Papperstillverkning. SCA Publication Papers Teknisk support

Transkript

1 Papperstillverkning SCA Publication Papers Teknisk support

2 Råvara Inledning Syftet med den här broschyren är att ge läsaren en förståelse för de material som används vid framställningen av papper och för de processer som används i det moderna pappersbruket för att tillverka högkvalitativa produkter för såväl offset- som rotogravyrtryck. Råvara Man kan använda många olika träslag vid tillverkning av pappersprodukter, men här är det främst bruket av barrträd och returfiber efter konsumentledet som kommer att beskrivas. Färsk skogsfiber som råmaterial Fördelen med barrträ är att det har långa starka fibrer som skapar ett komplext sammanvävt nät av massan på pappersmaskinen och som formeras bra i papperet. I Europa och de nordiska länderna är det främst gran och tall som används eftersom fibrerna i dessa har de mest fördelaktiga egenskaperna för papperstillverkningen. Returfiber som råmaterial I tätt befolkade områden, som Storbritannien och Centraleuropa, är det både ekonomiskt och miljömässigt klokt att använda returfibrer från konsumentledet. Det insamlade materialet är en bra källa till fibrer och vissa användbara mineraler. Man kan använda enbart detta material för att tillverka nytt papper, eller ha det som ett komplement till färsk skogsfiber vid tillverkningen av högkvalitativt papper. SCA har en bra balans mellan sitt bruk av returfiber och färsk fiber. Varje år använder vi 4,4 miljoner ton returfiber och 4,2 miljoner ton färsk fiber. Vi är den största användaren av returfiber i Europa och varje år samlar företaget in 1,6 miljoner ton returpapper.

3 Massatillverkning Massatillverkning från skogsfiber De stora stockarna används till sågade trävaror. Massa- och pappers industrin använder överblivet material från sågverk, grenar och toppar och utgallrade träd. Det trä som tas från skogen består av två delar. Den inre delen, som består av användbara cellulosafibrer, och den yttre delen som består av bark. Barken skulle försämra papperskvaliteten om den lämnades kvar i massaprocessen och tas därför bort före kokningen. Bark är ett viktigt biobränsle. De avbarkade stockarna kan sedan ta olika vägar för att bli pappersmassa. Mekanisk massa kan tillverkas med olika metoder. I dessa metoder används närmare 98 % av trävolymen för att tillverka massa med hög opacitet. Kemisk massa får man genom att avlägsna lignin ur träet. Lignin är det ämne som binder samman fibrerna i det växande trädet. Genom att ta bort ligninet minskar utbytet av träet till 50 % och man får en fiber med god styrka, men med mindre opacitet. Mekanisk massa Utbyte % Massaprocesser Termomekanisk massa (TMP) Kemitermomekanisk massa (CTMP) Utbyte % Utbyte % Kemisk massa Sulfatprocess Utbyte % En TMP-raffinör producerar ca 300 ton massa per dag. Mekanisk massa slipmassa Det här är det äldsta sättet att tillverka massa och det uppfanns runt De barkade stockarna pressas mot en roterande slipsten som separerar fibrerna från varandra. Vatten tillförs för att kyla slipstenen under den intensiva friktionen då stockarna pressas mot stenen. Massan passerar genom fina silar så att bara individuella fibrer kan föras vidare. Massan rengörs också från andra främmande material såsom sand och små partiklar. Pulp

