خط تولید و تجهیزات تولید کاغذ سنگی

کاغذ (فیلم) از سنگ (stone paper) با نام‌ کاغذ از کربنات کلسیم یا Rich Mineral Paper) RMP) نیز شناخته می‌شود. کاغذ سنگی حدودا از سال ۲۰۱۳ میلادی در چرخه اقتصادی جهان جا گرفته است. اطراف ایران هم که 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 که براحتی در بازار پیدا میشود. 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(فیلم) 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 (فیلم) از سنگ تحولی شگرف در تولید کاغذ از طریق فناوری جدید در عصر مدرن است. این فناوری دوستدار محیط زیست بوده و باعث کاهش بسیار زیاد مصرف انرژی می‌گردد. در این فرآیند دیگر احتیاجی به آب، دیگ بخار، افزودن اسید، آلکیل ها، سفید کننده‌ها نمی‌باشد و نیازی به دفع گاز و آب ندارد و از نظر اقتصادی 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.

(۳) تولید کاغذ سنگی به روش لایه ای بادی
در این روش از پلی اتیلن استفاده می شود. روش شکل دادن بادی از سه اکسترودر همزمان استفاده می کند. فراورده ی حاصله می تواند یک لایه، پنج لایه، یا چند لایه باشد. لایه های بیرونی کاغذ مصنوعی حاوی رزین و لایه های میانی حاوی مواد غیر ارگانیک هستند. کشش طولی و عرضی تا حدی تنظیم می شود که کاغذ مصنوعی با ضخامت یکنواخت و ثبات فیزیکی به دست آید.مزایای این روش تولید عبارت است: از بازدهی خوب، روش آسان، ضخامت یکسان، و سرمایه گذاری کم. اما به علت درصد بالای مقدار رزین در این محصول، عرض کاغذ تولید شده از یک حد خاص فراتر نمی رود.

(۴) روش کشش یک طرفه تولید کاغذ مصنوعی
روش کششی تک محوره مشابه دو روش نورد و قالب ریزی است. در این روش مواد به صورت طولی کشیده می شوند و به همین علت توزیع زنجیره ی ملکولی رزین یکنواخت است. در فرایند تولید تک محوری، ناپیوستگی های کوچکی که به آسانی قابل رؤیت نیستند، بسته به عملکرد رزین و پودر غیر ارگانیک، به وجود می آیند. به این ناپیوستگی ها ”پدیده ی جزیره“ گفته می شود. نتیجه ی این پدیده، کاهش هزینه ی تولید و بهبود قابل ملاحظه ی مشخصات مواد، خصوصیات ظاهری، رنگ پذیری، جذب رطوبت، و مانند آن می باشد. کاغذ تولید شده به این روش پس از کشش، رنگ صدفی خاصی پیدا می کند که برای چاپ رنگی مواد تبلیغاتی مناسب است.ماشین آلات کشش یکطرفه ی تولید کاغذ مصنوعی پیچیده هستند، به سرمایه گذاری زیاد و کارگران ماهر نیاز دارند. ترویج کاغذ مصنوعی با محدودیت هایی روبرو است. با این حال، عملکرد خوب، هزینه ی کم، و استفاده های متعدد از محصول، علل استفاده از این روش تولید کاغذ مصنوعی است. ماشین آلات تولیدی در این روش از فناوری پیشرفته ی بین المللی بهره مند شده اند.

(۵) روش تولید غیر منسوج کاغذ سنگی
از روش غیر منسوج شرکت دوپان آمریکا برای تولید کاغذ مصنوعی نیز استفاده می شود. این روش تولید از پلی پروپیلن استفاده می کند. پس از ذوب مواد، الیاف ابریشمی بسیار نازکی تولید می شوند، که به روش نورد به کاغذ مصنوعی غیر منسوج تبدیل می گردند.

خصوصیات کاغذ تولید شده عبارتند از: عبور نور، عبور هوا، خصوصیات ظاهری و مکانیکی خوب، رنگ پذیری عالی، تغییر شکل کم. از این کاغذ برای تزیین مبلمان، بسته بندی کالا، تزیینات داخلی، و تولید کاغذ دیواری استفاده می شود. این روش تولید به ماشین آلات پیچیده نیاز دارد و هزینه ی تولید این روش زیاد است.

در حال حاضر، تولید کنندگان داخلی چین کاغذ سنگ را به طور انبوه تولید می کنند. شرکت های زیادی بر روی مواد اولیه، ماشین آلات، فناوری، و نوآوری های دیگر مربوط به تولید کاغذ مصنوعی، مثل روش ترکیب کلسیم سنگین/سبک، اختلاط پلی پروپیلن و پلی اتیلن، ترکیب اکسترژن مواد، روش تولید یک مرحله ای و مانند آن، تحقیق می کنند.

لیست و تعداد تجهیزات اصلی خط تولید کاغذ از سنگ آهک

Pelletizing line :
۱.CJWH-75 extruder
۲.SIEMENS PLC CONTROL CABINET ( total volume : 800L )
۳.PREMIXED MATERIALSCREW CONVEYOR
۴.Main feeder
۵.Twin screw side feeder
۶.Hydraulic screen changer
۷.Die head
۸.Vibrator sieve
۹.Final product conveying system
۱۰.Automatic packing machine, with hot sealing function
۱۱.Diverter valve
۱۲.Underwater pelletizing system
Stone Paper Extrusion Line
۱.JW90/40 Feeding unit
۲.JW90/40singlescrew extruder
۳.Hydraulic screen changer
۴.Melting Pump
۵. Feed block unit
۶.Normal die head
۷.Automatic T-die, JWELL brandt
۸.Calender
۹.Roller temperature controller
۱۰. MDO longitudinal stretching unit
۱۱.Cooling & forming unit
۱۲.Thickness scanner
۱۳.Longitudinal trimming unit
۱۴.Waste trimming winder
۱۵. Corona device
۱۶.Haul off unit
۱۷.Sheet storage unit
۱۸. Double position automatic winder
۱۹.Electric control system