فصل اول
طبیعت و تاثیرات پالایش
پالایش موضوع بحث ها ، مقالات ، حقایق و موضوعاتی است که بیش از سایر مراحل در هنر کاغذسازی بکار رفته است . این امر عمدتاً بدلیل این است که این عملیات بسیار حیاتی بوده و از مقدار قابل توجهی نیرو استفاده می کند. متاسفانه ، مقالات کمی درباره این موضوع ارائه شده و دانشجویان را هدایت درست نکرده اند یا گیج کرده اند.
اهمیت پالایش
اهمیت آماده سازی صحیح خمیر کاغذ برای کاغذسازی اغلب در مقالات تاکید شده است . هیچ کس درباره این موضوع بیش از یک کاغذ ساز کهنه کار بنام دانبار مهارت و تبحر ندارد . آقای دانبار کسی است که در اوایل قرن حاضر این موضوعات را به شرح زیر نوشت : (1) "هیچ عملیاتی از کاغذسازی وجود ندارد که مستلزم توجه دقیق و قضاوتی بیشتر از پالایش یا کوبیدن باشد تا خمیر کاغذ را به بهترین شرایط ممکن برای کاغذسازی برساند … هیچکدام مگر مردان کارآمد باید استخدام شوند ، زیرا همین جا است که کاغذ سازی واقعاً انجام می شود … و اگر خمیر کاغذ بصورت نیمه آماده به پالایشگرها فرستاده شود . برای کاغذ سازی بصورت دقیق آماده نشده و بکار برده نمی شود و تمام برنامه آینده رضایتبخش نخواهد بود . مهارت و تجربه زیادی لازم بوده زیرا مردان خمیرزن بویژه در آن زمان مجبور بودند با ترکیبی از انواع خمیر کاغذ و کمی خمیر چوب کاغذ سازی کنند که همگی آنها دارای کیفیت نامعین بودند و مجبور بودند انواع کاغذهای مختلف را تهیه نمایند که تهیه هر کدام فقط چند ساعت طول می کشید . حتی اکنون تاکید بیشتر بر روی مشخصات صورت می گیرد و در یک کارخانه که تغییرات زیادی در کاغذسازی لازم می باشند ، تقاضا برای خمیر زن ها ساده تر از قبل نمی باشند . با این حال ، با افزایش کیفیت کاغذ و انتخاب مناسب برای منظور خاص ، بویژه با تجهیزات همزدن پیوسته ، اپراتور کارش نسبت به گذشته آسانتر شده است . ماشین های کاغذسازی دارای سرعت هایی بمراتب بیشتر از قبل می باشد و تقاضای زیای برای یکنواختی و کیفیت کاغذ وجود دارد . بعلاوه ، هزینه نیرو برای پالایش و یا تصفیه کاغذ همواره ضروری است . طوری که هر نوع کاهش در انرژی مصرف شده استقبال می شود . در نتیجه کارخانجاتی از قبیل تهیه کاغذ روزنامه یا مقوای کاغذی ، که باید از قسمتی از خمیر شیمیایی گرانقیمت استفاده گردد ، معمولاً فرصت هایی برای کاهش این سهم توسط در بهبود کیفیت خمیرها از طریق انتخاب بهتر و عملیات مناسبتر یا از طریق بهبود ماشین کاغذسازی وجود دارند
.
قدرت و استحکام و سایر خصوصیات :
این بحث نقطه مربوط به الیافی است که از لینگنین عاری شده اند ، از قبیل آنهایی که در خمیرهای شیمیایی و معمولی بکار برده می شود . هدف اصلی از پالایش عبارت است از فرم دادن یک مخلوط خمیر به صورت یک شبکه کاغذ است که دارای خواص مورد نیاز بوده و شامل استحکام کافی می شود . تحلیل های انواع خصوصیات خمیر گوناگون که به انواع مختلف استحکام کاغذ مربوط می شوند به تفضیل در بخش های دیگر بررسی می گردد . اگر حداقل استحکام برای کاربردهای بسیار در نظر گرفته شود ، عملیات و آماده سازی خمیر همراه با هر نوع افزودنی به سوی حصول خواص رضایتبخش کاغذ غیر از استحکام هدایت می شوند . خصوصیاتی که بر روی عملکرد کاغذ در ماشین کاغذسازی تاثیر می گذارد ، در ارتباط با شکل گیری خوب و استحکام شبکه مرطوب ، نیاز به درک به منظور حصول بالاترین نرخ تولید احتمالی با کیفیت قابل قبول دارد .
نیاز برای پالایش
اگر یک خمیر خشک در آب پراکنده شود طوری که الیاف مجزا گردند و اگر پراکندگی حاصل مستقیماً به یک ماشین کاغذسازی تصفیه گردد یک کاغذ مطلوب به دلایل مختلف تولید نمی گردد . اولاً پس از جریان یافتن خمیر بر روی سیم ، آب رقیق سازی الیاف را بقدری سریع ترک می نماید که زمان کافی برای جمع شدن الیاف به شکل یکنواخت وجود نخواهد داشت حتی کیک . ثانیاً بسیاری از این الیاف بلندتر از 3 یا 4 mm می باشند و توده ای از مواد را تشکیل می دهند حتی قبل از اینکه آنها به توری برسند . ثانیاً اگر الیاف از قبل خشک گردند ، الیاف انعطاف پذیری کافی نداشته و دارای استحکام کافی شبکه مرطول نمی باشند . بالاخره ورق"برگه" حاصل نسبتاً حجیم بوده و دارای استحکام کششی کمی می باشند . تاثیر ضعیف کننده حجم اضافی توسط فقدان فیبریل ها بر روی سطوح الیاف (فیبر) از خمیر از پیش خشک شده افزایش می یابد .
عمل پالایش :
پالایش موفقیت آمیز با تجهیزات لازم شامل چهار عامل است که باید در نظر گرفته شود :
1-خصوصیات خمیرهای در دسترس
2-خصوصیات مواد لازم برای عملیات رضایتبخش بر روی ماشین کاغذسازی
3-کیفیت مطلوب کاغذ نهایی
4.عملیات اقتصادی .
اگر یک کاغذ خمیر را از یک پخت شیمیایی معمولی دریافت کرده باشد . ممکن است به صورت یک حوله کاغذی نرم یا یک کاغذ سفت شبیه به گلاسه تهیه گردد . با این حال برای تامین بهترین کیفیت چنین کاغذهای متفاوتی به مناسبترین خمیر موجود یا مخلوطی از خمیرها همراه با افزودنی های مختلف در ابتدا باید انتخاب گردد . از آنجایی که نوع پالایش یا تصفیه الیاف بر روی خواص آنها تاثیر می گذارد . پالایش یکی از مهمترین مراحل در کاغذسازی می باشد .
اثرات اصلی (عمده) پالایش :
در شکل 1-1 سه تاثیر عمده پالایش را نشان می دهد .
با تنظیم شرایط پالایش – امکان تاکید بر یک یا دو مورد از آنها وجود دارد ولی هیچ کدام حذف نمی گردد . آنها به شرح زیر هستند : اولاً کوتاه کردن (کم کردن) یا بریدن که ممکن است تحت هر زاویه در الیاف رخ دهد ولی در یکی از گره های آن بسیار اتفاق می افتد یا مقاطع ضعیفی که سلولهای شعاعی قطع می شوند و معمولاً سرهای دندانه دار را ترک می نمایند . ثانیاً فیبریله شدن خارجی ، سایش ، جدایش سطحی یا بروس زدن که گاهی اوقات منجر به یک حذف جداره اولیه یا بخشی از دیواره متصل ثانوی و خارجی می شود و در همان هنگام منجر به شستشوی فیبریل ها، میکروفیبریل ها ، نانوفیبریل ها و ملکول های سلولز و همی سلولز بر روی سطوح تحت تماس می شود . در بعضی موارد فیبریل ها ممکن است برگه های الیافی بسیار نازک را از لامینا در جداره های الیاف تشکیل می دهد که تولید آن ممکن است به اگزوفولیاسیون موسوم گردد . ثالثاً جدایش داخلی ، ضربه زدن ، خیساندن و نرم کردن و فشرده سازی انجام می گیرد . بدلیل وضعیت مولفه ها جدایش تحت یک زاویه تند نسبت به محور الیاف چوب بر روی دیواره خارجی ثانوی الیاف ها و در بخش داخلی تحت یک زاویه کوچکتر نسبت به محور رخ می دهد . با لانین یا سایر الیاف از قبیل کنف یا شاهدانه آنها تقریباً موازی با محورهای آنها به دو نیم می شوند تا فیبریل های بسیار طویل تر از الیاف چوب تولید نمایند . الیاف کتان دارای پیچ و تاب های مارپیچ تقریباً موازی با محور الیاف تابیدن می باشند که معمولاً در لایه های مختلف معکوس می شوند . تمایز لایه ها الیاف کتاب را مستعد فیبریله شدن می نماید . با الیاف بلند و بویژه با الیاف کتان ، فشار بین میله های همزن باید به آهستگی برای تامین فیبریلاسیون اضافی بکار برده شود . در غیر این صورت الیاف به صورت قطعات کوتاه در می آیند . Higgins و deyoung در مقاله ای درباره جنبه های نظری پالایش شامل اطلاعات درباره ذرات ریز از بخش خارجی جداره سلول بعنوان یکی از تاثیرات اولیه صحبت می نماید . نشان داده شده است که این ماده ریز دارای تاثیر قابل ملاحظه ای بر روی سطح مخصوصی ، مقاومت به زهکشی (تخلیه آب آزمایشگاهی) و دوام نسبت به چین خوردگی می باشد سطح خصوصی و آزادی عمدتاً از عوامل اصلی در یک کارخانه کاغذسازی می باشد و ارزش ذرات ریز در بهبود مقاومت به چین خوردگی مورد توجه است . با این حال این موضوع در تحقیقات درباره ذرات ریز بعنوان بخشی از خمیرهای کرافت ذکر گردید که از یک صفحه سوراخ دار با مش 80 عبور داده شدند . با خمیرهای قلیایی الیاف دارای چسبندگی کافی نمی باشد و این ماده بدست آمده از جدایش خارجی و داخلی دارای تاثیر سودمند و برجسته بر روی آزمایش چین خوردگی است . با روش آزمایش چین خوردگی معمولی که در آن مقاومت به چین خوردگی یک نوار آزمایش انجام می شود از حالیکه در معرض یک بار ثابت و ضروری است . نتیجه به شدت وابسته به استحکام کششی نوار باشد . با افزایش استحکام کششی نوار مقاومت به چین خوردگی اندازه گیری شده افزایش می یابد .
با این حال اگر نوار در معرض کشش خیلی کمی باشد این به معنای آن نیست که حضور ماده ریز زیان بار است مگر برای تاثیر سودمند احتمالی آن بر روی برخی یا کدر بودن (غیرشفافیت) .
اثرات ثانویه :
چهار تاثیر ثانویه وجود دارد . اول تولید براده ها که بعداً شرح داده می شود . اینها ذراتی هستند که از الیافی جدا می شوند که طی دو عمل اولیه بر خوردن و کوچک کردن رخ می دهد . بعضی از مولفان این امر را یکی از نتایج اصلی پالایش می دانند . زیرا براده ها علت اصلی کاهش درجه روانی می باشد و درجه روانی توسط آنها یک میزان درجه پالایش در نظر گرفته می شود . اما همانطور که بعداً بحث می کنیم ، براده ها معمولاً فقط دارای یک تاثیر جزئی بر روی کاغذ حاصل با تخلیه توده بر روی ماشین کاغذ می باشد . Brecht اشاره می کند که در رابطه با خمیر کاغذ آسیایی براده ها بر دو نوع است . Scheimstoff و آرد . مورد اول شامل فیبریل های نازک و کوتاه است . که می توانند اگر الیاف پالایش نشده بوده یا عاری از فیبریل ها باشد به مقاومت کمی کند . در مورد بعدی ذرات کوچکی هستند از قبیل الیاف های کوتاه و شکسته یا پارانشیمها یا سلولهای شعاعی در حالت خمیر شیمیایی که بطور کلی ورق را ضعیف می کنند. ثانیاً فشردن طولی الیاف بویژه در اولین دوره درجه روانی تا 20% می باشد . این امر یک پدیده کشف شده توسط و یکی از دلایل اصلی تاثیر ثانویه بعدی می باشد . سوم ، موج دادن یا اعوجاج الیاف است ، که توسط فشرده سازی جانبی آنها افزایش می یابد و فروریزش بعدی آنها را شامل می شود . هنگامی که آنهابین پالایش وسیله های تصفیه کننده فشار داده می شوند ، چهارم ، Page نشان داد که علاوه بر تراکم خواص ، بسیاری از الیاف بصورت طبیعی کشیده می شوند . کشیدگی الیاف تا نقاط شکستن آنها ممکن است در هر سازگاری در طی پالایش رخ دهد ، بویژه اگر مقدار آن کم باشد forgacs مشاهده کرده است که شکستگی در گره ها یا بر روی الیاف خمیر رخ می دهند که مناطق ضعیف هستند که منطقه های ضعیفی هستند درباره سولفیت نه سولفات (خمیر) corte پیشنهاد می کند که مناطق ضعیف بین تقاطع های ایجاد شده توسط هیدرولیز ایجاد شده توسط اسید طباخی قرار دارند ولی شواهد برای این امر قانع کننده نمی باشد .
