De productie van papier Van hout tot gestreken papier sappi
De productie van papier, de vijfde publicatie in een reeks technische brochures, verzorgd door Sappi Idea Exchange sappi idea exchange Sappi heeft zich verplicht gesteld om drukkers en grafische ontwerpers te helpen papier op de beste wijze in te zetten. Wij doen dit door onze kennis te delen met onze klanten en hen te voorzien van monsters, specificaties, ideeën, technische informatie en een complete range van producten via Sappi Idea Exchange. U vindt meer informatie op onze website. www.ideaexchange.sappi.com
De productie van papier Van hout tot gestreken papier Inhoud I Inleiding 2 II Houtproductie Hout als grondstof 3 III Pulpproductie Het pulpproces Mechanische en chemische pulp 4 Het sulfaat- en het sulfiet-proces 4 Tussenvormen 5 Het bleekproces 5 IV Papierproductie Grondstoffen Voorbereiding van de vezels in de refiner 6 Hulpstoffen 6 V Coating Waarom wordt papier gestreken? 11 De coatingmachine 11 Bereiding van de coating 12 VI Afwerking De kalander 12 De omroller 13 De bobineuse 13 De vellensnijmachine 13 De schoonsnijmachine 13 VII Verpakking en opslag 14 VIII Papiereigenschappen 15 lx Slotopmerkingen 16 De papiermachine Overbrenging in de stofoploop 7 Bladvorming in de zeefpartij 7 Filtratie / Indikking 7 De twinformer en de gapformer 8 Ontwatering in de perspartij 9 De droogpartij 9 De eindpartij 9 Behandeling van het papieroppervlak De lijmpers 10 De filmpers 10 1
l Inleiding We staan er misschien niet altijd bij stil, maar papier is een essentieel onderdeel van ons bestaan. Papier is het document van het leven zelf, in al zijn verschijningsvormen en in al zijn verbluffende diversiteit. Papier is al meer dan 2000 jaar in gebruik als medium voor communicatie. De Chinezen staan te boek als de uitvinders van papier. De eerste papiersoorten werden gemaakt van de vezels van boombast, papyrus, stro en katoen. De rol van hout als grondstof is van verrassend recente oorsprong pas in het midden van de negentiende eeuw werd hout de belangrijkste grondstof voor de massaproductie van papier. De gedrukte pagina is direct en universeel, niet gebonden aan culturele beperkingen, een inhoudelijke boodschap die interesse wekt, maar ook een zintuiglijke ervaring, die ons doet wegdromen en verlangen. Een bron van kennis en een archief van informatie, maar ook een forum voor meningen en een medium voor uiteenlopende vormen van entertainment en kunst.. Papier is als productiemateriaal een onderhoudbare bron, als medium een permanent document. Het is het universele communicatiemiddel voor de voortschrijdende kroniek van onze geschiedenis en ons dagelijks bestaan. Papier is het vastgelegde verleden, maar het is ook de spiegel van onze eigen tijd en de blauwdruk van de toekomst. Papier raakt het bestaan van iedereen op deze planeet en Sappi is zich daar ten volle van bewust. Sappi is de mondiale marktleider op het gebied van gestreken grafische papieren, en daar zijn wij met recht trots op. Sappi heeft een lange geschiedenis in de ontwikkeling van nieuwe normen voor de papierindustrie, en die traditie zetten wij ook nu onverminderd voort. Het interieur van een middeleeuwse papiermolen Op basis van honderden jaren ervaring, met de volle inzet van het vakmanschap en de expertise van onze medewerkers en gesteund door ultramoderne productietechnieken. Sappi zal, als een van de meest prominente papierproducenten ter wereld, een leidende rol blijven vervullen in de ontwikkeling en productie van papier van de allerbeste kwaliteit! Deze brochure laat zien hoe dit kwaliteitspapier wordt gemaakt. We volgen het totale productieproces, van het hout dat de belangrijkste grondstof voor de papierindustrie is, via de productie van pulp in diverse soorten, tot de productie van basispapier op de papiermachine en het proces van coating dat het papier zijn uiteindelijke vlakke oppervlak en heldere tint geeft. Aan het eind van deze brochure gaan we kort in op de eigenschappen die bepalend zijn voor de kwaliteit van het papier. 2
