PAPIER De witte kunst
Inhoudsopgave Papier………………………………………………………………………………………………………………. 3 Geschiedenis van papier………………………………………………………………………………….. 4 Grondstoffen van papier………………………………………………………………………………….. 6 Papierproductie……………………………………………………………………………………………….. 20 Onderverdeling processen in de papierfabriek…………………………………………………. 22 Papiervezel – en hulpstofvoorbereiding…………………………………………………………… 25 Papiermachine…………………………………………………………………………………………………. 28 Papiersoorten…………………………………………………………………………………………………. 33 Papierformaten………………………………………………………………………………………………… 40 Papiereigenschappen………………………………………………………………………………………. 42 Gebruik van papier………………………………………………………………………………………….. 44 Druktechnische problemen……………………………………………………………………………… 49
2
PAPIER Het instrument voor beschaving Inleiding Dit boek beschrijft papier in al zijn aspecten, beginnend bij de geschiedenis van papier. Het vertelt hoe papier wordt geproduceerd, wat voor soorten papier er bestaan en waar deze soorten papier voor worden gebruikt. Er wordt ook geschreven over de ecologische aspecten van papier en over alternatieven voor papier. Belang van papier De uitvinding van papier is van groot belang geweest voor de ontwikkeling van de mensheid. Het vasthouden van informatie, met name voor contractuele verplichtingen, was vitaal voor de ontwikkeling van de handel. Het besturen van een land of rijk was zoveel eenvoudiger, toen wetten en instructies op papier (of een andere informatiedrager) konden worden gezet en over het land verspreid konden worden. Zonder papier was de reformatie niet mogelijk geweest. Een van de centrale redenen waarom de reformatie lukte, was dat de Bijbel niet langer exclusief in de handen van de geestelijkheid bleef, maar ter beschikking gesteld werd aan het volk. Papier als informatiedrager voor opleiding en scholing maakte verdere ontwikkeling van de maatschappij en ook de nijverheid mogelijk. Er waren weliswaar alternatieven voor papier, maar geen enkel was zo goedkoop en in dergelijke grote hoeveelheid voorhanden.
De Gutenberg Bijbel, een van de eerste gedrukte boeken
Oude boeken in een bibliotheek
3
Geschiedenis van papier De geschiedenis van papier begon net na het begin van de Christelijke jaartelling.
de papyrusplant Papyrus Het woord papier verwijst naar de papyrusplant. Deze plant groeit aan de waterkant van rivieren in het Midden-Oosten, zoals de Nijl. Het "papier" van de papyrusplant werd eerst door de Babyloniërs, daarna door de Egyptenaren (rond 3000 v. Chr.) en vervolgens door Grieken en Romeinen gebruikt om voornamelijk contractuele afspraken vast te leggen. Het papier uit de papyrusplant werd gemaakt door de stengel en de bladeren van de papyrusplant op elkaar te leggen en door het uitoefenen van druk met elkaar te verbinden. Dit was een vrij moeizaam en langdurig proces. De papyrusrepen werden met elkaar verbonden door er met hamers op te slaan. Daarbij kwam er sap uit de bladeren dat weer diende als lijm tussen de repen. Andere vroegere informatiedragers De oudste informatiedragers zijn de grottekeningen, die voornamelijk vertellen over het dagelijkse leven uit die tijd. De Sumer schreven met een spijkerschrift op de zachte kleitabletten rond 3200 v. Chr, ongeveer gelijktijdig met de Egyptaneren die speksteen gebruikten. Andere organische informatiedragers als papyrus waren leer, perkament, hout en schors. In de Romeinse Tijd werden ook wasbordjes gebruikt, waar de teksten ingekrast werden en zeker voor gebouwen werden de teksten in het steen gegraveerd (inscriptie). Bij de Chinezen zijn ook de materialen schelp, botten en ivoor bekend; bij de Indiërs werden bladeren van palmen gebruikt. Verder zijn nog als informatiedrager gebruikt: jade, ijzer, goud, zilver, tin, brons, bamboe en zijde.
vroege papierproductie door de Chinezen Uitvinding van papier Papier uit plantaardige vezels werd uitgevonden door de Chinees Tsai Lun, die in 105 n. Chr. textielvezels en vezels uit de bast van de moerbeiboom in water vermengde en daaruit een vel papier schepte. De uitvinding van papier was een van de redenen voor de bloei van de China, omdat papier het bestuur van China vergemakkelijkte. Archeologische opgravingen hebben echter al papier aan het licht gebracht, dat gebruikt werd in de periode van 140 tot 87 v. Chr.
4
Verspreiding van de kennis van het papiermaken Vanuit China werd de kunst van het papiermaken rond 610 verbreid naar Korea en Japan. De Arabieren leerden de techniek van het papiermaken in de 8e eeuw van de Chinezen, naar verluidt door gevangenname van Chinezen met deze kennis door de Arabieren. De Arabieren verspreiden de kunst van het papiermaken tijdens hun veldtochten in Noord-Afrika en in Zuid-Europa. De eerste papierfabricage op Europees grondgebied was in 1144 in Xativa (bij Valencia) in Spanje. De eerste landen in Europa, dat niet onder controle van de Arabieren stond, met papierproductie waren Italië en Spanje in de 13e eeuw, hoewel het gebruik van papier in Europa al sinds 1100 bekend is. Er wordt melding gemaakt van een papierfabriek in Fabriano (bij Ascona) in Italië in 1276. Rond deze tijd werd ook het lijmen van papier met dierlijm in Italië uitgevonden. De Duitsers hadden hun eerste papiermolen in 1389. Daarna volgde de rest van Europa aan het einde van de 15e eeuw. In België was de eerste papierproductie in Huy (Hoei) in 1405 en in Nederland in Dordrecht in 1586.
