نقش پودر کلر در صنعت کاغذسازی و سلولز

مقدمه ‌ای بر نقش کلر در صنعت کاغذسازی

صنعت کاغذسازی از دیرباز از کلر و ترکیبات آن برای سفید کردن خمیر کاغذ استفاده می ‌کند. این فرآیند که به سفیدسازی شیمیایی معروف است لکه ‌ها و رنگدانه ‌های موجود در خمیر چوب را که از منابع طبیعی نشات می ‌گیرند از بین می ‌برد و کاغذی روشن ‌تر و با کیفیت ‌تر تولید می‌ کند. استفاده از کلر روشی مؤثر برای دستیابی به سفیدی مطلوب و مطابق با استانداردهای کیفی بازار است. با این حال ملاحظات زیست محیطی در مورد محصولات جانبی فرآیند سفیدسازی شیمیایی با کلر به مرور زمان باعث جستجوی جایگزین‌ های سازگارتر با محیط زیست شده است. این جایگزین‌ ها روش ‌های بدون کلر یا روش ‌های کلر کم را شامل می‌ شوند. امروزه تلاش ‌های زیادی برای کاهش میزان کلر مصرفی در صنعت کاغذسازی و استفاده از روش‌ های جایگزین صورت می‌ گیرد تا هم به سفیدی مطلوب کاغذ دست یابند و هم اثرات زیست محیطی این صنعت را به حداقل برسانند. این امر به بهبود پایداری صنعت و حفاظت از منابع طبیعی کمک می ‌کند.

پودر کلر چیست و چگونه تولید می ‌شود ؟

پودر کلر شکل جامد گاز کلر (Cl2) است که به صورت تجاری در دسترس بوده و بیشترین میزان تولید آن نیز به خرید پودر کلر استخر اختصاص می یابد. این ماده یک ترکیب شیمیایی با خاصیت اکسیدکنندگی قوی است. روش‌ های مختلفی برای تولید پودر کلر وجود دارد که معمولاً بر پایه الکترولیز محلول آب نمک استوار هستند. در این روش با عبور جریان الکتریکی از محلول نمک گاز کلر در آند تولید می ‌شود. سپس این گاز در فرایندهای مختلف تصفیه و خشک می‌ شود و در نهایت به صورت پودر کلر بسته ‌بندی می‌ گردد. نوع پودر کلر مورد استفاده در صنایع به کاربرد آن و میزان خلوص مورد نیاز بستگی دارد. برخی از انواع پودر کلر دارای افزودنی‌ هایی هستند که به بهبود عملکرد و یا کاهش خطرات آن کمک می ‌کنند به همین دلیل نیز شاهد کاربردهای پودر کلر در صنایع غذایی و لبنی هستیم . در کنار روش الکترولیز روش ‌های دیگری نیز برای تولید کلر وجود دارد اما روش الکترولیز روش غالب در مقیاس صنعتی است.

تصفیه و سفیدسازی خمیر کاغذ با پودر کلر

این ماده لیگنین و سایر ناخالصی‌ های موجود در خمیر چوب را که سبب تیرگی رنگ کاغذ می‌ شوند از بین می ‌برد. واکنش کلر با لیگنین ساختار این پلیمر پیچیده را تخریب و به ترکیباتی قابل حل تبدیل می ‌کند. در نتیجه خمیر روشن‌ تر می ‌شود و ویژگی‌ های مطلوب کاغذ مانند سفیدی ، مقاومت و چاپ‌ پذیری بهبود می ‌یابند. فرآیند سفیدسازی با کلر در مراحل مختلف تولید کاغذ با کنترل دقیق غلظت و زمان تماس کلر با خمیر انجام می ‌شود.

