ประวัติความเป็นมาของกระดาษ

อุตสาหกรรมการผลิตกระดาษในปัจจุบันได้พัฒนามาโดยลำดับจากกรรมวิธีของชาวจีนที่ค้นพบ ตั้งแต่ ค . ศ . 105 โดยการสกัดเยื่อ (Pulp) จากวัตถุดิบก่อนจะนำมาสานอัดกันแน่นเป็นแผ่น

วัตถุดิบ

1. ไม้ เป็นแหล่งวัตถุดิบที่สำคัญที่สุดในอุตสาหกรรมกระดาษ เราแบ่งไม้เป็น 2 ประเภท ตามลักษณะของเส้นใย (Fiber)

- ไม้เนื้ออ่อน (Soft Wood) จะเป็นไม้ที่มีเส้นใยยาว ( ประมาณ 3 – 4 มม . ) ส่วนใหญ่เป็นไม้ประเภทสน (Cone – Bearing Tree)

- ไม้เนื้อแข็ง (Hard Wood) จะเป็นไม้ที่มีเส้นใยสั้น ( ประมาณ 1 – 1.5 มม . ) ส่วนใหญ่เป็นไม้ผลัดใบในฤดูใบไม้ร่วง (Deciduous Tree)

2. ไม้ล้มลุก ที่สำคัญเช่น ปอ ป่าน ลินิน ฝ้ายและไผ่ เป็นต้น

3. ชานอ้อย เป็นวัตถุดิบสำคัญของอุตสาหกรรมผลิตเยื่อกระดาษในประเทศไทย

4. ฟางข้าว

5. กระดาษใช้แล้ว

องค์ประกอบทางเคมีที่สำคัญของเยื่อกระดาษและมีผลต่อคุณสมบัติของกระดาษคือ

เซลลูโลส (Cellulose) ทำหน้าที่เป็นโครงสร้างของเส้นใยและให้ความแข็งแรง

เฮมิเซลลูโลส (Hemicellulose) ทำหน้าที่เป็นสารยึดเซลลูโลสไว้ด้วยกันและให้ความแข็งแรงกับเส้นใยด้วย

ลิกนิน (Lignin) ทำหน้าที่เป็นสารยึดและให้ความแข็งแรงกับเนื้อเยื่อ (Tissue) ของไม้

ในกระบวนการสกัดเยื่อกระดาษ จะต้องกำจัดลิกนินออกไป เนื่องจากเป็นสาเหตุทำให้ กระดาษมีสีคล้ำ และเยื่อมีความแข็งแรงต่ำ

กระบวนการผลิตเยื่อกระดาษ

การสกัดเยื่อจากไม้ หรือวัตถุดิบประเภทอื่น ๆ สามารถทำได้ 3 วิธี คือ

1. กระบวนการทางกล (Mechanical Pulping)
โดยการบดเนื้อไม้ด้วยลูกกลิ้ง (Grinder or Grinding Stone) ขนาดใหญ่ จนเนื้อไม้ละเอียดแล้วนำมาแยกเยื่อออกจากเศษไม้ขึ้นหยาบ ๆ ต้นทุนดำเนินการของกระบวนการนี้จะต่ำ ผลที่ได้ (Yield) สูงเนื่องจากลิกนินถูกสกัดออกไปน้อยมาก เยื่อที่ได้จึงมีความแข็งแรงต่ำ เหมาะกับการนำไปผลิตกระดาษคุณภาพต่ำ เช่น กระดาษหนังสือพิมพ์