ll Houtproductie Hout als grondstof In principe zijn er zo'n 25.000 houtvormende planten, maar daarvan is slechts een klein gedeelte geschikt als grondstof voor papier. In de papierproductie worden alleen naaldboomsoorten en loofbomen gebruikt. Het hout van naaldbomen heeft langere vezels dan dat van loofsoorten, en levert dan ook sterker papier op. De naaldboomsoorten die het meest worden gebruikt in de industriële productie van papier zijn de den, de spar en de pijnboom. De meest gebruikte loofboomsoorten zijn beuk, berk, populier en eucalyptus. De stam van een boom is geen homogeen geheel. De cellen waaruit de stam is opgebouwd, zijn van verschillende typen. Leeftijd speelt een rol, maar ook positie in de stam en het seizoen waarin een cel is ontstaan, zijn bepalende factoren. Onder de schors, de buitenkant van de stam, bevinden zich het bastweefsel en het cambium (teeltweefsel). Door middel van celdeling groeit dit teeltweefsel van binnen naar buiten. Daarbij treedt in de wintermaanden een stagnatie op, wat resulteert in de bekende jaarringen. De stam, met de verschillende typen cellen die zorgen voor het transport van sappen en voedingsstoffen, vormt de grondstof voor de productie van papierpulp. De schors is het onbruikbare gedeelte. Beukenhout Daarom moet het hout, voordat het geschikt is voor de productie van papierpulp, eerst worden ontdaan van de schors. De ontschorste stammen worden vervolgens vermalen tot vezels voor mechanisch ontsloten pulp of verwerkt tot houtsnippers ( chips ) voor chemisch ontsloten pulp. Voor de productie van pulp worden volledige stammen gebruikt, of in de meeste gevallen houtafval afkomstig van zagerijen in de vorm van planken of houtsnippers. Boomstammen Chips 3
lll Pulpproductie Het pulpproces Er zijn twee methoden om hout te verwerken tot pulp: mechanisch of chemisch. Mechanische pulp In het geval van mechanische pulp wordt de vezelstof gemaakt door het hout te vermengen met water en te vermalen tegen een sneldraaiende steen. De opbrengst ligt bij deze methode rond de 95 procent. Mechanische pulp (MP) wordt houthoudende pulp genoemd. Het nadeel van deze methode is dat de vezels ernstig worden beschadigd en dat de geproduceerde pulp nog allerlei onzuiverheden bevat. Mechanische pulp levert papier op van een hoge opaciteit, dat echter minder sterk is. De pulp heeft een gelige kleur en een lage lichtechtheid. Chemische pulp Voor het produceren van chemische pulp moet de pure vezel vrij worden gemaakt, en dat betekent dat ook de lignine moet worden verwijderd. Om dat te bewerkstelligen, wordt het hout in dit proces eerst gekookt in een vloeistof met chemische toevoegingen. Dit chemische proces resulteert in sulfaat- of sulfietpulp, afhankelijk van de gebruikte chemicaliën. De opbrengst ligt bij deze methode rond de 50 procent. De op deze manier vrijgemaakte vezels zijn volledig intact en bijzonder schoon. De resulterende pulp wordt houtvrij genoemd. Het is deze pulp die voor alle houtvrije papieren van Sappi wordt gebruikt. Het sulfaat-proces is een alkalisch proces. Ook sterk harshoudende houtsoorten kunnen op deze manier worden verwerkt, maar daar zijn kostbare installaties voor nodig en grote hoeveelheden chemicaliën. Bij het sulfiet-proces wordt een kookzuur gebruikt dat bestaat uit een mengsel van vrije zwavelige zuren en gebonden zwavelige zuren (magnesium-bisulfiet). De kookvloeistof dringt bij dit proces in het hout door in de lengterichting van de vezels, met andere woorden, in de lengterichting van de houtsnippers. Nadat het zuur door het hout is opgenomen, wordt de lignine in het eigenlijke kookproces afgebroken, omgezet in een in water oplosbare vorm en vervolgens uitgewassen. De afbraakproducten van de koolhydraten zijn in de vorm van suikers in de kookvloeistof aanwezig. Als de restvloeistof later wordt ingedampt om de chemicaliën terug te winnen, worden deze suikers omgezet in alcohol en ethaanzuur. De onbehandelde pulp heeft een bruine of geelbruine kleur en moet, om er witte papiersoorten van te kunnen maken, eerst worden gebleekt. Dit proces van bleken, waarbij geen chloor of chloorhoudende stoffen worden gebruikt, vindt meestal plaats in de pulpfabriek, als onderdeel van de totale pulpbereiding. Sulfiet-pulp is minder sterk dan sulfaat-pulp. Sappi past in de eigen pulpfabrieken uitsluitend het magnesium-bisulfietproces toe. Het pulpproces Mechanisch Thermomechanisch Chemisch thermomechanisch Chemisch MP mechanische pulp opbrengst 90-96% TMP, thermomechanische pulp opbrengst 90-96% CTMP chemisch thermomechanische pulp opbrengst 85-90% Sulfaat-proces (alkalisch) opbrengst 43-52% Sulfiet-proces (zuur) opbrengst 43-52 % 4
