri ile safihadan uzaklaştırılır ve böylece liflerin temas noktalarında oluşan doğal hidrojen bağları, kağıda kendine has sağlamlığı ve özelliği verir. 19. Yüzyıl sonunda ladin, köknar gibi ibreli ağaç odunları ve daha sonraları geniş yapraklı ağaçların odunları kağıt yapımında kullanılmaya başlanmıştır. Günümüzde buğday, arpa, çavdar, pirinç gibi tahılların saplarından ve pamuktan elde edilen lifsel maddeler de yoğun olarak kaliteli beyaz hamur üretiminde kullanılmaktadır. Kağıt üretiminde kullanılan lifsel yapıya sahip odun veya tahıl sapları mekanik, kimyasal ve yarı kimyasal yollarla, kağıt üretimine hazır hamur haline getirilirler. Bitkisel liflerin kağıt üretimine hazır hale getirilmesi için dövme-öğütme işlemi yapılır. Öğütmenin amacı, bitkisel liflere istenen fiziksel özellikler vererek uygun nitelikte kağıt elde etmektir. Yalnızca kimyasal ve yarı kimyasal yoldan elde edilen hamurlar öğütülebilir. Mekanik ve termomekanik hamurlar üretim sırasında zaten slayferler yada diskli rifaynerlerde öğütüme benzer bir etkiye uğratılırlar. Öğütüm ile liflerin yüzeyi 4-6 kat artar, lifler incelir ve esneklik kazanır, böylelikle kağıt yapımına daha uygun hale getirilir. Lifsel maddelerin önemli bir kısmı, eski kağıtların özelliklerine göre temizlenerek veya doğrudan lif süspansiyonu haline getirilerek yeniden fabrikasyon zincirine sokulmasıyla elde edilir. Bu eski kağıtlar ambalaj kağıtları, oluklu mukavva, eski kitaplar, broşürler, dergiler, gazeteler, kese kağıtları, çimento torba kağıtları, dosyalar, matbaa artıkları, istatistik kartları, yıllıklar, kartonlar v.s. olabilir.
Kağıt Üretim Prosesi
Kağıt üretim prosesi, Hamur Hazırlama, Sabit Kısım ile Elek Partisi, Pres Partisi ve Kurutma kısımlarını içeren Kağıt Makinesi konum ve işlemlerini içerir.
Hamur Hazırlama
Piyasadan alınan selüloz yada eski kağıtlar, üretim cinsi ve kağıt kalitesi doğrultusunda, Hidropulper adı verilen büyük açma sistemlerinde açılarak %4-6 kesafette hazırlanırlar. Eğer işletme selüloz ünitesiyle entegre yapıda ise, söz konusu selüloz, selüloz ünitesinden hamur halinde yine %4-6 kesafette direk olarak alınır.
Yazı baskı kağıdı üreten tesislerde, kağıt kalitesi ve mukavemek özellikleri doğrultusunda, kısa ve uzun elyaf hatları ayrı olarak tasarlanır. Açma işleminden sonra, hamur içerisindeki kaba pisliklerin temizlenmesi amacıyla yüksek kesafet temizleyicilerine basılır. Eski kağıt kullanan işletmelerde bu temizlik sistemleri çok daha detaylı ve değişik kombinasyonlarda yapılır. Temizleme aşamasından sonra, uzun elyaf hamuru rifaynerlere gönderilerek elyafların kesilmesi, saçaklanması ve dövülmesi gerçekleştirilir. Öğütüm işlemiyle kağıt mukavemet özellikleri geliştirilir, formasyon ve diğer özelliklerin yükseltilmesi hedeflenir. Kısa elyaf selülozu ise deflaker adı verilen düğüm tutuculardan geçirilerek işlenmeye hazırlanır.
Refiner ve deflakerlerden geçirilen kısa ve uzun elyaf hamurları kağıt türü ve kalitesi doğrultusunda belirli oranlarda karışım bütesine alınırlar. Ayrıca, sistem içinde oluşan ve geri kazanılan döküntü hamuru da yine belirli oranda karışım bütesine verilir. Karışım bütesinde kısa ve uzun elyaf selülozu ile döküntü hamuru karıştırılırken, kağıt dolgu maddesi, nişasta, boya ve kağıt cinslerine göre zaman zaman verilen diğer katkı maddeleri de bu büteden sisteme uygulanır. Kimyasal ve katkı maddeleri karışım bütesinden verilebileceği gibi, proses akışı, sistem şarj dengesi ve beklentiler doğrultusunda prosesin ilerleyen kademelerinden de verilebilirler. Sözkonusu dolgu ve katkı maddelerinin fonksiyonları daha sonraki bölümlerde ayrıca ele alınacaktır.