4 Massatillverkning Mekanisk massa: Termomekanisk massa (TMP) I den här produktionsmetoden förvandlas stockarna till flis. Flisen tvättas ren från sand och partiklar som annars kan slita på processutrustningen. Flisen hettas upp med ånga så att den blir mjuk och matas därefter in i raffinören med hjälp av vatten. Raffinören består av två motroterande skivor (malsegment) där varje skiva har kanaler som strålar ut mot ytterkanterna från en mittpunkt. Dessa kanaler blir smalare längre ut mot skivans ytterkant. Den mjuka träflisen matas in i mitten och när den kommer fram till kanten har skivorna finfördelat den till fibrer. Fibrer som inte har separerats helt skickas vid silningen vidare till en rejektraffinör för ytterligare bearbetning. Kemisk massa: Kallas även sulfatmassa Sulfatprocess Raffinör med en skiva. Som med TMP flisas och tvättas de barkade stockarna innan de går vidare till massakokningen. Flisen matas in i ett stort kärl, en så kallad kokare. Kemikalier tillförs som löser upp det lignin som binder fibrerna så att de släpper från varandra. Processen underlättas genom att temperaturen i kokaren ökas till ca C. Massan silas för att ta bort klumpar av fibrer som inte har separerats och därefter tvättas den för att avlägsna eventuella spår av kemikalier, sand och partiklar. De kemikalier som har använts återvinns för att ännu en gång användas i processen. Närbild på ett segment. SCA tillverkar helt klorfri (TCF) blekt sulfatmassa vid Östrands massafabrik. Ungefär hälften av anläggningens produktion används för SCA:s egen tillverkning av tryckpapper och hygienprodukter. Anläggningen tillverkar även kemitermomekanisk massa för bland annat hygien- och förpackningsprodukter. Kokaren vid SCAs massabruk i Östrand.

5 Bleaching 1. Massa efter kokning. 2. Massa efter silning. 3. Efter syrgasdelignifiering. Blekning Blekning är ett absolut krav för hög kvalitet. All massa, oavsett kokningsmetod, är mer eller mindre brun. All massa kan blekas för att öka ljusheten. Blekning är ett absolut krav för högkvalitativt tryckpapper eftersom det ger en bättre färgåtergivning. Trots att klorgas och klordioxid är oerhört effektiva när det gäller att bleka träfibrer har man av miljöhänsyn gradvis fasat ut dessa kemikalier från blekprocessen. Klorföreningar kan inte neutraliseras helt i brukens avloppsanläggningar. Behandlat vatten som släpps ut i floder och hav och som fortfarande innehåller rester av klorföreningar, som till exempel dioxin, förbrukar syre och förstör vattenmiljöer. Massa som har blekts utan dessa kemikalier kallas TCF (Totally Chlorine Free). Kemikalier som normalt används vid blekning är: Syre (O 2 ), Ozon (O 3 ) och väteperoxid (H 2 O 2 ). Tillsammans med mekanisk massa är det vanligast att man använder peroxidblekning för att nå en högre ljushet. De rester som blir kvar av dessa föreningar är enklare att hantera i brukens avloppsanläggningar och det slutliga avloppsvattnet har ingen skadlig effekt på vattenmiljön. 4. Peroxidblekning, steg Efter ozonblekning. 6. Peroxidblekning, steg 2. Vid SCA Östrand har produktionen varit klorfri sedan 1996 då det gamla blekeriet byttes ut mot en ny anläggning. Helt klorfri drift betyder att inga kemikalier som innehåller klor används vid blekningen. Vid SCA Ortviken är den mekaniska massaprocessen helt klorfri.

6 Returfibrer För att kunna producera en kvalitetsprodukt måste de insamlade tidningarna vara rena och torra. Massatillverkning från returfibrer Det är insamlade gamla tidningar och tidskrifter samt returer av tidningar och trycksaker som utgör basen för den massa som tillverkas av returfiber. Den här insamlingen kräver stora investeringar i måttanpassade insamlingsbehållare på platser som är lätta att nå för allmänheten. Denna insamling kompletteras med kommersiell insamling från utgivare och tryckerier för att uppnå den volym råvara som krävs för papperstillverkningen. Under det första steget i tillverkningen blandas en viss mängd tidningar, fettsyretvållösning och stora mängder varmt vatten i ett stort massakar. Då bryts bindningarna mellan fibrerna ned och avsvärtningen kan börja genom att svärtan fås att lossa från fibrerna. Det här steget separerar också det mesta av det tunga oönskade material som följer med alla tidningar och tidskrifter. Här ingår häftklamrar, påklistrat reklammaterial, CD-fodral, plastomslag och andra främmande föremål. Annat oönskat material tas bort med hjälp en virvelrenare och genom att sila massan. Massan tvättas nu i en tvättprocess i flera steg som systematiskt tar bort mer än 99 % av den trycksvärta som sitter Aylesford Newsprint i Storbritannien producerar ton tryckpapper av 100 % returfibrer per år, vilket är 1 % av den totala produktionen i världen på närmare 40 miljoner ton och 4 % av produktionen i Europa på 9,2 miljoner ton per år. Mer än ton återvunna tidningar används i den här processen varje år.