Tussenvormen TMP Thermo-Mechanische Pulp Bij dit proces worden snippers afvalhout gevaporiseerd en vervolgens in de refiner onder stoomdruk vermalen tot afzonderlijke vezels. CTMP Chemisch Thermo-Mechanische Pulp Dit proces is een combinatie van impregneren (vermengen met een chemische stof), koken, malen en bleken. De opbrengst ligt bij CTMP op circa 90 procent. De vezellengte en de daarmee samenhangende sterkte van het papier zijn bij dit proces te sturen. In CTMP zit ook nog wat lignine, een taaie, harde lijmstof uit de celwanden van het hout, die sterk vergeelt. Het bleekproces De pulp heeft in dit stadium nog een bruine kleur. Om de voor het te produceren papier noodzakelijke witheid te bereiken, is dan ook een proces van bleken nodig. Tijdens dit bleekproces wordt ook de resterende lignine verwijderd. Bleken is eigenlijk een voortzetting van het chemische kookproces en het vindt dan ook direct daarna plaats, in de pulpfabriek, waar het hele proces geïntegreerd wordt afgewerkt. Bleken is een proces dat bestaat uit verschillende stappen waarin de pulp op chemische wijze wordt bewerkt. Tussendoor wordt de pulp gespoeld. Voor het bleken van pulp kunnen verschillende stoffen worden gebruikt: chloor en chloorverbindingen, zuurstof en waterstofperoxide. Milieu-overwegingen hebben ertoe geleid dat de rol van chloorstoffen steeds kleiner is geworden. Bij Sappi verloopt het bleekproces dan ook volledig chloorvrij. In dat verband wordt de afkorting TCF gebruikt - Totally Chlorine Free. Van ongebleekte tot gebleekte pulp 5
lv Papierproductie Grondstoffen Voorbereiding van de vezels in de refiner In de refiner worden de vezels gemalen. Hoe dit precies gebeurt, is bepalend voor de latere eigenschappen van het papier. In de refiner wordt de pulp door een systeem van ronddraaiende en stilstaande messen gevoerd rotoren en statoren. Deze Refiner voor de stofvoorbereiding erdoor worden verlengd. Het aandeel vulstoffen kan oplopen tot 30 procent. Afhankelijk van de papiersoort kunnen daarnaast lijmstoffen, kleurstoffen en optische witmakers worden toegevoegd. Bij industriële productie worden hoeveelheid en concentratie van deze aanvullende stoffen computergestuurd gereguleerd door doseringssystemen een absolute vereiste om uniforme kwaliteit te kunnen garanderen bij hoogwaardige merkpapieren. Maar veruit het belangrijkste procesingrediënt is water. Voor één kilo papier is zo'n honderd liter water nodig, en het gebruik van dat soort hoeveelheden is vandaag de dag alleen nog te verantwoorden, zowel qua kosten als met het oog op het milieu, door recycling. Door een systeem van gesloten watercirculatie en geavanceerde installaties voor zuivering van afvalwater, is een moderne papierfabriek in staat 90 procent van het productiewater, soms zelfs meer, te hergebruiken. In het doseringssysteem worden water, halfstoffen en vulstoffen in speciale vaten gemengd. Het zogenaamde constante gedeelte van de papiermachine fungeert daarbij als overgang van stofvoorbereiding naar stofoploop. In dit gedeelte van de machine bevinden zich ook filters die ervoor zorgen dat verontreinigingen, vreemde stoffen en stofknopen worden uitgesluisd. Sappi is, ook als het gaat om daadwerkelijke investeringen in verhouding tot de wettelijke normen, een van de meest milieubewuste papierproducenten ter wereld. messen kunnen onderling worden afgestemd om op die manier een variabele graad van gesneden (droge maling) en gefibrilleerde vezels (vette maling) te bereiken. Bij fibrilleren worden de uiteinden van de vezels uitgerafeld, waardoor later een sterke onderlinge verbinding tot stand kan komen. En dat resulteert weer in sterker papier. Hulpstoffen Tot de procesingrediënten behoren aanvullende bestanddelen als water, vulstoffen, lijmstoffen, kleurstoffen en andere toevoegingen. Vulstoffen hebben diverse functies. Ze maken het papier meer opaak en geven het een meer gesloten oppervlak en een heldere tint, maar ze kunnen ook, al naar gelang de gewenste eigenschappen, voor extra zachtheid en buigzaamheid zorgen. Naast minerale stoffen als kaolien (China clay of porseleinaarde) wordt tegenwoordig op grote schaal calciumcarbonaat (krijt) gebruikt. Dit heeft als bijkomend voordeel dat de houdbaarheid en levensduur van het papier Vulstoffen: Toevoegingen: Bindmiddelen: Calciumcarbonaat Klei Titaan-dioxide Kleurstoffen Optische witmakers Latexproducten en zetmelen 6