Papierproductie voor de mechanisatie van het papiermaken Locatiebepaling van papierproductie De locatie van papierproductie wordt bepaald door 2 factoren: De aanwezigheid van grondstoffen De aanwezigheid van kracht/energie De aanwezigheid van grondstoffen was, voor de uitvinding van het gebruik van vezels van bomen, afhankelijk van de beschikbaarheid van lompen. Deze lompen, afgedragen kleding, waren met name beschikbaar in stedelijke centra. De vezels die toendertijd voor papier werden gebruikt, waren van katoen. De aanwezigheid van kracht was noodzakelijk voor het maalproces dat de vezels moesten ondergaan. Hiervoor werden waterkrachtmolens of windmolens gebruikt. De papierindustrie was van de 17e eeuw tot de 19e eeuw in Nederland voornamelijk geconcentreerd op de Veluwe (aanwezigheid van waterkracht) en in de Zaanstreek (aanwezigheid van grondstoffen en windkracht). Waterkracht leverde op de Veluwe vanwege het geringe hoogteverschil niet de benodigde energie voor hoge kwaliteit papier, zodat op de Veluwe voornamelijk verpakkingspapier en in de Zaanstreek wit schrijfpapier werd geproduceerd. Verdere mechanisatie en ontwikkeling van de papierproductie Een belangrijke uitvinding was omstreeks 1670 de Hollander. Dit apparaat zorgde voor een verbetering van het maalproces van de vezel. Hierdoor konden niet alleen meer lompen als grondstof worden gebruikt, maar ook (oude) touwen en vissernetten. Dit vergrootte de beschikbaarheid van grondstoffen aanzienlijk. In 1744 werd de blekende werking van chloor ontdekt en aan het einde van de 18e eeuw werd dit toegepast om katoen, de grondstof voor papier, te bleken. De uitvinding van de papiermachine aan het begin van de 19e eeuw vergrootte de mechanisatie van 5
het papiermaken en daarbij de productiecapaciteit. Donkin in Engeland en Robert in Frankrijk ontwikkelden de eerste papiermachines. Mongolfier en Foudrinier ontwikkelden het concept verder; er werd een langzeefmachine ontwikkeld. De huidige langzeefpapiermachines hebben nog altijd een vergelijkbare opbouw, zodat deze papiermachines vaak ook met Foudriniers worden aangeduid. In 1806 werd er nog een belangrijke uitvinding gedaan namelijk het lijmen van papier, dat nodig is om het papier beter beschrijfbaar te maken, met aluin en aluminiumsulfaat. Dit proces verving grotendeels de oppervlaktelijming van papier met dierlijke lijm. Rond 1845 werd het mogelijk om, door hout met een draaiende slijpsteen te behandelen, vezels uit hout vrij te maken. Dit proces werd ontwikkeld door de Duitser Friedrich Gottlob Keller. De ontwikkeling van alternatieve vezelbronnen werd ingegeven door de schaarste aan lompen en door de tegelijkertijd stijgende behoefte aan papier. Papier gemaakt van houtslijp vergeelde echter sterk door de aanwezigheid van lignine, zodat men kwaliteitspapier nog steeds van lompen bleef maken. Aan het einde van de 19e eeuw werd in Scandinavië een bleekproces ontwikkeld, waardoor het lignine uit de houtslijp kon worden verwijderd. De vergeling van het papier werd hierdoor duidelijk minder, zodat katoenen vezels uit lompen, als grondstof van papier, voortaan had afgedaan. In de 20e eeuw werd de papiermachine verder verbeterd, waardoor papier met steeds hogere snelheid en kwaliteit kon worden geproduceerd. En verdere verbetering kwam door de toepassing van meet- en regeltechniek in papiermachines vanaf 1960. En verdere belangrijke ontwikkeling die rond 1985 begon is de ontwikkeling van bleekmethoden die zonder elementair chloor werken. De ECF-methoden die werkt met chloraat en chloordioxide en de TCF-techniek die geheel werkt zonder stoffen met chloor, maar met ozon, zuurstof en waterstofperoxide.
Grondstoffen van papier Overzicht hulpstoffen Papier bestaat uit een mengsel van de volgende stoffen: Vezels Water Vulstof Retentiemiddel Kleurstoffen Opwitters Lijmmiddel Zetmelen Natvastmiddel Allerlei hulpstoffen, die eigenschappen van papier beïnvloeden Celstof, water en waterstofbruggen Het minste waaruit een papier moet bestaan, is celstof en water. Zonder water zouden de papiervezels zich niet goed met elkaar verbinden. De bindingen tussen de vezels worden verkregen door waterstofbruggen tussen de zuurrest- en hydroxylgroepen (basische OH-groep) op de cellulose, of door water dat voor een extra krachtoverbrenging tussen deze groepen zorgt. Alle overige stoffen helpen mee in het productieproces of modificeren eigenschappen van het papier. Vezels voor papier Verschillende soorten vezels kunnen voor het papiermaken worden gebruikt. De bekendste is de houtvezel. In de begintijd van papier werden plantaardige vezels gebruikt zoals linnen, hennep en katoen afkomstig uit lompen. Een beruchte vezel die ooit tot papier werd verwerkt, is de asbestvezel. 6
Tot in de zestiger jaren van de 20e eeuw werd, ook in Nederland, nog asbestpapier geproduceerd. Dit heeft geleid tot vele kankergevallen bij de papiermakers die met asbest hebben gewerkt. Ook verschillende planten, zoals bamboe in China, maar ook riet, kunnen worden gebruikt. De inzet van riet voor de productie van papier is rond de negentiger jaren van de 20e eeuw in Nederland serieus onderzocht. Houtvezels Celstof, in de vorm van houtvezel, is de belangrijkste grondstof voor papier. Andere benamingen die voor celstof in gebruik zijn, zijn pulp of papierpulp, papiervezel en cellulose. Celstof als grondstof ontstaat na de volgende bewerkingen: Hout als grondstof verzamelen, meestal kaphout uit productiebossen, dunhout en zagerijresten. Zagen, ontbasten en soms chippen. Chippen is verkleinen van hout met messen, zodat het beter verwerkt kan worden.
Ontsluiten van de vezels Bleken. Drogen en vormen tot celstofbalen. Deze laatste stap wordt alleen gedaan als het niet gaat om geïntegreerde productie van papier. Dat wil zeggen dat het papier niet op dezelfde plaats als de celstof geproduceerd wordt. Hout Zowel naaldhout als loofhout wordt gebruikt als grondstof voor celstof. Meestal wordt celstof van eucalyptus als aparte groep naast naald- en loofhout opgevat, vanwege de speciale vezels (relatief kort maar wel dik), hoewel het eigenlijk bij het loofhout hoort. In Nederland bestaat er geen celstofindustrie. Alle celstoffen voor de productie van fijnpapier worden geïmporteerd. Typische bomen die vezels voor de papierindustrie leveren, zijn: Fijnspar (vurenhout) Grove den (grenenhout) Berk Populier Beuk Eucalyptus In tegenstelling tot wat veel wordt gedacht, zijn vezels van tropisch hardhout nauwelijks geschikt voor de productie van papier.
papiervezels bekeken onder een microscoop Ontsluiten van vezelgrondstoffen Er zijn twee hoofdvormen van ontsluiten: mechanisch of chemisch. Er bestaat echter ook een tussenvorm. Mechanisch onsloten pulp wordt wel houthoudend genoemd, chemisch ontsloten pulp houtvrij. Houthoudend is een misleidende term en slaat eigenlijk op de aanwezigheid van lignine. Hout bestaat behalve uit vezels ook uit lignine. Lignine zorgt voor de verbinding van de vezels in de boom en moet dus verwijderd of behandeld worden om celstof te kunnen maken. 7
Celstof, an sich, staat eigenlijk alleen voor chemisch ontsloten vezels; toch worden hier ook kort de mechanische ontsluitingsvormen behandeld. Mechanisch ontsluiten De eerste ontsluitingsvorm is houtslijp. Een boomstam wordt tegen een ronddraaiende slijpsteen gedrukt. Daarbij komt veel warmte vrij, zodat het hout met extra water gekoeld moet worden. De hoge temperatuur die ontstaat, verzwakt het lignine (de bindingsstof tussen de vezels), waardoor de vezel bij het slijpen vrijkomt. Een gedeelte van de vezels wordt bij dit proces verkort.
