|
18.Yüzyıl sonuna kadar doğal kaynaklardan elde edilen kimyasal katkı maddeleri kağıt mukavemetini, yazma ve baskı özelliklerini, kağıt beyazlığını arttırmak için ve kağıda renk vermek için kullanılmıştır.Kağıt makinasının icat edilmesi ile birlikte kimyasallar, endüstriyel kağıt üretimine katkıda bulunmaya başladılar. Beyazlatma kimyasalları kullanılmaya başlandıktan sonra ancak odun hamurunun tam anlamıyla potansiyeli kullanılmaya başlanmıştır. Kimyasal katkı maddeleri, kağıt üretimi otomasyon ve verimliliğine ek olarak kağıt özelliklerini iyileştirerek 20. Yüzyılın ilk yarısına kadar kağıt sanayinin gelişimine katkıda bulunmuştur.
Global olarak bakıldığında kağıt ve kartonun %99 ‘u doğal maddelerden oluşur :
Nişasta, kütlesel olarak dünya kağıt üretiminin %1.7 sini oluşturur ve bu rakam, tüm kimyasal katkı maddelerinin yarısıdır.
Temel Kimyasallar
Ağaç, doğal bir kompozit malzeme olup insan eli ile yapılan tüm kompozit malzemelerden daha karmaşık bir yapısı vardır. Ağaç, lignin tarafından birbirine yapıştırılmış elyaflardan oluşur ve böylece bir “elyaf kompozit maddesi” olarak tanımlanır. Selüloz prosesinin amacı ağacı elyaflara ayırıp kağıt üretimine uygun hale getirmektir. Bu amaçla lignin ve büyük oranda hemiselüloz, ya eritilmeli ya da termokimyasal proses de olduğu gibi bozunuma uğratılmalıdır.
Ağacın kimyasal lignin gideriminde ve elyaf ayrımı işleminde bazı kimyasallar kullanılır. yaygın olarak kullanılan Kraft proses de ana aktif bileşenler sodyum hidroksit ve sodyum sülfit dir. Ek olarak klor dioksit üretiminde gerekli olan soda (sodyum karbonat) , sodyum sülfat, sodyum klorür, sodyum klorat ve sülfirik asit ve kalsiyum karbonat da kullanılır.
Mekanik hamur üretiminde ligninin yumuşaması ve elyaf ayırımı için bazen sodyum sülfit ya da sodyum hidrojen sülfit de kullanılır. Bu kimyasallar genelde kimyasal-mekanik hamur (CMP) ya da kimyasal-termo-mekanik hamur (CTMP) üretiminde kullanılır. Sodyum hidroksit ya da soda, proses sırasında ya da sonunda pH’ ı kontrol etmek için uygulanır.
Pulper yapısına bağlı olarak eski kağıt, % 4-30 kesafet ( kuru madde konsantrasyonu) aralığında su ile açılır.Ambalaj kağıdı üretiminde kağıt açma sırasında hiç ya da sadece bir kaç kimyasal ( dispersanlar, ıslatma kimyasalları) kullanılır. beyaz kağıt hamuru üretiminde ise eski kağıda baskı mürekkebinin ve yapışkan maddelerin elyaftan ayrılması için çeşitli kimyasallar eklenir. Hacimsel olarak en fazla kimyasal mürekkep giderme ve beyazlatma proseslerinde kullanılır.ve bunlar sodyum hidroksit, hidrojen peroksit, sodyum silikat ve yağ asitleridir.
Beyazlatma Kimyasalları
Yazı tabı , basılı kağıt, temizlik kağıdı ya da kuşe karton üretiminde kimyasal hamur , mekanik hamur ya da eski kağıt hamuru kullanıldığında bu hamur, belli bir beyazlığa kadar beyazlatılmalıdır. Kimyasal hamurun beyazlatılması bir kaç aşamada gerçekleştirilir ve bunun ilk aşaması eser miktarda hamurda bulunan lignin in olabildiğince giderilmesidir. Sonraki beyazlatma aşamalarında asıl amaç, hamurun beyazlığını arttırmaktır.Beyazlatma aşamaları şunlardır :
-
Klorlama (C) : Lignin ile çok hızlı ve ucuz şekilde reaksiyona giren klor ile klorlama. Son 10 yılda oluşan çevresel faktörlerden dolayı tüm dünyada klorun yerini klor dioksit, ozon ve/veya oksijen almıştır. Avrupa da klor tamamen uygulamadan kalkmıştır.
