آهاردهی و سایز پرس کاغذ: چرا محل افزودن رنگ، یکنواختی رنگ‌رزی را تعیین می‌کند

محل افزودن رنگ، یکنواختیِ رنگ‌رزیِ کاغذ را تعیین می‌کند. رنگی که در «وت‌اند» (بخش ترِ ماشین) به خمیر افزوده می‌شود، ثانیه‌ها تا دقیقه‌ها فرصتِ اختلاط و جذب دارد و یکنواخت می‌نشیند؛ اما رنگی که روی «سایز پرس» روی سطحِ کاغذ زده می‌شود تنها کسری از ثانیه تماس دارد و مستعدِ لکه و ابری‌شدن است. لیگنین، رنگ‌های تخصصی کاغذسازی، همین تفاوت را مبنای انتخابِ درست می‌گذارد.

آهاردهی کاغذ چیست و چرا مهم است؟

آهاردهی (به انگلیسی sizing) یعنی ایجاد مقاومتِ کنترل‌شده در برابرِ نفوذ و پخشِ آب و مرکب در کاغذ. بدون آهار، آب و مرکب در الیاف پخش می‌شوند و چاپ و نوشتار خراب می‌شود. آهاردهی دو نوعِ اصلی دارد: داخلی و سطحی.

آهارِ داخلی در «وت‌اند» (بخش ترِ ماشین، جایی که خمیرِ رقیق روی توری فرم می‌گیرد) به خمیر افزوده می‌شود و در سراسرِ ضخامتِ ورق پخش می‌شود. آهارِ سطحی در «سایز پرس» و روی سطحِ کاغذِ نیمه‌خشک اعمال می‌شود. این دو مکملِ یکدیگرند و بسیاری از خطوطِ کرافت و کارتن هر دو را با هم به کار می‌برند.

آهاردهی داخلی: رزین و زاج، AKD و ASA

آهارِ داخلی سه خانوادهٔ شیمیایی دارد: رزین به‌همراهِ زاج (سیستمِ اسیدی)، و دو عاملِ خنثی تا قلیایی به‌نام‌های AKD و ASA. انتخابِ شیمی، کلِ پنجرهٔ pH ماشین را تعیین می‌کند.

در سیستمِ رزین و زاج، زاجِ سفید (سولفاتِ آلومینیوم) رزین را به‌صورتِ رزیناتِ آلومینیومِ آبگریز روی الیاف «لنگر» می‌کند و بهترین بازده را در pH پایین (حدود ۴٫۵ تا ۵٫۵) می‌دهد. این روش ارزان، ساده و بردبار نسبت به خمیرِ بازیافتیِ کثیف است و در خطوطِ کارتنِ ایران هنوز بسیار رایج است. رزینِ پراکندهٔ کاتیونی هم مرزِ اسیدی و قلیایی را محو می‌کند و تا نزدیکِ pH خنثی کار می‌کند.

عاملِ AKD در pH قلیایی (حدود ۷ تا ۹) با سلولز پیوند برقرار می‌کند، اما کندگیر است و آهارش طیِ چند روز پس از خشک‌کن کامل می‌شود (بلوغِ ۷ تا ۱۰ روزه). عاملِ ASA در pH خنثی تا قلیایی (حدود ۶ تا ۸) بسیار سریع آهار می‌دهد ولی چون سریع هیدرولیز می‌شود باید همان‌جا در کارخانه امولسیون شود. هر دو به پرکنندهٔ ارزانِ کربنات کلسیم اجازهٔ کار می‌دهند، چیزی که سیستمِ اسیدی نمی‌تواند. با این‌همه، چون بیشترِ خطوطِ کارتنِ ایران با خمیرِ بازیافتی و در محیطِ اسیدی کار می‌کنند، سیستمِ رزین و زاج همچنان انتخابِ رایج‌تر است و AKD و ASA بیشتر در تولیدِ کاغذهای مرغوبِ قلیایی دیده می‌شوند.