houtslijper met drukverhoging De tweede ontsluitingsvorm is drukslijp. Dit is bijna hetzelfde als houtslijp, echter vindt het proces plaats onder hoge druk. Bij hogere druk kan de temperatuur ook hoger zijn, waardoor de ligninestructuur nog verder verzwakt wordt. De derde ontsluitingsvorm is thermoslijp. Dit proces loopt onder normale druk. Hierbij wordt de temperatuur in het proces geregeld. Er wordt warm hout in plaats van koud hout gebruikt. De vierde ontsluitingsvorm is RMP, refiner mechanical pulp. Hier wordt gebruik gemaakt van gechipt hout. Het hout wordt in een refiner geleid. Een refiner bestaat uit een of meer platen met messen erop. De platen draaien en drukken hierbij tegen een stilstaande plaat, waarbij de vezel bij contact met de platen en messen uit het hout wordt getrokken. De vijfde ontsluitingsvorm is CRMP, chemical refiner mechanical pulp. Dit is eigenlijk een tussenvorm tussen mechanisch en chemisch ontsluiten. Voordat de chips in de refiner geleid worden, worden ze eerst behandeld met sulfiet of bisulfiet. Hierdoor wordt een sterkere vezel verkregen, maar met een lager rendement, zodat er minder bruikbare vezels uit een boom overblijven. De zesde ontsluitingsvorm is TMP, thermo mechanical pulp. De chips worden eerst voorverwarmd, voordat ze in de refiner geleid worden. De zevende ontsluitingsvorm is CTMP, chemo thermo mechanical pulp. De chips worden behalve met warmte ook met sulfiet voorbehandeld. Deze pulp is de beste houthoudende, mechanisch ontsloten pulp. Deze laatste vorm wordt ook wel "semi-chemical" genoemd en is dus de overgang van mechanisch naar chemisch ontsluiten.
8
Chemisch ontsluiten Er zijn twee processen voor chemisch ontsluiten: het sulfietproces en het sulfaatproces. Sulfietproces Dit proces is uitgevonden in 1880. Met het sulfietproces wordt ongeveer 15% van de celstof geproduceerd. Voor de chemische reactie wordt gebruik gemaakt van zwaveligzuur (H2SO3). Voor een voldoende hoge reactiesnelheid (tijdsduur waarin de reactie verloopt) wordt de temperatuur verhoogd tot ongeveer 120 °C. Het lignine is normaal niet oplosbaar in water. Het bisulfiet-ion (HSO3-), dat ontstaat uit zwaveligzuur, reageert met (sulfoneert) de lignine, waardoor de lignine oplosbaar in water wordt. Het zuur (H3O+) hydrolyseert de lignine met hetzelfde resultaat. Het sulfietproces is een discontinu proces. Het rendement ligt ongeveer op 55%. Sulfaatproces Het sulfaatproces is sinds 1879 in gebruik. Dit proces is 7">alkalisch. De loog laat de houtstructuur zwellen, zodat de kookvloeistof in het hout kan indringen. Dit gebeurt bij een hoge temperatuur van 180 °C. Doordat dit proces zo agressief is, is het ook geschikt voor moeilijke houtsoorten, zoals grenenhout. De chemische reacties zijn: NaOH → Na+ + OHNa2S + H2O → HS- + 2 Na+ + OHHS- + H2O → H2S + OHDe actieve substantie is het hydrosulfide-ion (HS-), afkomstig van natriumsulfide (Na2S). In de kookvloeistof bevindt zich ook natronloog (NaOH) en soda (Na2CO3). De naam van het sulfaatproces komt van de stof natriumsulfaat (Na2SO4) dat bij het opwerken van de kookvloeistof tot natriumsulfide gereduceerd wordt. Het hydrosulfide-ion reageert met de methoxylgroepen (CH3O-) van de lignine in het hout en vormt CH3SH, een stinkende mercaptaan. Dit mercaptaan zorgt voor de typische geur (of stank) van een pulpfabriek. Ook worden de ketens van lignine opengebroken met de hydroxide en hydrosulfideionen. Het eindproduct bevat nog altijd 3 tot 5% lignine. Behalve lignine worden ook de harsen met dit proces uit het hout verwijderd. Het sulfaatproces is een continu proces. Het rendement ligt bij 45 tot 50%, dat wil zeggen dat meer dan 50% van het hout niet voor de celstofproductie kan worden gebruikt en anderszins gebruikt moet worden, of afval wordt. Bleken Bleken wordt gedaan om de witheid te verhogen. Ook bij bleken gaat het om reducering of behandeling van de na de vezelontsluiting overgebleven lignine. Lignine veroorzaakt op termijn een bruine verkleuring bij blootstelling aan licht. Er bestaat lignine-verwijderende bleking (waarbij lignine uit de celstof gehaald wordt) en lignine-modificerende (waarbij de lignine chemisch wordt veranderd, zodat de negatieve eigenschappen van lignine niet meer optreden) bleking. Lignine-modificerende bleking Deze bleking is erop gericht om de resonerende groepen (resonantie in een molecuul veroorzaakt de bruinkleuring) van de lignine op te breken. Dit kan met oxidatieve en reductieve bleking. Oxidatieve bleking gebeurt met waterstofperoxide H2O2 in een alkalisch milieu bij een temperatuur van 70 °C. Omdat niet alle kleurveroorzakende groepen daarmee worden geëlimineerd, moet een reducerende bleking ondernomen worden. Deze bleking wordt gedaan met hydrosulfiet (S2O4-) dat met zuurstof 9