-
Alkali Ekstraksiyonu (E) : Sodyum hidroksit ile alkali ekstraksiyonu. Elyaf yüzeyine çökelen kraft lignin giderimi ve önceki asit beyazlatma aşamalarında (ozon ya da klor dioksit) bozunuma uğrayan lignin in giderilmesi.
-
Hipoklorat Beyazlatma (H) : Sodyum veya kalsiyum hipoklorat ile eser miktardaki lignini gidermek ve çözünebilir hamur üretiminde viskositeyi kontrol etmek için uygulanır.Günümüzde hipoklorat yerini klor dioksite bırakmıştır.
-
Klor dioksit Beyazlatma (D) : Klor dioksit, sodyum kloratın redükte edilmesi ile elde edilir. Klor dioksit ‘ in beyazlatma etkisi, ligninin oksidasyonuna dayanır. Hamur beyazlığında eşsiz pozitif bir etki yaratır.
-
Oksijen Beyazlatma (O) : Alkali ortamda kağıt hamurunun oksijen ile beyazlatılması, klor kullanmadan yapılan uygulamadır. Sodyum hidroksit ve oksidize olmuş beyaz likör, alkali kaynağı görevini görür. Bu koşullar altında oksijen, aynı zamanda karbohidratlarla da reaksiyona gireceğinden selüloz bozunumunu engellemek amacı ile bazı önlemler alınır. Sonuç olarak oksijen beyazlatma, geleneksel klor beyazlatmadan daha az etkilidir. Sadece alkali beyazlatma içeren proseslerde yüksek beyazlık mümkün olmasına rağmen klor dioksitin bulunduğu bir aşamaya çoğu zaman ihtiyaç duyulur.
-
Ozon Beyazlatma (Z) : Oksijen beyazlatmanın bir noktaya kadar yapılabilmesinden dolayı son beyazlatmadan önce ilave lignin ayrıştırma maddeleri gereklidir. Ozon bir olasılık olmasına rağmen ileri teknoloji uygulamayı gerektirir. Oksijen gibi ozon da suda az çözünür ve oldukça kararsızdır.
-
Peroksit Beyazlatma (P) : Alkali ortamda hidrojen peroksit kullanımı, kimyasal hamurların son beyazlatma aşamasında uygulanır ve yüksek ve stabil beyazlık sağlar. Hidrojen peroksit beyazlatma sodyum hidroksit, sodyum silikat ve sık olarak da chelating maddeleri ile yapılır. Proses şartlarına bağlı olarak %1-2 oranında mekanik hamura uygulanan peroksit, 10-18 birim beyazlık artışı sağlar. Eski kağıttan mürekkebi giderilmiş hamur üretiminde hidrojen peroksit, en çok tercih edilen beyazlatma kimyasalıdır. Bu prosesde alkali ortam yaratmak için sodyum hidroksit, hidrojen peroksiti stabilize etmek için de sodyum silikat (cam suyu) kullanılır.
-
Dithionite (Hidrosülfit) Beyazlatma (Y) : 19.Yüzyılın sonunda mekanik hamurda kullanılmak üzere ilk beyazlatma kimyasalı olarak sodyum bisülfit geliştirilmiştir. Sınırlı beyazlık sağladığından bir kaç yıl içinde bir diğer indirgeyici beyazlatma maddesi olan sodyum diithionite piyasaya çıkmıştır. Sodyum dithionite, beyaz kristal toz ( %88 aktif madde) ya da %13 aktif maddeli sıvı olarak bulunur. Ayrıca kullanım yerinde sodyum borohidrid, %40 sodyum hidroksit ve %48 su kullanılarak da elde edilebilir.
Optimum beyazlık için hamur kesafeti %5, sıcaklı 60’C ve pH 6 olmalıdır. Bu şartlarda hamura %1.2 oranında eklendiğinde 10-12 birim beyazlık artışı görülür. Mekanik hamur ya da mürekkep giderme prosesinde maksimum beyazlık artışı için ilk aşamada hidrojen peroksit, 2. aşamada sodyum dithionite uygulaması yapılabilir.
-
Formamidine sulfinic acid (FAS) : Hidrojen peroksit ve thiourea dan üretilen bir başka güçlü indirgeyici beyazlatma kimyasalıdır. % 99 saflıkta beyaz ya da hafif sarı renkli kristal toz yapıdadır. FAS daha çok mekanik hamurdan ziyade eski kağıt beyazlatmasında kullanılır.
