۵-۱- مواد چاپی

۱-۵-۱- سطوح چاپ

تاریخچه

اولین كاغذی كه در جهان مورد استفاده قرار گرفت، پاپیروس بود. این كاغذ از گیاه پاپیروس ساخته می‌شد؛ گیاهی كه در آفریقا رشد می‌یابد. رشته‌های نازك درونی این گیاه، كنار هم قرار داده می‌شدند و تحت فشار و ضربه، سطح آنها صاف و هموار می‌گشت. اختراع كاغذ كنونی كه از الیاف گیاهی مانند الیاف بامبو تولید می‌شود، به سال ۱۰۵ میلادی باز می‌گردد.

البته امروز آثاری به دست آمده كه نشان می‌دهند قدمت كاغذ خیلی بیشتر است. تسای لون (Tsai Lun) از چین، مخترع رسمی كاغذ است. ویژگی اصلی اختراع او، این بود كه برای هر ورقی كه قرار بود قالب‌گیری شود به یك توری یا شبكه‌ی جدید نیاز نبود.

در سال ۶۱۰ میلادی، دولیو (Dolyo)، یكی از مبلغان آیین بودا، كاغذ جدید را به ژاپن برد و در سال ۷۱۰ میلادی، این كاغذ برای اولین بار، به دست عرب‌ها رسید. عرب‌ها به طور گسترده آن را در آسیا رواج دادند. تولید كاغذ در اروپا در حدود سال ۱۱۵۰ در اسپانیا، در سال ۱۲۷۶ در ایتالیا و در سال ۱۳۳۸ در فرانسه آغاز گردید.

در سال ۱۹۹۰، صنعت كاغذسازی آلمان، ششصدمین سال تاسیس این صنعت را در كشورهای آلمانی زبان جشن گرفت. یولمان استرومر (Ulman Stromer) (1407-1329)، یك تاجر نورمبرگی در ۲۴ ژوئن سال ۱۳۹۰، برای اولین بار كاغذی به روش دستی ساخت و آن را “Gleismürle” نام نهاد.

تولید كاغذ به روش دستی در اروپا، برای مدتی طولانی روش غالب بود (در حدود ۶۵۰ سال).

این روش ادامه یافت تا سال ۱۷۹۹ كه نیكولاس لویی روبرت (Nicolas Louis Robert) (1828-1761)، مجوز دستگاه كاغذسازی خود را، گرفت. این دستگاه كه از چوب ساخته شده بود، كاغذهایی به طول ۱۵-۱۲ میلی‌متر تولید می‌كرد. در این فرآیند، خمیر كاغذ قالب‌گیری نمی‌‌شود، بلكه با استفاده از یك چرخ دوار گریز از مركزی، به سطح چرخان شبكه منتقل می‌شود. سپس به وسیله‌ی یك چرخ دستی، به صورت دستی هدایت می‌گردد.

مواد اصلی برای تولید كاغذ

با آن كه حدود ۲۰۰۰ سال پیش، چینی‌ها از پوست درختان، كنف و ساقه‌ی برنج برای تولید كاغذ استفاده می‌كردند، اما امروز چوب ماده‌ی اصلی مورد استفاده است. از نظر میزان و فراوانی هم، می‌توان گفت كه چوب در دسترس‌ترین ماده‌ی طبیعی بر روی زمین است. تقریبا یك سوم زمین را درختان می‌پوشانند. بیش از صد سال است كه در صنعت كاغذسازی چوب به عنوان مهم‌ترین ماده‌ی اصلی تشكیل‌دهنده خمیر كاغذ كاربرد دارد. جدول ۱-۵-۱،‌ نگاهی اجمالی بر مواد مورد نیاز برای تولید كاغذ، كارت و مقوا دارد.