reageert. Deze zuurstof moet van de lignine worden genomen, zodat ook deze groepen op de lignine niet meer kleuractief zijn. Om ervoor te zorgen dat de sulfiet niet met de zuurstof uit de lucht reageert, vindt de reactie zonder lucht (bijvoorbeeld met een stikstof-atmosfeer) plaats. Deze reactie verloopt in een neutraal milieu. Lignine-verwijderende bleking De blekingstappen zijn verschillende trappen van bleking en vervolgens wassen van de pulp. Vroeger werd hoofdzakelijk met chloor (Cl2) gebleekt. Onder druk van de milieubewegingen zijn deze bleekprocessen door meer milieuvriendelijke processen vervangen. Het grootste probleem met chloorbleking is de vorming van chloorhoudende afbraakproducten. Tegenwoordig worden in het ECF-proces (elementair chloorvrij) hoofdzakelijk chloorbleekloog of hypochloriet (ClO-) en chloordioxide (CLO2) gebruikt. In het TCF-proces (totaal chloorvrij) worden de volgende stoffen toegepast: zuurstof (O2), waterstofperoxide (H2O2) en ozon (O3). Bleken wordt in meerdere trappen uitgevoerd. Bijvoorbeeld C-E-H-D-E-D, wat wil zeggen chloor, extractie met natronloog, vervolgens hypochlorietbleking, chloordioxidebleking, extractie met natronloog, chloordioxide. Chloorbleking functioneert door reactie van de chloor met de lignine, waardoor de lignine oplosbaar wordt onder vorming van zoutzuur. Hypochloriet werkt door het openbreken van de kleurveroorzakende aromaat-ringen van de lignine. Chloordioxide is een sterke oxidator en ook bij deze bleking ontstaat zoutzuur. Ook de peroxidebleking werkt door oxidatie van de aromaatringen in het lignine. De werking van de zuurstof- of ozonbleking berust op oxidatie van de lignine (zoals bij chloor). De alkali-extractie (met natronloog) moet de zure afbraakproducten van lignine verwijderen. De milieuwinst van het TCF-proces ten opzichte van het ECF-proces is beperkt en discutabel. Weliswaar ontstaan minder chloorhoudende afvalproducten, maar het rendement van hout dat in celstof omgezet wordt, is lager, dus is er meer hout nodig voor een gelijke hoeveelheid celstof. Eenjarige planten en andere plantensoorten Het overgrote deel van de plantaardige vezels voor de papierindustrie is afkomstig van hout. Een klein deel is afkomstig van grassoorten zoals suikerriet, bamboe, stro en esparto, alsook van katoen, vlas (van lijnzaad), rijst en jute (kenaf). Het probleem van dergelijke grondstoffen is het onregelmatige aanbod. De oogst is geconcentreerd rond een deel van het jaar, zodat een continue papierproductie met dergelijke vezels slechts moeilijk te realiseren is. Grassoorten leveren korte vezels op in vergelijking met houtvezels, zodat de papieren gemaakt van grassoorten over het algemeen minder sterk zijn. Daarentegen is katoen (ook wel linters genoemd) een uitstekende vezelsoort; de vezel is lang, sterk, wit, goed bleekbaar en vergeelt niet zo sterk. Katoen wordt veelal ingezet voor de productie van kunstpapieren en bankbiljetten. Oud papier Oud papier is intussen de belangrijkste vezelbron voor de papier- en kartonindustrie. Maximaal 81% van het gebruikte papier kan worden gerecycled (bij de 19% zijn soorten als tissue- en toiletpapier) Oud papier wordt op grond van de verschillende kwaliteit (en dus prijs) onderverdeeld in de volgende klassen: A: Ondersoorten B: Middensoorten 10
C: Betere soorten D: kraftafvallen De verdeling kan overigens verschillen per land. De papierverwerkingsbedrijven leveren de betrouwbaarste papierafval. Dit betreft 52% van de totale hoeveelheid ingezameld papier en karton. 10% wordt ingezameld bij kantoorbedrijven. Oud papier wordt ook ingezameld bij de huishoudens (38%). Dit laatste levert over het algemeen een vrij lage kwaliteit oud papier, omdat het goede witte papier vermengd is met het wat minderwaardige karton. In 2005 werd volgens de The European Recovered Paper Council (ERPC) 56% van het gebruikte papier en karton weer ingezameld, hetgeen overeenkomt met 46,6 miljoen ton papier en karton.
Recyclepercentages per jaar 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 48,9% 49,4% 49,8% 52,1% 53,4% 53,6% 54,6% 56% De redenen voor het gebruik van oud papier als grondstof zijn als volgt: Beperking van huishoudelijk afval en daarmee afvalverwerkingskosten Er is minder energie nodig om oud papier als grondstof voor te bereiden in vergelijking met verse vezels. Er zijn minder bomen nodig om de gelijke hoeveelheid papier te maken en nog meer ecologische aspecten. De kostprijs van oud papier is lager dan de kostprijs van verse vezels. Papier/Water Water heeft een centrale rol in de papierproductie, zowel als onderdeel van papier als ook als medium tijdens de papierproductie. Water als grondstof van papier In papier bevindt zich 4% tot 10% water, afhankelijk van de papiersoort. Water als grondstof is niet alleen goedkoop, het zorgt er ook voor dat de papiervezels met elkaar worden verbonden. Papier zonder water zou als los zand uit elkaar vallen.
waterstofbruggen Water functioneert als verbindingsmiddel tussen de papiervezels door de vezels met waterstofbruggen met elkaar te verbinden. Op de oppervlakte van de papiervezel bevinden zich groepen met -OH (hydroxyl) en -COOH (zuurrest). Deze groepen kunnen met water een waterstofbrug vormen en zorgen zo voor het overbruggen van de afstand tussen de onderlinge vezels. Het watergehalte kan op 2 manieren worden aangegeven: Absoluut vochtgehalte Relatief vochtgehalte
11
Absoluut vochtgehalte Het absolute vochtgehalte wordt bepaald door het papier volledig uit te drogen. Door het stuk papier voor en na het drogen te wegen, kan het percentage water in het papier bepaald worden. Het kan ook uitgedrukt worden als x gram water per gram papier.