Nişasta
Kağıt sanayinde kullanılan nişastanın %80 ‘ i yüzey uygulaması ( % 62 yüzey tutkallama, %3 karton üretiminde iki kat arasına yaş kısımda püskürtme, % 15 kuşelemede bağlayıcı ) olarak yapılır. Yüzey tutkallamanın ana rolü kağıt yüzey mukavemetini arttırmak ve elyaf, pigment gibi parçacıkları kağıt yüzeyine daha iyi bağlamaktır.
Aluminyum Bileşikleri
Aluminyum bileşikleri kağıt sektöründe yaygın olarak kullanılır : reçine tutkallama da drenaj ve retensiyon maddesi ve anyonik kirlilikleri ( çözünmüş organik bileşikler) elyafa yapıştırıcı madde olarak. Önemli diğer uygulamalar ise atık su , duru su ve aluminyum iyonlarının flokülasyon ve çöktürme özelliklerinin kullanıldığı çamur koyulaştırma işlemidir. En sık kullanılan aluminyum bileşikleri aluminyum sülfat, polialiminyum klorid (PAC), polialuminyum hidroksidklorid sülfat ve son zamanlarda kullanılmaya başlanılan poli aluminyum nitrat ve polialuminyum nitrat sülfat tır.
Fonksiyonel Kimyasallar
Renk, mürekkep ve suya karşı dayanıklılık, parlaklık, basılabilirlik, mukavemet gibi üretilen kağıda belirli özellik katmak için kullanılan tüm kimyasallara “ fonksiyonel kimyasal” adı verilir.
Boyalar
Tarihsel olarak boyalar, kağıt üretiminde kullanılan en eski sentetik özel katkı maddeleridir. Boyalar kağıda ortalama ton başına 150 g kadar eklenir. Boya uygulaması dikkat ister :
· Proses değişkenlikleri kağıt üretiminde boya uygulamasını etkileyebilir.
· Her boya farklı elyaf karışımlarıyla farklı şekilde etkileşime girebilir.
· Boyatar diğer katkı maddeleri ile istenmedik bir şekilde reaksiyona girebilir.
Boyalar
1. Anyonik direkt boyalar
2. Katyonik direkt boyalar
3. Bazik Boyalar
4. Asidik Boyalar
5. Renkli Pigmentler
olmak üzere 5’e ayrılır.
Optik Beyazlatma Kimyasalları
Optik beyazlatma maddeleri (OBA) kağıdın beyazlığını arttırır ve genelde kağıt hamuruna eklenir.Beyazlatılmış kağıt hamurunda kullanımı oldukça etkilidir ancak beyazlatılmamış kimyasal hamur ya da mekanik hamurda nerdeyse etkisi yoktur. Yüzey tutkallama ve kağıt kuşesinde de yüzeyden uygulanabilir. Optik beyazlatıcılar ultraviole spektrum aralığında ( 370 nm altı) ışığı emer ve görünür mavi ışık aralığında (457 nm) geri yayarlar. Böylece gün ışığında parlak beyaza sahip floresan etkisi yaratılmış olur ve baz kağıdın ya da kartonun doğal sarılığı maskelenmiş olur.
Chelating Maddeleri
Ağır metallerin varlığı bir çok üretim prosesini ve kağıt özelliğini olumsuz yönde etkiler. Özellikle kimyasal ve mekanik hamur üretiminde beyazlatma kimyasalları ile reaksiyona girerek onların etkinliğini düşürürler. Chelating bieşiklerinin amacı bu olumsuz etkilere karşı koymaktır. Ayrıca hidrojen peroksit çözeltisinin kontrolsüz bozunumunu engellerler. Amino ve karboksil grup içeren chelating bileşikleri metal iyonları başarılı bir şekilde maskelerler. Bu bileşikler nitrilotriasedik asit (NTA), etilen-diamintetra asetik asit (ADTA), dietilen-triamin-pentaasetik asit (DTPA) ve hidroksietil-etilen-diamin-triasedik asit (HEEDTA) dir.
