Från trä till papper

Nedanstående innehåll är skapat av Mimers Brunns besökare. Kommentera arbete

Historik

De första kända försöken att använda växtprodukter för tillverkningen av skrivark gjordes för omkring 3000 år sedan i det dåtida Egypten. Egypterna använde sig av papyrusväxtens märg som råmaterial vilken skars i strimlor och pressades samman till tunna flak. Den egentliga papperstillverkningen har sin början i Kina omkring 100 e.Kr. där man använde sönderdelade växt- och vävnadsfibrer som utgångsmaterial. Denna blandning uppslammades i vatten och breddes sedan ut på sildukar. När vattnet filtrerats av och pressats bort återstod ett tunt lager av sammanflätade fibrer vilka skulle soltorkas och glättas. Med kinesiska krigsfångar nådde denna metod Samarkand vid mitten av 700-talet och staden blev ett centrum för tillverkningen. Efter ytterligare 200 år började man producera papper i Syrien, Palestina och troligen även i Egypten. Så småningom anlade araberna Europas allra första pappersbruk i Spanien. Papper uppfanns som skrivmaterial, men enklare papperssorter användes redan på 1000-talet för till exempel förpackningar och bokpärmar. Medan skrivmaterialet framställdes av linne och senare bomullslump, användes rep av hampa och jute till att tillverka förpackningspappret. Jag tror inte att människor runt om i världen endast nyttjade papper som skrivmaterial. Vi ser exempelvis hur den japanska byggnadskonsten sedan länge nyttjat papper som ljusinsläppande väggelement.

En tid efter att metoden nått Europa, blev familjedrivna handpappersbruk förvånansvärt vanliga runt om i kontinenten. I Sverige skulle de familjedrivna handpappersbruken efter hand bli relativt vanliga och ett hundratal av dessa är fortfarande kända genom sina vattenmärken. Till Norden kom papper som importvara på 1300-talet, men tillverkningen av papper började här så sent som på 1500-talet. Klippans pappersbruk i Skåne är ett av Norden äldsta pappersbruk och tillhörde Danmark under dessa tidsperioder. Sveriges äldsta fortfarande producerande pappersbruk är Fiskeby, vilket har varit i drift sedan 1673.

Tyvärr var framställningsmetoderna under lång tid både olönsamma och hantverksmässiga. Enligt mig är inte detta faktum speciellt förvånade, eftersom jag känner till bristen på råvaran som rådde. Detta tror jag är anledningen till att framställningsmetoderna inte hade någon möjlighet att utvecklas.

I början av 1800-talet då industrialismen hade sitt genombrott, kunde papper tillverkas i större skalor. Då hade man redan lärt sig att bleka papper med hjälp av olika kemikalier och det var även under denna tid som de första pappersmaskinerna konstruerades. Maskinernas produktionskapacitet höjde den redan tidigare kännbara bristen på råvara. Fransmannen Nicolas-Louis Robert uppfann en pappersmaskin med ändlös silduk år 1789. 1800 utnyttjades denna konstruktion av bröderna Henry och Sealy Fourdrinier i England, och efter dem kallades dessa maskiner fourdriniermaskiner. De första fourdriniermaskinerna tillverkade en pappersbana som var sex dm bred med en hastighet av 0,1 m/s. Ungefär samtidigt uppfann John Dickinson i Storbritannien rundviramaskinen. År 1811 övertogs dock verksamheten av Bryan Donkin & Co vilka även vidareutvecklade maskinerna. Omkring 1840 kunde billigare papperskvaliteter massproduceras tack vare lyckade experiment i Tyskland där man använde trä som utgångsmaterial. Trä är till större del uppbyggt av cellulosa vilket är ett kolhydrat om man ser det ur kemiskt perspektiv. Cellulosan har mycket långa atomgrupper vilka binds samman på ett kemiskt vis till knippen, som kallas cellulosafibrer. Lignin är ett limliknande material vilket håller fibrerna samman i virke.

Tillverkning

Vid industriell tillverkning av papper använder man sig av en s.k. pappersmaskin. I de moderna maskinerna tillverkas ett ändlöst pappersark vilket oftast är upp till 10 m brett och vilket har en hastighet av över 20 m/s. Dagens pappersmaskiner är i regel 100 m långa, framställer ca 250 000 ton papper per år och kostar nära två miljarder kr. Olika slags specialpapper, exempelvis sedelpapper, tillverkas för det mesta på mindre maskiner vilka ofta har hemliga detaljer innanför höljet.