De papiermachine Overbrenging in de stofoploop Na de verdunning en filtering op onregelmatigheden die in het constante gedeelte van de papiermachine heeft plaatsgevonden, wordt de suspensie van vezels, processtoffen en water overgebracht naar het zeefdoek. Het is van groot belang dat dit op een uniforme manier gebeurt en dat de gehele breedte van het doek gelijkmatig wordt bedekt. Dit betekent dat de snelheid waarmee de suspensie uit de stofoploop het zeefdoek opstroomt, gelijk moet zijn aan de snelheid van het zeefdoek waarop de bladvorming plaatsvindt. Daarom wordt de suspensie in de stofoploop onder druk gezet, waardoor de uitstroomsnelheid wordt opgevoerd tot de loopsnelheid van het doek. Bovendien wordt de suspensie vlak voor uitstroming op het zeefdoek in beweging gebracht, zodat er geen vlokvorming kan optreden. PM11, Gratkorn de mate waarin de vezels zich vrij in de suspensie kunnen bewegen. We spreken in dit verband van filtratie en indikking. Filtratie Hier is sprake van een scherpe overgang tussen de reeds gevormde vezellaag op het zeefdoek en de suspensie daarboven. De pulpconcentratie is in de vloeibare fase nagenoeg constant, waardoor de vezels in verhouding tot de exacte toestand van de pulpmassa makkelijk met elkaar in contact kunnen komen. Het proces van bladvorming kan met behulp van een aantal machine-elementen worden gestuurd. We onderscheiden vier hoofdcategorieën: 1. Meelopende elementen het in een lus lopende zeefdoek het bovenzeef, het onderzeef 2. Roterende elementen PM6, Ehingen Via de uitstroomlip verlaat de vezelsuspensie de stofoploop om uit te stromen op het zeefdoek. Het vezelmengsel kan in deze fase een dikte hebben tot circa 18 millimeter. Bladvorming in de zeefpartij Zodra de suspensie in contact komt met het zeefdoek, zakken de vezels door hun natuurlijke stromingsweerstand vanzelf naar beneden, waardoor zich direct op het zeefdoek een eerste laag vezels begint te vormen, die van bovenaf aangroeit. In combinatie met de constante ontwatering die op het zeefdoek plaatsvindt, komen daardoor twee verschillende processen van bladvorming op gang, afhankelijk van de registerwals de vormwals de zuigwals de aandrukwals de egoutteur 3. Stationaire elementen de zeeftafel de hydrofoil de vacufoil de natte zuigkast de vlakke zuigkast 4. Mechanische elementen de uitstroominstelling van de stofoploop de zijdelingse beweging van het zeefdoek 7
Indikking Hier is eerder sprake van een geleidelijke overgang tussen de gevormde vezellaag en de suspensie. De concentratie neemt van boven naar beneden lineair toe en de vezels worden in de supensie geïmmobiliseerd. Tegelijkertijd wordt water uit alle lagen van de suspensie afgevoerd en opgevangen voor hergebruik. De twinformer De bladvorming in feite een proces van aanhoudende concurrentie tussen filtering en vlokvorming vindt plaats in de zeefpartij van de papiermachine. Er zijn verschillende soorten zeefpartijen. Bij het traditionele en meest bekende systeem vormt het zeefdoek een gesloten lus (endless wire). Het is een algemeen toepasbaar principe dat een hoge mate van flexibiliteit biedt ten aanzien van basisgewicht en bladeigenschappen van het gevormde papier. Daar staat tegenover dat ontwatering hier alleen via de onderkant plaatsvindt. Daarom is er een tweede systeem ontwikkeld, dat van de zogenaamde twinformer, waarbij het vezelmengsel na de eerste ontwateringfase door een dubbele baan van zeefdoeken wordt gevoerd, een aan de onderkant en een aan de Gapformer De gapformer Er zijn ook moderne, snelle papiermachines die gebruik maken van een zogenaamde gapformer. Het vezelmengsel wordt daar, onmiddellijk na het verlaten van de stofoploop, tussen twee zeefdoeken gebracht, een aan de onderkant en een aan de bovenkant. De vezelstof wordt op die manier onmiddellijk, binnen milliseconden, gefixeerd en de verdere ontwatering heeft geen invloed op de bladvorming. Het is een zeer efficiënt systeem, dat echter wel hoge eisen stelt aan de technische kwaliteit van de stofoploop en het constante gedeelte van de papiermachine. Twinformer bovenkant van de vezelmassa, en waarbij het water ook naar boven toe wordt afgezogen via speciale zuigkasten. Het vezelmengsel ontwatert op die manier sneller, wat niet alleen het productieproces efficiënter maakt, maar ook resulteert in papier dat minder verschil vertoont in boven- en onderzijde. 8