Karışım işleminden sonra hamur, homojen, sabit uygulama amacıyla makine bütesi adı verilen başka bir depoya aktarılır. Bu büteden, makine pompası adı verilen değişken devirli pompa yardımıyla hamur sabit kısıma basılır.
Sabit Kısım
Sabit Kısımda ilk aşama ince kademe temizleyicilerdir. Makine pompası yardımıyla alınan hamur, ince kademe temizleyicilerinde, 3 ya da 4 kademede, %1-0.8 kesafete indirilerek santrifuj etki yardımıyla kum ve benzeri safsızlıklardan arındırılır. Yine bu kademelerde tasarlanan ilave sistemlerle hamur içerisindeki hafif safsızlıklar ve hava da belirli ölçülerde giderilir. Bazı işletmelerde, hava giderme işlemine yönelik olarak dekülatör ya da benzer nitelikte özel sistemler geliştirilmiştir.
Kademelerde safsızlıklarından arındırılan hamur, fan pompası yardımıyla bir miktar daha kesafeti düşürüldükten sonra, üretim cinsi ve gramajına bağlı olarak ayarlanabilen dozaj miktarlarıyla, önce temizleme amacıyla basınçlı eleğe, daha sonra da hamur kasasına gönderilir.
Kağıt Makinesi
Kağıt Makinesi, elek partisi, pres partisi ve kurutma olmak üzere başlıca üç kısımdan oluşur.
Elek Partisi
Sabit kısımdan alınan iyice sulandırılmış hamur süspansiyonu, hamur kasası adı verilen kapalı, basınçlı, seviye kontrollü sistem içerisinde hem karışım hem de bölgesel ayarlarla kağıt makinesına uygulanabilir hale getirilir. Özellikle kağıt gramajı, hamur kasası bünyesinde bölgesel ayarlarla, yada, son zamanlarda geliştirilen kesafet düzenleme sistemleri ile oldukça hassas seviyelerde ayarlanır.
Hamur Kasasından çıkan ve en az %98’i su olan hamur süspansiyonu elek üzerine dökülür. Formasyon eleği olarak tanımlanan, üretim tipi ve makine kapasitesine göre boyutları farklılık gösteren bu elek sürekli hareket halinde olup hamur içerisindeki suyun ayrıştırılmasında ilk görevi üstlenir. Üzerinde yer alan formasyon kasası, hidrofoiller, vakufoiller, vakum kasaları ve diğer süzmeye yardımcı elemanlarla, safiha kuru maddesinin çıkışta %20 seviyelerine kadar yükseltilmesini sağlar. Birçok makinede, gerek ikiyüzlülüğü önlemek, gerek süzme verimini artırmak, gerek yüzey düzgünlüğünü geliştirmek ve gerekse ölü elyaf tutunumunu artırmak amacıyla elek partisinde iki elek kullanılır. Bu eleklerin birisi formasyon ve asıl taşıyıcı görevini üstlenirken, diğer elek safihanın üst kısmına basarak yukarıda belirtilen fonksiyonların yerine getirilmesine katkıda bulunur.
- Yüzyıl sonunda Nicolas Louis Robert ilk kağıt makinesini bulmuş ve aynı makine Fourdrinier kardeşler tarafından geliştirilmiştir. L. Robert’in gerçekleştirdiği makinede süspansiyon sürekli dönen bir elek (sonsuz elek) üzerine dökülerek kesintisiz kağıt üretimi sağlanmıştır. Daha önceleri süspansiyon sabit elekler üzerine dökülür ve yayılır, böylece süspansiyon içindeki suyun ayrılması beklenirdi. Tabii ki bu yöntem uzun süre gerektirdiğinden üretim zor ve kısıtlıydı. Fourdirinier kardeşlerin yaptığı araştırmalarla bu sistem daha da geliştirildikten sonra ‘sonsuz elek makinesine’ ‘Fourdirinier Makinesi’ denilmiştir.
