อลูมิเนียมซัลเฟตทำหน้าที่อย่างไรในอุตสาหกรรมกระดาษ?

เข้าใจเกี่ยวกับการปรับขนาดภายในและบทบาทของอลูมิเนียมซัลเฟต

กระบวนการปรับขนาดภายในทำงานโดยการปรับเปลี่ยนเส้นใยกระดาษเพื่อให้ดูดซับน้ำน้อยลง ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อผลิตกระดาษที่ต้านทานความชื้น อัลัม หรืออลูมิเนียมซัลเฟต ทำหน้าที่คล้ายกาวที่ช่วยยึดวัสดุเคลือบ เช่น รอซิน เข้ากับเส้นใยเซลลูโลสผ่านประจุไฟฟ้าเล็กๆ ระหว่างอนุภาค การทดสอบล่าสุดเกี่ยวกับอายุการใช้งานของกระดาษแสดงให้เห็นว่าวิธีนี้มีผลอย่างมากต่อความต้านทานน้ำ โดยไม่ส่งผลเสียต่อคุณภาพการพิมพ์หมึกบนพื้นผิว นั่นคือเหตุผลที่ผู้ผลิตส่วนใหญ่พึ่งพาเทคนิคนี้อย่างหนัก ทั้งในกระดาษสำหรับเขียนและวัสดุบรรจุภัณฑ์ชนิดต่างๆ ที่ต้องการป้องกันความชื้น

กลไกของอลูมิเนียมซัลเฟตในระบบการปรับขนาดแบบใช้รอซิน

เมื่อรวมกับรอซิน อัลัมจะทำปฏิกิริยาจนเกิดเป็นสารประกอบอลูมิเนียมรอซิเนต ซึ่งเป็นสารที่ทนต่อน้ำ และสามารถยึดติดกับเซลลูโลสได้ ปฏิกิริยานี้สร้างชั้นผิวเรียบในระดับจุลภาค ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการยึดหมึก และลดการเลอะพร่าของหมึกขณะพิมพ์

การควบคุมค่า pH และสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมเพื่อให้การปรับขนาดมีประสิทธิภาพ

อลัมมีบทบาทสองประการในการควบคุมค่า pH ซึ่งช่วยให้สารผสมในกระบวนการผลิตกระดาษคงอยู่ในช่วงที่เหมาะสม (4.5–5.5) เพื่อให้เกิดสารประกอบโรซิน-อลัม ค่า pH ต่ำจะเร่งปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส ในขณะที่ค่า pH สูงจะทำให้เกิดการตกตะกอนก่อนเวลา อันส่งผลให้ประสิทธิภาพของการปรับขนาดลดลง

การปรับปรุงสมรรถนะของกระดาษ: ความต้านทานน้ำ คุณภาพการพิมพ์ และความทนทาน

กระดาษที่ผ่านการปรับขนาดอย่างเหมาะสมจะมีคุณสมบัติต้านทานการซึมผ่านของของเหลวได้ดีขึ้น การพิมพ์คมชัดยิ่งขึ้นเนื่องจากการดูดซับหมึกที่ควบคุมได้ และลดการบวมของเส้นใยภายใต้สภาวะความชื้นสูง คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยให้วัสดุบรรจุภัณฑ์รักษาความแข็งแรงของโครงสร้างระหว่างการขนส่งและการจัดเก็บ

ประโยชน์หลายประการของอลูมิเนียมซัลเฟตในเคมีส่วนชื้นของกระบวนการผลิตกระดาษ

การควบคุมค่า pH และการทำให้ประจุเป็นกลางพร้อมกันในกระบวนการผลิตกระดาษ

อลูมิเนียมซัลเฟตทำหน้าที่สำคัญสองประการในกระบวนการเคมีตอนปลายเปียก โดยช่วยลดค่า pH ของเยื่อกระดาษให้อยู่ในช่วงเหมาะสมที่ 4.5–5.5 และทำให้ประจุลบบนเส้นใยและสารเติมแต่งเป็นกลางผ่านความหนาแน่นของประจุบวกสูง ซึ่งการทำให้ประจุเป็นกลางนี้จะช่วยลดแรงผลักระหว่างอนุภาค สร้างสภาวะที่เอื้ออำนวยต่อการเกิดฟลอกคูลเลชันและการกักเก็บที่มีประสิทธิภาพ