Relatief vocht Omdat het bepalen van het absolute vochtgehalte bewerkelijk is, wordt het vochtgehalte van papier vaak uitgedrukt in een relatief vochtgehalte, gemeten met een hygrometer. Dit is een afgeleide eenheid: men bepaalt namelijk niet het vochtgehalte van het papier, maar van de omgevingslucht van het papier. Die omgevingslucht bevat een bepaald percentage water. Papier is een materiaal dat water uit de lucht kan opnemen, maar ook afgeven. Aangenomen dat de vochtuitwisseling tussen het papier en de lucht in evenwicht is, kan men uit het relatieve vochtgehalte van de lucht dus het vochtgehalte van het papier vinden. Daartoe moet wel een correlatie tussen absoluut en relatief vochgehalte voor een bepaalde papiersoort worden gemaakt; de correlatie verschilt namelijk tussen de verschillenden papiersoorten. Indien het watergehalte van de papiersoort kopieerpapier 5% is (absoluut vochtgehalte), komt dit ongeveer overeen met een relatief vochtgehalte van 50% in de omgevingslucht, bij een standaardtemperatuur van 23°C. Als dit papier in een ruimte komt met een relatief vochtgehalte van 30% (dat is relatief droog), dan zal het papier water afgeven aan de omgevingslucht waardoor het absolute vochtgehalte in het papier zal dalen. Bij één vel papier zal zicht snel een evenwicht instellen, waarbij netto geen vocht meer wordt uitgewisseld tussen het papier en de omgevingslucht. Indien het een grote rol papier betreft, zal eerst het vochtgehalte aan de buitenkant van het papier omlaag gaan, door afgifte van water aan de omgevingslucht. Vocht van de binnenkant naar de rol zal door migratie het tekort aan water aan de buitenzijde aanvullen, wat ook weer deels afgegeven wordt aan de omgevingslucht. Op den duur zal ook hier een evenwicht ontstaan, waarbij netto geen vocht meer uitgewisseld wordt. Het instellen van een evenwicht kan met rollen tot meer dan een week duren.Het is dus belangrijk om papier op temperatuur te laten komen en dit noemen wij acclimatiseren. Hoeveel tijd dit acclimatiseren neemt hangt af van zowel de inhoud van de pallet als van het temperatuurverschil, zie tabel. Hoeveelheid papier per pallet Temperatuurverschil papier-werkruimte 5ºC
7ºC
10ºC
15ºC
20ºC
25ºC
30ºC
35ºC
ca 0,2 m2
4
7
9
15
21
28
41
62
ca 0,4 m2
7
12
17
26
36
41
64
92
ca 0,6 m2
9
15
20
31
42
55
76
107
ca 1,0 m2
12
18
23
33
46
63
84
115
ca 2,0 m2
13
19
24
35
49
66
90
123
12
De conclusies zijn duidelijk Verwerk alleen geacclimatiseerd papier. Komt papier van buiten of uit een magazijn waar een andere temperatuur heerst, houdt dan rekening met de tijd die het acclimatiseren vergt. Open de verpakking voor het temperaturen en sluit de verpakking daarna weer goed af. Acclimatiseer het papier altijd in de gesloten verpakking! Wel de bandijzers losknippen. Dek uitgepakt papier in de drukkerij af met plastic hoezen die tot op de grond komen of wikkel het papier in rekfolie. Water als medium tijdens de papierproductie Het principe van papiermaken berust op het toevoegen en daarna weer verwijderen van water. Water dient als transportmiddel voor de vezels, maar maakt het ook mogelijk dat de papiervezels efficiënt kunnen worden gemalen. In de stofvoorbereiding vlak voor de papiermachine wordt de vezelmassa nog eens extra verdund, zodat de vezelconsistentie voor de stofoploop naar de papiermachine tussen 0,5% en 1% komt te liggen. Deze verdunning is nodig om het te vormen papier een goede doorzicht of egale vezelverdeling mee te geven. Hier volgt een overzicht van de waterkringloop in de papierfabriek in de procesonderdelen: Papiervezel- en hulpstofvoorbereiding en bladvorming.
kringloop Vulstof en retentie In de papierindustrie wordt vulstof gebruikt om de eigenschappen van papier te verbeteren. Bovendien zijn vulstoffen goedkoper dan celstof, zodat het papier goedkoper gemaakt kan worden, wanneer het de papiermaker lukt om meer vulstoffen in het papier te binden. De meeste vulstoffen voor papier zijn van minerale oorsprong. Vulstoffen zorgen ervoor dat de bedrukbaarheid en schrijfbaarheid van papier verbeterd worden. Ook verhoogt een vulstof de opaciteit (dat is het tegenovergestelde van doorzichtigheid) van het papier. De retentie van vulstoffen in papier is belangrijk. De retentie is een maat voor het vasthouden van de mineralen in het papier, ten opzichte van de hoeveelheid mineralen die meespoelt bij de verwijdering van het water in de wordende papierbaan. Van nature zal een vulstof zich niet makkelijk 13
aan een papiervezel binden. Daarom wordt voor de binding in het papier een retentiemiddel gebruikt. Vulstoffen kunnen op 2 manieren worden geproduceerd. delven (meestal in dagbouw) en daarna verwijdering van de verontreinigingen chemisch produceren door het laten neerslaan van de pigmenten uit een oplossing van zouten. Verschillende vulstoffen krijt of calciumcarbonaat chinaklei of kaolien, een aluminiumsilicaat titaanwit of titaandioxide talk of magnesiumsilicaat Pigmenten, die meer ingezet worden in de coatings en maar zelden als vulstof: kiezelzuur of siliciumdioxide aluminiumoxide aluminiumhydroxide ijzeroxide magnesiumoxide blanc fixe of bariumsulfaat calciumsulfaat synthetische pigmenten, zoals polystyreenbolletjes zinkwit of zinkoxide zinksulfide
calciumcarbonaat
magnesiumoxide
calsiumsulfaat
talk
kiezelzuur
zinkoxide
Kaoliën (chinaklei)
titaandioxide
Eigenschappen van vulstoffen poedervormig praktisch onoplosbaar in water makkelijk dispergeerbaar verhoogt de opaciteit maakt het eindproduct goedkoper verbetert bedrukbaarheid en schrijfbaarheid in papier matteert (vermindert glans) verbeteren van de verbinding tussen de verschillende lagen bij coaten 14
Retentiemiddel Er zijn verschillende retentiemiddelen, vroeger werd bijvoorbeeld aluin gebruikt. Een retentiemiddel wordt toegevoegd om de vulstof, die meestal een slechts licht geladen oppervlakte heeft, in het papier te binden. Het retentiemiddel is een relatief lang polymeer met sterke kationische groepen (meestal ammoniumgroepen). Tegenwoordig veel gebruikte retentiemiddelen zijn gebaseerd op polyacrylamide en polyethyleenimine. Het retentiemiddel vormt een soort brug tussen de vulstof en de vezel. Met een retentiemiddel kan het vulstofgehalte van papier aanmerkelijk verhoogd worden. Een retentiemiddel werkt ook als ontwateringsmiddel bij het papiermaakproces. Omdat papiermachines zo snel lopen, moet het water in minder dan 1 seconde worden verwijderd. Een retentiemiddel helpt hierbij door de vezels in korte tijd dicht bij elkaar te brengen. Een retentiemiddel werkt door: Ladingneutralisatie. De oppervlakte van een vezel en de meeste vulstoffen is negatief geladen, hierdoor stoten ze elkaar normaliter af. Omdat het retentiemiddel positief geladen is, zal deze de negatieve lading van de vezel/vulstof compenseren, zodat de vezels elkaar kunnen naderen Plaatselijke omlading. Het retentiemiddel is sterk positief geladen. Het zal bij een "reactie" met de vezel/vulstof, de vezel/vulstof plaatselijk positief omladen. De positieve lading zal een negatief geladen deeltje aantrekken, waardoor de vezels en vulstofffen elkaar sneller naderen. Brugvorming. Hierbij vormt de positieve lading van het retentiemiddel een brug tussen 2 vezels of een vezel en een vulstofdeeltje, die beide negatief geladen zijn. De retentie wordt bepaald met de volgende formule: R = retentie Co = consistentie in de stofoploop Cz = consistentie in het zeefwatermengsel (dat wil zeggen consistentie in het uit de papierbaan verwijderde water) Dit is de totale retentie. Een andere belangrijke retentiebepaling is de bepaling van de vulstofretentie. Dit wordt bepaald met dezelfde formule als hierboven echter met de consistenties voor de vulstof. Papier/Kleuren en witheid De papiermassa, ook van wit papier, kan en wordt meestal aangekleurd.
