فلزات و کاغذ؟! شاید در نگاه اول، ارتباط چندانی بین این دو که هر کدام به تنهایی، کاربردهای زیادی دارند، نباشد اما واقعیت چیز دیگری است. موادی که کاغذ از آن تشکیل می‌شود شامل خمیر کتان، پنبه، کنف، چوب، ضایعات کشاورزی یا بعضی گیاهان مثل بامبو و ... است. الیافی که در ساخت آن به کار می‌رود، معمولا طبیعی و شامل سلولز است که مصرف زیادی در صنایع مختلف و زندگی روزمره دارد. آهن و آلیاژهای آن نیز از رایج‌ترین عناصر پوسته زمین و از پرکاربردترین فلزات در صنعت و حیات بشر هستند.
به گونه‌ای که 95 درصد فلزات تولیدی جهان از آهن تشکیل شدهاند. از جمله محصولات فولاد آلیاژی، می‌توان به میلگردهای آلیاژی مثل میلگرد آلیاژی ck45، ورق‌های آلیاژی مثل A516 و ... اشاره کرد. بین فلزات (به ویژه آهن) و صنعت کاغذ، پیوند نزدیکی برقرار است زیرا آهن از پرکاربردترین و مهمترین فلزات مورد استفاده در کارخانجات کاغذسازی به حساب می‌آید. قیمت میلگرد ck45 را در سایت مرکزآهن مشاهده کنید. شما همراهان گرامی میتوانید بررسی صفر تا صد ترکیبات شیمیایی و خواص آهن را از این لینک مطالعه نمائید.
ویژگی‌هایی مانند فراوان بودن، ارزان بودن، هزینه استخراج پایین‌تر نسبت به فلزات دیگر، فشردگی و چگالی نسبتا بالا، امکان مخلوط کردن آن با عناصر دیگر برای ساخت مواد مستحکم، دمای ذوب نسبتا بالا، رسانای خوب برای گرما و نظایر آن موجب شده تا آهن، کاربرد وسیعی در صنایع از جمله صنعت کاغذسازی و فرآورده‌های آن داشته باشد. علاوه بر آهن از ترکیبات مس نیز به عنوان یک ماده نگهدارنده چوب بخصوص در ترمیم آسیب دیدگی ناشی از پوسیدگی و خشک شدن استفاده می‌شود.
کاربرد مس علاوه بر صنایع دارویی، رنگ سازی، پوست و چرم در صنعت کاغذسازی هم قابل توجه است. هرچند امروزه بسیاری از فعالیت‌ها و کسب و کارها به سمت مجازی شدن، اتوماسیون و غیرکاغذی سوق یافته‌اند با این همه، هنوز هم شاهد مصرف بالای انواع کاغذ در ایران هستیم. طبق آمارهای اعلام شده، سرانه مصرف انواع کاغذ و مقوا در کشور، بین 22 تا 25 کیلوگرم است و تقریبا 2300 واحد صنعتی در زمینه صنایع کاغذ و فرآورده‌های آن دارای مجوز هستند.
با توجه کاربرد فلزات خصوصا آهن در کاغذسازی، هرچه میزان استفاده از انواع کاغذ و فرآورده‌های آن افزایش یابد، نقش آهن خصوصا در قالب ماشین آلات، کارخانه‌ها و واحدهای صنعتی کاغذسازی پررنگ‌تر می‌شود. در این رابطه، انواع ماشین آلات کاغذسازی با عملکردهای متفاوت ساخته شده و با ظرفیت‌های مختلف، نصب و راه اندازی شدهاند. کاغذهای تحریر، کاغذهای حساس، کاغذهای بسته‌بندی، کاغذهای خاص، کاغذهای بهداشتی، کاغذهای چند لایه و طیف وسیع آنها، انواع کاغذهایی هستند که ماشین آلات کاغذسازی در تولید آنها، نقش مهمی ایفا میکنند.
مهمترین دستگاه‌ها و تجهیزات کارخانه کاغذ سازی که از جنس آهن هستند و موارد زیر را شامل می‌شوند:
با توجه به کاربرد فلزات خصوصا آهن در دستگاه‌ها و تجهیزات کارخانجات کاغذسازی، بررسی مراحل تولید کاغذ، قابل توجه است. در مجموع مراحل کاغذ سازی از طریق دستگاه‌ها و ماشین‌آلات را می‌توان شامل آماده‌سازی مواد اولیه، رنگ‌زدایی و سفید کردن الیاف، عمل آوری خمیر کاغذ توسط پالايش، شکل دادن به کاغذ در ماشین کاغذسازی و عملیات تکمیلی پس از تولید کاغذ دانست. اولین مرحله تولید کاغذ که تحت عنوان خمیر کردن آن را می‌شناسند، جداکردن الیاف از چوب است.