Ontwatering in de perspartij Na de eerste fase van bladvorming, waarin de voornaamste kenmerken van het papier in principe al zijn bepaald, volgt een tweede proces van droging en compressie. In de perspartij wordt het papier verder gedroogd door een aantal walsen die verticale druk uitoefenen op het papieroppervlak. Het water dat op die manier uit het papier wordt geperst, wordt opgevangen en afgevoerd door natvilten. Er zijn tegenwoordig ook shoe presses, die op de plaats van een van de walsen een hydraulische shoe hebben die door de verlengde perszone efficiënter werkt. droogcilinders, waar het papier in twee gangen, een voor elke zijde, overheen wordt gevoerd. Het droogproces vindt plaats in verschillende fasen. In de eerste, kortstondige fase wordt het papier alleen verwarmd. Er is op dat moment nog geen sprake van verdamping. Daarna volgt de fase waarin het natte papier zijn vochtinhoud afgeeft aan de omgeving door middel van verdamping. Tenslotte volgt een laatste fase van geforceerde verdamping waarin het papier wordt nagedroogd. De eindpartij Als het droogproces is afgerond, gaat het papier in veel gevallen door een machinekalander die de dikte van het papier uniformer maakt. Naast machinekalanders met stalen walsen zijn er ook zogenaamde soft calenders, bestaande uit een serie van walsparen, een van staal en een met een zachtere, kunststof mantel. Dit systeem zorgt voor een betere effenheid en voorkomt het effect van black glazing. Druk Tijd Lengte van de perszone Baansnelheid Aan het einde van de machine wordt het papier op een ijzeren stang gewikkeld, de zogenaamde tamboer. Meestal wordt hierbij een pope rol gebruikt die voor een regelmatige opwikkeling zorgt. De tamboer drukt tegen de pope rol, waardoor het papier in regelmatige wikkelingen en met constante snelheid wordt opgenomen. Nipdruk Op verschillende posities in de papiermachine bevinden zich frames met meetinstrumenten die de op dat moment ingestelde kwaliteitsparameters zoals basisgewicht, vocht en asgehalte, tint en opaciteit voortdurend controleren. Shoe press De droogpartij Na de perspartij heeft het papier een bestanddeel vaste massa van maximaal 50 tot 55 procent. Het resterende water kan alleen door middel van verdamping worden verwijderd. De gebruikelijke methode is contactdroging op een serie stoomverwarmde cilinders. De droogpartij bestaat uit een groot aantal verwarmde cilinders, de zogenaamde Droogpartij 9
Behandeling van het papieroppervlak De lijmpers De eenvoudigste vorm van veredeling is behandeling van het papieroppervlak in de lijmpers, een installatie die onderdeel uitmaakt van de papiermachine. Hier wordt het papier voorzien van een o.a. uit zetmeel bestaande lijmlaag die voor een steviger oppervlak zorgt en voorkomt dat er later, als het papier wordt bedrukt, problemen optreden met stuiven of plukken. In veel gevallen vormt deze lijming ook de ondergrond voor verschillende vormen van coating die in een later stadium worden aangebracht. De lijmpers bestaat uit een tweetal zachte, vaak met rubber beklede walsen, waar het papier tussendoor wordt gevoerd. De afstand tussen deze walsen is instelbaar, waardoor de dosering van de aan te brengen lijmlaag kan worden geregeld. De maximale dikte van de opgebrachte lijmlaag is bij een lijmpers beperkt. Filmpers De filmpers Met de hogere snelheden van moderne papiermachines en met de stijgende kwaliteitseisen die aan gepigmenteerd en machinegestreken papier worden gesteld, werden er ook persen ontwikkeld met meerdere walsen. Bij deze systemen wordt de aan te brengen laag vooraf exact gedoseerd en tussen de walsen overgebracht op het papier. Het opbrengen van de lijm gebeurt aan de andere zijde van de wals, volgens een aan het coatingproces ontleend principe. De snelheid van deze installaties is niet begrensd, zodat hoge concentraties lijming en pigmentering mogelijk zijn. 10
V Coating Waarom wordt papier gestreken? De afgelopen decennia zijn de eisen die aan drukmedia worden gesteld, enorm gestegen, zowel op het gebied van visuele eigenschappen als waar het gaat om bedrukbaarheid. Het aanbrengen van een coating of strijklaag maakt het papier mooier in termen van tint en witheid, glans en gladheid. Een strijklaag maakt het papier ook geschikt voor bedrukking met de fijnste rasters, terwijl met dunnere inktlagen een groter kleurenscala en meer contrast kan worden bereikt. Een strijklaag bestaat voornamelijk uit pigmenten en bindmiddelen, gemengd met andere procesmaterialen. Een van de belangrijkste aspecten bij strijken is het zorgvuldig op elkaar afstemmen van strijkmateriaal, proces, machine, instellingen en basispapier. Afhankelijk van de gestelde eisen kan papier enkelvoudig, dubbel of zelfs drievoudig worden gestreken, met de daarbij behorende droging. Machines en methoden dienen hier met zorg te