فصل دوم
نتایج گوناگون پالایش :
سه تاثیر عمده منجر به تغییرات دیگر برای خمیر و کاغذ می شود . مثلاً فیبریلاسیون خارجی و داخلی باعث می شود که خمیر به یک احساس چرب یا روان دست پیدا کند . یک مقدار مختصر از پالایش ممکن است باعث شود که دوغاب خمیر ویسکوزتر (گراندونز (عسلی تر)) شود که ناشی از توسعه فیبریل ها است ، ولی بزودی نرم کردن و پوک کردن الیاف ویسکوزیته دوغاب را کمتر می نماید . پالایش توده را چسبناکتر می نماید که در فصل 2 بحث گردید . شخص می تواند مقداری خمیر هم نزده را در داخل یک توده پنبه ای فشار دهد ، اما اگر خمیر بخوبی زده شود، بسیاری از آن بین انگشتان بیرون زده می شود آب باقیمانده توسط وزن واحد یک خمیر پیش خشک شده تحت یک افزایش فشار مفروض پس از یک دوره کوتاه زیاد می شود اما افزایش چشمگیر در مقدار آب باقیمانده در خمیر زده شده ظاهر نمی شود. اگر فشار که ممکن است بطور سانتریفوژی بکار برده شود ، برای مدت طولانی اعمال گردد تا به شرایط تعادل برسد . بنابراین یک آزمایش برای ظرفیت نگهداری آب برای نشان دادن درجه مفید بودن خمیر زده شده برای مقاصد کنترل ممکن است باشد اما بطورکلی اختیاری است . در واقع اگر خمیر چوب زده شده در معرض فشاری غیر از وزن خودش نباشد یک حجم کوچکتر را قبل از زدن نشان می دهد زیرا الیاف مش بندی شده و نرم شده اند به دلیل سطوح الیاف افزایش یافته و بار سطح منفی بر روی سلولز در آب ، جذب خاک های باردار مثبت از قبیل آلومینا ، اسید یا رنگ ها افزایش می یابد . مواد پایه مثل آبی متیلن نیز با یک بار منفی بطور قابل ملاحظه توسط سلولز خالص جذب نمی شوند ولی دارای یک قوی برای الیاف سفید نشده هستند . بر روی ماشین کاغذ پالایش حفظ رسوبات و ذرات ریز را افزایش می دهد بر این اساس میزان مقاومت جوهر توسعه یافته توسط یک کاغذ با یک مقدار اندازه وآلوم بهبود می یابد . همانطور که معلوم می باشد پالایش مشکل آب ترک کننده سیم را افزایش می دهد . با این حال یک آزوماس آن است که مقداری از پالایش ممکن است خشکی شبکه را بهبود بخشد که به پرس ها می رود و جعبه های مکش را قادر می سازد تا هوای کمتر و آب بیشتر را از ورق بکشد . در بین خواص کاغذ در نظر گرفته شده ، پالایش باعث افزایش کشش ، ترکیدگی ، چین خوردگی و سختی می شود و معمولاً پارگی را کاهش می دهد و همواره کل حجم کم می شود . زیرا ورق با شیارهای کوچکتر متراکم می شود . نفوذپذیری گاز و مایع و کدر بودن و درخشندگی کاهش می یابند . در حالیکه تاثیر رنگ کردن یک مقدار معلوم از توده رنگ و تاثیر اندازه بندی یک مقدار مفروض از مواد هر دو افزایش می یابند . در یک رطوبت نسبی مفروض ، یک خمیر زده شده یک توده را پر آب تر نگاه می دارد . اگر زده نشده باشد همانطور که در فصل قبل بحث گردید . بدون شک این امر ناشی از لایه های ملکولی رطوبت است که بر روی سطوح داخلی در تماس اضافی جذب می شود و نه برای تشکیل هر نوع هیدرات واقعی .
تاثیرات غیرمستقیم :
سه تاثیر اولیه و چهار تاثیر ثانوی مشروح بنظر می رسد که تنها تغییرات احتمالی باشد که وسایل مکانیکی می توانند انجام دهند . با این حال باد کردن (ورم کردن) آشکار الیاف توسط عده ای بسیاری در نظر گرفته می شود که یک نتیجه اصلی و حتی هدف اصلی از پالایش می باشد ولی همانطور که بحث خواهد گردید در ارتباط با باد کردن در نتیجه جدایش داخلی یا فیبریلاسیون داخلی بهترین حالت بنظر می رسد . بعضی از نویسندگان تغییر در توزیع طول های الیاف را اضافه می کنند که نتیجه مهم دیگری است . عقیده بر این است که فصل 7 درباره طول الیاف ، نشان خواهد داد که اگر طول الیاف بصورت یک میانگین وزن دار اندازه گیری شده باشد ، برای درصد حضور خرده چوب توزیع طول ها یک عامل مهم می شود .سپس ، تاثیر پالایش یا تصفیه بر روی توزیع طول های الیاف در یک طبقه بندی کننده منجر به کاهش جدایش بلندترین الیاف و افزایش جدایش کوتاهترین بخش تقریباً بطور متناسب می گردد که به ندرت درصدهای یافت شده در بخش های میانی را تغییرمی دهند . سایرین نتیجه مهم دیگری درباره پالایش و افزایش سطح مخصوصی ذکر می نمایند . او این اندازه گیری که توسط نویسنده توسعه یافت بصورت سطح تماس در واحد وزن خمیر توصیف گردید . که فقط دارای یک تاثیر جزئی بر روی اکثر خواص خمیر دارد که به نظر نمی رسد که توجیه شود .
اعمال فیبر – میله :
از آنجایی که تقریباً تمام تجهیزات بخاری بکار رفته برای پالایش الیاف توسط عمل میله ها بر روی الیاف در حضور آب انجام می شوند ، طبیعت اندرکنش آنها یک عمل مهم است . متاسفانه ، اطلاعات اساسی کمی در ارتباط با عبور یک سوسپانسیون از الیاف وجود دارد که توسط لبه ها و سطوح میله های فلزی در سرعت بالا مورد عمل قرار می گیرند . این امر توصیف وقایعی که رخ می دهد را قابل توجه می نماید . شکل 2-12 یک نمایش نموداری از انواع احتمالی عمل است که بین الیاف غوطه ور شدن در آب و یک زوج از میله ها رخ می دهد که یکی از آنها متحرک می باشد . در اولین نگاه بنظر می رسد که میله هایی بسیار کند در اینجا شرح داده می شود .
با این حال ، باید در نظر گرفته شود که قطر فیبرها از مرتبه 20 و پهنای میله ها معمولاً حدود 4 یا بیشتر است و بنابراین دو یا سه برابر ضخامت یک فیبر است . بدلیل فرسایش و خوردگی ، لبه های هدایت کننده پالایش یا میله های تصفیه کننده بندرت برای تماس تیز است . اگر آنها تیز باشند هنگامی که نصب می شوند ، آنها این گونه باقی نمی مانند . در هر کدام از طرح ها شعاع بزرگ شده لبه میله متحرک تقریباً حدود ضخامت یک ورق از کاغذ نوشته معمولی بطور معمول لبه های هدایت کننده میله ها چندین برابر آن شعاع است .
تغییرات فیبر :
شورتینگ الیاف در یک سوسپانسیون (محلول معلق) خمیر ممکن است به سه شیوه متفاوت اجرا شود . همانطور که در (a)(b) و (c) از شکل نشان داده می شود در (c) بیشترین احتمال برای الیاف انعطاف پذیر است و اینکه در (a)برای الیاف محکمتر از قبل الیاف خشک می باشد و سپس به یک هم زن اضافه می شود یا از داخل یک تصفیه کننده عبور می کند . واضح است که فیبریلاسیون خارجی و داخل و تولید خرده چوب لحاظ می شوند . این سه تاثیر اخیر بطور قابل ملاحظه ای برای بسیاری از الیاف در یک زاویه نسبت به جهت حرکت نسبی میله ها بزرگتر خواهد بود . همانطور که در (b) و (d)نشان داده شده ، این الیاف فقط خرد نخواهد شد بلکه در معرض یک عمل غلتش و پیچشی قرار می گیرد . عمل غلتش و فرسایش ترکیبی ، تولید خرده چوب را بویژه به شکل ورق ها افزایش می دهد و فیبریل ها توسط مقداری باز شدن ساختمان مارپیچی الیاف چوب تولید می کنند . یک مقدار از باز شدن بویژه بین دیوارهای ثانوی داخلی و خارجی الیاف خمیر کرافت و با مقداری از لایه های نامناسب موجود در دیوارهای ثانوی داخل یا تمام الیاف چوب بویژه موارد تولید شده توسط فرآیند سولفیت رخ می دهد . دیوارهای اصلی الیاف سولفیت بویژه اگر از پیش خشک شده باشد ، به آسانی پاک می شود فرآیند سولفات اساساً برای شل کردن پیوند بین دیوارهای ثانوی داخلی و خارجی ظاهر می گردد ، در حالیکه دیوار اولیه محکم متصل به دیوار ثانوی خارجی باقی می ماند ، اضافه طول الیاف و سایش سطوح آنها توسط عمل میله در (c) و سایش توسط عمل فیبر به فیبر را در (f) و (g) برای نشان دادن نحوه فشرده شدن طولی ، شرح داده می شود .
نمودارها بسیار ساده شده اند ، در حقیقت ، الیاف بیشتر لحاظ شده اند و تقریباً تمام آنها در زاویه های تصادفی نسبت به یکدیگر قرار می گیرند .این احتمال وجود دارد که تمام اعمال شرح داده شده بطور خودبخودی بین یک زوج در میله ها در طی پالایش رخ می دهند . شکل ها بطور واضح تاثیرات مهم زبری سطح میله ها را پیشنهاد می کنند که آنها را قادر می سازد تا یک اتصال بهتر بر روی الیاف را بدست آورند .
فصل سوم
شورتینگ :
عمل شورتینگ مطابق شکل (a) که در آن الیاف بریده شده و از هم جدا می شوند و ، احتمالاً با چاقوهای با تیغه تیز می باشد زیرا فشار میله برای یک منطقه محدودتر بکار برده می شود . یک عامل دیگر که از عمل در (a) بهره می برد مربوط به الیاف محکمتر است ، بویژه اگر آنها جدار نازک باشد . شورتینگ توسط یک تمرکز کم الیاف یاری می شود . دو فیبر بطور متقابل دیده می شوند که یکدیگر را در (b) جدا می کنند. در (c) فیبر ماورای نقطه شکستگی اش کشیده می شود جدایش در ضعیفترین بخش الیاف تحت کشش رخ داده است . این حالت فرو ریزش شاید متداولترین حالت باشد. همانطور که در یک مقاله خوب مطرح شده توسط forgacs نشان داده می شود . هر الیاف نرم چوب دارای مناطق ضعیف بالقوه است . بویژه در تقاطع های سلول شعاعی این امر مشاهده می شود . این ضعف ها توسط سرکردن و سفید کردن فوق العاده افزایش می یابند . آشکار است که همراه با عمل شورتینگ خردایش و سایش الیاف وجود دارد و اینکه مقداری از آنها کشیده باقی می مانند . همچنین یک تولید قابل ملاحظه خرده چوب در طی شکست وجود خواهد داشت و اجزای بهم مالیده شده سطوح الیاف را نیز باید در نظر گرفت بویژه اگر الیاف تحت یک زاویه حاده نسبت به لبه های میله ها قرار گرفته باشند . الیاف بدلیل مناطق ضعیف آنها فقط در آب معلق می شوند که ممکن است در طول کاهش باید هنگامی که بالبه یک محور دارای سرعت بالا برخورد می کنند همانطور که در یک مخلوط کن برقی خانگی مشاهده می شود بویژه اگر دوغاب خمیر ضخیم باشد . مقداری شورتینگ نیز در انگلستان یا استاندارد TAPPI در سازگاری 10% رخ می دهد .