2. กระบวนการทางเคมี (Chemical Pulping)
การสกัดเยื่อจะใช้สารเคมี เพื่อแยกเซลลูโลสออกมาให้มากที่สุด หรืออีกนัยหนึ่งเพื่อสกัดเอาลิกนินออกไปให้มากที่สุด บางกรณีจะสกัดเฮมิ - เซลลูโลสออกไปด้วย เยื่อที่ได้จะมีความแข็งแรงสูง ผลที่ได้ต่ำเนื่องจากลิกนินส่วนใหญ่ถูกจำกัดออกไปเหมาะกับการนำไปผลิตกระดาษคุณภาพชั้นดี แต่ต้นทุนดำเนินการสูง สารเคมีที่ใช้สกัดเยื่อจะแตกต่างกันออกไปขึ้นกับกระบวนการ เช่น กระบวนการโซดา (Soda Process) จะใช้โซเดียมไฮดรอกไซด์ (Sodium Hydroxide, NaOH) กระบวนการซัลเฟต (Sulphate Process) จะใช้โซเดียมซัลเฟต (Sodium Sulphate, NaSo) กระบวนการนี้บางครั้งเรียก กระบวนการคราฟท์ (Kraft Process) เยื่อที่ได้จากกระบวนการนี้จะมีความแข็งแรงที่สุดและกระดาษที่ผลิตจากเยื่อคราฟท์จะเรียก กระดาษคราฟท์ ส่วนกระบวนการซัลไฟต์ (Sulphite Process) จะใช้สารพวกไบซัลไฟต์ (Bisulphite) และหรือกรดซัลฟิวรัส (Sulphurous acid)

3. กระบวนการกึ่งเคมี (Semi – Chemical Pulping)
เป็นกระบวนการ 2 ขั้นตอน โดย ขั้นตอนแรกเป็นการใช้สารเคมีเพื่อทำให้สารที่ยึดเส้นใยอ่อนตัวลงทำให้สามารถสกัดเยื่อออกมาง่ายขึ้นและใช้พลังงานน้อยลง
ขั้นตอนที่ 2 เป็นการบดเนื้อไม้หรือวัตถุดิบอื่น ๆ ที่ผ่านการแช่สารเคมีมาแล้วเพื่อสกัดเยื่อออกมา เยื่อที่ได้จากวิธีนี้จะมีความแข็งแรงมากกว่าเยื่อที่สกัดโดยกระบวนการทางกล แต่ก็แข็งแรงน้อยกว่าเยื่อที่สกัดด้วยกระบวนการทางเคมี ผลที่ได้ต่ำกว่ากระบวนการทางกล เนื่องจากลิกนินบางส่วนถูกกำจัดออกไป

กระบวนการผลิตกระดาษ

เยื่อที่สกัดออกมาได้จะแขวนลอยอยู่ในน้ำ เรียก Pulp Slurry ซึ่งจะนำไปขึ้นรูปเป็นแผ่นกระดาษต่อไป ขั้นตอนสำคัญหลังจากได้ Pulp Slurry มาแล้วมีดังนี้คือ

1. การฟอกสี (Bleaching) เพื่อกำจัดลิกนินที่อยู่ในเยื่อกระดาษทำให้กระดาษมีสีขาวขึ้น อย่างไรก็ตามการฟอกสีจะทำให้ความแข็งแรงของเยื่อลดลงด้วย สารเคมีที่ใช้ฟอกสี เช่น คลอรีน (Chlorine) ไฮโปคลอไรด์ (Hypochlorite) ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (Hydrogen Peroxide) เป็นต้น

2. การเติมสารแต่งเติม (Additives) นิยมเติมขณะดีป่นเยื่อ สารที่ใช้เติมสามารถแบ่งออกได้เป็น 4 ประเภท ดังต่อไปนี้

- สารเพิ่มปริมาณ (Filler) ส่วนใหญ่เป็นสารอนินทรีย์ วัตถุประสงค์ของการใช้สารนี้เพื่อเพิ่มปริมาณทำให้ได้กระดาษมากขึ้น ช่วยลดต้นทุนการผลิต นอกจากนี้ยังใช้เพื่อเพิ่มความขาว ความเรียบของกระดาษ และการดูดซับหมึกพิมพ์ สารที่ใช้เช่นแคลเซียมคาร์บอเนต ติตาเนียมได - ออกไซด์ และไชน่าเคลย์หรือคาโอลิน (China Clay or Kaolin) เป็นต้น