سایز پرس و آهاردهی سطحی با نشاسته

سایز پرس واحدی است که محلولِ نشاسته را روی سطحِ کاغذِ نیمه‌خشک می‌نشاند تا مقاومتِ سطحی، سفتی، چاپ‌پذیری و مقاومت به آب بهتر شود و پُرزدهی کم شود. نشاستهٔ مصرفی باید گران‌رَویِ پایین داشته باشد؛ به همین دلیل نشاستهٔ اکسیدشده یا آنزیم‌بری‌شده رایج‌ترین گزینه است.

دو نوعِ سایز پرس وجود دارد. نوعِ «حوضچه‌ای» (به انگلیسی Puddle) قدیمی‌تر است: کاغذ از حوضچه‌ای از محلول عبور می‌کند، نفوذِ بیشتری می‌گیرد ولی در سرعتِ بالا (بالای حدود ۹۵۰ متر بر دقیقه) ناپایدار می‌شود. نوعِ «فیلمی» (به انگلیسی Film) که از دههٔ ۱۹۸۰ معرفی و در دههٔ ۱۹۹۰ فراگیر شد، فیلمِ نازکی از محلول را پیش‌سنجیده روی کاغذ می‌گذارد، برداشتِ یکنواخت‌تری می‌دهد و تا ۱۸۰۰ متر بر دقیقه و بالاتر کار می‌کند.

نکتهٔ کلیدی برای رنگ این است که زمانِ تماسِ محلول با کاغذ در سایز پرس تنها کسری از ثانیه — در حدِ چند صدم ثانیه — است. همین تماسِ کوتاه سبب می‌شود آهار و رنگ نزدیکِ سطح بمانند و به عمقِ ورق نروند. لیگنین، رنگ‌های تخصصی کاغذسازی، همین محدودیتِ زمانِ تماس را مبنای توصیهٔ محلِ درستِ افزودنِ رنگ قرار می‌دهد.

عدد Cobb؛ سنجهٔ کیفیت آهار

عدد کاب (به انگلیسی Cobb) نشان می‌دهد کاغذ در زمانِ معین چقدر آب جذب می‌کند و برحسبِ گرم بر مترمربع گزارش می‌شود؛ عددِ کمتر یعنی آهارِ بهتر. رایج‌ترین حالت، کاب ۶۰ (۶۰ ثانیه، مطابقِ استانداردِ TAPPI T441) است.

برای کاغذ و مقوایِ لاینرِ بسته‌بندیِ آهارخورده، عدد کاب ۶۰ معمولاً در محدودهٔ حدود ۲۵ تا ۴۵ گرم بر مترمربع است و اغلب نزدیکِ ۲۵ تا ۳۰ مطلوب است. کاغذِ آهارنخورده عددِ بسیار بالاتری (بیش از ۱۰۰) دارد. توجه کنید که زمانِ آزمون همیشه باید همراهِ عدد ذکر شود، چون کاب ۶۰ با کاب ۱۸۰۰ قابلِ‌مقایسه نیست.

محل افزودن رنگ: وت‌اند در برابر سایز پرس

محلِ افزودنِ رنگ، یکنواختیِ رنگ‌رزی را تعیین می‌کند: رنگِ وت‌اند یکنواخت است و رنگِ سایز پرس مستعدِ لکه. علتِ اصلی، تفاوتِ زمانِ تماس است.

در وت‌اند، رنگ به سوسپانسیونِ رقیقِ الیاف پیش از تشکیلِ ورق افزوده می‌شود و مولکول‌های رنگ ثانیه‌ها تا دقیقه‌ها فرصت دارند روی تک‌تکِ الیاف بنشینند. سپس این الیافِ رنگ‌شده به‌طورِ تصادفی در ورق چیده می‌شوند و یک «میانگین‌گیریِ آماری» رخ می‌دهد که ناهمواری را هموار می‌کند. نتیجه، رنگی است که تا مغزِ کاغذ یکنواخت می‌رود.

