مراحل تولید کاغذ سنگی

كاغذ از سنگ (stone paper) با نام‌ كاغذ از كربنات كلسيم يا Rich Mineral Paper) RMP) نيز شناخته مي‌شود. کاغذ سنگی حدودا از سال ۲۰۱۳ میلادی در چرخه اقتصادی جهان جا گرفته است. اطراف ایران هم كه مملو از سنگ‌هایی است که پایه آهکی دارند و به همین دلیل کشور ما کارخانه‌های سیمان زیادی دارد. شاید تولید این کاغذ برای سایر کشورها از جمله کشورهای اروپایی به صرفه نباشد چون صنایع سنگی آنها به اندازه ما غنی نیست ولی برای کشور ما بسیار با صرفه است. ۱۵ درصد مابقی مواد تشکیل‌دهنده این کاغذ از مواد پلی‌پروپیلن و پلی‌اتیلن بوده كه براحتي در بازار پيدا ميشود. بنابراین تامین ماده اولیه در ایران مشکلی نخواهد داشت.
۸۰ درصد ماده تشکیل‌دهنده کاغذ سنگی از کربنات کلسیم است. غنی‌ترین منبع کره زمین سنگ است و بیشترین سنگی که روی کره زمین موجود است سنگ پایه آهکی است، که می‌توانیم کربنات کلسیم را از آن استخراج کنیم. اطراف ایران مملو از سنگ‌هایی است که پایه آهکی دارند به همین دلیل است که کشور ما کارخانه‌های سیمان زیادی دارد. شاید تولید این کاغذ برای سایر کشورها از جمله کشورهای اروپایی به صرفه نباشد چون صنایع سنگی آنها به اندازه ما غنی نیستند ولی برای کشور ما بسیار با صرفه است.۲۰ درصد مابقی مواد تشکیل‌دهنده این کاغذ از مواد پلی‌پروپیلن و پلی‌اتیلن است. برای اتصال کربنات کلسیم و مواد رزینی که همان پلی‌پروپیلن و پلی‌اتیلن است از موادی به نام coupling agent استفاده می‌شود.
پروژه تولید کاغذ از سنگ تحولی شگرف در تولید کاغذ از طریق فناوري جدید در عصر مدرن است. این فناوري دوستدار محیط زیست بوده و باعث کاهش بسیار زیاد مصرف انرژي می‌گردد. در این فرآیند دیگر احتیاجی به آب، دیگ بخار، افزودن اسید، آلکیل ها، سفید کننده‌ها نمی‌باشد و نیازي به دفع گاز و آب ندارد و از نظر اقتصادي ۱۰۰ درصد قابل بازیافت است.
کاغذ از سنگ بیشتر از آنکه بتواند جایگزین مناسبی برای محصول کاغذ باشد می‌تواند جایگزینی برای مصارف بیشمار پلاستیک در زندگی امروزه ما شود و کمک شایانی در حفظ محیط زیست ما کند. زیرا با توجه به تکنولوژی‌ امروز و فرآیند تولید آن که مانند پروسه تولید فیلم‌های پلیمری می‌باشد، هنوز قیمت تمام شده این محصول قابل رقابت با کاغذهای سنتی نیست اما می‌تواند در حوزه بسته‌بندی‌های پلاستیکی و همچنین بخش خدمات تکمیلی کاغذ مانند کاغذهای ضد آب، گلاسه و بسته‌بندی ارزش افزوده زیادی ایجاد کند.

تفاوت کاغذ از سنگ (Stone Paper) با کاغذهای سنتی (Pulp Paper)