7 Papperstillverkning Avsvärtningsanläggning i Aylesford. på fibrerna. Fettsyretvål tillförs i ett stort kärl med varmt vatten och smutsig massa. Tvålen löser upp trycksvärtan från fibrerna. Tryckluft förs in från botten av kärlet och upp mot ytan. I och med det skapas bubblor som drar till sig de frisläppta färgpartiklarna. Bubblorna, och färgen, stiger till vattenytan där de bildar ett smutsigt skum. Detta skummas bort och förs ut i returvattnet. Den här processen upprepas i flera kärl tills massan är helt ren. Viss blekning kan behövas för att stabilisera ljusheten så att den blir enhetlig och jämn. Returfibrernas livslängd Färska fibrer behövs alltid i återvinningsprocessen eftersom fibrer bara kan återvinnas upp till sju gånger. Bara runt 80 % av returfibrerna kan återvinnas i avsvärtningsprocessen. Upprepad återvinning leder så småningom till kortare och svagare fibrer som till slut måste silas bort under återvinningen. Dessa förbrukade fibrer kan då brännas och producera energi. Aylesford Newsprint i Storbritannien producerar tryckpapper från 100 % returfibrer.

8 Paperstillverkning Mälden När massan har fått rätt ljushet kan man tillsätta färg för att stabilisera den exakta nyansen. Det mänskliga ögat är mycket känsligt för nyansskillnader. Beroende på slutprodukten kan vissa andra tillsatser och processmaterial tillföras till massan. Stora volymer vatten tillsätts innan mälden förs vidare till inloppslådan. Inloppslådan I inloppslådan är mäldens konsistens 99 % vatten och processmaterial och 1 % fibrer. Den här mängden vatten krävs för att förhindra flockning. Flockning är den tendens fibrer har att klumpas samman. Om detta tillåts hända skulle det leda till dålig arkformation. För att undvika flockning skapar man turbulens i inloppslådan, Inloppslådan levererar ett kontrollerat, jämnt flöde av mälden till nästa del av pappersmaskinen där formningen av arket påbörjas. Inloppslådan på PM 1 SCA Ortviken. Bild på en planviramaskin, PM 1 SCA Ortviken. Fourdriniermaskin eller dubbelviramaskin Massablandningen lämnar inloppslådan i ett kontrollerat, jämnt flöde och fortsätter ut på viran. Viran är en slags väv eller en sil med tunna hål som låter massablandningens dräneringsprocess att börja samt låter fibrerna forma en sammanvävd matta. Viran rör sig med ungefär samma hastighet som massastrålen. Detta kallas jet-to-wire-förhållande och bestämmer hur fibrerna formeras till ett sammanhängande lager när vattnet i massablandningen börjar dräneras bort. De flesta fibrerna orienterar sig i virans rörelseriktning, vilket gör att papperet blir starkare i maskinriktningen än i tvärriktningen. Om dräneringen bara skulle ske med hjälp av tyngdkraften skulle pappersarket få två tydliga sidor. För att inte skapa ett tvåsidigt papper möter en andra vira ovansidan av mälden när den rör sig framåt på den nedre viran. Med hjälp av registervingar och suglådor kan dräneringen ske från mäldens ovansida, och på så vis jämna ut fördelningen av de fina fibrerna och undvika tvåsidigheten. Virasektionen ökar torrhalten från 1 % till %.

9 Papperstillverkning uoformer TQv Bild av en Gap-Formermaskin, PM 11, SCA Graphic Laakirchen. Gap-Formermaskin Exempel på ny utveckling inom pappersteknologin är gapformers, som används i höghastighetspappersmaskiner. Med den här tekniken förs mälden från inloppslådan och sprutas via kanaler över pappersmaskinens hela bredd, direkt mellan två viror. Det gör att dräneringen kan ske från båda sidor samtidigt, vilket alltså ger en mer enhetlig struktur i arket. DuoFormer TQv I inloppslådan på en gap-formermaskin sprutas mälden in mellan virorna och påbörjar formningen av pappersarket. I en gap-former startar formningen och avvattningen av arket direkt när mälden förs upp på viran.