Verhogen van de witheid Nuanceren Een nuanceerkleurstof zorgt ervoor dat reflectie in het gele en rode gedeelte van het zichtbare spectrum wordt onderdrukt.
Spectrum van zichtbaar licht van 400 tot 700 nanometer Doordat de kleurstof straling absorbeert, wordt de helderheid van het materiaal verminderd, in tegenstelling tot de werking van een opwitter, waarbij de helderheid juist wordt verhoogd. Voor het verhogen van de witheid wordt meestal een combinatie van nuanceerkleurstoffen en opwitters gebruikt. Blauwe en violette kleurstoffen worden het meest gebruikt voor de nuancering.
15
Een nadeel van het gebruik van kleurstoffen is dat het papier minder licht terugstraalt, oftewel het krijgt een grijzere, maar wel wittere kleurtoon. Dit wordt veroorzaakt door de zogenaamde substractieve kleurmenging, waarbij de kleur onderdrukt wordt (licht wordt geabsorbeerd), door het toevoegen van een kleurstof. Zie bijgaand plaatje (indien alle primaire kleuren worden samengevoegd, wordt zelfs helemaal geen licht teruggestraald; zie het zwarte driehoekje in het midden van de figuur). Opwitten Een (optische) witmaker (opwitter) wordt gebruikt om het papier witter te maken. Het effect van een opwitter is dat straling uit het onzichtbare ultraviolette deel van het spectrum wordt omgezet in zichtbaar blauw licht. Een blauwe toon in wit geeft een gevoel van verhoging van de witheid. Dit wordt bevestigd door de witheidsformules, die gebaseerd zijn op de menselijk waarneming, zoals de CIE-witheidsformule. De ISO-Brightness meet de witheid zelfs aan hand van de reflectiewaarde bij 457nm. Deze golflengte ligt in het blauwe gedeelte van het zichtbare spectrum. De opwitter zorgt ervoor dat er straling wordt toegevoegd aan de reflectie van het zichtbare licht. Het verhoogt de helderheid van het materiaal. De traditionele en meest gebruikte opwitters zijn stilbeensulfonzuren, echter in de laatste jaren zijn ook andere chemische stoffen met opwittend effect ontwikkeld. De werking van de opwitters is afhankelijk van het licht dat op het papier schijnt, maar ook van de gebruikte pigmenten/vulstoffen in het papier. Stoffen als titaandioxide, die juist ingezet worden om de witheid te verhogen, absorberen namelijk het ultraviolette licht dat door de opwitter in zichtbaar blauw licht wordt omgezet. Dus een combinatie van titaandioxide en opwitter werkt niet goed. Een combinatie van calciumcarbonaat als pigment/vulstof en opwitter werkt daarentegen weer heel goed. Calciumcarbonaat reflecteert in het zichtbare deel van het spectrum veel licht terug en absorbeert vrijwel geen ultraviolette licht, zodat alle beschikbare straling door de opwitter in zichtbaar licht kan worden omgezet. De stilbeensulfonzuren kunnen 2 (di), 4 (tetra) of 6 (hexa) sulfongroepen hebben. De witkracht van de hexastilbeensulfonzuren is hoog, maar daarvoor bindt het heel slecht aan de papiervezel. Bij de distilbeensulfonzuren is dat juist omgekeerd. Om een hoge opwitting te krijgen, kunnen distilbeensulfonzuren aan de papiermassa voor de papiermachine toegevoegd worden, terwijl hexastilbeensulfonzuren het beste samen met de zetmeellijm of polyvinylalcohol bij de oppervlaktebehandeling van het papier ingezet kunnen worden. Kleuren Vele papiersoorten, bijvoorbeeld papier voor brieven, worden speciaal aangekleurd. Het doel is hier het verkrijgen van een specifieke kleur. De mogelijke verschillende kleuren zijn vrijwel oneindig. Hier volgt een overzicht van de hoofdkleuren en ook bij welke frequentie deze kleur is aan te treffen: Kleur
rood
Golflengte 740 R
Oranje 625 O
Geel 590 G
Groen 565 G
Cyaan 520
Blauw 500 B
Indigo 450 I
Violet 430 V
380 in nanometers (nm)
Omdat de celstof zelf varieert in kleur, worden dergelijke gekleurde papiersoorten meestal batchgewijs geproduceerd (in tegenstelling tot veel gebruikte papiersoorten, die in een continu proces 16
worden geproduceerd). Een batch met papiergrondstoffen wordt aangekleurd door het toevoegen van verschillende kleurstoffen. Dit proces is nauwelijks te automatiseren, zodat hoge mate van vakmanschap van de kleurmaker noodzakelijk is. Een goede beheersing van het papierproductieproces maakt ook een continue kleuring mogelijk (de kleur moet echter wel constant worden gehouden). Ook een kleuring bij de oppervlaktebehandeling met zetmeel in de lijmpers is mogelijk. Kleurstoffen zijn beschikbaar als pigmenten, voor een kleurstabiele kleuring, en als organische stoffen. De pigmenten zijn echter moeilijker aan de vezel te binden (alleen met een fixeermiddel) en ze zijn bovendien vrij duur. De organische kleurstoffen worden of direct aan de vezel gebonden of met een fixeermiddel (in het geval van negatief geladen moleculen). De meeste producenten van gekleurd papier proberen het aantal kleuren beperkt te houden, om de voorraad niet te groot te laten worden. Echter de markt voor gekleurde papieren wordt gedeeltelijk door de mode bepaald, zodat telkens weer nieuwe kleuren ontwikkeld en op de markt gebracht moeten worden.