เพิ่มประสิทธิภาพการกักเก็บสารเติมแต่งและเส้นใยโดยใช้อลูมิเนียมซัลเฟต

ด้วยการรวมตัวของอนุภาคขนาดเล็กและสารคอลลอยด์ อลูมิเนียมซัลเฟตช่วยเพิ่มอัตราการกักเก็บของสารเติมแต่ง เช่น แคลเซียมคาร์บอเนต และไทเทเนียมไดออกไซด์ ได้สูงถึง 15–20% กลไกนี้ช่วยลดของเสียจากวัสดุ เพิ่มความสม่ำเสมอของแผ่นกระดาษ และลดภาระระบบระบายน้ำขาว ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญในการผลิตกระดาษเกรดพรีเมียมอย่างคุ้มค่า

ปรับปรุงการระบาย การอบแห้ง และประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องจักร

เมื่อสารประกอบนี้ออกฤทธิ์ผ่านกระบวนการฟลอกคูเลชัน จะช่วยสร้างโครงข่ายเส้นใยที่มีขนาดใหญ่ขึ้นและโปร่งขึ้น ทำให้น้ำระบายออกไปได้เร็วขึ้นมากในระหว่างกระบวนการผลิตแผ่นกระดาษ เรามาพูดถึงการปรับปรุงอัตราการระบายน้ำที่อยู่ในช่วงประมาณ 12 ถึง 18 เปอร์เซ็นต์ โครงสร้างที่ดีขึ้นหมายถึงการทำให้แห้งได้เร็วขึ้นโดยรวม และยังใช้ไอน้ำลดลงในเครื่องเป่าขนาดใหญ่เหล่านั้นอีกด้วย นอกจากนี้ยังมีข้อดีอีกประการหนึ่งที่ไม่มีใครอยากมองข้าม คือ การขาดของแผ่นกระดาษ (web breaks) เกิดขึ้นน้อยลงขณะเดินเครื่องที่ความเร็วสูง ปัจจัยทั้งหมดนี้รวมกันแล้วช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายด้านพลังงานจริงๆ ประมาณ 6 ถึง 10 เปอร์เซ็นต์ต่อปี อีกทั้งสายการผลิตสามารถผลิตสินค้าเพิ่มขึ้นได้อีกประมาณ 3 ถึง 5 เปอร์เซ็นต์ต่อชั่วโมงบนเครื่องจักรความเร็วสูง โดยไม่ต้องทำงานหนักเกินไป

การเสริมสร้างโครงสร้างกระดาษ: เส้นใย การยึดเกาะ และประสิทธิภาพระยะยาว

ผลกระทบของอลูมิเนียมซัลเฟตต่อการยึดเกาะของเส้นใยและโครงสร้างรูพรุน

อลูมิเนียมซัลเฟตช่วยเพิ่มความแข็งแรงของกระดาษโดยการเปลี่ยนแปลงปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตระหว่างเส้นใยเซลลูโลส กระบวนการนี้เกิดจากไอออนบวกจากซัลเฟตที่ทำหน้าที่เป็นกลางประจุลบบนผิวของเส้นใย ซึ่งทำให้เส้นใยสามารถจัดเรียงตัวได้แน่นขึ้น ส่งผลให้จำนวนตำแหน่งที่สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนเพิ่มขึ้นอย่างมากประมาณ 25 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับเยื่อกระดาษที่ไม่ผ่านการบำบัด นอกจากนี้ รูพรุนระหว่างเส้นใยจะหดตัวลงเฉลี่ยประมาณ 18 ถึง 22 เปอร์เซ็นต์ ทำให้กระดาษมีความหนาแน่นมากขึ้น แต่ยังคงความยืดหยุ่นในระดับหนึ่ง กลไกนี้มีลักษณะทางเคมีคล้ายกับการรักษาเส้นใยขั้นสูงที่ใช้ในกระบวนการผลิตกระดาษประสิทธิภาพสูง โดยมีความแตกต่างหลักคือการพึ่งพากระบวนการทางเคมีแทนกระบวนการทางกล