برای تولید كاغذ، خمیر چوب به صورت مكانیكی و شیمیایی آماده می‌شود. برای تبدیل چوب به خمیر برای تولید كاغذ،‌ باید چوب كاملا خرد و كوبیده شود (شكل ۱-۵-۱). پوسته‌ی چوب الوار جدا می‌گردند و طی فرآیند خرد‌كنی تحت فشار،‌خرد و كوبیده می‌شوند. با آن كه متناوباً آب به سطح پاشیده می‌شود، اما الیاف به صورت جداگانه از چوب جدا می‌گردند و یك سنگ سنباده،‌ وظیفه‌ی خرد كردن و كوبیدن آنها را برعهده می‌گیرد. بدین ترتیب،‌ خمیر كاغذ به صورت مكانیكی آماده می‌شود.

اما «خمیر كاغذ شیمیایی»، یك ماده‌ی فیبری است كه از چوب و دیگر مواد خام گیاهی به كمك تجزیه و تحلیل‌های شیمیایی حاصل می‌گردد.

خمیر شیمیایی تفاوت‌هایی با خمیر مكانیكی دارد. ناخالصی‌های خمیر شیمیایی، كمتر و درجه‌ی سفیدی آن بالاتر است. با توجه به نوع مواد شیمیایی مورد استفاده‌ می‌توان دو نوع خمیر كاغذی متفاوت از یكدیگر مشخص نمود:

– خمیر سولفاتی: فرآیند قلیایی

– خمیر سولفیتی: فرآیند اسیدی

تقریبا ۸۵ درصد خمیرهای شیمیایی در سراسر جهان، خمیرهای سولفاتی هستند. این خمیر، سفت‌تر از خمیر سولفیتی است اما درجه‌ی سفیدی آن پایین‌تر است و با بازده و محصول كمتری تولید می‌گردد. خمیر سولفیتی، به زمان بیشتری برای واكنش نیاز دارد.

به خمیر شیمیایی كه كاملا بدون استفاده از كلر سفید می‌شود، تی‌سی‌اف (TCF: Totally Chlorine Free) گفته می‌شود. در اینجا بیشتر پروكسیدهای هیدروژنی و اكسیژنی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

از فیبرهای خمیر مكانیكی و خمیر شیمیایی به عنوان «فیبرهای اصلی» یاد می‌شود. «كاغذهای باطله» نیز، همیشه نقش مهمی در تولید كاغذ ایفا می‌كرده‌اند. در سال ۱۷۷۴،‌ فردی به نام جوستوس كلا پروت (Justus Claproth) یك بروشور چاپی كاغذی منتشر كرد كه برای ساخت آن، كاغذهای چاپی به عنوان مواد اصلی چاپی مورد استفاده قرار گرفته بود. اما امروز،‌۶۰درصد از ماده‌ی تشكیل‌دهنده‌ی كاغذ را كاغذهای باطله تشكیل می‌دهند. با این حال، در بعضی كاغذهای ویژه می‌توان ۱۰۰درصد از این فیبرهای معروف به فیبرهای ثانویه استفاده كرد (مثلا برای چاپ روزنامه‌ای).

از این رو،‌ كاغذهای باطله امروز به عنوان مهم‌ترین ماده‌ی خام در صنعت كاغذسازی شناخته شده‌اند. اما باید به این نكته توجه داشت كه استفاده از این فیبرهای بازیافتی به دست آمده از كاغذهای باطله محدود است.

از یك طرف، كیفیت آنها باید این قابلیت را داشته باشد كه بتواند كیفیت كاغذی را كه قرار است تولید شود، برآورده‌ سازد و از طرفی دیگر، هزینه‌های مواد شیمیایی و تجهیزات فنی و تولیدی باید كاملا لحاظ شوند. در فرآیند تهیه‌ی فیبرهای ثانویه از كاغذهای باطله، به یك فرآیند پاكسازی، سوسپانسیون و هم‌چنین زدودن مركب‌های چاپی اضافی نیاز است.