این فرایند شامل دو روش خمیر کردن مکانیکی و شیمیایی است. در خمیر کردن مکانیکی، برای خرد کردن چوب و بیرون آوردن ذرات الیاف درون آن از عملیات سخت مکانیکی استفاده می‌شود و اما در خمیر کردن شیمیایی، تراشه‌های چوب را در معرض گرما و فشار، قرار می‌دهند تا تحت تاثیر ترکیبات شیمیایی قرار بگیرد. هر چند محصولی که از روش شیمیایی به دست می‌آید کمتر از روش مکانیکی است، ولی الیاف آن آسیب پذیری کمتری داشته و می‌توان از آن کاغذهای بسیار محکمی تولید کرد.
علی‌رغم استفاده از آهن در کاغذ سازی این سوال مطرح می‌شود که چرا در کارخانه کاغذسازی از آهن خالص استفاده نمی‌شود؟ در این زمینه دلایل مختلفی از سوی متخصصان این حوزه مطرح می‌شود. به گفته کارشناسان، آهن خالص، هر چند به صرفه است اما خیلی نرم بوده و به خاطر واکنش پذیری به مرور زمان با اکسیژن ترکیب می‌شود و زنگ می‌زند؛ به همین خاطر آلیاژ آهن یا آهن زنگ نزن در کارخانجات کاغذ سازی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در حال حاضر، بسیاری از محصولات فلزی به صورت ورق فولادی تولید شده که هر کدام از انواع ورق فولادی برای اهداف خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرند. ورق‌های فولادی را می‌توان شامل ورق سیاه (گرم)، ورق روغنی (سرد)، ورق گالوانیزه، ورق رنگی، ورق اسیدشویی، ورق قلع اندود و ورق کرکره دانست. این ورق‌ها از مواد مختلفی تشکیل می‌شوند که کاربرد هر کدام در صنایع گوناگون را نمی‌توان نادیده گرفت.
در این میان، ورق‌های گالوانیزه از جمله ورق‌های فولادی هستند که در صنعت کاغذسازی و علاوه بر آن در صنایع اتومبیل، حمل و نقل، کشاورزی، لوله مانند لوله بخاری، لوله آب، کانال کولر، کابینت آشپزخانه و هر جا که احتمال خوردگی آهن و خسارت وجود دارد، مورد استفاده هستند. ورق‌های گالوانیزه را با ورق‌های روغنی یا ورق سرد تولید میکنند. به پروسه تبدیل ورق ساده به ورق گالوانیزه "عملیات گالوانیزاسیون" گفته می‌شود که با لایه‌ای از فلز روی، پوشیده می‌شود.
این کار، ورق فولادی را در مقابل زنگ زدگی مقاوم‌تر می‌کند. در ورق گالوانیزه، بین آهن و روی، پیل الکتروشیمیایی تشکیل می‌شود که در آن روی به جای آهن به عنوان آند و آهن به عنوان کاتد به کار می‌رود. حتی اگر پوشش ورق گالوانیزه هم شکستگی پیدا کند، زنگ نمی‌زند. بنابراین کاربرد ورق گالوانیزه در صنعت کاغذ سازی به دلیل مقاومت آن در برابر زنگ زدگی و خوردگی آهن است.
آلومینیوم از نظر کیفیت و ارزش، کاربردی‌ترین فلز بعد از آهن و فراوان‌ترین آن در پوسته زمین است که به صورت خالص وجود ندارد. در این رابطه از سولفات آلومینیوم در صنایع کاغذ سازی و پارچه بافی استفاده می‌شود. سولفات آلومینیوم یک ماده شیمیایی پر کاربرد است که نقش مهمی در صنایع کاغذ، مقوا و کارتن دارد. این ماده هم در فرایند تولید و هم در تصفیه فاضلاب کارخانجات تولید کاغذ، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
از آلومینیوم سولفات برای لخته سازی خمیر کاغذ استفاده می‌شود. اساس عملکرد این نمک معدنی، جذب آلودگی‌های یونی موجود در محیط خمیر کاغذ است و تصفیه پساب تولیدی در کاغذ سازی با استفاده از این نمک معدنی امکان پذیر است. تصفیه پساب و افزودن به خمیر تولید مقوا و کارتن هم در کارخانه‌های تولید کاغذ اصلی و هم در کارخانه‌های بازیافت کاغذ و مقوا، قابلیت اجرا دارند.