การเสริมสร้างความแข็งแรงดึง, ความต้านทานการฉีกขาด และความสมบูรณ์ของแผ่น

เมื่อเราเพิ่มความแข็งแรงให้กับโครงข่ายเส้นใย เราก็จะเห็นการปรับปรุงคุณภาพของกระดาษอย่างแท้จริง การทดสอบแสดงให้เห็นว่า กระดาษที่ผ่านการบำบัดด้วยอลูมิเนียมซัลเฟตในปริมาณที่เหมาะสม จะมีความต้านทานแรงดึงสูงขึ้นประมาณ 35% และมีความต้านทานการฉีกขาดเกือบสองเท่า เมื่อเปรียบเทียบตามมาตรฐาน ISO สิ่งใดที่ทำให้ผลลัพธ์นี้ออกมาดีเยี่ยม? โดยพื้นฐานแล้ว มีสามปัจจัยที่ทำงานร่วมกัน ประการแรก พันธะหลักระหว่างเส้นใยมีความแข็งแรงมากขึ้น ประการที่สอง เกิดพันธะไอออนิกเพิ่มเติมขึ้นระหว่างชั้นของแผ่นกระดาษเอง และประการที่สาม การกระจายแรงที่เกิดขึ้นภายในวัสดุขณะถูกโหลดมีประสิทธิภาพดีขึ้นมาก ทั้งสามปัจจัยนี้ทำงานร่วมกัน ทำให้เกิดความแตกต่างอย่างมากในงานด้านบรรจุภัณฑ์ ซึ่งวัสดุจำเป็นต้องทนต่อน้ำหนักที่ซ้อนทับกันและแรงต่างๆ ที่เกิดขึ้นในกระบวนการผลิต

ความทนทานและการเสื่อมสภาพของกระดาษที่ผ่านการบำบัดด้วยอลูมิเนียมซัลเฟต

การทดสอบที่จำลองการเสื่อมสภาพในระยะยาวแสดงให้เห็นว่า กระดาษที่ผ่านการบำบัดสามารถรักษาความแข็งแรงไว้ได้ประมาณ 85% ของค่าเดิม หลังจากที่ถูกสัมผัสกับสภาวะเทียบเท่ากับเวลาจริง 30 ปี การทดสอบตัวอย่างที่ผ่านการบำบัดเหล่านี้มีผลลัพธ์ดีกว่าตัวอย่างที่ไม่ได้รับการบำบัดประมาณสามเท่า คุณสมบัติในการควบคุมค่า pH ของอลูมิเนียมซัลเฟตช่วยรักษาค่า pH ให้อยู่ในช่วงที่คงที่ระหว่าง 6.8 ถึง 7.1 ซึ่งช่วยป้องกันการเสื่อมสภาพจากกรด ในขณะเดียวกันยังสร้างสภาวะที่ทำให้จุลินทรีย์ที่ก่อให้เกิดปัญหา ซึ่งกินเซลลูโลสไม่สามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ เมื่อพิจารณาจากการวิจัยทั้งหมดเกี่ยวกับการเสื่อมสภาพของกระดาษสำหรับจัดเก็บเอกสาร ระบบที่ให้การป้องกันสองชั้นนี้สามารถแก้ไขปัญหาที่ก่อให้เกิดความเสื่อมสภาพได้ประมาณ 72% สำหรับผู้ที่ต้องการเก็บรักษาเอกสารสำคัญให้คงอยู่ไปหลายชั่วอายุคน การบำบัดนี้ถือว่ามีความแตกต่างอย่างมาก ที่จะช่วยให้เอกสารยังคงสภาพสมบูรณ์นานขึ้นหลายทศวรรษเมื่อเทียบกับวิธีการมาตรฐาน

การควบคุมพิทช์ เรซิน และสารปนเปื้อนด้วยอลูมิเนียมซัลเฟต

การจัดการการสะสมของพิทช์และเรซินในระบบเยื่อและกระดาษ

อลูมิเนียมซัลเฟตทำงานต้านทานการสะสมของยางไม้และเรซินจากไม้ โดยการลดประจุไฟฟ้า เมื่อไม้สลายตัวระหว่างกระบวนการผลิต จะปล่อยสารเหนียวเหล่านี้ออกมา ซึ่งในสภาวะด่างจะมีการรับประจุลบ ทำให้สารเหล่านี้เกาะรวมกันและเคลือบผิวอุปกรณ์ต่างๆ ทั่วทั้งโรงงาน การเติมไอออน Al3+ เข้ามาเปลี่ยนแปลงทุกอย่างไปในทางที่ดีขึ้น ไอออนเหล่านี้สามารถแยกอนุภาคยางไม้ขนาดเล็กกว่า 1 ไมโครเมตรออกเป็นชิ้นเล็กๆ ได้ ซึ่งช่วยลดปริมาณที่เกาะติดลงได้ประมาณครึ่งหนึ่งถึงสองในสาม ในกระบวนการผลิตเยื่อกระดาษแบบกลไก แทนที่จะไปเกาะตามลวดกรองหรือถังอบแห้ง ซึ่งก่อให้เกิดปัญหามากมาย วัสดุที่ผ่านการบำบัดแล้วจะรวมตัวกันเป็นก้อนและตกตะกอนลงสู่เครื่องตกตะกอน โรงโม่กระดาษที่ใช้วิธีนี้รายงานว่าสามารถทำความสะอาดเครื่องจักรทุก 22 ชั่วโมง แทนที่จะทุก 8 ชั่วโมง หมายความว่ามีการหยุดเดินเครื่องน้อยลง และเจ้าหน้าที่บำรุงรักษามีความพึงพอใจมากขึ้นโดยรวม