Som utgångsmaterial används pappersmassa som malts i kvarnar, fått tillsatser av färg, lim och fyllnadsmedel och spätts ut till en uppslammad mäld, en s.k. fibersuspension. Pappersmassan ska sedan matas in i pappersmaskinens inloppslåda vilken är fäst vid maskinens början. Därefter passerar massan maskinens övriga delar. Till en början far massan igenom virorna där denna töms på vatteninnehåll, sedan genom guskvalsen där massans fiberskikt lyfts över till presspartiet. I denna del av maskinen sänks ytterligare vattenhalten i massan. Denna ska därefter passera genom torkpartiet där pappret torkas, varefter det i glättpartiet glättas för att slutligen roteras upp på rullar i rullstolen.
Det finns två typer av pappersmaskiner. Den ena är planviramaskinen, vilken även kallas fourdriniermaskinen som jag nämnde här ovan. Den andra typen av pappersmaskin är rundviramaskinen.

När planviramaskinen formar arken, gör den det på en plan del av den ändlösa formningsduken, viran. Viran i rundviramaskinen är fäst på en cylindrisk hållare, nedsänkt i en stor balja med pappersmassa. Fibersuspensionen avvattnas inåt då en lägre vätskenivå skapas inuti cylindern. På den cirklande cylinderns yttersta skikt bildas då ett ark vilket kan överföras till en ändlös filt. Kartongtillverkningen har varit i behov av denna maskin tack vare att många rundviror kan kopplas ihop och bilda ett tjockt ark uppbyggt av olika material. Dessa maskiner har dock börjat ersättas med planviramaskiner med flera viror inbyggda, eftersom virorna i den först nämnda oftast har en begränsad hastighet till 100 m/min.


Här nedan ska jag beskriva pappersmaskinens olika delar mer detaljerat.

Inloppslådan, Mälden breds ut över pappersmaskinens bredd efter att den tillförts inloppslådan. Utströmningshastigheten på mälden överensstämmer ganska så exakt med maskinens vira. I inloppslådan ska således de flockar som bildas i pappersmassan brytas upp så att ett jämnt papper kan produceras.

Viran, Fibermängden som läggs på viran är högre än vad som fordras för bildandet av pappret. Orsaken till detta är att en viss del av det fasta materialet inte fastnar på viran utan följer med det s.k. bakvattnet (Se bilden på nästa sida). En avvattning sker på den ändlösa viraduken med hjälp an ett flertal maskinelement vilka skrapar och suger ut vattnet. På planviramaskinerna sker avvattningen i huvudsak på virans horisontella del. En rad av de nya, moderna maskinerna, har en övervira som tillåter avvattning även uppåt. Detta ger ett mer liksidigt papper och medger dessutom större hastighet.

Guskvalsen, Från viran lyfts det våta pappersarket till guskvalsen som även driver hela virapartiet. Förr i tiden skedde avtagningen ”öppet”. Med detta menas att den våta pappersbanan fördes vid 20-25 % torrhalt fribärande till den nästkommande delen av maskinen. Numera sugs pappersbanan från viran till en filt (sluten banförning) vilket medger större hastigheter med mindre risk för banbrott.

Presspartiet, I presspartiet pressas vatten ut när pappersbanan, understödd av filtar, manglas upprepade gånger mellan en serie valsar. Förr i tiden använde man sig av ull då man tillverkade filtarna i presspartiet. Numera görs filtarna av syntetfiber, vanligen polyamid. Presspartier byggs upp av kombinationspressar där vissa av valsarna kan användas till mer än bara pressmoment. Torrhalten kan ökas till högst 45% i presspartiet och det resterande vattnet måste avdunstas.

Torkpartiet, I torkpartiet används järncylindrar vilka har blivit upphettade av ånga till att torka pappret. En enda torkcylinder med upp till ca sex meter i diameter används till de enklaste torkpartierna och det är på sådana cylindrar som det våta pappret pressas fast. Pappret från sådana yankee-maskiner blir ensidigt glatt när torkcylindern är slipad till högglans. Yankee-maskiner används numera huvudsakligen för produktion av tunna papper, exempelvis toalettpapper, och når då hastigheter omkring 3000 m/min.

Mångcylindriga torkpartier har oftast mellan 50 till 200 torkcylindrar kopplade i grupper till drivmotorer och anslutna till ett oerhört komplicerat ångdrivet system. För det mesta placerar man dessa torkcylindrar i två rader över varandra. För att öka värmeövergången pressas pappret mot cylindrarna med torkviror. Flödet av torkluften regleras av en kåpa där torkpartiet är inneslutet. Den avgående varma fuktiga luften värmer den kalla friskluften i värmeväxlare. Det är inte så ovanligt att särskilda behandlingsenheter kan vara inbyggda i torkpartiet. Det finns exempelvis en s.k. limpress, där pappersbanan påförs en stärkelselösning mellan två cirklande valsar, eller bestrykningsapparater för påläggning av pigmenterade ytskikt. I det sistnämnda påskyndas ofta torkningen med infravärme vilken är producerad av gaslågor eller möjligtvis el-radiatorer.