10 – 170 gr/m2 gramajlar arasında ideal kağıt üretimi yapılan bu makinelerde elek kısmı üzerinde fazla miktarda lif süspansiyonunu yaymak mümkün olmadığından, yüksek gramajdaki karton üretimi için ‘yuvarlak elekli’ makineler veya yuvarlak elek – sonsuz elek beraber kullanılarak üretim gerçekleştirilmiştir. Yuvarlak elekler üzerinde kağıt yapma düşüncesi sonsuz elek makinesinin bulunmasından birkaç yıl sonraya rastlar. 1807 yılında Amerika’da Charles Kinsey, 1809 yılında ?ngiltere’de John Dickinson tarafından iki patent alınmıştır. ?lk karton üretimi yapan yuvarlak elekli makine 1817 yılında Amerika’da kurulmuştur. Ülkemizde kağıt ve karton üretimi sonsuz elek, yuvarlak elek ve sonsuz elek – yuvarlak elek kombinasyonları ile yapılmaktadır. Yuvarlak eleklerdeki makinelerde tekne içindeki süspansiyon yuvarlak eleğin döndürülmesi ile santrifüj bir etki kazanarak keçeye yayılır ve tutunur. Bu sırada süspansiyonda mevcut suyun bir kısmı silindirik eleğin arasından tekneye akar. Keçenin altına tutunan ve suyunun bir kısmını kaybeden süspansiyon birleştirme ve su süzme presleri arasından geçerek kurutma partisine gider. Bu sistemde 1 ile 6 yuvarlak elek arka arkaya sıralanarak her birinden gelen süspansiyon üst üste ve yaş durumdayken birleşir ve kalın bir tabaka oluşumu sağlanır.
Pres Partisi
Pres partisi, elekten alınan yeni oluşmuş safihanın kuru madde oranını artırmak, yani safiha bünyesinde bulunan suyu ayrıştırmak için oluşturulmuş geniş ve düzgün yüzeyli silindirlerden oluşan kısımdır. Makine tipi ve ürün cinsine bağlı olarak 2 yada daha fazla kombinasyondan oluşur. Pres silindirleri (vasl) arasından sonsuz döngüde keçe hareket ettirilir. Pres Keçeleri, safiha transferi ile birlikte safihadan pres baskıları yardımıyla ayrıştırılan suyu kendi bünyelerine alırlar. Böylece, ayarlanabilen baskı yardımıyla, pres çıkışlarında %45 kuru maddelere, bazı tip makinelerde ise daha fazla kuru madde oranlarına ulaşılır. Aynı zamanda, pres baskıları yardımıyla safiha yüzey düzgünlüğü de kontrol edilir.
Kurutma Partisi
Kurutma bölümü, gruplar halindeki birçok silindirden oluşur. Bu silindirler arasından geçirilen safihanın bünyesindeki su, silindir yüzeylerindeki yüksek sıcaklık yardımıyla safihadan uzaklaştırılır. Ayrıca, kağıt bünyesindeki tutkal sıcak silindirler arasından geçerken erir ve kağıda tutunur. Tutkallama adı verilen bu yöntemle kağıdın su emme özelliği istenen seviyelerde tutulur.
Kurutma partileri genelde, ön kurutma ve son kurutma olmak üzere iki kısımdan oluşur. Ön kurutma sonrasında %93-96 kuru maddeye kadar kurutulan kağıt üzerine, tutkal pres olarak tanımlanan sistem yardımıyla nişasta ve/veya kuşe boyası yada benzer yüzey sıvama maddeleri uygulanır. Kağıt yüzeyini iyileştirmek, kuşe kağıdı üretmek, kağıt baskı özelliklerini artırmak, kağıt kalitesini yükseltmek gibi amaçlarla uygulanan yüzey sıvamasından sonra kağıt tekrar kurutma partisine verilir. Daha az silindirden oluşan bu kısımda, %60 kuru madde seviyelerine düşen kağıt rutubeti, yine silindir sıcaklıkları yardımıyla %93-95 seviyelerine kadar çıkartılır.
Kalenderler
Kurutma partisi sonrasında, kağıt yüzeyini düzgünleştirmek, kalınlığı ayarlamak amacıyla safiha kalender olarak tanımlanan silidirler arasından geçirilir.
Kalenderler, değişik çapta birçok silindirin kombinasyonu olabileceği gibi, sadece iki silindirden de oluşabilir. Son dönemde geliştirilen tekniklerle, iki silindirden oluşan, her iki yüzey için ayrı ayrı tasarlanmış yumuşak kalenderleme sistemleri oldukça yaygınlaşmıştır. Bu sistemlerde, silindirlerden biri çelik ve yüksek sıcaklıkta, diğeri ise yumuşak ve orta sıcaklıkta tasarlanırlar. Bu yöntemle, kağıt yüzeyi kurşunlama etkisi olmadan çok daha homojen şekilde iyileştirilerek baskıya uygun hale getirilir. Yine bu kalenderlerde bölgesel baskı ayarları yardımıyla kağıt kalınlığı bölgesel olarak istenilen şekilde ayarlanır. Kalınlık kontrolü, kalender baskılarının yanı sıra, yüzey ısıtma yöntemiyle de gerçekleştirilir.