Lijm- en natvastmiddel Lijming Een lijmingsmiddel zorgt ervoor dat het papier waterafstotend wordt. Dit is belangrijk voor de beschrijfbaarheid en de bedrukbaarheid van het papier en dat het papier voor een nabehandeling zoals strijken/coaten beter voorbereid is. Lijmingsmiddelen kunnen aan de massa, dat wil zeggen in de stofvoorbereiding, of aan het oppervlakte, dat wil zeggen in de lijmpers, toegevoegd worden. De lijmingsmiddelen hebben over het algemeen een apolair deel en een polair geladen deel. Het polaire gedeelte zorgt voor de binding met de papiervezel; het apolaire deel zorgt voor de waterafstotende werking van het papier (dat nodig is voor een goede beschrijfbaarheid). De oudste lijming werd gedaan met dierlijke lijm, gemaakt van uitgekookte botten en huiden (meestal van schapen). Het papier werd voor een lijming gedoopt in een oplossing van deze kraakbeenlijm met aluminiumsulfaat (papiermakersaluin). Later werd de lijming met harslijmen ontwikkeld. Harsen ontstaan bij het verwerkingsproces van bomen tot celstof. Deze harssoort wordt ook wel colophoniumhars genoemd. Deze harsen lossen slecht op in water, hetgeen opgelost kan worden met verzepen van de hars. De hars is negatief geladen, evenals de celstofvezel. Papiermakersaluin (aluminiumsulfaat) wordt dan gebruikt om de hars aan de vezel te binden, doordat de aluminium een positief geladen brugdeeltje is. Deze lijming kan alleen plaats vinden bij een zuur productieproces. Bij een zuur productieproces kan geen calciumcarbonaat gebruikt worden als vulstof. Carbonaat met zuur reageert namelijk tot koolstofdioxide (CO2) en water; het papier zou gaan borrelen! Papier dat in een zuur proces wordt gemaakt, kan alleen gevuld worden met calciumsulfaat en kaolien, waardoor het minder wit is dan papier gevuld met calciumcarbonaat. Bovendien is de houdbaarheid van zuur papier niet hoog, het vergeelt snel en het papier valt uit elkaar bij veroudering. Voor lijming van papier dat bij een neutraal proces wordt geproduceerd (dat met de witte vulstof calciumcarbonaat kan worden gevuld), moesten andere middelen gebruikt en ontwikkeld worden. De nu meest gebruikte, zogenaamde synthetische lijmmiddelen, zijn ASA (alkenyl succinic anhydride) en AKD (alkylketeendimeer). AKD is iets makkelijker dan ASA om het papier te lijmen. Het nadeel van AKD is dat het papier, in tegenstelling tot ASA en harslijm, nog niet volledig gelijmd is nadat het 17
productieproces afgesloten is. Volledige lijming bij het gebruik van AKD wordt pas tot 2 weken na de productie bereikt. De waterafstotende werking (lijming) wordt gemeten als Cobb-waarde. De Cobb-waarde wordt bepaald door het papier gedurende een vastgestelde tijd met water nat te maken. Na afloop van de tijd wordt de opgenomen hoeveelheid water gewogen. Is de opgenomen hoeveelheid water hoog dan is het papier vrijwel ongelijmd; de Cobb-waarde is hoog. Natvastmiddel Een natvastmiddel zorgt ervoor dat het papier in natte toestand zijn sterkte beter behoudt. Zonder natvastmiddel is de sterkte van papier in natte toestand slechts 3 tot 10% van de sterkte, wanneer het papier droog is. Dit is bijvoorbeeld belangrijk bij een papieren zakdoek, want na het snuiten mag het papier niet scheuren. Een natvastmiddel werkt doordat ze bij droging in de droogpartij van de papiermachine driedimensionale structuren laat ontstaan, die de vezels omvatten, ook bij de punten waar de vezels met elkaar in contact komen. Indien het papier nat wordt, zal deze drie-dimensionale structuur niet aangetast worden en wordt zo een bepaalde sterkte van het papier in natte toestand behouden. In een zuur proces werken natvastmiddelen op basis van ureumformaldehyde en melamineformaldehyde het best. In een neutraal productieproces werken middelen op basis van polyamide en polyamine het best.
Ureumformaldehyde Zetmeel in de massa Zetmeel wordt toegevoegd in de massa omdat het de verbindingen tussen vezels kan verbeteren. Zetmeel is een polysaccharide, net als cellulose en daarom lijken beide stoffen veel op elkaar. Zetmeel kan door waterstofbruggen binden aan de celstofketens van cellulose. Een nog betere verbinding wordt bereikt wanneer de zetmeel gemodificeerd is met quarternaire ammoniumgroepen. Dit maakt de zetmeel kationisch (positief geladen) zodat het een sterkere binding kan aangaan met de negatief geladen oppervlakte van de celstofvezel. Kationisch zetmeel in de massa verbetert dus de onderlinge binding tussen de vezels. Zetmeel op de oppervlakte Zetmeel op de oppervlakte wordt aangebracht in de lijmpers in de droogpartij van de papiermachine. Zetmeel fungeert daar als een bindmiddel en zorgt ervoor dat de componenten in het papier beter aan het papier zijn gebonden. Daarnaast vermindert het de wateropname (en verbetert daarbij de beschrijfbaarheid van het papier). Zetmeel wordt voornamelijk gewonnen uit maïs, aardappel, tarwe en rijst. Zetmeel bestaat uit de stoffen amylopectine en amylose.
18
amylopectine
amylose
Door de zetmeellijm te mengen met andere stoffen, zoals pigmenten, kan de bewerking ook leiden tot het kleuren van papier, verbeterde drukeigenschappen (bijvoorbeeld voor inkjet-printers of offset-persen), verbeterde weerstand tegen verbranden, of een verbetering van de oppervlakte waardoor een behandeling met een coating na de papiermachine wordt vergemakkelijkt. Men kan oppervlaktezetmeel modificeren, zodat de eigenschappen van het zetmeel zich veranderen. Er bestaan: geoxydeerde zetmelen gefosfateerde zetmelen veretherde zetmelen kationische zetmelen Niet gemodificeerde zetmeel noemt men natief zetmeel. Natief zetmeel wordt het meest gebruikt (het is ook het goedkoopst). Natief zetmeel zonder behandeling is minder geschikt voor het oppervlakteverlijmen van het papier. De zetmeelketens zijn te lang en moeten worden verkort. Dit kan op twee manieren worden verkort. De eerste manier is het behandelen van de zetmeel met warmte, waardoor de zetmeelketens doorbroken worden. De tweede manier is wat vriendelijker en berust op de inwerking van een enzym. Het enzym amylase knipt de ketens door, waardoor het zetmeel gebruikt kan worden. Onder andere de viscositeit van het zetmeel wordt dan verlaagd, waardoor het beter toepasbaar is op de lijmpers. Het bepalen van de juiste zetmeelketenlengte is belangrijk. Te kort en het zetmeel wordt te diep in het papier gezogen, tevens is het zetmeel dan makkelijker oplosbaar in water (bij offset-drukprocessen, waarbij met water wordt gewerkt kan dit leiden tot stuiven van het papier). Is de zetmeelketen te lang, dan kan het opdragen van de zetmeel in de lijmpers door de te hoge viscositeit tot een probleem worden.