در ابتدا تصور می‌شد تولید کاغذ سنگی هم باید شبیه روش‌ تولید کاغذهای معمولی باشد اما تفاوت‌های بسیاری بین این کاغذها برخلاف کاربردهای مشترکشان وجود دارد، به طور مثال ۹۹% از ماده اولیه کاغذهای معمولی (خمیر کاغذ) را آب تشکیل می‌دهد در حالی که در فرایند تولید کاغذ سنگی بسیار پائین و یا بع عبارتی آب به کار نمی‌رود! تکنولوژی تولید کاغذ از سنگ بسیار شبیه فرایند تولید فیلم‌های نایلونی که از مواد اولیه پلی‌پروپیلن(PP)، پلی‌اتیلن(PE) و … ساخته می‌شوند می‌باشد. بنابراین می‌توان گفت که این محصول نوعی فیلم می‌باشد نه کاغذ اما به دلیل شباهت زیاد و موارد استفاده مشترک با کاغذ به آن لفظ کاغذ سنگی داده‌اند.
صنعت پلاستیک سازی به خصوص در بخش بسته‌بندی در سال‌های اخیر پیشرفت‌های شگرفی کرده است، امروزه مواد پلیمری به طور گسترده در تمامی بخش‌های صنعت بسته‌بندی به کار گرفته می‌شود. همچنین به دلیل اینکه این مواد پلیمری در طبیعت به سختی تجزیه می‌شوند، تلاش‌های بسیاری برای تخریب‌پذیر کردن آن‌ها در طبیعت شده است مانند ساختن پلاستیک‌های بسته‌بندی و همچنین ظروف یکبار مصرف از نشاسته ذرت و گندم که از پلیمر PLA)Poly Lactic Acid) ساخته می‌شوند. این پلیمر نوعی ترمو پلاستیک است و با دادن گرما به آن نرم می‌شود و می‌توان آن را به راحتی به اشکال مختلف درآورد ولی در طبیعت زودتر تجزیه می‌شود و آسیب کمتری به آن می‌رساند.

فرایند تولید کاغذ سنگی را می‌توان به شرح زیر تقسیم کرد.

مرحله اول: تأمین و حمل سنگ آهک از معدن دردسترس و ورود به بخش خردایش
مرحله دوم: تغذیه مواد اولیه تشکیل دهنده به نسبت‌های از پیش تعیین شده متناسب با نوع وکاربرد کاغذ سنگی و مخلوط آنها با یکدیگر بصورت اتوماتیک.
مرحله سوم: ادامه اختلاط و هم زدن تا آماده شدن مخلوطی یکنواخت و همگن.
مرحله چهارم: استفاده از پرس‌های غلطکی ترکیبی و پخش و پهن کردن کمپوزیت در جهت‌های مورد نظر به منظور شکل دادن کامپوزیت به صورت ورق.
مرحله پنجم: عبور دادن ورقه شکل گرفته از لابه لای سلیندرهای تحت فشار.
مرحله ششم: عبور غلطکهای ۵ گانه اطو کننده جهت اعمال فشار و پهن کردن بیشتر ورق ساخته شده در دو جهت عرضی و طولی
مرحله هفتم: خنک کردن و هم زمان ادامه عملیات عبور از غلطکها.
مرحله هشتم: رل کردن
مرحله نهم: کناره بری و تبدیل رلهای بزرگ‌تر به رلهای کوچک‌تر و یا تبدیل آنها به صورت ورق کاغذ.

ترکیب مواد اولیه

بطور کلی کاغذ سنگی یا کاغذ مینرال از مواد زیر ساخته می‌شود.
پودر سنگهای معدنی کربنات کلسیم – ۸۵ – ۶۰ درصد (حاصل از کوبش سنگ آهک و تولید کربنات کلسیم با مش ۳۵۰)
پلیمرهای – PP و HDPE و پلی لاکتیک اسید PLA 40 – 15 درصد
مواد کمکی و افزودنی – ۵ – ۱ درصد
فرایند تولید از روش C. C. M. P استفاده می‌شود.
این سیستم همانگونه که مراحل مختلف تولید قبلاً اشاره شد، شامل ماشین آلات زیر می‌باشد.
۱-مخلوط کن