علاوه بر این، باید خاطرنشان كرد كه محدودیت‌هایی برای استفاده دوباره از فیبرهای كاغذهای باطله وجود دارد. با توجه به مطالعات و پژوهش‌هایی كه به تازگی صورت گرفته می‌توان گفت كه پس از ۳ تا ۵ بار بازیافت، دیگر نمی‌توان از آن فیبرها استفاده كرد. در تولید كاغذ، همیشه به چوب‌های تازه یا فیبرهای اولیه نیاز است.

تولید كاغذ

آماده سازی خمیر

پیش از آن كه خمیر برای تولید كاغذ به دستگاه كاغذسازی فرستاده شود، لازم است یك سری اقدامات آماده‌سازی صورت گیرد. این اقدامات شامل فرآیندهایی است كه با آماده‌سازی خمیر، مواد افزودنی و دیگر مواد لازم آغاز می‌شود و در مقابل مخزن سری دستگاه كاغذسازی پایان می‌پذیرد.

این مرحله شامل كوبیدن خمیر و استفاده از پركننده‌ها (كربنات كلسیم و كائولین) و افزودنی‌هاست. ویژگی‌های اصلی و مشخصات كیفیتی كاغذ، به میزان قابل توجهی در این مرحله تعیین می‌گردند. تركیب نهایی خمیر آماده شده در جایی تكمیل می‌گردد كه در آن افزودنی‌ها و پركننده‌های مورد نظر نیز به كار گرفته می‌شوند.

به جدول ۱-۵-۱- نگاه كنید.

امروزه تولید كاغذ و كارت به میزان قابل توجهی در دستگاه‌های كاغذسازی پرسرعت انجام می‌شود. تنها در آلمان، در حدود ۴۰۰ دستگاه مختلف وجود دارد كه با سرعت‌ها و كاركردهای مختلف كار می‌كنند. هم‌اكنون دستگاه‌هایی برای تولید كاغذ با كیفیت بالا در دسترس قرار دارند كه قادرند كاغذهایی با پهنای ۶۰/۶ متر و یا حتی بیشتر را با سرعت ۱۳۰۰ متر بر دقیقه (۷/۲۱ متر بر ثانیه) تولید نمایند. دستگاه‌های كاغذسازی، قلب تپنده‌ی هر كارخانه‌ی كاغذسازی هستند. هم‌اكنون دستگاه كاغذسازی فورد رینیر پرطرفدارترین دستگاه است.

 تولید كاغذ روزنامه را با استفاده از اجزای دستگاهی (برای دیگر انواع كاغذ، باید با توجه به شرایط از اجزای دیگر نیز استفاده شود):

– مخزن سری (هدباكس)

– بخش سیمی

– بخش خشك‌كنی

– فشار‌دهنده و براق‌كننده

– بخش پایانی

خمیر كاغذ از مخزن سری وارد بخش سیمی می‌شود و در آنجا رول كاغذ شكل می‌گیرد.

این كار با كشیدن آب خمیر كاغذ یعنی جدا كردن آب از مواد جامد صورت می‌پذیرد. به محض اینكه سوسپانسیون فیبری آب، فیبرها، پركننده‌ها و مواد افزودنی به طور یكنواخت در سرعت بالا از مخزن سری به شبكه‌ی سیمی راه یافت، آب آن به دلیل جاذبه خارج می‌شود.

فیبرها در شبكه باقی می‌مانند و در قالب یك رول پیوسته نمدمالی می‌گردند. از این فرآیند به عنوان «زهكشی» یاد می‌شود. یك حركت آهسته به سیم‌ها داده می‌‌شود. بدین ترتیب، جهت طولی فیبرهای موازی با جریان آب كه موجب راه‌دار شدن كاغذ می‌گردد، تا اندازه‌ای كاهش می‌یابد و در همان حال فرآیند آبكشی و نمد مالی بهتر انجام می‌شود.

ورقه‌های كاغذی با برش از رول كاغذ حاصل می‌شوند.