تاثیرات شورتینگ :
الیاف در اثر این عمل خیلی آسانتر به صورت کاغذ در می آید که با یک تشکیل یکنواخت تر همراه می باشد و از آنجایی که الیاف کوتاهتر در توده رقیق در داخل ماشین کاغذ نمی توانند به سرعت و فوراً یکدیگر را لمس نمایند . این شکل پذیری ساده می شود . اگر آنها فیبریلاته شوند . الیاف یکدیگر را لمس کرده و به یکدیگر متصل می گردند . بدلیل اینکه حجم یک کره متناسب با توان سوم قطر آن است تمایل الیاف کوتاه در محلول سوسپانسیون نیز باید متناسب با توان سوم طول آنها باشد اما چون الیاف بلندتر می توانند فقط جابجا گردند ، تمایل آنها به اتصال با یکدیگر متناسب با تقریباً مربع طول آنها است . افزایش انعطاف پذیری الیاف ممکن است دلمه کردن را آسان کند . زیرا الیاف راحت تر با سایرین در گرو قلاب می شوند . از طرف دیگر افزایش انعطاف پذیری موجب کاهش کره عمل آنها می شود . شورتینگ الیاف توسط پالایش وسیع منجر به یک افزایش در توانایی احیای شیمیایی در خمیر می گردد. همانطور که توسط عدد copper افزایش یافته نشان داده می شود که تعداد گرم های مس احیا شده از سولفات مس توسط 100 گرم خمیر کاغذ می باشد یک محصول احیاء کننده اضافی تولید می شود در هر زمان که یک ملکول سلولز به دونیم شود . همچنین یک کاهش در ویسکوزیته را باعث می شود هنگامی که الیاف در کوئپرآمونیوم (کوام) تجزیه می شوند . شاید سیالیت بیشتر نیز توسط گسیختگی مکانیکی ملکولهای سلولز و در دی آمین کوپراتیلن (کوئین) طول ایجاد می شود . همانطور که در فصل A بحث می گردد ، شورتینگ فیبر یک کاهش زیاد در مقاومت چین خوردگی و پارگی کاغذ حاصل را موجب می شود ، یک کاهش متناسب در ترکیدگی و یک کاهش کمتر در استحکام کششی ایجاد می گردد . بر خلاف بسیاری از مقالات شورتینگ فی نفسه بطور چشمگیری آزادی یا کیفیت تخلیه خمیر کاغذ را کاهش نمی دهد . کاهش مشاهده شده در آزادی اساساً توسط تولید قوام خرده های چوب اضافی و تا مقدار کمتر توسط افزایش فیبریلاسیون ایجاد می شود . اگر شورتینگ برای یک کرانه بدون فیبریلاسیون ایجاد می شود طوری که جسم الیاف در عمل قطعات بزرگ خرده چوب شوند ، آنگاه نفوذپذیری و تخلیه پذیری یک حصیر مرطوب می تواند کمتر از مقدار الیاف بریده نشده باشد ، ولی مقدار شورتینگ الیاف طبیعی بدون فیبریلاسیون غیرممکن است . اگر خاک اره چوب نرم بجای تراشه ها به خمیر کاغذ تبدیل شود خواص شکل دادن خمیر کاغذ حاصل از خاک اره به خواص ایجاد شده از تراشه های چوب سخت و نزدیک می شود و خواص تخلیه زیاد باقی می ماند .
فصل چهارم
فیبریلاسیون خارجی :
هرگر این امر تکذیب نشده است که فیبریل های بزرگ تر از یک خمیر چوب پالایش شده توسعه داده می شوند و این امر می تواند با یک میکروسکوپ معمولی دیده شود تا همبستگی الیاف در کاغذ افزایش یابد . با این حال ، نویسندگان بسیاری وجود داشته اند از قبیل کنترال ، امرتون ، گالای و سایرین از قبیل تاسمان که تکذیب کرده اند که فیبریلاسیون خارجی یک عامل مهم است وقتی وجود آن را بر روی الیاف خمیر کاغذ پالایش شده بطور ملایم تکذیب کرده اند . آنها تاکید کرده اند که فیبریلاسون باعث کاهش استحکام الیاف پالایش شده مجزا می گردد . این امر در فصل بحث گردیده است . این نویسندگان تلاش کرده اند تا اکثر پدیده های حاصل از پالایش را شرح دهند که فقط توسط الیاف نرم شده و متورم شده با آب حاصل از فیبریلاسیون داخلی ایجاد می شود که شدیداً توسط حضور سلولز افزایش می یابد و منجر به نوعی از چسبندگی یافت شده در ماکارونی جوشانیده شده سرد می گردد . باد کردن (تورم) و نرم شدن تاثیر مفیدی بر روی استحکام دارد زیرا وقتی الیاف همراه با یکدیگر پرس می شوند هنگامی که آنها بصورت یک ورق کاغذ شکل داده می شوند ، نواحی متقابل وسیع تری از الیاف در تماس با یکدیگر پرس می گردند .
چسبندگی حاصل از سطوح سلولز مجاور در تماس بدون فیبریل ها ، منجر به اتصالات ترد و ضعیف می شود که تمام چسبندگی از بین می رود اگر با آب مرطوب شود و سپس از هم جدا می گردند . متاسفانه این دیدگاه اهمیت حکمفرمایی باد کردن علیرغم انتشار اطلاعات وسیع بطور وسیعی پذیرفته می شود .
بخصوص در آلمان در جایی که عده ای معتقدند که ظرفیت نگهداری آب خمیر کاغذ زده شده حاصل از باد کردن عامل تعیین کننده است و بر این اساس ممکن است بصورت وسیله ای برای اندازه گیری میزان پالایش بکار برود . با این حال میکروسکوپ الکترونی روبشی با تصاویری از قبیل موارد ناشی از بررسی لاورینگ هانگر و سایرین (در فصل 7) این نظریه را تائید می کند که اتصال تمام الیاف کاغذسازی همگی توسط فیبریلاسیون خارجی ایجاد می شود . این فیبریلاسیون از فیبریل های قابل مشاهده میکروسکوپی تا ملکولهای تشکیل دهنده آنها را شامل می شود ولی البته توسط یک نرم کردن ساختار فیبرها (الیاف) کمک می شود که به آنها کل پدیده نسبت داده شده است .
تاثیر اندازه فیبریل ها بر روی پیوند :
اکثر فن شناسان با نظریه فیبریلار اتصال مخالفت دارند ولی معتقدند که فیبریلاسیون
ملکولی بخش مهمی را تشکیل می دهد توجه به بی فایده بودن فیبریل هایی بزرگتر بجای ملکولی برای مدتی توسط بررسی های رابرتون و ماسون و برثبیت پشتیبانی گردید که در فصل 7 شرح داده می شود . آنها متوجه شده اند که استحکام کششی ورقه های ساخته شده از رشته های ویسکوز بسیار طویل و ریز که هیچ فیبریل ای غیر از نوع ملکولی ندارند قابل ملاحظه بود . با این حال ، پیوندهای لحاظ شده نسبتاً ضعیف بودند که تراکم ورقه ها را در نظر می گیرند و آنها بطور شدید شرکت می نمایند هنگامی که با آب مرطوب می شدند . بنابراین لازم است تا این عقیده بوجود آید که پیوندهایی بین الیاف در کاغذ نیز شامل فیبریل های بزرگتر ، نانوفیبریل ها و میکروفیبریل ها باشند ، که توسط درگیر شدن آنها اتصالات نرم تری بوجود می آید و نسبت به آب مقاومت بیشتری دارند .
فیبریل های قابل مشاهده بزرگتر ممکن است مانند فیبریل های کوچکتر در تشکیل یک پیوند قوی بطور ذاتی موثر نباشند ، زیرا در کاغذسازی اگر یک پیوند در ابتدا بین دو الیاف ورم کرده تشکیل شود هنگامی که سطوح آنها توسط خشک کردن منقبض می گردد ، فیبریل های متصل شده اساساً در جهات عرضی الیاف لحاظ شده قرار می گیرند . وقتی یک تنش بر روی اتصال اعمال گردد ، اگر فیبریل ها بلند باشند و تحت یک زاویه نسبت به تنش بکار رفته همراستا شوند آنها نمی توانند در جهت تنش بچرخند تا مقاومت بیشتر را موجب گردند . با این حال ، اگر آنها بقدر کافی کوتاه باشند ، مانند فیبریل های ملکولی و میکروسکوپی آنها می توانند خودشان را در جهت تنش بکار رفته پس از یک کنش بسیار کم همراستا نمایند . البته فیبریل های بزرگتر با فیبریل های کوچکتر در سطح ملکولی پوشیده می شوند و فیبریل های بزرگ موجب پل زدن فواصل بین سطوح نسبتاً خشن از الیاف مجاور می شوند . در این حالت آنها به استحکام یک پیوند اضافه می کنند و آن را بالا می برند ، که خصوصیت پیوندهای بین الیاف کاغذسازی طبیعی است و کامل با پیوندهای بین الیاف ویسکوز نرم وجود ندارد .
فیبریل ها بر روی الیاف خشک شده و هرگز خشک نشده
در فصل 8 (شکل 3-8) ملاحظه کردیم که بر روی الیاف سولفیت پیش خشک شده هیچ فیبریل قابل مشاهده ای بر روی سطح خارجی دواره های اولیه آنها وجود ندارد ولی بر روی سطح دیوارهای ثانوی آنها وجود دارند . وقتی که دیوارهای اولیه برداشته شده باشد (در آن حالت فقط توسط پالایش) . اگر الیاف هرگز خشک نشده باشند ، فیبریل های خارج شده از سطح دیوارهای اولیه مشاهده می گردند (شکل 1-8) بنظر می رسد که اینها به تیغه میانی امتداد یافته باشند که ماده لینگنینی ای است که در اطراف الیاف در چوب وجود دارد . الیاف هرگز خشک نشده بطور قابل ملاحظه ای نرم و انعطاف پذیر باقی می مانند و هنگامی که تحت عمل قرار می گیرند یک ورقه متراکمتر از هنگام خشک شدن قبلی ، تولید می نماید . همچنین وجود فیبریل های آزاد که از دیوارهای اولیه امتداد می یابند خمیر کاغذ هرگز خشک نشده را قادر می سازد تا به صورت یک ورق نسبتاً قوی ساخته شوند بدون آنکه عمل پالایش انجام شود . با عمل زدن ، سرعت افزایش استحکام کاغذ ساخته شده از خمیر کاغذ هرگز خشک نشده خیلی کمتر از استحکام کاغذ تهیه شده از خمیر خشک شده قبلی با همان کیفیت می باشد . زیرا فیبریلاسیون الیاف خشک قبلاً از بین است و جسم آنها منقبض و سخت شده است آنها متورم می شوند و به سطح مقطع قبلی خودشان تقریباً می رسند . هنگامی که بخوبی در آب خیسانده شود و الیاف شدیداً فیبریلاته می شوند (هنگامی که عمل پالایش پیش برود) اگر حدود یک ساعت پالایش ملایم در یک ظرف انجام شود خمیر کاغذ از قبل خشک شده باعث می شود که کاغذ بدست آمده تقریباً به قدرت کاغذ حاصل از خمیر کاغذ هرگز خشک نشده برسد . با این حال ، با همان مقدار از عمل پالایش پیوسته ، کاغذ تهیه شده از خمیر کاغذ خشک شده ممکن است پاره شود هر دوی تاثیرات اساساً توسط کاغذ تهیه شده با الیاف خشک شده قبلی ایجاد می شوند که بدلیل سازگاری کمتر آنها در حالت مرطوب می باشد .