10 Papperstillverkning Bild av presspartiet. Presspartiet När själva formningen av pappersarket är klar avlägsnas ytterligare vatten i pappersmaskinens pressparti. Arket, som fortfarande innehåller mycket vatten, löper mellan flera stora stålvalsar som pressar ihop arket för att trycka ut ytterligare vatten. När pappersbanan löper mellan dessa stålvalsar är den placerad mellan två lager absorberande filtar. Filten, i form av ändlösa band, absorberar vattnet ungefär som ett läskpapper, medan suglådor drar ut vattnet ur filten innan de möter pappersarket under nästa varv. I slutet av presspartiet har torrhalten ökat till %. Arket håller nu ihop av sig självt. En Voith skopress befäster arkets form under avvattningen.

11 Papperstillverkning I torkpartiet torkas papperet med ånguppvärmda stålcylindrar. Torkpartiet För att uppnå papperets slutliga fukthalt tas ytterligare vatten bort genom avdunstning. Torkpartiet består av ett antal ångvärmda cylindrar över vilka pappersbanan passerar. Cylindrarna är ordnade så att pappersbanan först kommer i kontakt med den ena sidan av papperet och därefter med den andra för att få en jämn avvattning. Pappersbanan kan antingen stödjas under den här fasen eller vara självstödjande, beroende på hur utrustningen är konstruerad. Stödet ökar kontakten och värmeöverföringen och gynnar en högre hastighet. Papperet har nu tillverkats enligt en exakt specifikation och kan nu bearbetas vidare på olika sätt. För tidningspapper eller tidningspappersbaserade produkter kan en maskinkalander vara allt som krävs för att få en färdig produkt. En maskinkalander består av ett antal stålvalsar som ligger mot vardera sidan av papperet för att jämna till de ytligaste fibrerna. Vissa pappersmaskiner slutför processen med en softkalander. En softkalander har två par stålvalsar. En vals i varje par är täckt med ett mjukt plastmaterial och varje par är placerat så att varje vals kommer i kontakt med papperets båda sidor. Den här konstruktionen med en mjuk och en hård vals leder till olika friktionskraft mot papperet och ger en lätt glansig effekt när pappersfibrerna jämnas ut. Papper som kräver ytterligare bearbetning rullas upp på en stålspindel för att sedan skapa en jumborulle, även kallad tambour. Torrhalten i papperet är till slut %, beroende på vilken typ av produkt man tillverkar. Torkpartiet bakom stängda dörrar på PM 11 i Laakirchen.

12 Papperstillverkning Bestrykning Vid tillverkning av papper som kräver hög kvalitet, hög ljushet, lång hållbarhet och en yta som lämpar sig extra bra för tryckning kan man tillföra ett bestrykningsskikt på det baspapper som produceras på pappersmaskinen. Bestrykningsskiktet består huvudsakligen av kaolin (även kallat China Clay) och krita (kalciumkarbonat CaCo 3 ). Det krävs även ett bindemedel för att det fina, kaolin- och kritapulvret ska fästa vid baspapperet och kunna skapa ett sammanhängande lager. Andra material, som till exempel optiska blekmedel, kan också användas för att förbättra papperets utseende. Dessa fungerar genom att ultraviolett ljus förvandlas till det synliga spektrumet vilket ger papperet en blå-vit nyans. Papperet kan slutligen få en glättad eller matt yta, beroende på ytterligare processer. I en bladbestrykare regleras bestrykningsskiktets tjocklek med ett stålblad som skrapar bort överskottet och för det tillbaka till en behållare. Bestrykaren I de flesta papperstillverkningsprocesser kan bestrykningen göras på ett av två sätt, eller med en kombination av dessa två metoder. Vid filmbestrykning tillförs ett skikt av en bestämd volym till baspapperet. Bestrykningen följer baspapperets konturer i ett jämnt skikt. Vid bladbestrykning tillförs ett bestrykningsskikt som är tjockare än vad som krävs i slutänden. Överskottet stryks bort från baspapperet med ett blad och kvar blir ett slätt bestrykningsskikt. Filmbestrykning lämpar sig på lägre ytvikter då det täcker bättre och som förbestrykning. Bladbestrykning används på högre ytvikter. I båda dessa metoder bestryks och torkas först den ena sidan av papperet och därefter behandlas den andra sidan på samma sätt. Torkningen sker med infraröda och luftburna torkar, beroende på vilken typ av utrustning som används. Bestrykning Bestrykning Baspapper Filmbestrykning. Baspapper Bladbestrykning. SCA Ortviken har två LWC-maskiner som producerar ton heatset web offset-papper per år. Cirka 25 % av den totala volymen är FSC-certifierad. Märket för ett ansvarsfullt skogsbruk.