در اینجا بین رشته‌های بلند (فیبرهایی كه به صورت موازی با بُعد بزرگتر ورق كاغذ قرار می‌گیرند) و رشته‌های كوتاه (فیبرهایی كه در امتداد كوتاهترین بُعد كاغذ قرار می‌گیرند) تفاوت وجود دارد. اما جهت نهایی كاغذ تكمیل یافته در بسیاری از كارهای چاپی از نظر مقاومت و ماندگاری كاغذ حائز اهمیت است (شكل ۳-۵-۱). چون فیبرها در عرض نسبت به طول تراكم بیشتری دارند (نسبت ۷ به ۱). در مرحله‌ی چاپ و مرحله‌ی پایانی و تكمیلی، این ویژگی باید مورد توجه قرار گیرد. علاوه بر این، سختی و استحكام كاغذ در مسیرها فیبرها بیشتر است.

وظیفه‌ی نورد مارك‌زنی كه یك سیلندر شبكه‌ای است، تشكیل بُعد بالایی رول تَر به صورت یكنواخت است. هنگام چرخش نورد مارك‌زنی در رول‌تر، نقوش و علائم برجسته شده و به جا می‌مانند.

در انتهای «بخش سیمی»، اتصال رول كاغذ كه هنوز خیس است، به «بخش پرس» صورت می‌پذیرد. اینجا، همان جایی است كه آبكشی مكانیكی و فشرده‌سازی رول كاغذ انجام می‌شود.

در «بخش خشك‌كنی» رول كاغذ در برابر سیلندرهای خشك‌كنی كه با استفاده از بخار گرما داده می‌شوند، تحت تاثیر یك فرآیند ملایم خشك‌كنی قرار می‌گیرد. نوع این فرآیند بر مقاومت كاغذ و كشش آن اثر می‌گذارد.

پیش از بخش سومی و نهایی خشك كنی، با یك كاغذ روكش‌دار سروكار داریم كه در صورت نیاز، اقدامات آهارزنی و رنگ‌آمیزی بر آن انجام می‌شود. از دستگاه‌های آهارزنی مدرن به عنوان «دستگاه‌های لایه‌ای» یاد می‌شود كه قادرند بر روی سطح، روكش ایجاد نمایند.

بخش براق‌كننده و صیقل دهنده، قسمتی از بخش نهایی دستگاه كاغذ‌سازی است. وظیفه‌ی آن صاف نمودن و هموار كردن سطح و زدودن بی‌نظمی‌هاست.

با استفاده از یك براق‌كننده یا یك نورد داغ كاغذ كه شامل ۵ تا ۱۰ نورد استیلی است می‌توان كاغذهای مات یا كاغذهایی با پرداخت ماشینی تولید كرد. پس از بخش خشك‌كنی، یك «سیستم خنك‌كننده» نصب می‌شود. تولید كاغذ با پیچاندن رول كاغذ به دور یك هسته‌ی فولادی كه از آن به عنوان درام قرقره یاد می‌شود، خاتمه می‌یابد.

در دستگاه‌های كاغذسازی فوردرینیر، سوسپانسیون فیبری برای تشكیل كاغذ بر روی سیم یا مفتول فوردرینیر قرار داده می‌شود، اما در «ماشین‌های كاغذی سیلندری» یا «ماشین‌های غلتكی» سوسپانسیون كاغذ، قالب‌گیری می‌گردد.

در این فرایند، كشیدن آب سوسپانسیون در درون نورد كاغذ یا براق‌كننده انجام می‌شود. از «ماشین‌های كاغذسازی سیلندری» یا «ماشین‌های غلتكی» برای تولید كارتها یا كاغذهای چند لایی استفاده می‌شود كه این كارت‌ها یا كاغذها می‌توانند تا ده‌ لایه‌ی جداگانه را در خود بگنجانند. در این مرحله، لایه‌های جداگانه منتقل و در كنار یكدیگر، قرار داده می‌شوند (شكل ۵-۵-۱ را ببینید).