در سایز پرس، محلولِ رنگ روی ورقِ ازپیش‌تشکیل‌شده می‌نشیند و تنها کسری از ثانیه فرصتِ تماس دارد. جذبِ رنگ به «جذب‌پذیریِ موضعیِ» کاغذ وابسته است و این جذب‌پذیری به‌خاطرِ اختلاف در فرمیشن (توزیعِ الیاف) و اختلاف در آهارِ داخلی از نقطه‌ای به نقطهٔ دیگر فرق می‌کند؛ حاصل، ظاهرِ ابری و لکه‌ای است که در صنعت آن را موتلینگ (به انگلیسی mottling) می‌نامند.

با این حال سایز پرس کاربردهای درستِ خود را دارد: اصلاحِ ته‌رنگِ نهایی، رفعِ اختلافِ رنگِ دو رویِ کاغذ، و گرفتنِ رنگِ سطحیِ پررنگ بدونِ بارگذاریِ خمیر. چون رنگ روی ورق می‌ماند و به پساب فرار نمی‌کند، مصرفِ رنگ صرفه‌جویانه‌تر است؛ اما پیش‌شرطش کاغذِ پایهٔ یکنواخت و آهارِ یکنواخت است. چون رنگِ غالبِ بازارِ ایران آنیونی است، لیگنین، رنگ‌های تخصصی کاغذسازی، برای یکنواختیِ کامل افزودنِ رنگ در وت‌اند را توصیه می‌کند و سایز پرس را برای اصلاحِ نهاییِ شید نگه می‌دارد.

خمیر بازیافتی OCC، آب سخت و رنگ آنیونی در ایران

در ایران تقریباً همهٔ خطوطِ کاغذ و کارتن با خمیرِ بازیافتیِ OCC (کارتنِ کهنه) کار می‌کنند و رنگِ غالبِ بازار، به‌ویژه در خطوطِ بزرگ، رنگِ آنیونی (مستقیم) است. رنگِ آنیونی ارزان‌تر است، در تناژِ بالا به‌صرفه است و در برابرِ نورِ خورشید مقاوم‌تر.

رنگِ آنیونی برای نشستن روی الیافِ خمیرِ بازیافتی به یک سیستمِ تثبیت نیاز دارد: فیکساتیوِ کاتیونی یا زاج، در pH حدود ۴٫۵ تا ۶٫۵. بدونِ تثبیت، بخشی از رنگ به آبِ سفید فرار می‌کند و پساب را رنگی می‌کند؛ با تثبیتِ درست می‌توان ماندگاریِ رنگ را تا نزدیکِ صد درصد بالا برد.

آبِ سخت (کلسیم و منیزیمِ بالا) چالشِ بزرگِ این خطوط است. آبِ سخت هم آهارِ رزینی را ضعیف می‌کند و هم رنگ‌های آنیونی و سفیدکنندهٔ نوری را با تشکیلِ نمک‌های نامحلول تضعیف کرده و شید را جابه‌جا می‌کند. خمیرِ بازیافتی «بارِ آنیونی» و کلسیمِ زیاد دارد، پس اغلب مصرفِ زاج یا PAC برای مهارِ آن لازم می‌شود.

جمع‌بندی: انتخاب درست با لیگنین

جمع‌بندی روشن است: برای یکنواخت‌ترین رنگ‌رزی، رنگِ آنیونی را در وت‌اند اضافه کنید تا زمانِ تماسِ کافی برای اختلاط و جذب داشته باشد؛ سایز پرس را برای اصلاحِ ته‌رنگ و رفعِ دوطرفگی نگه دارید. لیگنین، رنگ‌های تخصصی کاغذسازی، رنگ و سیستمِ تثبیت را متناسب با همین منطق ارائه می‌دهد.

برای خمیرِ بازیافتیِ OCC و آبِ سختِ رایج در ایران، ترکیبِ رنگِ آنیونیِ مقاوم به نور به‌همراهِ فیکساتیوِ درست، هم مصرفِ رنگ را کم می‌کند و هم لکه و ابری‌شدن را. لیگنین، رنگ‌های تخصصی کاغذسازی، این مجموعه را برای رنگِ کاغذ و رنگِ کاغذ کرافت با پشتیبانیِ فنی عرضه می‌کند تا رنگی یکنواخت و باثبات به دست آید.

پرسش‌های پرتکرار