Tutkallama Kimyasalları
Tutkallama, elyaflara hidrofobik özellik kazandırarak su ve diğer sıvıların kağıt ve karton içine sızmasını engeller. Tutkallama, benzer şekilde mürekkep ve matbaa renklerinin yayılmasını ve kağıdın diğer yüzüne geçmesini engeller. Kağıtçılıkta kullanılan elyaflların su emme özelliği oldukça yüksektir. Yüksek emicilik, kağıt havlu gibi temizlik kağıtlarında istenen özelliktir. Ayrıca oluklu mukavva kağıdı kolayca işlenebilmesi için bir dereceye kadar emici olmalıdır. Ancak sıvı ambalajı, oluklu mukavvanın üst tabakası, yazı tabı ve bir çok özel kağı için ise emicilik istenmez. Su ve sıvı emiciliği, tutkal maddesini kağıt ve karton hamuruna eklenerek ya da yüzeyden uygulanarak azaltılır.
Kuru Mukavemet Reçineleri
Kağıt ve karton için önemli bazı mekanik özellikler kopma mukavemeti, yırtılma mukavemeti, katlanma mukavemeti, eğilme mukavemeti, patlama mukavemeti ve yüzey mukavemeti, dahili mukavemet ve sıkıştırma mukavemetidir. Kağıt mukavemeti, bir çok elyaf ve proses değişkenliğine bağlıdır. Elyaf bakımından ele alındığında uzun yumuşak ağaç elyafları ile , sert ağaç elyaflarına kıyasla daha mukavemeti yüksek kağıtlar elde edilir. Dolgu maddeleri, mukavemeti düşürür. proses açısından bakıldığında öğütme derecesi ve yaş presleme, kağıt mukavemetini arttırır.
Suda çözünen ve hidrojen bağ yapan bir çok polimer kuru mukavemet katkı maddesi olarak kullanılabilir. Aslında odun elyafları, hemiselüloz formunda kuru mukavemet maddesini kendi içinde bulundururlar. hemiselülozların elyaftan ayrıştırılmasının mukavemeti düşürdüğü bilinen bir gerçektir.
· Nişasta : Nişasta türevleri en çok bilinen ve kullanılan kuru mukavemet maddeleridir.
· Bitki Sakızları : Daha az önemli ancak kullanımda olan ve suda çözünen bitki sakızları locust bean gum ve guar gum dır.
· Poliakrilamid Reçineleri : Tamamiyle sentetik kuru mukavemet kimyasalları gittikçe önem kazanmaktadır.
· Polivinyl-formamide / Polivinyl-amine Reçineleri : Tüm bu suda çözünen polimerler elyaflardaki selüloz molekülleri ile hidrojen bağı kurabilen ve elyaflar arasındaki bağı güçlendiren birincil amino grupları içerir. Bu polimerler, kağıda sadece öğütme ile elde edilmesi mümkün olmayan mukavemet özellikleri kazandırırlar.
Yaş Mukavemet Reçineleri
Bazı kağıt ve karton türleri, ancak yeterince yaş mukavemete sahip iseler görevlerini yerine getirirler. Bu kağıtlar arasında filtre kağıtları, çay poşetleri, temizlik kağıtları, etiket ve duvar kağıtları ambalaj ve banknot kağıtları bulunmaktadır. Yaş mukavemet reçineleri aşağıdaki şekilde sınıflandırılabilir :
· Melamin formaldehid reçineleri
· .Üre formaldehid reçineleri
· Epoksi poliamid reçineleri
· Glyoxale poliakrilamid reçineleri
Eski Kağıt İşlemede Kullanılanm Katkı Maddeleri
Ekonomik ve çevresel faktörlerden dolayı ham madde olarak eski kağıt kullanımı artmış ve artmaya devam etmektedir. Eski kağıdın işlenmesi sırasında eski kağıdın özelliğine ve nihai üretilecek kağıt ya da karton özelliğine bağlı olarak çeşitli özel kimyasallar kullanılır.
· Pulper ‘e eklenen kimyasallar. Eski kağıttaki elyafların su içinde kolay ve hızlı açılabilmeleri için köpük yapmayan ıslatma maddeleri ve dispersant lar kullanılır. Islatma kimyasalları, yüzey gerilimini düşürür. Bu ürünler çoğunlukla sulfone yağlar, alkil sülfatlar, alkil sülfonatlar , alkil aril sülfonatlar ya da nonifenol bazlı etoksi ürünleri içeren yüzey aktif maddelerdir.
· Mürekkep giderme kimyasalları. Mürekkep giderme prosesinde ilk önce matbaa mürekkebi kağıt yüzeyinden ayırılmalı ve daha sonra bu mürekkep parçaları flotasyon ya da yıkama yöntem, ya da her ikisi ile kağıt hamurundan ayırılmalıdır.