فیریلاسیون داخلی :
فیبریلاسیون داخلی به صورت تاثیر اصلی زدن مورد سوال بوده است و ممکن است در شکل 2-12 خلاصه شود که حداقل مقداری فیبریلاسیون داخلی یا جدایش ممکن است در تمام اعمال الیاف – میله رخ دهد . با این حال احتمال دارد که جدایش داخلی توسط الیاف بین میله ها رخ دهد . حتی اگر مقداری از ملکولهای آب فرصت وارد شدن به محل جدایش داشته باشند ، بدلیل جذب زیاد هیدروکسیل هایی که با یکدیگر بر روی سطوح جدایش تازه قرار گرفته اند آنها تمایل دارند تا مقداری از ملکولهای آب را در اتصال ها جا به جا کنند که بعداً به وضعیت خودشان قبل از زده شدن بر می گردند . اگر ، اجزای الیافی از یکدیگر جدا شوند ، الیاف استحکام کمتری خواهند داشت . اگر اجزا به هم متصل گردند ، زیرا سهولت خمشی یک دسته از میله های گرد بستگی معکوس به توان چهارم قطر آنها دارد حضور آب مقداری از سطوح جدایش را جدا نگه داشته و به صورت ماده روانساز بسیار موثر عمل می کند و احتمالاً اتصالات آب بین هیدروکسیل ها بر روی سطوح سلولز مجاور را طولانی می نمایند . برای بیان نتایج حاصل از مقالات شرح داده می شود که عمل زدن باعث فیبریلاسیون داخلی شده و بنابراین باد کردن و نرم شدن الیاف پیش می آید . سپس ، باد کردن و نرم شدن الیاف توسط عمل زدن باعث افزایش استحکام و سایر خصوصیت های کاغذ زده شده می گردد . درست مثل هنگامی که ماکارونی خیس خورده خام ابتدا جوشانیده شده و سپس بصورت یک ساختار شکل داده می شود . در عوض تمام وقایع به تاثیرات بسیار زیادی ناشی از فیبریلاسیون داخلی و خارجی اشاره می نمایند .
فصل پنجم
تاثیرات همی سلولز :
همی سلولز بین الیاف صفحات کیلواژ (جدایش) را ایجاد کرده و آب بیشتری را در مقایسه با سلولز جذب می کند . بنابراین وقتی که ساختمان الیاف در طی عمل پالایش ضعیف می شود آب اضافی می تواند به الیاف نفوذ کند و آب توسط سطوح جدید مواد همی سلولز ، هیدروفوبیک و آمورف جذب می گردد .
جدایش توسط حضور مقدار زیادی لینگنن جلوگیری می شود ولی اگر لینگنن از الیاف جدا گردد بدون اینکه همی سلولز حذف شود (مانند تهیه هواوسلولز آزمایشگاهی) جدایش و باد کردن الیاف خیلی آسان انجام می شود و به عملیات مکانیکی کمی نیاز دارد . نتایج مفید حاصل از همی سلولز در عمل با خمیر تهیه شده توسط فرآیند سولفیت mistecheruch بدست می آیند که از عمل پختن غیرمستقیم استفاده می نماید . این خمیر حدود 15% همی سلولز بجای حدود نصف آن در الیاف تهیه شده توسط پختن سولفیت مستقیم معمولی دارد . لئوپوار گزارش کرد که همی سلولز مسئول باد کردن یا افزایش در پلاستیسم سلولز با عمل پالایش گلوکومانان است و زیلان هیچ تاثیر عملی ای ندارد . این تفاوت توسط تبلور زیلان با لایه پیرامونی در اطراف کریستال های سلولز ایجاد می شود (بغیر از فقدان اتم کربن ششم) بر روی زیلان و سلولز دارای ساختمان یکسانی هستند در حالیکه گلوکومانان با ساختار متفاوتش نمی تواند به آسانی با ملکولهای سلولز تبلور یابد . ولی ، علاوه بر ورود احتمالی گروه های کربوکسیل گلوکومانان و زیلان خیلی هیدروفونیک هستند که به دلیل کوتاه بودن نسبی زنجیره های ملکولی آنها و حضور یک گروه قطبی واقع در یکی از سرهای آنها است . ترکیب گلوکومانان ها در یک الیاف ضعیف تر را بین اجزای آن فراهم می کند که به آسانی جدا می شوند هنگامی که الیاف در معرفی فشار توسط میله ها باشد نقش همی سلولز در افزایش عمل زدن ابتدا توسط GiGierth گزارش شد .
باد کردن آشکار
باد کردن برای مساحت سطح مقطع یک فیبر بکار می رود که توسط عمل پالایش در یک مسینومر ایجاد می شود . رول پلاک ها لوله های ضخیم و جدار محکمی هستند که از رشته های متصل به هم تشکیل می شوند . آنها در یک سوراخ ایجاد شده در یک موزائیک با یک سطح بتنی قرار می گیرند تا یک پیچ چوبی بتواند در آن محل بکار رود و محکم در آنجا باقی بماند . بنابراین اگر یک رول پلاک بر روی یک سطح هموار قرار گیرد و به آرامی چکش کار می شود ، از داخل شکاف بر می دارد و قطرش بزرگتر می شود . در این صورت آیا می گوئیم که چکش زدن باعث شده است که پلاک ورم کند ؟ آیا می گوئیم که خیر این بادکردن یک معیار اندازه گیری چکش کاری است ؟ چنین سنجش ای قابل اطمینان نمی باشد یک آنالوژی واقعی از آنچه که رخ می دهد هنگامی که یک فیبر در طی عمل پالایش شکسته می شود مطرح گردید بغیر از اینکه آب بجای هوا وارد ساختار می شود و اجزا را جدا از هم نگه می دارد . در پلاک استحکام طبیعی اجزای خشک آنها را جدا نگاه می دارد . اگر تاثیر عمل پالایش بصورت باد کردن شرح داده شود ، خرد کردن یا شکافته شدن این معنی را در ذهن اکثر خوانندگان مطرح می کند که ورم کردن ایجاد شده توسط عمل پالایش همان پدیده ای است که ژلاتین رطوبت را می گیرد یا یک مقدار ماکارونی جوشانیده می شود . این امری غلط است و مفهوم اندازه گیری مقدار عمل زدن یک خمیر توسط میزان ورم کردن یا ظرفیت نگهداری آب یا تولید خرده های داخلی را مشخص می نماید . این امری غلط است . زیرا مفهوم اندازه گیری مقدار پالایش یک خمیر کاغذ توسط مقدار ورم کردن یا ظرفیت نگهداری آب را نشان می دهد . سنجش بهتر مقدار چکش کاری عبارت اند از تعیین مقدار جدایش اجزای لوله چکش کاری شده می باشد. عامل کنترل کننده اصلی در تراکم ظاهری ورق های استاندارد باید بکار برده شود حجم مخصوص ظاهری مستقیماً با میزان عمل پالایش بستگی دارد و معیار مناسبی می باشد .
ورم کردن واقعی الیاف زده نشده
الیاف خمیر کاغذ بخوبی در آب خیسانده می شوند قبل از اینکه زده شوند یا تصفیه گردند . آب تقریباً بسیاری از ترکها و شیارها را در الیاف زده نشده پر نمی کند و مقداری از آن توسط لینگنین یا همی سلولز جدا شده در طی پختن اشغال می شود ولی آب دارای تاثیر دیگری است . چون الیاف خشک در یک حالت کششی جانبی داخلی می باشد . انقباض دیوارها در همسایگی 50% رخ می دهد و آب بسیاری از پیوندهای نگهدارنده سطوح الیاف داخلی را با یکدیگر نگاه می دارد و الیاف ورم کرده و نرم می شوند . وقتی که الیاف در آب خیسانده می شوند بدون هر نوع عملیات مکانیکی الیاف کتان خشک تا حدود 32% حجمی ورم می نمایند و الیاف کنف تا حدود 40% و الیاف ویسکوز که در یک حمام اسید منقبض و منجمد می شوند تا حدود 55% ورم می نماید . با تمام الیاف طبیعی شامل الیاف چوب ماده دیوار خشک در محدوده 30 تا 40% ورم می نماید هنگامی که در آب خیسانده می شود این مقدار کمتر از تورم الیاف ویسکوز است . هنگامی که مرطوب باشند وقتی که به شکل یک ورق کاغذ در آینه هیچ استحکامی ندارد زیرا الیاف ویسکوز فاقد فیبریل ها می باشد . مکانیزم ورم کردن سلولز توسط آب واضح نیست . نظریه های مختلفی مطرح شده اند مثل نظریه دونان درباره تعادل غشاء که چنین است وقتی یک غشاء مثل یک دیوار الیاف دو الکترولیت را جدا می کند یکی از آنها دارای یونهایی است که از اجرای سازنده یک جسم الیافی می آید و نمی تواند از داخل غشاء نفوذ کند و اسمز بوجود می آید . الکترولیت دیگر در این مورد آب ، از غشاء عبور می کند و ماده متورم می شود . فشار ایجاد شده توسط اختلاف در تولید غلظت بوجود می آید یا فعالیت یونهای مختلف در هر دو طرف غشاء این فشار را ایجاد می نماید . جریان ادامه می یابد تا اینکه فشار ایجاد شده باعث چسبندگی الیاف در اطراف تخلخل ها می شود یا اینکه تعادل برقرار می شود . تفکیک مواد سلولز در یک الیاف خیلی کم است و نمی تواند یونهای کافی را برای ایجاد پدیده دونان تولید نماید ، یک نظریه ساده پیشنهاد می کند که مولکولهای آب وارد سفره در الیاف خشک شود بر روی سطوح جذب می شوند و سایر ملکولهای آب جذب شونده در لایه ها را جذب می نماید . این ملکولهای آب باعث تورم می گردند تا اینکه پیشرفت کار توسط ساختار الیاف جلوگیری شود .
تورم الیاف زده شده
بدلیل ساختار فیبریلار الیاف ، وقتی آنها در معرفی جانبی قرار می گیرند و برش جانبی به دلیل و توسط عمل پالایش رخ می دهد (شکل 2-12 f و c ) جدایش مقداری از اجزاء رخ می دهد که جدایش توسط حضور همی سلولز آسانتر رخ می دهد زیرا بسته های ضعیف و آمورف توسط آنها تشکیل می شود ملکولهای همی سلولز در یک یا چند لایه اطراف بخش خارجی فیبریل ها و غیرفیبریل ها در الیاف قرار می گیرند . پیوندهای هیدروژن متصل کننده اجزای مجاور در یک جدایش ایجاد شده توسط عمل پالایش احتمالاً بعداً شکسته می شوند یا اتصالات توسط ورود ملکولهای آب اضافی طویل می گردند . گروههای هیدروکسیل بر روی سطوح جدایش ملکولهای آب را جذب می نمایند. (فصل 4) ملکولهای آب در طرفین محل جدایش جمع می شوند . هر نوع لایه مولکولهای آب لایه های اضافی مولکولهای آب را جذب می نماید . جدایش توسط کشش خارجی در الیافی کمک می گردد که از وضعیت ورم کرده انقباض یافته اند تا وقتی که بخش های مارپیچی در جدار ثانوی خارجی از یک فیبر سالم و دست نخورده باقی مانده باشد و تا زمانی که دیوار ثانوی داخلی به خوبی جدا شود ، عمل پالایش می تواند باعث ورم کردن مختصر الیاف خوب خیس خورده شود . بر این اساس ورم کردن یکی از تاثیرات عمده عمل پالایش نمی باشد و دارای تاثیر کمی بر روی ورم کردن است .