Mal Sarıcı, Bobin Makinesi, Ebat Makinesi
Kalenderlerden çıkan yüzey işlemleri tamamlanmış kağıt, mal sarıcı üzerinden tampon valsine verilir. Tampon valsinde sarılan kağıt, tüm kağıt proseslerinden geçirilmiş, kesime hazır konuma getirilmiş son üründür. Buradan bobin makinesine gönderilen tampon üzerindeki kağıt, bobin makinesinde istenen genişlikte kesilir.
Kesilen bobinler, müşteri istekleri doğrultusunda, bobin olarak ambalajlanacağı gibi, ebat makinesinde istenilen boyutlarda kesilerek paletlerde ambalajlandıktan sonra da piyasaya verilebilir.
Ürünler, gerek bobin ambalajlamada, gerekse palet ambalajlama sonrasında tartım ve etiketleme işlemlerinin ardından stok sahasına yada direk müşteriye gönderilirler.
Kağıt Üretiminde Kullanılan Yardımcı Maddeler
Kağıt üretiminde, gerek kağıt fiziksel, mekanik ve optik özelliklerini geliştirmek, gerek maliyetleri azaltmak ve gerekse proseslerde karşılaşılan sorunları ortadan kaldırmak amacıyla dolgu ve diğer kimyasal maddeler kullanılır.
Dolgu Maddeleri
Hamur hazırlama aşamasında kağıt hamuru içerisine mineral maddelerin katılması kağıt yapımının ilk günlerinden beri uygulanmaktadır. Kullanılan kağıt çeşitleri arttıkça bazı kağıt cinslerinin yapımında dolgu maddesi kullanımı kaçınılmaz olmuştur. Dolgu maddeleri çok ince taneli, kağıdın opaklık, beyazlık, yüzey düzgünlüğü, mürekkep emme yeteneği gibi özelliklerini iyileştirdikleri gibi, kağıt üretim maliyetini aşağı çekmeleri nedeniyle de kullanımları oldukça geniş şekilde yaygınlaşmıştır.
Dolgu Maddelerinin yararları;
- Kağıdın opaklık ve yumuşaklığını artırılar,
- Beyazlatılmamış hamurlarda kağıt beyazlılığını artırırlar,
- Lifler arasındaki boşlukları doldurup düzgün yüzey oıluşturarak kağıdı baskıya daha uygun hale getirirler.
- Mürekkebin daha iyi emilmesini sağlayarak baskı kalitesini artırırlar,
- Kağıdın eskime (aging) özelliğini azaltırlar. Özellikle CaCO3 ile yapılan kağıtlar asırlarca dayanıklılığını kaybetmezler.
- Kağıt üretim maliyetlerini aşağı çekerler.
-
Dolgu Maddelerinin Olumsuz Etkileri;
- Kağıdın kopma, patlama ve katlama direncini azaltırlar,
- Dolgu maddeleri kağıdın yapıştırma derecesini azaltabilir. Dolgu maddelerinin tutunması kağıdın her iki yüzünde de aynı olmadığından, kağıt iki yüzünde farklı özellikler gösterir.
- Elek altı sularındaki kuru madde miktarını artırdıkları için hızlı makinelerde drenajı yavaşlatarak makine hızını, dolayısıyla kapasiteyi olumsuz etkileyebilirler.
- Rijiditeyi azaltırlar, tozlanmaya neden olurlar.
?deal bir dolgu maddesinde olması gereken özellikler, yüksek beyazlık, yüksek kırılma indisi, küçük tane çapı, kağıt tarafından yüksek oranda tutunabilme, suda çözünmemesi veya az çözünmesi, düşük yoğunluk, kimyasal yönden reaktif olmaması ve düşük aşındırıcılık.
Bazı önemli dolgu maddeleri;
Kaolen
Dolgu maddesi olarak kullanılan kaolen, kaolinitten oluşur. Kırılma indisinin düşük olması ve sarılığının yüksek olması dışında son derece uygun bir dolgudur. Ayrıca, tutkallamanın ancak düşük pH larda yapılabilirliği kaolinin bir başka olumsuz yanıdır. Bu nedenle kullanımı oldukça düşmüş ve yerini nötr ortamda tutkallama yapılabilen ve kırılma indisi çok daha yüksek olan CaCO3’a bırakmıştır.