worden gekozen en gecombineerd op basis van een afweging van voordelen en mogelijkheden. De coatingmachine Vóór de eigenlijke coatingmachine bevindt zich een omroller, die ervoor zorgt dat ondeugdelijk papier wordt verwijderd. Om insteltijden aan de coatingmachine te overbruggen, moet deze omroller op een hogere snelheid draaien dan de papiermachine. De omroller is voorzien van een afwikkelsysteem met een vliegende wissel (flying splice). Achtereenvolgens worden de beide zijden van het papier gestreken en gedroogd dat laatste gebeurt door infrarode warmte of hete-lucht foils, waarna droogcilinders het proces afronden. Walsen met spiraalgroeven en breedstrekwalsen zorgen voor veilig transport van de papierbaan door de coatingmachine. Het belangrijkste gedeelte van de coatingmachine bestaat uit het opbrengsysteem met het strijkaggregaat. Onder elke coater bevindt zich een werkstation, dat zorgt voor het oppompen van de coatingmassa uit de roestvrij stalen preparatietanks, die speciaal worden gekoeld om te voorkomen dat de coating aan de wanden kleeft en daardoor gaat klonteren. De coatingmassa wordt voortdurend gefilterd en belucht om te voorkomen dat bij het opbrengen onregelmatigheden ontstaan, bijvoorbeeld in de vorm van messtrepen. Ook hoeveelheid en vochtgehalte worden constant nauwlettend bewaakt en waar nodig bijgesteld. Bij Sappi wordt gebruikgemaakt van diverse vormen van film coating en blade coating, twee verschillende coatingtechnieken. Coating Basispapier Film coating Coating Bij de film coating methode wordt de coating via een elastische rol overgebracht op de papierbaan. Het resultaat is een overal even dikke strijklaag die de contouren van het papieroppervlak volgt. Men spreekt dan ook wel van contour-coating. Bij blade coating wordt een extra dikke strijklaag op het papier gebracht, die daarna weer gedeeltelijk wordt afgestreken door een stalen mes. Door de druk die het mes daarbij uitoefent, wordt een egaal papieroppervlak bereikt, doordat de onregelmatigheden in het papier worden genivelleerd. Basispapier Blade coating 11
Bereiding van de coating Een coating bestaat voornamelijk uit pigmenten (krijt, klei of talk), gemengd met bindmiddelen die ervoor zorgen dat de pigmenten aan elkaar en aan het papier hechten. Afhankelijk van de toepassing waarvoor het papier is bedoeld en het type en de structuur van de pigmenten, zijn verschillende hoeveelheden van deze bindmiddelen nodig. Er zijn natuurlijke bindmiddelen, zoals zetmeel, en synthetische, zoals latex. Daarnaast worden procesmaterialen gebruikt, die de eigenschappen van de coating verder aanpassen. Het bekendste procesmateriaal is optische witmaker, dat onzichtbaar ultraviolet licht omzet in zichtbaar blauwachtig wit licht. Het papier krijgt daardoor een helder wit effect. De ingrediënten worden volgens exact recept gemengd in tanks in de coatingkeuken. De samenstelling van de coating wordt automatisch gestuurd, om ervoor te zorgen dat er geen verschillen optreden tussen opeenvolgende partijen. Meet-frames in de coatingmachine, die soms deel uitmaakt van de papiermachine zelf, controleren voortdurend het gewicht van de coatingmassa en de glans van het papier, zodat de belangrijkste kwaliteitsparameters altijd worden aangehouden. Meestal is de coatingkeuken ook de plaats waar de (al dan niet gepigmenteerde) zetmeeloplossing wordt gemaakt voor de lijmpers. Superkalander Vl Afwerking De kalander Bewerking in een kalander of superkalander maakt het papier extra glad en geeft het een hogere glans. Het papier loopt tussen een aantal opeenvolgende walsen door, tot tien in totaal, die druk uitoefenen en warmte afgeven. De gebruikte apparatuur kan geïntegreerd zijn in de papiermachine of op zichzelf staan. Op zichzelf staande (off-line) installaties, de zogenaamde superkalanders, hebben soms wel zestien walsen. Het oppervlak van de walsen kan afwisselend bestaan uit hard staal en zacht, elastisch materiaal. Elke combinatie heeft zijn eigen effect op de glans en gladheid van het papier. Afhankelijk van het type en de beoogde toepassing, is het papier, na behandeling in de coatingmachine en afwerking in de kalander, nu in principe klaar. 12