ورم کردن الیاف نرم
تاثیرات ورم کردن خالص را در نظر می گیریم . مقداری از بخش های توخالی متشکل از یک ماده شبیه به سلولز را در نظر بگیرید که در جهت عرضی قابل انبساط و کشیدکی است و در داخل یک محلول آبی چسبناک فرو رفته است که در آن محلول دیوارها نرم می شوند . فرض کنید که بخش چسبناک از رشته های نسبتاً کوتاه نانوفیبریل تشکیل شده باشد . اکنون بخش های نرم شده را در نظر می گیریم و آنها را بطور تصادفی بر روی یک محل تکیه گاه قرار می دهیم تا یک شبکه را تشکیل دهند که سه یا چهار لایه ضخامت داشته باشد . اگر آنها پرس شده و فرصت خشک شدن پیدا کنند . ساختمان حاصل دارای کششی قوی تر از هنگامی خواهد بود که همان روش پس از خسیاندن در آب بکار برود . زیرا نواحی اتصال یافته در بخش های نرم شده چندان منقبض نمی شوند . در ابتدا ، بخش های ورم کرده دارای ساحت بیشتری در تماس متقابل هستند ولی وقتی خشک شدند و آب را از دست دادند بطور جانبی تا اندازه اولیه خودشان منقبض می گردند . ساحت اتصالات کاهش می یابد . هنگامی که قطر آنها کم می شود و تنش های جانبی در صفحه نواحی متصل باقیمانده بوجود می آید . همان پدیده برای الیاف خمیر کاغذ رخ داده و در شکل 5-7 مشاهده می شود. وضعیت اجزای متصل در اتصالات بطور تصادفی مشاهده می شود . تعدادی از اجزا در محل های ورم کرده در سه بعد قرار دارند و در جهت غیر از صفحه مشبک حصیر قرار می گیرند . اینها پس از خشک شدن به صورت فشرده در می آیند . در نتیجه شبکه ایجاد شده از بخش های غیرمتورم دارای مقاومت بیشتری نسبت به یک کشش به کار رفته در صفحه آن است . اگرچه دارای مقاومت کمتری نسبت به کشش است که در جهت Z بکار برده می شود محل تمام فیبریل های گوناگون در جهت فشرده شده یک عامل مهم است . کشیدگی الیاف شرح می دهد که چرا یک ورق آزمایش رطوبت خشک شده تحت کشش خیلی قوی تر از حالت خشک شده بدون فشردگی است ، مانند تمام آنالوژی ها این بحث قانع کننده ای فراهم نمی کند در مورد الیاف سلولز متورم وقتی که بطور جانبی منقبض می شوند آنهایی که در تماس با یک سطح الیاف قرار گرفته بر روی آنها هستند انقباض جانبی تا حدی بوجود می آید .
تورم الیاف فیبریلاته :
بدون شک چون سطوح الیاف نسبتاً زبر و خشن می باشد ، ورم کردن و بزرگ شدن قطر آنها به سطح بیشتری از الیاف در تماس با یکدیگر اجازه می دهد تا اتصال فیبریل های مجاور را فراهم نمایند . وقتی الیاف خشک و منقبض شدند بسیاری از این اتصالات بین سطوح باقی می مانند بویژه اگر فیبریل های بزرگ (طویل) شده بقدر کافی طویل باشند . با انقباض الیاف و اشغال فیبریل ها در اطراف محل تماس آنها در لبه های اتصال بصورت محکم باقی می مانند (شکل 3-12) . تکیه گاه های فیبریلار باعث افزایش استحکام کششی کاغذ می شوند و بدلیل وضعیت انقباض نیمی از آنها ، مقاومت اولیه کمی به کشش اضافه می شود . ولی با این حال آنها به نرمی اتصال اضافه می کنند . بدلیل کشش سطحی و مایع آب ، بخش های فیبریلار در فشردگی ورق کمک می نمایند (هنگامی که ورق خشک می گردد) و باعث افزایش استحکام کششی آن می شوند .
نقش ورم کردن در عمل پالایش :
ورم کردن الیاف ایجاد شده توسط پالایش تنها عاملی است که استحکام کاغذ را افزایش می دهد و فیبریلاسیون خارجی یک عامل منفی و جزئی است و تصور می شود که الیاف را ضعیف می نماید که امری غیرصحیح است مثلاً اوانس می گوید که توسعه استحکام در کاغذ مستقیماً با میزان ورم کردن تجربه شده توسط الیاف آن رابطه دارد . پالایش و تصفیه کردن علت های اصلی ورم کردن هستند که توسط روش WRV شرح داده می شود . بدون شک Jayme thode در Darmstadt نشان داده اند که رابطه خوبی بین WRV و بسیاری از خواص کاغذ وجود دارد . در واقع WRV بعنوان یک شاخص میزان عامل پالایش مناسب است .
Thode و سایرین نتیجه می گیرند که WRV یک برآورد تجربی است و بستگی به شرایط تجربی انتخاب شده دارد و معیار ورم کردن خمیر کاغذ نمی باشد . WRV با عمل پالایش زیاد می شود که بدلیل فیبریلاسیون داخلی و وسیع شدن تخلخل های داخلی و دلامیناسیون است که موسوم به "تورم" است و با توسعه فیبریل های خارجی بوجود می آید که باعث نگهداری آب اضافی می گردد .
Scallon و Store بر روی اندازه های تخلخل در الیاف با استفاده از روش توسعه یافته در مرکز تحقیقات کاغذ و خمیر کانادا کارهای عالی انجام دادند و تخلخل باقی مانده توسط جدا کردن لیگنین و همی سلولز را پس از پختن بررسی نمودند و مشاهده کردند که اندازه آنها با عمل زدن افزایش یافته است . این امر باعث افزایش پلاستیسیته الیاف و افزایش مساحت تماس آنها می گردد و وقتی که به کاغذ تبدیل می شوند آنها یک رابطه خطی کامل بین آب تورم (ml/g) از یک بخش H مشی از خمیر کاغذ سولفیت و کرافت را نشان دادند . و طول حاصل از کاغذ تهیه شده از هر کدام را محاسبه نمودند . منحنی های عمل پالایش (ml/g) در مقابل زمانی رسم گردید و افزایش سریع در بهبود شکل منحنی بررسی گردید . نظریه فیبریلار بخش زیادی از افزایش در استحکام کاغذ را نشان نمی دهد که از اولین مرحله عمل پالایش حاصل می شود که در طی آن فیبریلاسیون خارجی آشکار می باشد . توسعه فیبریل ها در مراحل اولیه عمل پالایش یک حقیقت است و در ابتدا در 1943 ذکر گردید و اخیراً عکس های 7-8 و شکل 3-12 و سایرین آن را تایید کرد . فیبریلاسیون داخلی و خارجی همراه با عمل پالایش پیشروی می کند . نرم کردن الیاف توسط فیبریلاسیون داخلی به بزرگ شدن نواحی در تماس کمک می کندو فیبریلاسیون خارجی برای پیوند وسیع و صحیح آن خواص لازم می باشد . یافته های در انتهای فصل 8 بدون وجود فیبریلاسیون خارجی امکان پذیر نمی باشد . تورم بیش از حد (تا 50%) ایجاد شده توسط افزودن مقادیر اتیلن دی آمین اضافی به یک کرافت سفید شده و پالایش آن در یک مخلوط کن از نوع Waring توسط مکانیز نشان داده شده که تاثیر بسیار کمی بر روی سرعت توسعه استحکام با استفاده از آب برای پالایش دارد .
الزام برای نقش عمل ورم کردن :
ورم کردن نتیجه عمل پالایش می باشد . و تورم یک خمیر که قبلاً خشک شده و سپس در آب خیسانده در طی مراحل اولیه عمل زدن بررسی می گرددبا این حال در طی این دوره است که میزان افزایش استحکام کاغذ بدست آمده از خمیر کاغذ زیاد می باشد . مثلاً در بررسی حجم مخصوص خمیر کاغذ سولفیت پیش خشک و سفید شده خلیج عربی با استفاده از دستگاه شکل 2-27 مقدار آن از 9/16 به 4/16 پس از زدن قابل توجهی کاهش یافت ، در نتیجه الیاف مرطوب بطور چشمگیری متورم نشدند . در طی این دوره ، حجم مخصوص ورق های استاندارد ساخته شده از آن از 84/1 به 45/1 کاهش یافت درحالیکه ضریب ترکیدگی از 0/10 به 8/25 رسید . مثال دیگر در فصل 8 ملاحظه می شود (جدول 2-8) با پالایش به تنهایی ضریب ترکیدگی خمیر کاغذ از 4/6 به 0/30 می رسد در حالیکه حجم مخصوص مرطوب از خمیر مرطوب از 0/15 به 7/14 رسید . تاثیر نرم کردن و تورم بر روی الیاف مرطوب ایجاد شده توسط فیبریلاسیون داخلی بیش از مقدار جبران شده توسط تولید فیبریل های داخلی است که عمل کشش سطحی و مایع آب را در نزدیک سازی سطوح به یکدیگر افزایش می دهد . در نتیجه افزایش سریع استحکام نشان داده شده ، محصول فیبریلاسیون خارجی می باشد . از طرف دیگر ، امرتون پیشنهاد کرده است که جذب یک مقدار کمی آب در طی مراحل پالایش اولیه باعث روانکاری الیاف شده و آنها را انعطاف پذیرتر می نماید . این امری غیرقابل قبول است زیرا اکثر الیاف چوبی بطور کامل در اطراف سطح مقطع قرار نمی گیرند . سطوح خارجی نرم نیز ندارند و حتی اگر چنین باشد ، استحکام یک لوله با یک دیواره جامد به اندازه زمانی است که دیواره از لوله های نرم و هم مرکز تشکیل شده باشد . با این حال ، لوله از بخش های داخلی و همواری تشکیل می شود که به راحتی تخت و صاف می شوند و می توانند نواحی بیشتری از تماس متقابل را تولید نمایند . اگر محیط های لوله ها مانند شکل 7-6 تداخل هایی داشتند انعطاف پذیری خیلی زیاد نمی شود مگر اینکه جدایش ها کاملاً وسیع باشند .
رفتار الیاف ویسکوز
عکس میکروسکوپ الکترونی یک فیبر ویسکوز زده شده شدید (شکل 8-7) دیده می شود . الیاف ویسکوز نرم شده و ورم کرده در آب و استحکام آنها بررسی شده است . از طرف دیگر اگر الیاف ویسکوز کشیده شده باشند در حالیکه در حمام اسید در طی تولید دلمه شده اند در رشته های فیبریلار داخلی و طویل تشکیل می شوند . این رشته های سلولز ممکن است توسط چند مولکول نپتوزان یا هگزوزان احاطه شوند که در آنجا در طی کشیدگی و یا توسط ملکولهای آب جمع آوری می شوند که ساختمان را تغییر می دهند . چنین الیاف ویسکوزی به صورت اجزای درشت فیبریلاته می شود پس از اینکه عمل پالایش و تولید یک کاغذ با استحکام محدود ولی زیاد بر روی کاغذ انجام گرفت . با این حال پیوند آنها توسط سلولز و سایر ملکولهای اطراف رشته ها انجام می شود که از همان نوع پیوند رشته های نازک و بلند با ویسکوزیته معین است . این حقایق بویژه ورم کردن الیاف ویسکوز باید برای رد کردن این ایده کافی باشد که تورم عامل بسیار مهمی در عمل زدن می باشد . فقدان استحکام ورق های الیاف ویسکوز توسط فقدان همی سلولز آنها ایجاد می شود. شاید هر نوع همی سلولز موجود بر روی سطح الیاف ویسکوز یا فیبریل های آنها باشد که توسط کشیدگی در طی تولید تشکیل شدند و اتصال آنها را هنوز مستعد به خراب شدن فوری توسط آب می نماید که بدلیل جذب زیاد ملکولهای آب برای هر ملکول همی سلولز موجود در نواحی متصل شده است .
