Jak se papír vyrábí

První použití dřeva na výrobu papíru bylo zaznamenáno v roce 1769, ale teprve v polovině 19. století se výroba papíru z dřevité kaše dostává do povědomí širší veřejnosti.

Celulóza získávaná ze dřeva se stala hlavní surovinou pro výrobu papíru. Chemicky je složení dřeva značně složité - kromě celulózy se v něm nachází také hemicelulózy, lignin, pryskyřice a mnoho dalších látek.

Složení dřeva:

• celulóza (asi 50 % dřeva) - rovná vlákna přírodního polymeru, složeného z glukózových monomerů; je základem buněčné stěny rostlinných buněk a je i základní složkou pro výrobu papíru;
• hemicelulózy (asi 20 % dřeva) - jsou různě dlouhé, občas i rozvětvené řetězce přírodního polymeru složeného z glukózy a jiných sacharidů, v malé míře i esterů; nachází se převážně v buněčné stěně; napomáhají k lepší soudržnosti celulózy a ligninu; jsou chemicky méně odolné než celulóza či lignin, takže se při procesu výroby buničiny rozpouští a vyplavují;
• lignin (asi 25 % dřeva) - je trojrozměrná síť z fenolických polymerů; působí jako lepidlo, které drží celulózová vlákna pohromadě a dodává dřevu pevnost; je hlavní složkou ve dřevě na rozhraní buněk, ale nachází se i v buněčné stěně; chemickou cestou a při bělení se (pokud možno selektivně) odstraňuje (selektivní je to pouze u sulfátového způsobu výroby a při bělení chlordioxidem - ClO2);
• extrahovatelné látky - fytohormony, pryskyřice, mastné kyseliny a další látky, které pomáhají dřevině růst a odolávat chorobám a chemikáliím; jsou vysoce toxické pro vodní živočichy.

Výroba papíru už dávno neprobíhá ručním způsobem. První papírenský stroj byl vynalezen roku 1798 N. L. Robertem a začal být vyráběn o pět let později bratry Foordrinierovými. Využíval souvislého pásu drátěného síta místo pracného nabírání jednotlivých listů na síto napnuté v rámu.

Výroba vláknin

Jako surovina se používá: A) dřevo, B) sběrový papír, C) jednoleté rostliny.

V celulózkách se rozrušují vazby ligninu k celulóze, hemicelulózám a i lignin se rozrušuje na monomery či oligomery. Jednotlivá vlákna - vláknité dřevní buňky - se pak oddělují, propírají, filtrují, aby se očistila, a posléze se suší. Vzniklá buničina se pak může použít přímo na výrobu neběleného papíru, nebo se dále bělí. V integrovaných papírnách, kde na výrobu buničiny plynule navazuje výroba papíru, se fáze sušení vynechává. Někdy se nesušená buničina (ať již odvodněná, nebo ve formě suspenze) i přímo prodává zákazníkovi.

Chemická metoda:

Při chemické výrobě buničiny se dřevěné štěpky vaří ve vařáku s chemikáliemi. Vařením se lignin rozruší a dřevo se tak rozpadne na vlákna. Výsledným produktem chemické metody obvykle bývá:

- Sulfátová buničina -

Většina buničiny v ČR (asi 80 %) se v současné době (ještě před dvaceti lety to u nás bylo naopak) vyrábí sulfátovou metodou. Aktivní chemikálie při várce jsou: hydroxidy (obvykle sodný), sulfidy (obvykle sodný).

Výsledkem chemických reakcí při várce je tvorba chromoforních skupin zbylého ligninu a buničina se tak stává tmavší než původní dřevo. Je pevnější než sulfitová buničina. Proces probíhá pouze v zásaditém prostředí.

- Sulfitová buničina -

Sulfitová metoda se využívá v menší míře. Varný proces je založen na použití vodného roztoku oxidu siřičitého a báze - většinou vápníku, sodíku, hořčíku nebo amonia. Proces probíhá obvykle v kyselém prostředí (ale může probíhat i v prostředí neutrálním čí zásaditém). To ovšem mimo jiné zapříčiňuje snížení pevnosti vyrobených vláken (tato pevnost pak prudce klesá i po jejich recyklaci).

Mechanická metoda:

Jednotlivé buňky se oddělují působením mechanické síly na strukturu dřeva, často za spoluúčinku chemikálií a vyšší teploty i tlaku. Dřevo se obvykle zpracovává ve formě kuláčů. Cílem je dosáhnout výrazně větší výtěžnosti (tím, že se odstraní minimum ligninu) při dostatečné bělosti a pevnosti. Získaná vláknina se nazývá dřevovina či polobuničina (podle způsobu výroby a výtěžnosti).

Bělení vláknin

Cílem je dosažení určitých kritérií kvality jako jsou bělost, její stálost a čistota. Protože bělení pevnostní vlastnosti výrazně snižuje, cílem je volit takové postupy, aby se pevnost snížila co nejméně. K dosažení patřičné bělosti je nutno odstranit či zamaskovat zbylý lignin i nečistoty v buničině. Mluvíme potom o buničinách:

• ECF (Elemental Chlorine Free) - bez použití plynného chlóru, alespoň v jednom stupni se používá chlordioxid; dále lze použít peroxid a kyslík, kyselinu chlorovodíkovou, enzymy, vše obvykle v alkalickém prostředí (alkálie mohou sloužit i samy o sobě jako jeden z bělících stupňů),
• TCF (Totally Chlorine Free) - používá se kyslík, ozon, kyselina peroctová a peroxid, enzymy, vše obvykle v alkalickém prostředí (i zde mohou alkálie sloužit jako jeden z bělících stupňů).

Zpracování sběrového papíru

Sběrový papír se vloží do rozvlákňovače spolu s vodou a je rozvlákňován mechanickým promícháváním, jehož výsledkem je rozplavení na vlákna. Po rozvláknění nadchází operace hrubého třídění, jemného třídění, zahušťování a mletí, po nichž se látka (po nezbytném přídavku klížidel, barviv, pomocných prostředků atp. - vše podle momentální potřeby či přání zákazníka) vede na papírenský stroj. Někdy lze i zařadit operaci praní, či zesvětlování.

Při zesvětlování se přidávají tyto chemikálie (nemusí se přidávat všechny a lze použít i jiné chemikálie): hydroxid sodný, křemičitan sodný, peroxid vodíku, mýdla, mastné kyseliny a komplexotvorná činidla. Rozptýlené částice barev jsou pak ze suspenze oddělovány pomocí flotační technologie. Více informací najdete v článku: Nástin technologie recyklace papíru.

Výroba papíru

• příprava látky (zmíněna u sběrového papíru - čistící operace však již nejsou potřeba),
• strojní nádrž,
• papírenský nebo lepenkový stroj (nátoková skříň - přivádí vláknitou suspenzi na síto a vytváří rovnoměrné rozložení vláken po celé šířce síta, sítová část - odvodňuje papírový pás, lisová část - odstraňuje další vodu z pásu, sušicí část - odstraňuje zbytek vlhkosti zahřátím pásu papíru, navíječ - navíjí pás papíru do rolí)
• další procesy - závisí na druhu papíru.

Tyto stránky vznikly za laskavé finanční podpory:

• Nadace Partnerství
• Stichting DOEN
• Matra/KAP
• Ministerstvo životního prostředí
• MČ Praha 5
• Magistrát hlavního města Prahy