تأثیر پودر کلر بر کیفیت نهایی کاغذ

استفاده از پودر کلر در سفیدسازی مستقیماً بر ویژگی ‌های نهایی کاغذ تأثیر می ‌گذارد. کاغذ تولید شده با کلر سفیدی و روشنی بالاتری نسبت به کاغذهای تولید شده بدون کلر یا با روش ‌های جایگزین دارد. این افزایش سفیدی مخصوصاً برای کاغذهای چاپ و نوشتن امری حیاتی است. با این حال استفاده بیش از حد از کلر باعث کاهش مقاومت کاغذ و آسیب به فیبرهای سلولزی می شود. بهینه سازی مقدار کلر در فرآیند سفیدسازی به تولید کاغذی با مقاومت کششی و پارگی مطلوب منجر می ‌شود. همچنین درخشندگی کاغذ نیز تحت تاثیر میزان کلر مصرفی قرار می ‌گیرد.

مقایسه روش ‌های سفیدسازی : کلر در مقابل جایگزین ‌های دیگر

سفیدسازی خمیر کاغذ با کلر روشی سنتی و موثر است که به سفیدی بالا می ‌انجامد. با این حال تولید محصولات جانبی مضر برای محیط زیست استفاده از آن را محدود کرده است. روش‌ های جایگزین مانند دی ‌اکسید کلر اثر زیست محیطی کمتری دارند و سفیدی قابل قبولی ایجاد می ‌کنند هر چند هزینه تولید و فرآیند پیچیده‌ تری دارند. ازن سفیدی خوبی ارائه می‌ دهد و به محیط زیست آسیب کمتری می ‌زند اما در واکنش با لیگنین کمتر موثر است و نیازمند تجهیزات تخصصی است. پراکسید هیدروژن نیز یک سفیدکننده ملایم و زیست ‌سازگار است که سفیدی کمتری نسبت به کلر ارائه می‌ دهد و برای رسیدن به سفیدی مطلوب نیاز به مراحل و زمان بیشتری دارد. انتخاب روش سفیدسازی به ملاحظات اقتصادی و زیست ‌محیطی و نوع کاغذ تولیدی بستگی دارد.

نقش کلر در افزایش مقاومت و دوام محصولات کاغذی

کلر فراتر از سفیدسازی نقش قابل توجهی در بهبود ویژگی ‌های فیزیکی کاغذ ایفا می ‌کند. استفاده کنترل شده از کلر ساختار فیبرهای سلولزی را اصلاح و به استحکام کاغذ می ‌افزاید. این بهبود استحکام ، مقاومت کاغذ در برابر پارگی و کشش را افزایش می‌ دهد. کلر می‌ تواند به نرمی و لطافت کاغذ بیافزاید به خصوص در کاغذهای بهداشتی. با این حال استفاده بیش از حد از کلر ساختار سلولزی را تخریب و دوام کاغذ را کاهش می دهد. بنابراین بهینه ‌سازی میزان کلر در فرآیند سفیدسازی برای حصول به تعادلی بین سفیدی ، مقاومت و دوام محصول کاغذی ضروری است.

فرآیند بازیافت کاغذهای سفید شده با کلر

بازیافت کاغذهای سفید شده با کلر چالش ‌های ویژه ‌ای دارد. مهم‌ ترین مسئله حضور ترکیبات کلردار باقیمانده در کاغذ است که در مراحل بازیافت مضرات زیست‌ محیطی ایجاد می کند و کیفیت محصول بازیافتی را تحت تاثیر قرار می دهد. این ترکیبات به طور بالقوه می ‌توانند در فرآیند پالپ ‌سازی مجدد واکنش داده و به تشکیل دیوکسین ‌ها و فوران ‌ها منجر شوند که ترکیبات آلاینده بسیار خطرناک هستند. برای غلبه بر این چالش کنترل دقیق کیفیت کاغذهای ورودی به خط بازیافت ضروری است. فرایندهای پیشرفته ‌تر بازیافت ، تجهیزات جداسازی و تصفیه را برای حذف ترکیبات کلردار به کار می‌ گیرند. هدف این است که با کاهش میزان ترکیبات مضر کاغذ بازیافتی با کیفیت بالا و سازگار با محیط زیست تولید شود.