فصل ششم
تولید خرده ذرات :
وقتی الیاف در طی عمل زدن برس زده می شود بخش هایی از الیاف جدا می گردند . اجزای مزبور ممکن است به شکل موهای نازک یا غشاهای باریک باشد . با این حال ، در مورد خمیر کاغذ زده شده این اجزا ممکن است به شکل تکه های کوچکی از الیاف یا الیاف و لیگنین باشد . قبل از عمل پالایش خمیرها حاوی 5% خرده ذرات می باشند که از پارانشیم یا سلول های شعاعی در چوب یا ذرات سلولز بدست آمده از الیاف خراب شده در طی تراشه برداری از چوب قبل از خمیرسازی بدست آید. قبل از زده شدن ، خمیر بدست آمده از حصیر ، با مبو ، تفاله نیشکر یا شاخ و برگ های دیگر ، ماده خام حاوی ذرات ریز بیشتر از خمیر بدست آمده از چوب می باشند . حضور ذرات در یک خمیر به صورت طبیعی یا درنتیجه پالایش در کاهش سرعت خروج آب از خمیر کاغذ تاثیر دارند . این سرعت توسط آزمایشگرهای نفوذپذیری مرطوب اندازه گیری می شود و توسط تکنولوژیست ها بعنوان معیار پالایش شدن خمیر کاغذ توسط وسایل مختلف بکار می رود . با افزایش درصد ذرات (در اثر پالایش) مقدار آزادی آنها بعنوان یک عامل کنترل برای پالایش خمیر بکار می رود مشروط بر اینکه سازگاری خمیر کاغذ و وضعیت پالایش یکسان باقی بماند . بنابراین آزادی و درجه پالایش تحت شرایط مختلف آزمایشگاهی و کارگاهی یکسان و برابر در نظر گرفته نمی شود . متاسفانه وقتی که شخصی خرافات دیگران را بعنوان حقیقت قبول می کند متقاعد کردن او برای تغییر نظر دادن امری دشوار می شود ، با این حال اطلاعات مربوط به این فصل و فصل 22 ممکن است چنین کاری را انجام دهد . فیبریل های جدا شده در طی عمل پالایش همراه با سلول های شعاعی و قطعات کوچک الیاف ، معمولاً خرده الیاف نامیده می شوند .
هرچه فیبریل های مویی شکل ریزتر باشند وقتی که جدا می شوند دارای تمایل به قلاب و گیر کردن به سطح فیبریلاته الیاف پیدا کرده و به اتصال پل های مستقیم بین سطوح الیاف جدا شده کمک می نماید . هنوز فیبریل ها بر روی سطوح الیاف باید به یک حد مشخص برسد و سپس فیبریل ها جدا می شوند . پس از مقدار معینی عمل پالایش حدود نصف مقدار مورد نیاز برای یک کاغذ خوب خمیر شیمیایی خشک و زده نشده ، دو برابر می شود ولی در همان مقدار مشاهده شده در جدول (6-20) باقی می ماند . خمیرهای شیمیایی زده نشده مرطوب چسبندگی اولیه آنها زیاد می شود که معمولاً حدود دو برابر خمیرهای خشک شده می باشد . سپس افزایش برای یک دوره ادامه می یابد . بخشی از این افزایش ناشی از چسبندگی افزایش یافته و زیاد شده توسط افزایش انعطاف پذیری مرطوب می باشد و تماس الیاف در نتیجه عمل پالایش رخ می دهد . برتری پیوستگی خمیرهای خشک شده ناشی از فیبریل های سطحی ضعیف موجود بر روی دیوارهای اولیه آنها است که از بین می روند و با سطوحی تثبیت می شوند هنگامی که الیاف آنها خشک می شوند .
تاثیرات ذره های جدا شده :
اگرچه خرده ذرات دارای تاثیر اصلی بر روی تخلیه آب از خمیر کاغذ در یک آزمایشگر آزادی می باشد (فصل 22) تاثیر کمی بر روی سرعت تخلیه آب از سوسپانسیون الیاف بر روی سیم ماشین کاغذ دارد . از نتیجه اندازه گیری آزادی نماینده آن سرعت می باشد . بعلاوه تاثیر نهایی بر روی خشک شدن شبکه خارج شوند از سیم ماشین کاغذ قابل بررسی است و آب از داخل سیم (تورسیمی) قبل از رسیدن به جعبه های مکش نمی تواند خمیر را ترک نماید همانطور که قبلاً ذکر گردیده عمل پالایش توسط تولید انعطاف پذیری مرطوب بیشتر و خرده ذرات بیشتر ممکن است باعث افزایش توانایی مکش برای عبور هوای کمتر و آب بیشتر از داخل ورق کاغذ گردد . ولی افزایش در انعطاف پذیری نقش مهمی بازی می کند . Unbehenul , Britt اطلاعات ای را ارائه می کنند که رابطه بین آزادی و خشکی کاغذ را پس از بکار بردن مکش نشان می دهد . همانطور که قبلاً در فصل 22 بحث گردید . حذف ذرات از خمیرهای کاغذ و جایگزین کردن آن با توده شسته شده معمولاً دارای تاثیر جزئی بر روی خمیر سولفیت می باشد زیرا اگر خمیر تا یک آزادی کمی زده شود و سپس خرده ذرات حذف گردد تا اینکه خمیر دارای آزمایش آزادی یکسان با زمان قبل از زده شده باشد، استحکام ورق حاصل بندرت تحت تاثیری قرار خواهد گرفت . با خمیر سولفیت ذرات فاقد تاثیر بیشتر بر روی اتصال ورق در مقایسه با خود سطوح الیاف می باشد . ذرات دارای تاثیر بیشتر بر روی استحکام خمیرهای نیمه شیمیایی هستند و دارای سود قابل توجهی برای اتصال خمیرهای چوب می باشند . خمیرهای چوب های (پهن برگ ها) سخت با الیاف کوتاه که معمولاً با قلیایی ها خمیر می شوند دارای آوندهای جدار نازکی هستند که بصورت ماده زائد در نظر گرفته می شوند ، بویژه پس از عمل پالایش چنین موادی به استحکام کاغذ کمک می کنند و از ذرات معمولی بلندتر هستند . افزایش استحکام توسط ذرات تولید شده در عمل پالایش بستگی به این دارد که آیا آنها از الیاف توسط یک برس زدن ملایم جدا می شوند که تمایل به تولید ماده طویل و باریک دارد یا متوسط یک افزایش عمل زدن ذرات ریز تولید می شود . مقداری از ذرات در یک دستگاه پالایش کننده یا یک تصفیه کننده دیسک تولید می شوند با میله های نصب شده جدیدی که در تماس با دیگران هستند . این امر در تصفیه کننده مخروطی متداول است زیر میله ها در اثر سایش غیریکنواخت بصورت موجی شکل در می آیند همانطور که انتظار می رود خرده ذرات دارای تاثیر معینی بر روی نفوذپذیری هوای کاغذها می باشد و دارای یک تاثیر مفید بر روی استحکام کشش یا مقاومت اوج یک ورق کاغذ است مشروط بر اینکه خرده ذرات از نوع سلول های شعاعی پارانشیمهای در چوب نباشد . این مقاومت برای کاغذهای چاپ مهم است . خرده ذرات به بهبود نرمی سطح کاغذ کمک نموده و بنابراین کیفیت چاپ آنها را زیاد می کند بویژه در چوب ماده ریز ممکن است غیرشفاف بودن کاغذ را بهبود بخشیده و کیفیت چاپ آنها را زیاد کند و به پر کردن حفره های بین الیاف بزرگتر عمل می کند خرده ذرات باریک نیز استحکام و صلبیت سلولز را بهبود می بخشد چوبGronnd wood جذب کننده تر از جوهر چاپ روغنی می شود( در مقایسه با سلولز خالص) زیرا سطوح نرم تر را با شیارهای کمتر پیشنهاد می کند و محتوی لینگنین آن کمتر از سلولز هیدروفوبیک می باشد.
فصل هفتم
فشردگی و موجی بودن
یک سازگاری توده کم در طی پالایش از شورتینگ الیاف بهره می برد در حالیکه همانطور که قبلاَ داده شد یک سازگاری بالا بویژه به اندازه 20% از فشردگی طولی ذکر گردید همانطور که در شکل 2/12 g دیده می شود ذرات ضخیم تر الیاف دارای تآثیر بر کاهش عمل مالش میله ها هستند در نتیجه الیاف خارجی و تولید خرده ذرات نیز کاهش می یابند این امر باعث کاهش "آزادی و مقدار عمل پالایش در سازگاری ها است. به نظر می رسد که موجی شدن در امتداد سمت های وسیع تر الیاف رخ می دهد پس ازاینکه لومن آنها از بین رفته اند. برای مثال چند میلی گرم از الیاف خشک شده می باشند که از داخل یک تصفیه کننده در یک غلظت 30% عبور کرده اند . یک سوسپانسیون را با حدود 2ng الیاف برروی یک کاغذ صافی محکم شده مرطوب صاف نمایید که برروی سیمی از ماشین ورق استاندارد قرار داده شده است تقریباَ تمام الیاف در جهت طول وسیع آنها موجی می شوند و برروی سطوح نازک آنها قرار می گیرند این امر به آنها ظاهر نازک تر از مقدار معمول می دهد که بدلیل از بین رفتن لومن آنها می باشد در واقع تراکم طولی باعث افزایش مساحت سطح مقطع دیوارهای آنها می گردد.
تاثیرات فشردگی و موجی شدن:
تصفیه در سازگاریهای بالا ممکن است باعث کاهش فیبریلاسیون تا اندازه ای شود اما الیاف را فشرده و پیچ و خم دار میکند طوری که کاغذ حاصل از لحاظ استحکام کششی ضعیفتر است زیرا تماس کمتری بین الیاف مجاور وجود دارد. کاغذ دارای یک کشیدگی بیشتر و در نتیجه یک مقاومت به پارگی بزرگتر از زمانی است که کاغذ با همان مقدار انرژی تصفیه گردید اما باسازگاری کمتر همراه می باشد شاید بدلیل انعطاف پذیری بیشتر الیاف هموار شد و کل حجم ورق های آزمایش استاندارد خیلی بیشتر از همان مقدار خمیر کاغذ زده شده در یک سازگاری کمتر با همان ورودی انرژی تغییر داده نمی شود این یک حالت استثناء است که در آن افزایش درتراکم ورق های آزمایش استاندارد یک معیار مطمئن از مقدار عمل پالایش نمی باشد. استحکام کششی و ترکیدگی کاغذ ساخته شده از خمیر زده شده در سازگاری بالا می تواند ذخیره شود اگر خمیر عمل آمده بعداَ در معرض تصفیه در سازگاری معمولی 3 یا 4% است. یک آزمایش نشان داد که یک دریافت 15% د ترکیدگی و کششی و یک کاهش درپارگی توسط چنین عملیاتی بدست می آید این امر بدلیل این است که الیاف توسط عمل میله ها کشیده و مستقیم می شود همانطور که در شکل 2-12 دیده می شود و حتمالاَ بدلیل تولید فیبرل های اضافی برروری سطوح می باشد.
فصل هشتم
ناهمگنی عمل
یک عامل مهم در عمل زدن عبارت اند از یکنواختی عمل برروی الیاف مجزا می باشد. با نصب تحهیزات تصفیه کنند . خمیرزن و تولید بیشتر یک بخش قابل توجه الیاف بدون عمل آوری باقی می ماند زیرا آنها از داخل ماشین بین میله ها عبور می کند درحالیکه سایر الیاف جمع آوری شده و توسط عمل میله های قدرتمند قرار می گیرند.
باید درک شود که توزیع طول های الیاف نبوده که در جدول 2-17 دیده می شو اگر الیاف زده نشده باشند نازکی آنها بطور معکوس با طول آنها مانند فصل A شرح داده می شود با این حال توزیع کلیدی برای طول میانگین وزن شده ارائه می کند هنگامی که طول الیاف آن بزور یک میانگین عددی گزارش می شود و عامل غیر حجم می باشد و توجهی را دریافت نکرده است.Donfroth اطلاعات گرافیکی جالب را ارائه کرد که در شکل های 4-12 تا 10- 12 گزارش می شوند خطوط مستقیم در بالای تمام این نمودارها تاثیرات یک مقدار ناهمگنی عملیات الیاف بدست آمده توسط افزودن یک درصد زیادی از خمیر پالایش شده به خمیر خام کاغذ شکل یک ژل را نشان می دهد انحنای در پایین تمام این نمودارها تاثیرات سایر مقادیر همگنی را نشان می دهد که توسط زدن همان خمیر در یک دستگاه خمیرزن بدست می آید خمیر زن فقط حاوی مقدار کمی از خمیر کاغذ است و فشار کم و میله های متعدد و سرعت گردش زیادی دارد. در نتیجه تقریباَ به هر فیبر مجزا عملیات داده می شود. ناحیه سایه خورده بین خطوط و منحنی ها نتایج با یک تصفیه کننده کوچک(25kp ) را نشان می دهد که برروی همان خمیر در سازگاری 35% تحت شرایط باکاربردی متفاوت عمل میکند تغییر وسیع خواص توده های خمیر تعجب آور هستند یک حقیقت نشان داده شده توسط این نمودارها عبارت از بی ارزش بون آزادی به صورت یک معیار کیفیت توده یا بصورت وسیله شرح میزان عمل پالایش می باشد.