مراحل پایانی و تكمیلی كاغذ

پركاربردترین فرآیندهای مورد استفاده‌ در مرحله‌ی پایانی و تكیملی عبارتند از:

– روكش‌دهی

– اشباع كردن

– پارشمن‌سازی

– سلفون كشی

مهم‌ترین مرحله‌ی پایانی برای كاغذهایی كه امروز تولید می‌شوند، «روكش‌دهی» است.

این اقدام شامل روكش‌دهی ماشینی یك كاغذ پایه با استفاده از یك یا چند لایه با روكش پیگمنتی سفید است كه می‌تواند مواد زیر را در خود بگنجاند:

– پیگمنت‌ها

– سیال‌های حامل (vehicles)

– مواد افزودنی (مانند افزودنی‌های اُپتیكال)

وظیفه‌ی سیال‌های حامل یك رنگ روكشی، توزیع یكنواخت پیگمنت‌ها در رنگ روكشی و چسباندن آنها به كاغذ است. با توجه به نوع فرآیند چاپی كه قرار است كاغذ در آن مورد استفاده قرار گیرد، فرمول‌ها و تركیبات سیال‌های حامل متفاوت است. از روكش كاغذ استفاده می‌شود تا تاثیرات لازم بر عملكرد سطح كاغذ با توجه به رنگ، روشنی، ساختار و زبری اعمال گردد. مثلا برای تولید سطوح مات، نیمه‌مات و گلاسه‌ كه قابلیت چاپ را بالا برد.

در این صورت، به نتایج چاپی می‌توان دست یافت كه با استفاده از كاغذهای معمولی بدون روكش امكان‌پذیر نیست. كاغذ پایه از طریق مواد روكش‌، با شرایط و امكانات مختلف فرآیندهای چاپی سازگار می‌گردد.

پس از روكش‌ كردن كاغذ، نوبت به صاف كردن آن می‌رسد. در اینجاست كه كاغذ، ساختار نهایی سطح خود را باز می‌یابد (گلاسه و براق) و تاثیر و جلوه‌ی تصویری آن علاوه بر ویژگی‌های چاپی سطح تعیین می‌شود. صاف كردن و صیقل دادن سطح در نورد داغ كاغذ (Calender) به وقوع می‌پیوندد. در این نورد، رول كاغذ به طور مكانیكی از بین نوردهایی كه بر روی یكدیگر قرار گرفته‌اند، تحت فشار، حرارت و اصطكاك عبور داده می‌شود.

بدین ترتیب كاغذ یا كارت ساختار ویژه‌ای می‌یابد و متناسب با نیاز، سطح آن صیقلی، برجسته یا زبر بر‌می‌گردد. امروزه، گستره‌ی كاغذهای روكش‌دار و روكش‌دار نورد شده بسیار متنوع است و در تمامی فرآیندهای چاپی می‌توان از آنها استفاده كرد. در نتیجه به سختی می‌توان نگاهی اجمالی بر آنها داشت. در كاغذ روكش‌دار نورد شده (Cast-Coated Paper)، سطح آینه‌ای نهایی، با استفاده از نورد داغ‌ كاغذ و صیقلی كردن سطح با استفاده از آن روش حاصل نمی‌شود. دستیابی به چنین سطحی، پس از روكش كردن به كمك مرحله‌ی خشك‌ كردن تماسی كه با استفاده از یك سیلندر داغ كرومی انجام می‌شود، میسر می‌گردد. در این روش، روكش دستخوش تغییر شكل پلاستیكی می‌شود و ساختار سطح فوق‌العاده صاف و صیقلی سیلندر كرومی به سطح كاغذ یا كارت منتقل می‌گردد. [۱-۵-۱، ۲-۵-۱]

نوع ساختار

«كاغذ» یك جسم مسطح است كه از فیبرها یا الیاف گیاهی تولید می‌شود. این فیبرها به روش مكانیكی یا شیمیایی و یا ترمومكانیكی با استفاده از مواد شیمیایی عمل می‌آیند. كاغذ، یك ساختار ستونی است كه با تركیب و نمــــد مالی فیبرها و الیاف گیاهی تولید می‌شود و گراماژی در حدود ۲ تا ۷ g/m² 150 دارد.