Gazete, kitap ve baskı kağıtlarında geçmiş dönemde bol miktarda kullanılırdı. Kuşe boyası katkı dolgu maddesi olarak halen yüksek oranda kullanılmaktadır. Suda yıkanmış kaolen ince boyutlu olduğundan daha iyi sonuç verir. Beyazlığı yeterli olmasa da kağıda düzgün bir yüzey verir.
Titanyum Dioxsit
Kırılma indisi yüksek olduğundan yüksek opaklık sağlar. Özellikle ince kağıtların şeffaflığını gidermeye çok uygundur. Ayrıca yüksek beyazlık aktarma özelliği vardır. Maliyeti çok yüksek olduğundan kullanımı sınırlıdır.
Kalsiyum Karbonat
CaCO3’ın en önemli özelliği parlaklığıdır. Nötr ortamda tutkallama yapılabilinmesi kullanımını artırmıştır. Aşındırıcılığı yüksektir. Ayrıca, yağ emme özelliği nedeniyle matbaa mürekkeplerinin hızlı kurumasına neden olur. Sigara kağıdında da, yanmayı düzenlemesi için %35-40 oranlarında kullanılır.
Kalsiyum Silikat
Baskı kağıtlarının parlaklık ve opaklığını artırmak için kullanılır. Lifler tarafından doğal olarak tutulduğundan tutunması için yardımcı maddeye gerek duyulmaz. Üstelik diğer maddelerin tutunmasına da yardımcı olur.
Talk
Kağıda sabunumsu bir yağlılık ve tatlı bir dokunma hissi verir. ?çindeki kalsiyum miktarı değişik oranlarda olup, kağıt formasyonunu düzeltir.
Baryum Sülfat
Kırılma indisi düşük olmakla birlikte yüksek parlaklığı için kullanılır.
Çinko Sülfür
Yüksek beyazlık ve opaklık sağlar. ?ap ile reaksiyona girdiğinden, kullanımı her ortam için uygun değilidir. Asidik tutkallamanın yapıldığı ve şapın kullanıldığı sistemlerde uygulanamaz.
pH 5’in altında ise ve sistemde bakır bulunduğu zaman kararma oluşturabilir. En büyük sakıncası aşındırıcı olmasıdır.
Tutkallama Maddeleri
Birçok kağıt ve kartonun en önemli özelliği su, mürekkep, meyve suyu, katı yağlar gibi maddelerin kağıt bünyesine girişine direnç göstermeleridir. Su geçirmezlik, kağıdın yüzeyinin ıslanmasına rağmen suyun içeriye girişinin geciktirilmesidir. Tutkallama maddeleri, su ile kağıt arasındaki temas açısını büyültürler.
Tutkallama maddeleri kağıt hamuruna kütleden verildiği gibi, kağıt türüne ve proses özelliğine bağlı olarak yüzeyden nişasta ile birlikte de verilebilir.
?ç tutkallamada lifler süspansiyon halinde iken içerisine proses türüne uygun özellikte doğal ya da sentetik tutkal maddesi verilir. Eğer doğal tutkallama maddesi kullanaılıyorsa düşük pH değerleri gerekebilir. Bunu sağlamak için sisteme daha önceden ?ap verilerek pH değeri düşürülür. Böylece kağıt ya da karton sıvılara karşı hidrofobik bir özellik kazanır ve başta mürekkep olmak üzere, yüzeylerine uygulanan sıvıları dağıtmaz. ?ç tutkallamada kullanılan belli başlı tutkallama maddeleri;
- Kolofon reçinesi; Çam ağaçlarından elde edilen bir yan üründür,
- Mumlar; Parafin ve naftin gibi petrol ürünleridir,
- Stearatlar; Sodyum ve potasyum stearatlarıdır.
- Asfalt Emülsiyonlar; ham petrolden elde edilen yüksek moleküllü aromatik ve naftenik maddelerdir.
- Alkil Keten Dimer, ASA gibi yapay tutkallar. Bu maddelerle nötr ortamda tutkallama yapılabilinir.
Yüzey tutkallamada ise, tutkallama, size presden kağıt yüzeyine nişasta ile birlikte verilen tutkallama maddeleriyle yapılır. Uygulama sonrası ıslanan kağıt yeniden kurutma gruplarına verilerek kademeli şekilde kurutulur. Böylece yüzeyde oluşan tabaka, kağıdın sıvılara karşı direncini artırır.
Form, kraft, sargılık, duvar, kuşe baz kağıdı, lamine kartonlar v.s de iç tutkallama kullanılır.
Çizim, yazı, grafik, ofset baskı ve vernikli kağıtlarda ise yüzey ve iç tutkallama birlikte uygulanır.