کلر و تولید محصولات سلولزی خاص مانند دستمال کاغذی و مقوا

در تولید محصولات سلولزی خاص مانند دستمال کاغذی و مقوا از کلر برای رسیدن به سفیدی و ویژگی‌ های کیفی خاص استفاده می‌ شود. برای دستمال کاغذی سفیدی بالا و نرمی بافت از اهمیت بالایی برخوردار است و کلر به دستیابی به این ویژگی‌ ها کمک می‌ کند. در تولید مقوا کلر نقش مهمی در افزایش استحکام و مقاومت مقوا دارد. کیفیت نهایی محصولات به میزان و نوع کلر به کار رفته و همچنین سایر مراحل فرآوری بستگی دارد. استفاده از کلر در مقادیر بهینه به تولید محصولات با کیفیت بالا منجر می ‌شود اما کنترل دقیق میزان مصرف آن برای به حداقل رساندن اثرات زیست ‌محیطی ضروری است. این امر به خصوص در مورد دستمال کاغذی که مصرف بالایی دارد بسیار حائز اهمیت است.

مقررات و استانداردهای زیست ‌محیطی استفاده از کلر در کاغذسازی

ملاحظات زیست‌ محیطی استفاده از کلر در کاغذسازی را تحت کنترل شدید قرار داده است. سازمان ‌های بین ‌المللی و قوانین ملی محدودیت ‌های سختگیرانه ‌ای را برای انتشار ترکیبات آلی کلردار (AOX) و دیگر آلاینده‌ ها وضع کرده‌اند. این استانداردها حداکثر میزان AOX مجاز در پساب کارخانه ‌های کاغذسازی را تعیین می ‌کنند و نیاز به استفاده از سیستم‌ های تصفیه پیشرفته را الزامی می‌ سازند. عدم رعایت این مقررات منجر به جریمه‌ های سنگین و تعطیلی کارخانه می ‌شود. بنابراین کارخانه‌ های کاغذسازی مجبور به سرمایه‌ گذاری در فناوری ‌های نوین تصفیه و جایگزینی روش ‌های سفیدسازی با کلر با روش ‌های سازگارتر با محیط زیست هستند.

فناوری‌ های جدید برای کاهش مصرف کلر در صنعت سلولز

روش ‌های سفیدسازی بدون کلر (ECF) و کم کلر (TCF) به عنوان راهکارهای اصلی مطرح هستند. در روش ECF از دی اکسید کلر استفاده می ‌شود که محصولات جانبی سمی کمتری تولید می ‌کند. روش TCF از عوامل سفیدکننده ‌ای مانند پراکسید هیدروژن ، ازن و پراکسیدات ‌های دیگر استفاده می‌ کند و هیچ گونه کلر در فرآیند دخالت ندارد. هرچند این روش ‌ها هزینه تولید را افزایش می‌ دهند اما مزایای زیست‌ محیطی آنها اهمیت اقتصادی آن ‌ها را توجیه می‌ کند.

نقش کلر در تولید کاغذهای بهداشتی و ضدعفونی شده

خاصیت ضدعفونی‌ کنندگی کلر باعث از بین رفتن باکتری ‌ها و میکروارگانیسم ‌های موجود در خمیر کاغذ می ‌شود و به تولید محصولی بهداشتی و ایمن منجر می ‌گردد. این امر مخصوصاً در تولید دستمال کاغذی ، دستکش ‌های پزشکی و سایر محصولات بهداشتی حساس از اهمیت بالایی برخوردار است. کنترل دقیق میزان کلر مصرفی برای جلوگیری از باقیمانده کلر مضر در محصول نهایی ضروری است. توجه به این نکته مهم است که روش ‌های جایگزین ضدعفونی ‌کننده همچون اشعه UV یا استفاده از مواد ضد میکروبی با منشاء طبیعی در حال توسعه و جایگزینی با کلر در این زمینه هستند. با این حال هنوز کلر در بسیاری از فرآیندهای تولید به عنوان روشی موثر و مقرون به صرفه مورد استفاده قرار می ‌گیرد.