تفاوت‌هایی بین كاغذهای «بدون روكش»، «روكش‌دار» و «روكش‌دار نورد شده» وجود دارد.

تركیب خمیر كاغذ و مواد اولیه‌ای كه در ساخت آن به كار می‌رود، اطلاعاتی پیرامون كیفیت آن به ما می‌دهد.

كاغذهای را می‌توان به انواع زیر دسته‌بندی كرد:

– عاری از چوب

– حاوی چوب

– حاوی كاغذهای باطله

– حاوی پوسته‌ی چوب

كاغذ عاری از چوب اساسا از فیبرهای خمیری شیمیایی تولید می‌شود و باید نهایتا تا ۵ درصد خمیر چوب مكانیكی را در خود بگنجاند. به عنوان مثال، بسیاری از كاغذهای چاپی و تحریر و هم‌چنین كاغذهای بدون روكش همراه با یك سطح روكش‌دار كاغذهای عاری از چوب هستند.

كاغذی كه حاوی چوب است با استفاده از درصد بالایی از خمیر مكانیكی تولید می‌گردد.

این نوع كاغذ مقدار قابل توجهی لیگنین (ماده‌ی چوب) را در خود می‌گنجاند، به گونه‌ای كه نسبتا با سرعت بالایی به زردی می‌گراید. نمونه‌هایی از كاغذهایی كه به میزان زیادی حاوی چوپ هستند، كاغذهای روزنامه‌ها و مجلات می‌باشند.

این كاغذها با استفاده از كاغذهای باطله تولید می‌شوند. به طور كلی، میزان خمیر مكانیكی مورد استفاده همیشه دقیقا مشخص نیست. به همین دلیل، از اصطلاحاتی مانند كاغذ «حاوی مقداری چوب» یا «تقریبا عاری از چوب» استفاده می‌گردد. امروزه، «كاغذی كه حاوی كاغذ باطله» (كاغذ بازیافتی) است، كاربرد گسترده‌ای دارد. به عنوان مثال، كاغذ روزنامه،‌ تقریبا ۱۰۰ درصد از فیبرهای ثانویه ساخته می‌شود.

كاغذ بدون روكش

اصطلاحاتی مانند «كاغذ»، «كارت» و «مقوا»، از یك طرف به گراماژ بستگی دارد و از طرفی دیگر، كاربرد آنها می‌تواند تاثیرگذار باشد.

نمونه‌هایی از درجه‌های ارجاعی و كاربرد متداول آنها عبارتند از:

– كاغذ g/m² 150> (گاهی اوقات تا g/m² 400)، (كاغذهای نازك)

– كارت g/m² 150-600 (مقواهای مورد استفاده در جعبه‌های تاشو)

– مقوا ۶۰۰g/m²< (مقواهای مورد استفاده در بسته‌بندی‌های سنگین).

در جدول ۲-۵-۱، انواع و ویژگی‌های كیفیتی «كاغذهای قرقره‌ای بدون روكش» برای وب افست و گراوور توضیح داده شده‌اند.

انواع دیگری از كاغذهای بدون روكش كه تركیب و ویژگی‌های متفاوتی دارند و از آنها در چاپ ورقه‌ای و رولی استفاده می‌شود، عبارتند از:

– كاغذ افست

– كاغذ بازیافتی (تشكیل‌ شده از فیبرهای ثانویه)

– كاغذ نازك نامه (كاغذ پستی هوایی، كاغذ پوست پیازی)

– كاغذ نقش آب (واترمارك)

– كاغذ نامه (اوراق بانكی/كاغذ ماشین تحریر)

– كاغذ كتاب (معمولا با ضخامت و حجم بالا)

– اسكناس (در اكثر موارد با واتر مارك‌ها)

– كاغذ شفاف

– كاغذ جوهر افشان

– كاغذهای ویژه برای الكتروفتوگرافی