Glätten och rullstolen , Den långa pappersmaskinens slut utgörs av en maskinglätt, en stapel av polerade hårda järnvalsar mellan vilka pappret leds. Maskinglätten ger pappret en slätare yta så att det sedan ska kunna användas vid tryckning. För papper med särskilt slät och glansig yta krävs efterglättning under tryck och värme i en kalander (valsstapel med omväxlande stål- och pappersvalsar). Slutligen lindas pappret upp på en rullstol.

Datorstyrning, Dagens pappersmaskiner styrs av datorer. Pappersmaskinen skickar impulser till datorn från flera hundra olika mätställen. Dessa impulser innehåller information om det rådande vätskeflödet, olika koncentrationer, tryck och temperaturer, flera kemiska enheter samt papprets ytvikt, tjocklek, fukthalt mm. Med ledning därav styr datorn ventillägen, maskinhastigheter osv. Datorn övervakar således papperskvaliteten och pappersmaskinens tillstånd. Man kan även programmera datorn till att automatiskt utföra kvalitetsändringar, exempelvis ända papprets ytvikt. Jag tycker att datorhjälp vid pappersframställning är en självklarhet då maskinerna kan gå i drift året om tack vare dennes hjälp.

Hjälpmaskineri, Pappersmaskinens hjälpmaskineri består av en våt och en torr del. I hjälpmaskineriets våta del behandlar man bland annat fibrer, fyllnadsmedel samt kemikalier. Den inkommande pappersmassan blir mald och även silad vilket gör den ren. Här återvinns även fibrer från pappersbanebrott, kantremsor samt ej felfritt papper. Här finns således ett s.k. smetkök där det tillverkas smetar vilka sedan kommer till användning vid bestrykningen. Vattenflödet hålls nere genom återanvändning. Ett allvarligt problem i hjälpmaskineriet, är det cirkulerande varma vattnet där mikroorganismer blomstrar och skadeämnen koncentreras. Ett genomflöde av vatten anser jag därför är viktigt. Före utsläppet i naturen sker återvinning av fibrer och en biologisk rening.
Det torra hjälpmaskineriet innehåller alltid ett maskineri för tillverkning av rullar.

Viktiga papperssorter

Tidningspapper är globalt sett den billigaste och största papperssorten. Detta papper tillverkas mestadels av mekanisk massa från ved med nära 100 % utbyte, ibland förstärkt med långfibrig kemisk massa. Det är heller inte så ovanligt att tidningspappret görs på slipmassor och termomekaniska (tmp) massor. Den mekaniska massan ger upphov till att tidningspappret får dålig åldringsstabilitet, är skört samt att det gulnar. De största tillverkarna av tidningspapper som Canada, Norden och USA, möter konkurrens från de många nya pappersbruken runt de stora tätorterna vilka har returtidningspapper som råvara.

Journalpapper är ett glättat papper för tryckning av veckotidningar. Pappret är huvudsakligen bestående av mekanisk massa. Mer och mer av det tvättade och avfärgade returpappret ökar vid tillverkningen. Utöver fibrer innehåller journalpapper fyllnadsmedel, exempelvis kaolinlera och talk. SC (superkalandrerat) är det enklaste tidningspappret om man ser det ur kvalitetssynvinkel. Papper med bättre kvaliteter är bestrukna, och en någorlunda vanlig produkt är LWC (light weight coated). Denna är avsedd för stora upplagor. Europas största journalpappertillverkare finns i Finland och Tyskland.

Kraftpapper är ursprungligen ett starkt brunfärgat papper vilket är tillverkat av sulfatmassa (kallas även kraftmassa). Omslagspapper, säckpapper, kuvertpapper och oceanpapper (två kraftpapper vilka har blivit hoplimmade med asfalt) är bara några av de många exportprodukter av kraftpapper vilka har varit viktiga för Sveriges exportekonomi. Nuförtiden har kraftpapper även avsett papper tillverkat av blekt sulfatmassa.

Träfritt och trähaltigt papper. Träfritt papper är ett kvalitetspapper uteslutande tillverkat av blekta kemiska massor, fritt från billiga mekaniska massor (som består av ligninhaltigt finfördelat trä).
Trähaltigt pa...