13 Laakirchen PM 11 - Janus Kalander Papperstillverkning Kalandrering För att ge papperet sin slutliga finish kalandreras det. Kalanderns uppgift är att korrigera små oregelbundenheter i pappersstrukturen och att ge det sin slutliga finish. Vad gäller bestruket papper så polerar kalandern bestrykningsskiktet för att ge ytan rätt jämnhet och glans. Vid SC-papper (Super Calendered) blandar man redan i mälden samma kaolin och krita som används vid bestrykningen, innan den kommer fram till pappersmaskinens inloppslåda. Under formningen av pappersarket fördelas dessa mineraler i pappersstrukturen, men med en större mängd ut mot papperets ytterkanter. Dessa mineraler, mjukas tillsammans med pappersfibrerna på papperets yta upp och riktas in i en fast struktur med hjälp av tryck och värme. Resultatet blir en enhetlig pappersyta, lämplig för både headset web offset och rotogravyrtryck. I kalandern skapas den glättade ytan genom friktion mellan mjuka och hårda valsar. Kalandrar Kalandrar finns av olika typer, såsom maskinkalandrar, som beskrivs tidigare i den här broschyren, softkalandrar och superkalandrar. Var och en av dessa bidrar till att ge pappersytan rätt finish. Kalandrar består av stålvalsar, mellan vilka papperet löper. Valsarna tillför värme och tryck till papperet och glättar eller polerar ytan till önskad glansnivå. Varannan vals kan täckas med ett mjukare plastmaterial vilket bidrar till poleringseffekten genom en liten hastighetsskillnad mellan stålvalsen och den plasttäckta valsen. Ånga som skickas genom den ihåliga stålvalsen bidrar också till processen. Bestruket papper kan kalandreras med både superkalander, janusl kalander och soft kalander beroende på vilka egenskaper man vill ha. Janus-kalandersystem hos SCA Graphic i Laakirchen. SCA Graphic Laakirchen producerar ton SCpapper per år, inklusive heatset web offset och rotogravyr. Bruket ligger mitt i Europa och kan oftast nå sina kunder inom 24 timmar.

14 Papperstillverkning Skärning och upprullning När papperet har kontrollerats via laboratorieanalyser går det godkända papperet vidare till rullmaskinen. Oavsett vilken kvalitet som tillverkas har det fortfarande formen av en jumborulle eller tambour. Nu ska papperet skäras och rullas enligt slutanvändarens specifikationer. Man använder datorprogram för att planera hur jumborullen ska skäras för att maximera utnyttjandet av papperet, med minsta möjliga pappersförlust från rullens kanter. Jumborullen sitter på den ena sidan av rullmaskinen medan pappershylsor av rätt längd placeras på armarna i de mottagande stationerna. När pappersänden har fästs på hylsorna sträcks papperet och cirkelformiga knivar skär papperet medan jumborullen rullas upp och papperet rullas över på de nya hylsorna. Emballering och etikettering Rullarna består nu av den kvalitet, med den bredd, diameter och ytvikt som kunden/slutanvändaren har beställt. För att skydda rullarna under transportkedjan emballeras de i fukttåligt omslagspapper och märks med den information som krävs för enkel identifiering. Inre och yttre sidoskydd sätts dit, rullarna emballeras och etiketteras allt sker helt automatiskt. Nu är rullarna klara att flyttas till ett lager eller direkt till kunden. Processtyrning Varje steg av massa- och papperstillverkningen styrs noga av kvalificerad personal. Förutom deras tekniska kunnande övervakas och justeras dessutom de kritiska parametrarna i varje steg av tillverkningsprocessen av sofistikerade datorbaserade styrsystem. Dessa backas upp av laboratoriebaserade system som fungerar som en extra kontroll av de datorbaserade styrsystemen. Systemen ser till att det tillverkade papperet genomgående uppfyller de tekniska specifikationerna för varje kvalitet och att det kommer att leva upp till de högsta standarderna för alla de tryckprocesser som papperet är avsett för.