Özel Kağıtlar İçin Kimyasallar
Fonksiyonel kimyasallar, özel kağıtların üretiminde vaz geçilmez unsurlardır.Bu kağıtların çok farklı özelliklere sahip olması beklenir. Özel kağıtlar, dünyadaki kağıt ve karton üretiminin sadece %4 ünü oluşturmasına rağmen bunların üretiminde kullanılan kimyasallar, diğer kağıt cinslerinde kullanılan kimyasallardan çok daha fazladır.
Kağıt Ve Karton Kuşe Kimyasalları
Kuşelemede kuşe karışımı diye adlandırılan bir karışım, kağıdın ya da kartonun bir ya da iki yüzeyine uygulanır. İstenen miktar uygulandıktan sonra kuşe kurutulur ve yüzey işlemine tabi tutulur. Yüzey işleminde kuşelenmiş kağıt ya da kartona yüzey düzgünlüğü ve parlaklık kazandırılır.
Kuşe karışımı bir kaç bileşenden oluşur : beyaz pigmentler (kaolin, kalsiyum karbonat, talk, titanyum dioksit ) ve bağlayıcılar (nişasta, lateks) hacim ve maliyet olarak en fazla göze çarpanlardır. Diğer özel katkı maddeleri uygulanan kuru maddeyi, reolojiyi, su tutunumunu ve kuşe karışımının kağıt ya da kartona nüfusunu kontrol eder. Kuşe karışımında kullanılan ana kimyasal grupları şunlardır :
· Pigmentler : kaolin, kalsiyum karbonat, talk, titanyum dioksit
· Dispersantlar : Genellikle poliakrilat tuzlardır.
· Bağlayıcılar : Sitren akrilat, sitren butadiene lateks, nişastalar veya poli-vinil alkoldür.
· Doğal Polimer Bağlayıcı Türevleri : Çoğunlukla CMC dir.
Proses Kimyasalları
Proses kimyasalları, kağıt üretim prosesinde oluşan sorunları gidermek ya da önlemek, verimliliği arttırmak ya da ekonomik fayda sağlama amacı ile kullanılan tüm katkı maddeleridir. Bu maddeler, temiz su ve enerji tüketimini azaltır, köpük oluşumunu ve çeşitli birikmeleri önler, drenajı arttırır ve/veya elyaf kayıplarını önler. Tüm kimyasal katkı maddeleri içindeki oranı sadece %10 kadardır.
Retensiyon Ve Drenaj Maddeleri
Retensiyon terimi, safiha ( yaş halde oluşan elyaf tabakası) oluşumu ve süzülme sırasında elek üzerinde hamurun tutulması anlamına gelir. Elyaflar, dolgu maddesi ve ince elyaflara kıyasla elek üzerinde daha iyi tutunurlar. Retensiyon maddeleri, kimyasal kompozisyonlarına göre üç ana gruba ayrılırlar : aluminyum sülfat ve poli-aluminyum klorid (PAC) gibi inorganik tuzlar, katyonik nişasta gibi doğal polimerler ile sentetik polimerler ve yüksek molekül ağırlıklı polielektrolitler. Bu son grubun en önemli üyeleri katyonik, anyonik ve nötral poliakrilamidler ve modifiye edilmiş polietileniminlerdir.
Sabitleme Maddeleri
Kimyasal, yarı kimyasal, mekanik hamur ve eski kağıt üretimi ve işlenmesi sırasında çeşitli organik ve inorganik maddeler çözünmüş ve kolloid olarak birikim yaparlar. Diğer suda çözünen maddeler temiz su, dolgu maddeleri, geri dönüşümden gelen kuşeli ve kuşesiz kağıt ve kimyasal katkı maddeleri ile sisteme karışır. Bu maddeler üretim prosesinde birikerek kimyasal maddelerin etkinliğini azaltır ve kağıt kalitesini olumsuz yönde etkiler.
Yüksek katyonik yüklü polimerlerin kullanımı ile çözünmüş anyonik maddelerin elyaflara tutunumu sağlanır ve üretilen kağıt ile birlikte sistemin dışına çıkarılır. Bazı sabitleme kimyasalları şunlardır :
· poly DADMAC
· dicyandiamide formaldehyde reçineleri
· katyonik poliakrilamid (PAM)
· poliamin (PAm)
· modifiye edilmiş polietilenimin (PEI)
· polyvinylamine (PVAm)
|