ลดการสะสมของสารเหนียวและลดการขาดของแผ่นวัสดุในการผลิต

เมื่อทำงานกับเส้นใยรีไซเคิล ปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างอลูมิเนียมซัลเฟตและกรดไขมันอิสระที่น่ารำคาญจะสร้างสบู่อลูมิเนียมที่ไม่เหนียวเหล่านี้ขึ้นมา ซึ่งช่วยลดปัญหาความเหนียวได้ประมาณ 40% เมื่อเทียบกับกรณีที่ไม่มีการบำบัดใดๆ สิ่งนี้หมายความว่าโรงงานผลิตกระดาษจะประสบปัญหาการขาดของเว็บ (web breaks) น้อยลงเนื่องจากการสะสมของเรซิน ซึ่งโดยทั่วไปแล้วเป็นสาเหตุของภาวะการหยุดทำงานที่ไม่คาดคิดประมาณหนึ่งในสามของโรงงานผลิตกระดานบรรจุภัณฑ์ นอกจากนี้ การทดสอบจริงยังแสดงให้เห็นถึงผลลัพธ์ที่น่าประทับใจอย่างมาก โรงงานที่ผสมอลูมิเนียมซัลเฟต 0.9% เข้ากับพอลิเมอร์ที่มีประจุบวกบางชนิดสามารถกำจัดสารปนเปื้อนที่เหนียวเหล่านี้ได้ประมาณ 93% ตั้งแต่แรกเริ่ม ทำให้พวกเขาสามารถเดินเครื่องผลิตได้เกินกว่า 1,500 เมตรต่อนาที โดยไม่จำเป็นต้องหยุดเพื่อเปลี่ยนเกรด ซึ่งเป็นสิ่งที่ช่วยประหยัดเวลาและต้นทุนได้อย่างมากในระยะยาว

การประยุกต์ใช้ในผลิตภัณฑ์กระดาษแต่ละเกรดและการแก้ไขปัญหาในการผลิต

ความหลากหลายของอลูมิเนียมซัลเฟตถูกใช้ในกระดาษหลายเกรด โดยตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพที่สำคัญ ขณะเดียวกันก็มีข้อพิจารณาในการดำเนินงานที่เป็นเอกลักษณ์

การใช้อลูมิเนียมซัลเฟตในกระดาษสำหรับการพิมพ์ การเขียน และบรรจุภัณฑ์

กระดาษพิมพ์และเขียนคุณภาพสูงได้รับประโยชน์จากอลูมิเนียมซัลเฟต เพราะช่วยให้หมึกยึดติดกับผิวกระดาษได้ดีขึ้น ขณะเดียวกันก็ลดปัญหาการซึมของหมึกที่น่ารำคาญใจ กลไกการทำงานนั้นน่าสนใจมาก เพราะสารนี้จะปรับประจุผิวและจัดเรียงเส้นใยให้อยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสม เมื่อพิจารณาในด้านวัสดุบรรจุภัณฑ์ สารเคมีชนิดเดียวกันนี้ก็มีบทบาทที่แตกต่างแต่สำคัญไม่แพ้กัน กล่องพัลป์ขึ้นรูปจำเป็นต้องมีความแข็งแรงเพิ่มเติมเมื่อเปียกน้ำ และแผ่นกระดาษสำหรับบรรจุอาหารต้องสามารถกันไขมันได้โดยไม่ดูดซึมเข้าไป อลูมิเนียมซัลเฟตจึงทำหน้าที่เสริมความแข็งแรงที่ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ต้องการ สิ่งที่ทำให้สารนี้ใช้งานได้ดีกับกระดาษหลายประเภท คือ พันธะตามธรรมชาติที่เกิดขึ้นระหว่างสารกับเส้นใยเซลลูโลส ซึ่งช่วยให้การควบคุมขนาดของกระดาษมีความสม่ำเสมอแม้ในสายการผลิตที่รวดเร็ว เช่น การผลิตกระดาษห่อคราฟท์และกระดาษกล่อง โดยผู้ผลิตชื่นชอบความสามารถในการสร้างสมดุลของสารนี้ ที่ทำให้กระดาษทนทานต่อแรงกระแทก แต่ยังคงพับงอได้ดีตามความต้องการของการบรรจุภัณฑ์