15 Miljö Förnyelsebar råvara skogsbruk Oavsett om det handlar om färska fibrer från skogen eller om returfibrer, är träfibrer basen i pappersprodukter. Träfiber är en förnyelsebar resurs. Den kan återvinnas, och när den väl är utsliten kan den användas för energiframställning. Restprodukten, koldioxid, tas upp av växande träd. Det finns certifieringssystem för ett hållbart skogsbruk, som till exempel PEFC och FSC. Syftet med de här systemen är att uppnå ett miljövänligt skogsbruk som är bra för samhället och ekonomiskt hållbart. The mark of responsible forestry Vatten och energi Vatten används för att lösa upp de råmaterial, tillsatser och kemikalier som används vid papperstillverkningen. Vatten transporterar den upplösta råvaran från den anläggning där den har producerats till pappersmaskinen. Vatten används för kylning och renhållning. Behovet av färskt vatten har under lång tid stadigt minskat tack vare energisparåtgärder och sparsam användning. Avloppsvattnet behandlas i tre steg mekaniskt, biologiskt och kemiskt. Energianvändningen bygger i stor utsträckning på biobränslen och producerar främst en kombination av elektricitet och värme. Energikällorna varierar beroende på brukets placering och på vilka produkter som tillverkas. Elektricitet används främst vid tillverkning av mekanisk massa och för att driva motorer och pumpar. I TMP-processen återvinns cirka 60 % av elen i form av lågtrycksånga som huvudsakligen används för att torka papperet i pappersmaskinen. Värme fås från en rad källor: förbränning av biobränsle, dvs. grenar och trädtoppar, förbränning av till exempel naturgas, ofta i samband med elproduktion samt från återvinning av energi i den mekaniska massaprocessen. Det är pappersmaskinens torkparti som förbrukar mest värme, i form av ånga. Genom att kontinuerligt förbättra och utveckla tillverkningsprocesserna har pappersindustrin minimerat sina utsläpp till luft och vatten. SCA är en av Europas största privata skogsägare, med runt två miljoner hektar skogsmark. SCAs plantskola i Sverige driver upp 85 miljoner plantor varje år för att producera nya skogar. Vi ersätter varje träd vi hugger ned med tre nya, antingen genom naturlig föryngring eller genom nyplantering. SCAs svenska skogar FSC-certifierades i januari Av varje stam från SCA:s skogar används 95 %, antingen till produkter eller till energi. SCA äger sågverk, massa- och pappersbruk och tillverkar skogsbaserat biobränsle, och allt samverkar i ett enda effektivt system. Alla kvaliteter används och varje del av trädet kan utnyttjas. De tillverkningsprocesser som används är effektiva. Vedförlusterna är minimala. Träflis från sågverken blir råvara till massabruket, medan bark och spån används som bränsle. Restprodukter från massabruken, främst bark och lut, blir också till bränsle och svarar för en stor del av brukens egna energibehov. Enligt SCA:s miljöpolicy ska vi tillverka våra produkter på ett sätt som kontinuerligt minskar vår påverkan på miljön. Vårt riktmärke är att bevara våra gemensamma resurser. Vårt långsiktiga mål är slutna processer.

16 publicationpapers.sca.com Foto: Per-Anders Sjöquist. Illustrationer: Voith AG. Tryckeri: Tryckeribolaget, April FSC nr SGS-COC Både papperet och tryckeriet är FSC-certifierade.