- Sizing Agent ทำหน้าที่เพิ่มความต้านทานการซึมผ่านของของเหลว เช่น น้ำ หมึกพิมพ์ เป็นต้น กระดาษเขียนพิมพ์ (Writing Paper) ต้องเติมสารนี้เสมอ ส่วนกระดาษซับหมึกไม่ต้องเติม สารที่ใช้เป็น Sizing Agent เช่น โรซิน (Rosin) ขี้ผึ้ง (Wax) เจลาติน (Gelatin) และเรซินสังเคราะห์ (Synthetic – Resin) เป็นต้น

- Binder สารนี้ทำหน้าที่เพิ่มความแข็งแรงให้กระดาษ เช่น ความต้านทานแรงดึง (Tensile Strength) ความต้านทานแรงดันทะลุ (Bursting Strength) และความต้านทานแรงฉีกขาด (Tear Resistance) เป็นต้น สารที่ใช้เป็น Binder เช่น แป้ง กัมจากพืช (Vegetable Gum) ยาง และเร - ซินสังเคราะห์ เป็นต้น

- สารแต่งเติมเบ็ดเตล็ด เช่น สารเพิ่มความขาว ( แบเรียมซัลเฟต , BaSO ) สี สารป้องกันการเกิดโฟม (Anti – foaming Agent) และสารให้ความแข็งแรงขณะเปียก (Wet – Strengthening) เป็นต้น

3. การตีป่นเยื่อ (Beating) เพื่อให้เยื่อแยกออกจากกันให้ดียิ่งขึ้น ทำให้กระดาษมีผิวเรียบขึ้น

4. การโรยเยื่อ เป็นขั้นตอนการขึ้นรูปแผ่นกระดาษ เครื่องมือที่ใช้ในการโรยเยื่อมี 2 ประเภท คือ

- Fourdrinier machine ใช้กับการผลิตกระดาษบางและมักใช้เยื่อเพียงชนิดเดียวกัน

- Cylinder machine ใช้ในการผลิตกระดาษหนา มีชั้นของเยื่อกระดาษหลายชั้นซ้อนทับกัน และสามารถใช้เยื่อกระดาษสำหรับแต่ละชั้นแตกต่างกันได้ เช่น ผิวหน้าทั้งสองใช้เยื่อบริสุทธิ์ (Virgin Pulp) ส่วนชั้นกลางจะใช้เยื่อจากกระดาษเก่า (Reclaimed Pulp) เป็นต้น

5. การอัดรีด (Pressing) เพื่อรีดเอาน้ำส่วนใหญ่ออกไปก่อนนำกระดาษไปรีดแห้ง

6. การรีดแห้ง (Drying) กระดาษที่ผ่านการอัดรีดมาแล้วยังมีความสูงขึ้น ต้องนำไปทำให้แห้งอีก โดยความชื้นสุดท้ายของกระดาษควรมีค่าประมาณร้อยละ 4-8 กระดาษที่จะนำไปทำแห้งนี้อาจมีการพ่น Sizing Agent ก่อนด้วย

7. การรีดเรียบ (Calendering) เพื่อลบรอยที่เกิดจากสายพานหรือตะแกรงระหว่างขั้นตอนการขึ้นรูปแผ่นกระดาษ นอกจากนี้ยังทำให้กระดาษเนื้อแน่นและเรียบมากขึ้น การรีดเรียบจะใช้ลูก - กลิ้งขนาดใหญ่ ลูกกลิ้งโลหะผิวเรียบจะใช้สำหรับรีดกระดาษให้ผิวเรียบ ส่วนลูกกลิ้งผิวหุ้ม - สักหลาดจะใช้เพื่อการขัดผิวกระดาษให้เรียบและมันวาว