مثلاَ در شکل 5-12 در csf عام ترکیدگی 280 m برای خمیرزن vallaey و 3 m 48 برای مخلوط الیاف خام ژل است. با این حال در یک ورق آزمایش استاندارد TAPPI از ضریب ترکیدگی فقط بین 60و 58 2m برای دو خمیر کاملاَ متفاوت تغییر میکند. شکل های6-12 و 7-12 هیج رابطه ای بین آزادی با کشش و برش را نشان نمی دهد و شکل 8-12 هیچ رابطه ای برای غیر شفافیت دیده نمی شود که تعجب برانگیز است بطور آشکار تقریباَ تمام خرده و ذرات بصورت دکمه شدن در می آید آزادی کل حجم خمیر بصورت یک شاخص برای تخلخل و انقباض آشکار کرد همانطور که در شکل های 4-12 و 10-12 نشان داده می شود این یک تایید دیگری از مقدار استفاده از حجم مورد آزمایش استاندارد است و آزادی بصورت پایه ای برای مقایسه خمیرهای کاغذ است.بعلاوه همانطور که در فصل 21 ذکر شد حجم استاندارد بطور متناسب با لگاریتم مقدار عمل پالایش داده شده به هر خمیرکاغذ توسط هر دستگاه خمیرزن کاهش می یابد و بنابراین کل ورق آزمایش استاندارد و خمیرزن یک رابطه معین را تحمل می نماید. تحت شرایط معمولی حداکثر همگن با یک تصفیه کننده بزرگ با میله های با فاصله زیاد و با بسته های عمیق بین آنها بدست می آیند که در توان عملیاتی حداکثر تحت بار کامل کار می کند حداکثر همگن بودن بایک خمیرزن کوچکتر بدست می آید که خمیر را برای کاغذهای نازک تهیه می کند از قبیل کاغذ "انجیل" که نازک و محکم است و برای آن خمیر کاغذ لازم به ملایمت ولی برای چندین ساعت زده می شود ترجیحاَ درخمیرزن کوچکتر این کار انجام می گیرد این مثال ها شرح می دهند که چرا یک کارخانه کاغذسازی ترجیح می دهد که از خمیرزن کوچک بجای مواد بزرگ استفاده کند اولویتی که نویسنده را برای بیش از نیم قرن گیج کرد یک مقدار معین از انرژی برای یک مقدار خمیر کاغذ زده شده بطور یکنواخت در یک مورد بکاربرده شد و توسط مخلوط کردن بخش زده شده زیادی با باقیمانده زده شده مخلوط می گردد مخلوط خمیر اخیر همواره یک ورق نسبتاَ حجیم با یک پارگی بیشتر و تشکیل ضعیفتر از موارد قبلی را فراهم می نماید سایر خواص بستگی به خمیر کاغذ و میزان و نوع عملیات خمیرزدن دارد ولی کاغذ ساخته شده از خمیر مخلوط احتمالاَ چین و چروک و ترکیدگی کمتر از کاغذ ایجاد شده از خمیر همگن می باشد.
خمیرزدن آزمایشگاهی در مقابل کارگاهی( کارخانه ای)
در یک همایش 1971 درباره خصوصیت خمیر کاغذ درBergstrom Ronneby
از شرکت سلولز سوئد اطلاعات جالبی ارائه کرد. یکی از نتایج آن در شکل 11-12 بصورت نمودار طول هایی از مخلوط خمیرهای سوزنی برگ ها و پهن برگ های کرافت سفید شده با خمیرهای کاغذ بدست آمده که در آن خمیرهای کاغذ بطور مجزا زده شدند تا آزادی برابر با یک خمیرزن valley یا توسط تصفیه کننده های کاغذ بدست آید در مورد خمیرهای حاصل از خمیرزن vallay تهیه شده بصورت ورق های آزمایشگاهی طول های مخلوط های این خمیرها بصورت خطی از km9/6 برای 100% سوزنی برگ تا 2/6 km برای 100% پهن برگ کاهش یافت وقتی این خبرها در کارگاه قبل از مخلوط شدن تصفیه گردیدند بصورت ورق در آزمایشگاه درآوردند استحکام کششی از0/7 برای سوزنی برگ ها به 2/7 برای یک مخلوط 75:25 افزایش یافت و سپس به 9/5 km برای پهن برگها کم شد وقتی همان خمیرها به کاغذ تهیه شده به روش ماشینی تبدیل شد یک منحنی یا شکل مشابه برای مخلوط ها بدست می آید ولی نتایج کششی در جهت عرضی و ماشینی بطور متوسط برابر با 2/5 و1/5 km برای دو خمیر مخلوط نشده بود این نتایج تصویری از آزمایشات با خمیرهای لایش شده بطور همگن را ارائه می کند در این حالت مخلوط کردن مقداری از خمیر کاغذ زده شده با الیاف کوتاه با خمیر کاغذ دارای الیاف بلند مفید بود زیرا روش خمیرزدن با دستگاه PFI خمیر همگن بسیار مشابه با خمیرهای حاصل از خمیرزن تولید می کند و نتایج
مشابه با یافته های در عملیات کارگاهی ممکن است پیش بینی شود.
همگن بودن در خمیرزن کارگاهی:
زمانهای باقیمانده در خمیرزن های کارگاهی توسط چندین محقق بررسی شده اندGerharde/Groom/Arjas Arjas بررسی هر نوع تآثیر عملی برروی عملیات توده کاغذ غیر از تهیه یک همگن بودن بیشتر امری دشوار است. تصفیه کننده مخروطی Mocden و مجهز به وسایل گردش مجدد یک مقدار زیاد خمیر کاغذ ار تخلیه تا تغذیه نهایی بود . این امر مزایایی را در عملیات موجب نشد. تا آنجائیکه معلوم است، سیر گردش مجدد در تمام آن تصفیه کننده ها اکنون بسته است تصفیه کننده ها بصورت معمولی کار می کنند Maynard متوجه شد که بستن شیر گردش جریان هیچ تفاوت چشمگیری ایجاد نکرده است به غیر از اینکه توان عملیاتی نصف شد. او همچنین یک مقدار ازهمان کاغذ را تا چهار مراتبه از داخل یک تصفیه کننده با سرعت بالا در سازگاری 31% با سرعت 23/0 تا103 برابر در ساعت عبور داد. برای یک مصرف انرژی مفروض هیچ تاثیری برروی کیفیت خمیر کاغذ تولید شده مشاهده نگردید. همگنی بزرگتر بتواند توسط آهسته کردن بارگیری به یک تصفیه کننده یا توسط جفت کردن دستگاه بطور سری بدست آید. بااین حال مقدار همگنی عملیات تولید شده توسط دستگاه آزمایشگاهی در مقایسه با ناهمگنی عمل خمیر زدن حاصل از عملیات معمولی تجهیزات کارگاهی تفاوت آشکار در کیفیت خمیر حاصل را نشان داد که در این فصل شرح داده می شود.
مفاهیم سوال برانگیز درباره خمیرزن:
یکی از مشکلات درک فرایند عبارت اند از مفهوم ساده شده خمیرزدن و تصفیه است که فقط در عمل اصلی تشکیل می شود: 1-برش الیاف با کوتاه کردن الیاف و 2- هیدراته کردن یا آهسته کردن خمیر کاغذ.
کسانی که به این ایده ساده شده عقیده دارند این حقیقت را نادیده می گیرند الیاف با طول برابر که بارامی ساییده شده یا برس زده می شوند تا یک فیبرلاسیون سطح خوب را بدست آورند مطمئناَ دارای خصوصیات متفاوت با الیافی هستند که خرده شده اند تا دارای یک حداقل فیبرلاسیون خارجی و یک مقدار حداکثر فیبرلاسیون داخلی باشند. هر دو خمیرمی توانستند بطور برابر هیدراته شوند همانطور که توسط وسایل مناسب اندازه گیری می شوند از قبیل ظرفیت نگهداری آب با آزادی و با این حال ابتدا بارامی عمل آورده شده و خمیر کاغذ غیر شفاف را با یک آزمایش تاثیر کششی و ترکیدگی بالا تولید می نماید و توسط پارگی بالای آن کمک می شود خمیر دوم که بطور داخلی فیبرلاته می شوند یک کاغذ نسبتاَ شفاف با یک آزمایش کششی و ترکیدگی نسبتاَ زیادتر تولید می نمایند ولی پارگی کم گردید. بعلاوه تحت این شرایط با فرض اینکه طول میانگین الیاف در خمیرها یکسان بود هرنوع تفاوت در توزیع طول آنها دارای تاثیر بسیار نمی باشند واضح است که برای درک بهتر وقایع پیچیده گوناگون برای تلیاف در طی خمیرزنی هیچکدام از سه عامل ذکر شده فیبرلاسیون داخلی و خارجی لازم است در نظر گرفته شده و آنالیز گردیده و بطور مجزا حتی الامکان اندازه گیری شود.
هیدراسیون شورتینگ و آزادی:
یک مشکل دیگر برای درک خمیزرنی مفهوم قبلاَ بحث شده ای که هیدراسیون اساساَ شامل یک فرآیند نرم کردن و ورم کردن می باشدکه شبیه به جوشیدن ماکارونی می باشد و اینکه تولید فیبرلاسیون خارجی تصادفی و حتی زیان آور است زیرا استحکام کششی الیاف را کاهش می دهد که امری غلط است ابهامات و مشکلات خیلی جدی توسط این فرض بحث می شودکه آزمایشگر آزادی یک مقدار اندازه گیری شده معتبر از هیدراسیون یا درجه خمیرزنی است. استفاده از مقالات استاندارد کانادا با یک آزمایشگر آزادی بصورت پا یه ای برای مقایسه خواص خمیرهای مختلف است مقالات بدست آمده از این در فصل 22 نشان داده می شوند که اغلب برروی یک نوع خمیر یکسان نمی باشند وقتی متناقض می باشد هنگامی که برای دو نوع خمیر بکار می رود. بویژه در هر مقاله ای که تحقیق جالبی را شرح می دهد کاربرد آزادی بصورت پایه ای است که در مقابل آن نمودار خواص کاغذ اندازه گیری و رسم می شود این کاربرد غلط بادی از نگاهی به شکلهای 5/12 تا 8 مشاهده گردد. بعلاوه بخشی از خاک چینی یا سایر پر کننده های اضافی شده به الیاف خام یکنواتت و بخوبی زده شده باشد. دو مورد از این خمیرها رفتار کاملاَ متفاوت را برروی یک ماشین کاغذ نشان می دهند و کاغذ تولید می کنند که دارای خواص کاملاَ متفاوت می باشند در 1926 افزودن 12% از خاک رس به یک ماشین چاپ خبر با سرعت بالا باعث شد که SCF باندازه 20 تا 30% کم شود اما هیچ تاثیری برروی سرعت ماشین ندارد . این مشاهده آغاز مخالفت نویسنده در مقابل آزادی بصورت معیاری معتبر از طبیعت یک خمیر غیر از یک مورد احتمالی است علاوه بر ابهام درخمیر زنی و آزادی عبارتند از این عقیده گسترده است که شورتینگ الیاف فی نفسه باعث کاهش آزادی آنها می شود همانطور که قبلاَ ذکر گردید چنین نمی باشد سوء تفاهم از این حقیقت ناشی می شود که الیاف نمی توانند بدون فیبرلاسیون و تولید ذرات کوتاه شوند این امر اخیر است که باعث کاهش عدد آزادی می شود هیچ چیز از این گمراه کننده تر نیست که فوتومیکروگراف های دو یا سه فیبر با یک SCF از SR بکار برده شود. واضح است که از آنجائیکه ذرات همراه معمولاَ نشان داده نمی شوند آزادی اندازه گیری شده از الیاف نشان داده شده خیلی نزدیک به مقدار حالت نزده آنها می باشند خواننده هیچ راهی برای دانستن بخش نسبی از ذرات تولید شده برای کاهش آزادی تا مقدار بیان شده ندارد و اگر او راهی داشت خیلی مفید نبود اگر اصطلاحات بطور ملایم متوسط یا خوب زده شده ضمیمه می شدند. چنین موردی معنای مختصری پیدا می کرد هنگام تهیه یک اسلاید الیاف بلندتر می باشند که برای نمایش جمع آوری می شود بالاخره کمک کردن به افزایش سوء تفاهمها با توجه به عمل خمیرزنی زایده اشتباهی است که یک خمیرزنی که برروی مقداری از خمیر برای چند ساعت یا بیشتر عمل می کند نتایجی را تولید می کند که از آن نتاج تفسیر شده براساس اندازه گیری های آزادی تفسیر شوند. یا بعبارت دیگر براساس درصدهای خرده ذرات تولید شده توسط چنین وسایل غیر عملی تولید شوند. ساختار الیاف و مکانیزم های خمیرزنی که قبلاَ بحث شدند می توانند برای تمام خواص گوناگون خمیر تاثیر بگذارند که برروی استحکام و تشکیل کاغذ حاصل تاثیر می گذراند هدف مهم در ارزیابی خمیر کاغذ عبارت اند از پیش بینی دقیق تاثیر این خصوصیت ها برروی خواص گوناگون می باشد که هر دوی آنها در طی تبدیل خمیر به کاغذ توسط تجهیزات معمولی صورت می گیرد.