De omroller De omroller dient voor het omwikkelen van de rollen papier van de ene tamboer op de andere. Bij dit omrollen komt de binnenkant van het papier in veel gevallen aan de buitenkant te liggen. De zijkanten van de papierbaan kunnen worden afgesneden en ondeugdelijk papier kan worden verwijderd. De bobineuse Het afgewerkte papier bevindt zich na de laatste bewerking op tamboers die de breedte hebben van de volledige papierbaan. Deze tamboers worden nu op de bobineuse tot smallere rollen versneden door rondmessen die op de vereiste breedte worden ingesteld. Deze smallere rollen worden als zodanig aan de klant geleverd, of ze worden op een vellensnijmachine volgens de gegeven formaatspecificaties tot vellen gesneden. Bobineuse De vellensnijmachine Op de vellensnijmachine worden de door de bobineuse geproduceerde smallere rollen tot vellen versneden. In een vellensnijmachine kunnen, afhankelijk van de capaciteit van de machine en het snijgewicht van de gezamenlijk te verwerken rollen, meerdere rollen tegelijk worden geplaatst. Belangrijk is hier dat de snijkanten schoon zijn, dat wil zeggen, dat er geen snijstof aanwezig is dat later, als het papier wordt bedrukt, problemen zou kunnen veroorzaken. De rollen worden in de vellensnijmachine aan beide zijden afgesneden, waarna een rondmes het papier eventueel nogmaals in de lengterichting doorsnijdt. Daarna snijdt het kapmes de korte kanten door, waardoor het gewenste formaat vel wordt bereikt. Vellensnijmachine Er bestaan diverse technieken voor het invoeren en snijden van de rollen, maar dat zijn details waar we hier niet nader op ingaan. Belangrijk is dat het snijproces volkomen synchroon moet verlopen om de vellen op exact het juiste formaat en exact haaks te kunnen snijden. Direct na het kapmes bevindt zich een transportband die de stapel vellen tijdens het snijden in positie houdt en ze vervolgens naar een tweede transportband overbrengt. De vellen worden op hoge snelheid overgebracht naar de tweede transportband, waar ze worden afgeremd en overlappend worden neergelegd om verder te worden getransporteerd naar de uitleg op de stapel. Moderne snijmachines kunnen verschillende formaten produceren. Bovendien wordt in de snijmachine de kwaliteit van het papieroppervlak gecontroleerd, de vellen worden geteld en van telstroken voorzien en slechte vellen worden uitgesorteerd. Er hoeft zelfs niet te worden gestopt voor het verwisselen van pallets, want ook dat gebeurt automatisch. De schoonsnijmachine Een schoonsnijmachine is bedoeld voor het op maat snijden van kleinere partijen. Opnieuw instellen van de vellensnijmachine zou in dat geval niet rendabel zijn. Deze machines kunnen het papier ook over allevier de zijden op maat snijden voor speciale drukprocessen. 13
Vll Verpakking en opslag Tenslotte wordt het papier verpakt en getransporteerd in de vorm van rollen, riemen of in bulkverpakking. Een goede verpakking voorkomt beschadiging tijdens transport en beschermt het papier tegen vocht. De transportmiddelen en de methode van transport bepalen welk type verpakking het meest geschikt is. Geautomatiseerde rolleninpakmachines vervullen een groot aantal taken, waaronder: Het lezen van de barcodes en het doorgeven van de IDcodes aan de computer. Plausibiliteitscontrole. Centreren en positioneren. Aanbrengen van de binnenrondellen. Selectie van het verpakkingspapier en het feitelijke inpakken van de rollen volgens een ingesteld aantal wikkelingen. Selectie van het type lijming. Aanbrengen van de buitenrondellen. Wegen. Aanbrengen van de etiketten en uitvoeren voor transport. Verpakking van pallets Het verpakkingspapier wordt afgesneden, om het papier gewikkeld en vastgelijmd. De verpakte riemen worden vervolgens op pallets gestapeld en van riemetiketten voorzien. De pallets met papier in vellen (in riemen of in bulkverpakking) worden daarna in waterdampdicht wikkel- of krimpfolie verpakt. Voor transport over grotere afstanden, wordt voor extra stabiliteit ook nog een dekplaat aangebracht en wordt het geheel verstevigd met stalen of kunststof banden. Voor pallets die op deze manier waterdampdicht zijn verpakt, is geen volledige airconditioning nodig als ze op voorraad worden gehouden. Ze kunnen onder licht- en waterwerende condities in het magazijn worden opgeslagen. In de papierfabriek en bij de groothandel wordt in veel gevallen gebruikgemaakt van hoge opslagstellingen. De pallets kunnen daar in willekeurige volgorde worden opgeslagen en door computersystemen automatisch worden gepickt voor transport op een later tijdstip. Verpakking van rollen In het geval van vellen kan het papier worden verpakt als riemen of in bulkverpakking, direct op de pallet. Een riem bevat 100, 250 of 500 vellen. Bij kleinere orders of speciale formaten worden de riemen handmatig verpakt, bij grotere orders in standaardformaat gebeurt het automatisch. Bij de keuze van het verpakkingsmateriaal wordt rekening gehouden met de wensen van de klant. Natuurlijk speelt bescherming tegen beschadiging en vocht een primaire rol, maar daarnaast is het verpakkingsmateriaal een uitstekend reclamemedium. De gedefinieerde eenheden te verpakken papier worden, voordat ze de riemeninpakmachine bereiken, van de stapel genomen en in de juiste positie doorgevoerd naar de eerste inpak-unit. Het geautomatiseerde magazijn 14