تیتانیوم هم زیر مجموعه عناصر فلزی است که اغلب موارد مصرف آن در صنایع به دو صورت فلزی و دی اکسید تیتانیوم است. شکل فلزی آن به دلیل مشکلات تهیه و خالص سازی، مصرف چندانی ندارد اما مصرف اکسید آن به صورت TiO2 در صنعت کاربرد زیادی دارد و %90 صنایع اولیه، مصرف کننده اکسید تیتانیوم هستند.
در این رابطه، آلیاژ ایلمنیت ilmenite این فلز در تهیه اکسید تیتانیوم در صنایع کاغذسازی، رنگ سازی و پلاستیک به عنوان ماده رنگی برای براق کردن سطح فلزات و ... کاربرد دارد. از جمله این کاربردها در کاغذهای اوراق بهادار، نظیر اسکناس است. اسکناس با توجه به نوع کاربرد خود به طور دائم در تماس با بدن انسان بوده و روزانه بین افراد مختلفی دست به دست می‌شود.
این امر، موجب آلودگی زیاد این کاغذها شده و امکان انتقال عوامل بیماری زا توسط آنها را افزایش می‌دهد. از این رو، ایجاد خواص خود تمیزکنندگی در این نوع کاغذها ضروری است. دی اکسید تیتانیوم از جمله موارد پرکاربرد در کاغذ سازی است که امروزه ابعاد نانومتری آن به عنوان یک عامل فتوکالسیت Photocalyst بسیار مورد توجه است.
فناوری‌های جدید در زمینه تولید کاغذ، طی سال‌های گذشته، ابداعات ارزشمندی را در این حوزه رقم زده‌اند. بر این اساس، محققان، ماده جدیدی ساخته‌اند که سبکتر از فولاد اما سخت‌تر و محکم‌تر از آن است. این کاغذ گرافن از گرافیت ساخته شده که طی فرآیندهای شیمیایی به شبکه‌های تک لایه‌ای کربن شش ضلعی تغییر شکل یافته و به صورت یک برگه نازک کاغذ در آمده که بسیار محکم است.
این برگه در مقایسه با فولاد، شش برابر سبکتر و تراکم آن پنج تا شش برابر کمتر و دو برابر سخت‌تر است. همچنین مقاومت کششی آن 10 برابر بیشتر و 13 برابر انعطاف پذیرتر از فولاد است. البته کیفیت برگه گرافن از فولاد بالاتر نیست اما از نظر استحکام، یک جهش بزرگ در فناوری است و دارای خواص الکتریکی، گرمایی و مکانیکی است. تولید آن، پر هزینه و مشکل نیست و در صنایع هوانوردی و خودروسازی کاربرد دارد.
همچنین توسعه فناوری‌های نوین خصوصا نانو در حوزه کاغذ، در زمینه ارتباط کاغذ و فلزات نیز تاثیرگذار است. در این رابطه، کاغذهای چروک کرشیلد VpCI-146 توسط شرکت کورتک تولید شده که با استفاده از فناوری نانوی VpCI تقویت شدهاند. این کاغذها که خوردگی را مهار میکنند، زیست تخریب پذیر و غیرسمی هستند که نیترات، فسفات و سیلیکات ندارند.
در این کاغذها با بهره‌گیری از فناوری مهار خوردگی با استفاده از فاز بخار، روش جدیدی برای محافظت از فلزات در بسته‌بندی‌ها ارائه شده است. این کاغذها بدون استفاده از هیچ فرآیند شیمیایی از فلزات محافظت میکنند و با پیچیدن آن به دور محصولات، علاوه بر محافظت در حین حمل و نقل، از خوردگی آنها نیز جلوگیری می‌شود. این کاغذ چروک، قابلیت محافظت از فولاد کربن، فولاد ضدزنگ، فولاد گالوانیزه، چدن، آلیاژ آلومینیوم، مس، برنج و لحیم را دارد.