اهداف خمیرزنی :
درنتیجه این فصل این امر تاکید می شود که همانطور که بعداَ شرح داده می شود هیچ چیز مهمتر از پنچ خصوصیت الیاف در خمیر کاغذ نمی باشد. آنها عبارت اند از
1) پیوستگی 2) تراکم پذیری مرطوب 3) طول الیاف میانگین وزن دار 4) درشتی 5) استحکام ذاتی، خمیرزنی فقره های (1)و(2)و(3) را برای تمام الیاف تغییر می دهد و فقره(4) دارای تاثیر کمی از جدا شدن الیاف چوب برای باریکتر کردن آنها دارد این پنج عامل رفتار خمیرزنی ماشین کاغذ را کنترل می کند بویژه (2) و(3) و همگی کیفیت کاغذ تمام شده را کنترل می کنند عده ای برای این امر استثناء قائل می شوند و مایل هستند تا سایر عوامل را لحاظ نمایند از قبیل خرده ذرات سطح خاص توزیع طول ظرفیت نگهداری و غیره . با این حال اگر یک مقایسه از دو خمیر بخواهد انجام شود و یک خمیر در یک سازگاری معمول و دیگری در سازگاری بالا زده شود میزان پیچ خوردگی الیاف می توانست یک عامل اضافه باشد تمام این موارد دارای اهمیت ثانوی بوده و توجه خاصی را ندارد مگر اینکه پنج خصوصیت اندازه گیری شوند همانطور که آنها درک می شوند برای یک خمیرزده نشده و شخصی می توانست "توانایی زده شدن را به صورت" یک خصوصیت ششم و مهم برای یک خمیر نامعلوم اضافه نماید. این خصوصیت بنظر می رسد که با نازکی دیوارهای الیاف و میزان لینگنین و همی سلولز مرتبط می باشد قابلیت خمیرزنی بآسانی بصورت افزایش در طول ورق های آزمایش استاندارد اندازه گیری می شود هنگامی که یک مقدار اولیه از خمیرزنی با یک خمیرزن استاندارد دو برابر شود با این حال بدون خمیرزنی یک خمیر ممکن است با مشکلی بیشتری برای خمیرزنی مواجه شود اگر دارای استحکام ذاتی بالا دیوارهای ضخیم و سازگاری مرطوب کم باشد هدف از خمیرزنی یا تصفیه کردن عبارت اند از تبدیل خصوصیات یک خمیر کاغذ نزده با خواص مطلوب محتمل با تجهیزات موجود می باشد این امر توسط تعیین کردن همان پنج خصوصیت خمیر کاغذ در ورق مرطوب بدست آمده از مقطع پرس یک ماشین کاغذ بدست می آید هنگامی بخوبی کار کند و محصول خوب باشد بعنوان یک کنترل تحلیل خمیر در ورق مفید می باشد هنگامی که ماشین یا محصول به مشکلی برخورد کند در این صورت اگر شخص نمی تواند خمیر کاغذ را تغییر دهد خواص(1) و(2)و(3) بصورت واحد یا بطور ترکیبی باید تنظیم گردد و بخاطر سپرده شود که هیچکدام نمی توانند بطور کامل تاثیر نیافته باقی بماند روش بعداَ در فصل های 25 و 32 بحث می شود.
خلاصه:
خمیرزنی یکی از فرآیند های مهم در کاغذ سازی با هدف تولید یک نوع خاص از کاغذ دارای کیفیت مطلوب با کمترین هزینه است خمیر کاغذ باید زده شود تا الیاف بطور یکنواخت و نرم شود و الیاف فیبریلاته می شوند تا استحکام کاغذ تامین گردد نوع خمیرزنی داده شده به یک خمیر کاغذ اجازه می دهد که هر نوع کاغذ ساخته شود اگر چه مناسب بودن خمیر کاغذ بطور قابل ملاحظه ای برروی محصول تاثیر بگذارد خمیرزنی دارای سه تاثیر عمده است شورتینگ و فیبرلاسیون داخلی و خارجی تاثیرات ثانوی اصلی عبارتند از تولید خرده ذرات و احتمالاَ فشردگی جانبی است تاثیرات اصلی با یکدیگر باعث تغییرات بسیاری برای خمیر کاغذ علاوه بر استحکام کاغذ حاصل می شود که شامل یک مقاومت به آب برروی ماشین کاغذ و تمایل بیشتری برای حفظ افزودنی هایی از قبیل رنگ ها و ماده پرکننده می باشد.
شکل 2-12 توصیفی از اعمال الیاف – میله گوناگون را نشان می دهد شورتینگ بطور کل فقط در نواحی ضعیف تحت تاثیر می باشد و در امتداد طول الیاف توسط لبه های میله و توسط فشار الیاف به الیاف با تولید خرده ذرات همراه است. الیاف کوتاه خیلی ساده تر به یک ورق یکنواخت کاغذ تبدیل می شوند در کاغذ فیبرل ها به پل زدن فاصله های ایجاد شده توسط زبری سطوح الیاف مجاور کمک می نمایند بدلیل وضعیت فیبرل های بلند و نسبتاَ ضخیم مانند فیبرل های نازک کوتاه برای شدت پیوند موثر نمی باشند زیرا اجزای کوچک مجدداَ خودشان را در جهت یک تنش بکار رفته مرتب می نمایند البته پس از یک کرنش ساده این امر صورت می گیرد با این حال فیبرل های بلندتر به چگونگی اتصالات بین الیاف کاغذسازی طبیعی کمک مینماید هیچ میکروفیبرل یا نانوفیبرل قابل مشاهده ای در خارج از دیوار اصلی یک فیبر خشک شده قبلی وجود ندارد ولی آنها برروی الیاف هرگز خشک نشده وجود ندارند افزایش سریع استحکام خمیر قبلاَ خشک شده در طی دوره خمیرزنی اولیه اساساَ ناشی از تولید این فیبرل ها برروی سطوح الیاف از پیش خشک شده است بویژه پس از حذف دیوارهای اصلی آنها این امر صورت می گیرد فیبریلاسیون داخلی به جذب آب اضافی اطراف سطوح داخلی کمک می نماید جدایش( دو نیم شدن) یک فیبر باعث نرم تر شدن آن می شود که توسط تاثیر روانکاوی آب کمک می شود الیاف خشک از 20 تا 40% ورم می کند هنگامی که در آب خیسانده می شود زیرا آنها تحت کشش داخلی از انقباض از شرایط خام آنها هستند خمیرزنی باعث ورم کردن اضافی و قابل ملاحظه ای نمی شود ولی دو نیم شدن داخلی باعث یک افزایش در سطح مقطع ناخالص آنها می شود همانطور که چکش کاری یک لوله الیافی شده از زوج چسب کاری شده باعث این امر می شود اگر چه در مقالات درباره ورم کردن بعنوان نتیجه اولیه خمیرزنی صحبت شده است ظرفیت نگهداری آب توسط خمیر کاغذ غیر از پدیده ثانوئی ایجاد شده توسط دو نیم شدن داخلی نمی باشد اگر سطوح الیاف فیبرلاته نبودند ورم کردن به افزایش اتصال متقابل کمک نمی کند با این حال بدلیل اینکه سطوح فیبرلاته هستند ورم کردن فیبریل ها را قادر به شکل دادن اضافی اتصالات بین سطوح مجاور در یک اتصال می نماید بویژه اگر سطوح زبر باشند ولی باعث افزایش مساحت توسط شکل دادن تکیه گاههای اطراف آن می شود در نتیجه نتایج گمراه کننده براساس یک خمیرزن آزمایشگاهی ممکن است انتظار برود و در واقع رخ دهد. بسیاری از مقالات درباره خمیرزنی گمراه کننده است که بدلیل سادگی این مفروضات است که خمیرزنی فقط دارای دو تاثیر است: " هیدراسیون" و " برش" اکثریت تکنولوژیست ها فرض می کنند که یک آزمایش آزادی یک معیار مناسب از میزان خمیرزنی را ارائه می نماید.
آنها این حقیقت را نادیده می گیرند که خمیر کاغذ خام بعلاوه خمیر کاغذ زده شده تا یک ژل یا حتی بعلاوه پرکننده مانند خاک چینی می توانند دارای همان آزادی یک خمیر زده شده خوب و یکنواخت باشد. حجم مخصوص ظاهری ورق های آزمایش خمیر استاندارد که یک معیار غیر مستقیم از میزان فیبرلاسیون داخلی است تاکنون معیار بهتری از آزادی خصوصیات مرطوب و خشک یک خمیر می باشد براین اساس است که خمیرها می توانند مقایسه شوند. متاسفانه مشکلاتی در ارزیابی معنایی اطلاعات از مقدار بررسی های انجام شده با یک خمیرزن آزمایشگاهی وجود دارد که شامل PFI است که خمیر همگن را تولید می کند خواص خمیر خوب زده شده حاصل از چنین تجهیزاتی بسیار با خمیر عمل آورده بطور ناهمگن حاصل از یک سیستم تهیه خمیر معمولی تفاوت دارد بویژه در یک کارخانه کاغذسازی مدرن این مطرح است. هدف اصلی خمیرزن عبارت اند از تغییر دادن پیوستگی قابلیت فشردگی مرطوب و طول الیاف می باشد تا حدی که به آن سه خاصیت ضروری برای تهیه کاغذ خوب نزدیک باشد.
فهرست مطالب
طبیعت و تاثیرات پالایش 2
اهمیت پالایش 2
قدرت و استحکام و سایر خصوصیات : 4
نیاز برای پالایش 4
عمل پالایش : 5
اثرات اصلی (عمده) پالایش : 6
اثرات ثانویه : 9
فصل دوم 11
نتایج گوناگون پالایش : 12
تاثیرات غیرمستقیم : 14
اعمال فیبر – میله : 15
تغییرات فیبر : 17
فصل سوم 19
شورتینگ : 20
تاثیرات شورتینگ : 21
فصل چهارم 24
فیبریلاسیون خارجی : 25
تاثیر اندازه فیبریل ها بر روی پیوند : 26
فیبریل ها بر روی الیاف خشک شده و هرگز خشک نشده 28
فیریلاسیون داخلی : 30
فصل پنجم 32
تاثیرات همی سلولز : 33
باد کردن آشکار 34
ورم کردن واقعی الیاف زده نشده 36
تورم الیاف زده شده 37
ورم کردن الیاف نرم 39
تورم الیاف فیبریلاته : 40
نقش ورم کردن در عمل پالایش : 41
الزام برای نقش عمل ورم کردن : 43
رفتار الیاف ویسکوز 45
فصل ششم 47
تولید خرده ذرات : 48
تاثیرات ذره های جدا شده : 50
فصل هفتم 53
فشردگی و موجی بودن 54
تاثیرات فشردگی و موجی شدن: 55
فصل هشتم 57
ناهمگنی عمل 58
خمیرزدن آزمایشگاهی در مقابل کارگاهی( کارخانه ای) 61
همگن بودن در خمیرزن کارگاهی: 64
مفاهیم سوال برانگیز درباره خمیرزن: 65
هیدراسیون شورتینگ و آزادی: 66
اهداف خمیرزنی : 69
خلاصه: 71
13
75