۲- خمیر کن

۳- تغذیه کننده

۴- اکسترودر

۵-رلهای مخلوط کننده

۶-کلندر

۷-رلهای هدایت کننده

۸-رلهای منقوش کننده

۹-میکانیزمهای کشش طولی و عرضی

۱۰- غلطک های خنک کننده

۱۱-تجهیزات مربوط به بهبود دهنده سطوح کاغذ

۱۲- وایندر

۱۳- ری وایندر

۱۴-شیتر

اکستروژن ورق، مشابه اکستروژن پروفیل است با این تفاوت قالب (دای) مورد استفاده به شکل یک روزنه شیاری شکل است (T-Die) فیلم خارج شده از این دای به سرعت به وسیله غلتک‌های مسیر حرکت خود شکل گرفته و عریض می‌شود و همچنین عملیات سرد شدن و جامد شدن نیز به وسیله غلتک‌ها انجام می‌شود. طول این نوع دای‌ها بسته به نوع فیلم تولیدی ممکن است به چندین متر برسد. بر حسب ضخامت، محصول خروجی را فیلم یا ورق می‌نامند، البته باید گفت تقسیم دقیقی بین این دو وجود ندارد. فیلم‌های تولیدی با این روش به فیلم های ریخته‌گری شده یا کست فیلم (Cast Film) معروف هستند.
کاغذ سنگ. ۶۰ تا ۸۰ % جرم کاغذ مصنوعی را مواد غیر ارگانیک (کلسیم کربنات، تالک، و دی اکسید تیتانیوم، و غیره) تشکیل می دهند. بسته به نوع کاغذ مصنوعی، مواد دیگری مثل پروپیلن، پلی اتیلن، و رزین های دیگر، و انواع مواد شیمیایی به آن اضافه می شوند. این مواد پس از مخلوط شدن، تغییر شکل یافتن، و فرایند اکستروژن، به یک مستربچ خاص تبدیل می شوند.

در حال حاضر، کاغذ مصنوعی در داخل و خارج کشور به چند روش تولید می شود که عبارتند از: روش نورد، روش قالب ریزی، روش لایه کردن بادی، روش کشش دو طرفه، روش غیر منسوج. بسته به نوع مصرف، کاغذ مصنوعی به صورت تک لایه، سه لایه، و چند لایه تولید می شود.

(۱) تولید کاغذ سنگی به روش نورد

ترکیب، مخلوط کردن، و اکستروژن مواد اولیه جهت تولید یک مستربچ خاص. این مواد پس از نورد شدن، کشیده شدن، سرد شدن، پرداخت شدن، و برش خوردن، یک لایه ی پوششی داده می شوند و به کاغذ سنگ تبدیل می شوند. در روش تولید دیگر، مستربچ خاص پس از نورد، به کمک ماشین آلات پیشرفته ی خارجی تحت یک فرایند شکل گیری مداوم به کاغذ سنگ تبدیل می شود. کاغذ تولید شده به روش نورد از کارایی بالا، کیفیت خوب، و سطحی صاف برخوردار است. این کاغذ برای چاپ عکس، جلد کتاب، و مانند آن به کار می رود. مشکلات این روش تولید عبارتند از پیچیدگی فرایند تولید، قطعات بزرگتر کاغذ، و گرانتر بودن ماشین آلات آن.

(۲) روش تولید قالبی کاغذ مصنوعی

اصول دو روش تولید نورد و قالبی کاغذ مصنوعی مشابه هستند. ویژگی روش قالبی عبارت است از سرعت اکستروژن و سرعت گردش غلتک های قالب زنی. تفاوت سرعتی بین اکستروژن قالبی مواد و نورد سرد، از شکل دادن تا کشیدن بسته به نوع محصول، دارد. ضخامت کاغذ مصنوعی قابل تنظیم است. محصولات حاوی پروپیلن از سختی، استحکام، و مقاومت کششی خوبی برخوردار هستند. از آنجایی که مراحل تولید، ساختار مولکولی محصول را یک طرفه می کنند، مشخصات طولی و عرضی کاغذ مصنوعی متفاوت می شوند. از رزین پلی پروپیلن برای تولید کیسه های خرید، جعبه ها و بسته بندی های مواد غذایی مخصوص هواپیما و مجتمع های بزرگ فروشگاهیاستفاده می شود. این محصول ظاهر خوبی دارد و به طور طبیعی تجزیه و جذب محیط زیست می شود.