VllI Papiereigenschappen In de data sheets worden de belangrijkste eigenschappen genoemd die bepalend zijn voor de kwaliteit van het papier. Dit zijn onder andere: Gramgewicht Gramgewicht, gemeten in gram per vierkante meter onder specifieke condities. Het gramgewicht is de som van vezelmateriaal, vul- en hulpstoffen, en restwater. Witheid Witheid of brightness, gemeten als een percentage van absolute witheid (magnesium-oxide = 100%). Hoe hoger de gemeten waarde, des te witter het papier. Glans Glans, oftewel het percentage onder een gedefinieerde hoek invallend licht dat door het papieroppervlak wordt weerkaatst. Hoe meer licht wordt weerkaatst, des te hoger de glanswaarde. Ruwheid Ruwheid, gedefinieerd als de afwijking van een ideaal, perfect egaal oppervlak. Hoe dichter het papier deze ideale norm benadert, hoe gladder het is. Om de ruwheid, uitgedrukt in PPS-waarden, te bepalen wordt gemeten hoeveel lucht er weglekt tussen het papieroppervlak en de volkomen vlakke meetkop. De diepte van de poriën in het papier wordt bepaald aan de hand van een gedefinieerde cirkel. Hoe hoger de PPS-waarde, hoe ruwer het papier. Opaciteit Opaciteit, uitgedrukt als een percentage van weerkaatst licht. Papier dat veel licht doorlaat, is transparant. Papier dat weinig licht doorlaat, is opaak. Hoe hoger de gemeten waarde, des te hoger de opaciteit. Relatieve vochtigheid Relatieve vochtigheid, oftewel het percentage waterdamp dat bij een bepaalde temperatuur fysiek aanwezig is in de lucht tussen de afzonderlijke vellen van een stapel papier of tussen de wikkelingen van een rol papier. ph-waarde De ph-waarde bepaalt het zuur-, respectievelijk alkalisch gehalte, van het papieroppervlak. Op een schaal van 0 tot 14 staat een lage ph-waarde voor oppervlak met een hoog zuurgehalte, een ph-waarde van 7 betekent neutraal, en alles daarboven betekent in toenemende mate alkalisch. Papier met een neutrale ph-waarde geeft de beste resultaten bij bedrukken en verdere verwerking. Specifiek volume Dikte wordt uitgedrukt in micrometer (µm). Om papieren van verschillende gramgewichten met elkaar te kunnen vergelijken, wordt specifiek volume gebruikt. Specifiek volume is de dikte van het papier herleid tot een basisgewicht van 100 g/m 2. Voor berekening wordt de volgende formule gebruikt: dikte (µm) volume = gramgewicht (g/m2 ) Kleurbereik 15
IX Slotopmerkingen De inhoud van deze brochure is gebaseerd op de papiertechnische ervaring van de auteur en teksten uit de vakliteratuur, met name Het Papierboek. Op deze plaats willen wij een bijzonder dankwoord uitspreken aan het adres van de EPN Uitgeverij Houten, Nederland Sappi Fine Paper Europe head office Sappi Fine Paper Europe sales office Sappi Fine Paper Europe mill UK Speciality mill Sappi Trading sales office 16
De productie van papier is een van Sappi's technische brochures. Sappi heeft deze kennis over papier bijeengebracht om onze klanten te inspireren om het maximale uit zichzelf te halen. Water Interference Mottling Water als storende factor in de offsetdruk? Garenloos binden: Lijmtechnieken Ontwikkelingen in de druk- en papierindustrie en de betekenis voor lijmtechnieken in de boekbinderij Mat Verarbeitung papier in de von praktijk Mattpapier Waarom Warum verdienen vereisen matte Mattpapiere papieren speciale aandacht? besondere Beachtung? sappi Vouwen en rillen Verwerking van gestreken papieren na de vellenoffsetdruk De productie van papier Van hout tot gestreken papier Het drukproces Vellen-offset- en rotatie-offsetdruk sappi sappi sappi sappi idea exchange De video over de productie van papier en andere technische brochures zijn aan te vragen op onze knowledge bank: www.ideaexchange.sappi.com/knowledgebank
www.sappi.com Sappi Fine Paper Europe Sappi Europe SA 154 Chausseé de la Hulpe B-1170 Brussels Tel. + 32 2 676 97 36 Fax + 32 2 676 96 65 sappi The word for fine paper