ความต้านทานความชื้นในแอปพลิเคชันของกระดานลูกฟูกและแผ่นรองลินเนอร์บอร์ด

อลูมิเนียมซัลเฟตช่วยทำให้กระดาษลูกฟูกต้านทานการบิดงอเมื่อสัมผัสกับความชื้น เนื่องจากมันสร้างพันธะที่แข็งแรงระหว่างเส้นใยและกาวแป้งที่ใช้ในการผลิต สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับบรรจุภัณฑ์ที่ส่งออกไปต่างประเทศ เพราะโดยทั่วไปจะต้องเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศหลายรูปแบบระหว่างการขนส่ง ปัจจุบันตลาดต้องการบรรจุภัณฑ์ที่กันความชื้นได้ดียิ่งขึ้น ซึ่งหมายความว่าผู้คนเริ่มให้ความสนใจมากขึ้นเกี่ยวกับประสิทธิภาพของอลูมิเนียมซัลเฟตเมื่อใช้ร่วมกับชั้นกระดาษรีไซเคิล อย่างไรก็ตาม ปัญหาคือหากเติมสารนี้มากเกินไป อาจทำให้กระบวนการแยกชั้นต่างๆ ของกระดาษลูกฟูกทำได้ยากขึ้นในระหว่างการผลิต

การปรับปริมาณและการเข้ากันได้ในโรงโม่กระดาษความเร็วสูง

เครื่องจักรโมเดิร์นทำงานที่ความเร็วเกิน 1,200 เมตรต่อนาที ซึ่งต้องการการเติมอลูมิเนียมซัลเฟตอย่างแม่นยำ (โดยทั่วไป 0.8–2.5% ของน้ำหนักเยื่อกระดาษแห้ง) ระบบตรวจสอบค่า pH โดยอัตโนมัติในปัจจุบันสามารถประสานการเติมสารกับความเข้มข้นของเยื่อกระดาษที่เปลี่ยนแปลงได้ ช่วยลดข้อบกพร่องของแผ่นกระดาษลง 18–23%

ผลกระทบต่อกระบวนการรีไซเคิล และความกังวลเกี่ยวกับการสะสมของอลูมิเนียม

แม้ว่าอลูมิเนียมซัลเฟตจะช่วยเพิ่มสมรรถนะเริ่มต้นของกระดาษ แต่ไอออนอลูมิเนียมที่ตกค้างในเส้นใยรีไซเคิลจะทำให้ประสิทธิภาพการกำจัดหมึกลดลง 12–15% และเร่งการเหลืองของกระดาษที่ใช้เก็บรักษายาวนาน อุตสาหกรรมกำลังศึกษาระบบการกักเก็บแบบคู่ร่วมกับแคลเซียมคาร์บอเนต เพื่อลดการสะสมของอลูมิเนียมโดยไม่สูญเสียประสิทธิภาพการปรุงผิว

คำถามที่พบบ่อย

หน้าที่หลักของอลูมิเนียมซัลเฟตในการปรุงผิวกระดาษคืออะไร

อลูมิเนียมซัลเฟตทำหน้าที่เหมือนกาวในกระบวนการปรุงผิวภายใน โดยจับยึดวัสดุปรุงผิว เช่น โรซิน เข้ากับเส้นใยเซลลูโลส ช่วยเพิ่มความต้านทานน้ำและคุณภาพการพิมพ์

อลูมิเนียมซัลเฟตมีบทบาทอย่างไรในการควบคุมค่า pH ระหว่างกระบวนการผลิตกระดาษ

อลูมิเนียมซัลเฟตช่วยควบคุมค่าพีเอชให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสมสำหรับการสร้างสารประกอบโรซิน-อัลัม ซึ่งทำให้การปรับขนาดมีประสิทธิภาพและป้องกันการตกตะกอนก่อนเวลา

อลูมิเนียมซัลเฟตมีประโยชน์อย่างไรในการผลิตกระดาษ

อลูมิเนียมซัลเฟตช่วยเพิ่มความต้านทานน้ำ คุณภาพการพิมพ์ การยึดเกาะของสารเติมแต่ง การระบายนำ้ และความแข็งแรงดึง ขณะเดียวกันยังช่วยลดของเสียจากวัสดุและการขาดของแผ่นกระดาษระหว่างการผลิต

มีข้อกังวลใดบ้างเกี่ยวกับอลูมิเนียมซัลเฟตในกระบวนการรีไซเคิล

ใช่ ไอออนอลูมิเนียมที่ตกค้างสามารถลดประสิทธิภาพของการกำจัดหมึกและเร่งการเปลี่ยนเป็นสีเหลืองในเส้นใยรีไซเคิล จึงมีการศึกษาหาทางแก้ไขเพื่อลดการสะสมของอลูมิเนียม