19
Papierproductie Papier is een massaproduct en wordt ook als zodanig geproduceerd. Papierfabrieken zijn groot, papiermachines zijn groot. Binnen de papierindustrie hebben vele fabrieken zich bij elkaar gesloten. Grote papierconcerns zijn onder andere International Paper, Georgia Pacific met hun basis in NoordAmerika en Stora Enso en UPM Kymmene in Europa. Papierfabrieken kunnen afhankelijk van het type papier dat ze produceren verschillend zijn. Dat begint in de stofvoorbereiding. Indien oud papier of maagdelijke vezels als grondstof wordt gebruikt, wijkt de stofvoorbereiding af. De papiermachines voor tissue, karton of fijnpapier zijn niet hetzelfde. Hier wordt voornamelijk het productieproces voor fijnpapier en karton beschreven. De ontwikkeling van de papierfabriek De eerste papierfabrieken in Europa ontstonden in Italië en Spanje. De grondstof voor papier was voor de eerste papierfabriek vooral katoen uit lompen. Papiermaken was handwerk en er werden vellen papier gemaakt. Het productieproces van toen bestond uit: prepareren van de vezels Het preparen van de vezels werd gedaan door lompen (zoals oude kleren) te verscheuren in kleinere delen. Deze delen werden gekookt in een wateroplossing waar wat loog aan was toegevoegd, waardoor de lompen zacht werden. De vezels moesten daarna uit de rest van de lompen worden gehaald door het mechanisch te bewerken. Dit gebeurde in een hamerbak; dit is een bak moet grote houten hamers, die op de lompen stampten, aangedreven door waterkracht of windkracht. het scheppen van papier uit een bak De geprepareerde vezels werden in een bak gedaan en gemengd met water. Dit geheel werd goed geroerd, zodat de vezels goed verdeeld waren in het water. Een schepraam wordt dan door het mengsel gehaald. Dit is een raam waar een gaas ingespannen is, waarvan de openingen groot genoeg zijn om het water door te laten, maar de vezels terug te houden. het persen van papier in een pers De vellen papier werden vanaf het gaas op een stapel gelegd. Deze stapel bestaat uit papiervellen afgewisseld met een vochtopnemend materiaal. De stapel werd tussen een pers gebracht en de pers werd aangeschroefd. Water wordt daardoor uit het papiervel geperst en in het vochtopnemend materiaal getransporteerd. het drogen van papier Dit werd gedaan door vellen papier na het persen op te hangen op drooglijnen, buiten of op een droogzolder. Na verloop van tijd was dan het papier droog en klaar om verkocht en gebruikt te worden. In Nederland kan men op verschillende locaties bekijken hoe vroeger papier werd gemaakt: Papiermolen "De Schoolmeester" in Westzaan Papierfabriek "De Middelste Molen" in Loenen op de Veluwe De Papiermolen in het Nederlandse Openluchtmuseum in Arnhem Consolidatie Het papier dat het meest gebruikt wordt is een "commodity". Waar vroeger vele papierfabrieken zelfstandig waren, zijn veel papierfabrieken nu onderdeel van een concern.
20
De grootste papierfabrieken ter wereld en Europa zijn:
Plaats Bedrijf
Land
Wereld
Plaats Bedrijf
Land
Europa
1
International Paper
USA
1
Stora Enso
Finland
2
Georgia-Pacific
USA
2
UPM-Kymmene
Finland
3
Weyerhaeuser
USA
3
SCA
Zweden
4
Kimberly-Clark
USA
4
Metsäliitto
Finland
5
Stora Enso
Finland
5
Anglo American (Mondi)
UK Ierland
6
Procter & Gamble USA
6
Jefferson Smurfit (in 2005 gefuseerd met Kappa Packaging)
7
UPM-Kymmene
USA
7
Worms & Cie
Frankrijk
8
Nippon Unipac
Japan
8
Norske Skog
Noorwegen
9
Oji Paper
Japan
9
Kappa Packaging (in 2005 gefuseerd met Jefferson Smurfit)
Nederland
10 SCA Zweden 10 David S. Smith UK Het alternatief voor de grootschaligheid is het specialiseren in specialiteiten. Met specialiteiten zijn hogere marges te halen, waardoor het gebrek aan schaalgrootte kan worden gecompenseerd. Waar gaat het naar toe? Nieuwe papiermachines worden steeds sneller en groter. De grootste papiermachineproducten ter wereld zijn Voith uit Duitsland en Metso uit Finland. De papierfabriek Palm in Duitsland heeft bij Voith een papiermachine voor krantenpapier besteld dat 400.000 ton papier per jaar produceert (stand aug 2007). Aan de andere kant worden telkens weer kleinere onrendabele papiermachines gesloten. Er bestaan nog maar weinig onafhankelijke papierproducenten en deze kunnen dan meestal alleen bestaan omdat ze specialiteitenpapier produceren, die een hogere marge opbrengen. De consolidatie in de papierindustrie zal verder doorgaan. Schaalgrootte is van groot belang in een industrie waar de marges laag zijn en waar de prijzen zo volatiel zijn. De papiervraag groeit nog steeds jaarlijks met ongeveer 2% Europawijd. Dit ondanks, of juist dankzij, automatisering en internet. Al jaren wordt het papierloze kantoor voorspeld, en dunne flexibele beeldschermen waarvan je de informatie kan lezen alsof het papier is. Alle voorspellingen zijn nog op niets uitgelopen. Ook in de nabije toekomst blijft papier zijn plaats houden en zal het gebruik verder doorgroeien.
21
Onderverdeling processen in de papierfabriek De hoofdprocessen bij de productie van papier zijn: Oudpapierbereiding Papiervezel- en hulpstofvoorbereiding Papiermachine Bladvorming Persen van papier Drogen van papier Nabehandeling van papier Schematisch overzicht Hier volgt een schematisch overzicht van de productie van fijnpapier:
Oud papier Oud papier is intussen de belangrijkste grondstof van de papierindustrie geworden. In tegenstelling tot wat vaak gedacht wordt, kan een vezel niet oneindig worden gebruikt. Een vezel wordt na elke bewerking slechter en kan dan ook voor minderwaardiger papier/karton worden ingezet. Maagdelijke vezels worden voor hoogwaardig fijnpapier gebruikt. Het afval hiervan, vaak kantoorafval, is hoogwaardig oudpapier. Deze type van vezels kan bijvoorbeeld voor krantenpapier worden gebruikt. Krantenafval dan kan als oudpapier voor de productie van kartonsoorten worden ingezet. In totaal kan een vezel ongeveer 6 keer worden gebruikt, daarna is de kwaliteit van de vezel (het wordt telkens korter) dusdanig dat het alleen nog maar als afval kan worden ingezet. Door het verbranden van deze afval, kan de vezel nog energie geven dat benodigd is in het productieproces van papier. Oudpapierbereiding In een eerste fase bestaat uit het voorbereiden van het oudpapier voor het productieproces, d.w.z. 22
aanvoer, verwerken van balen, transport naar de pulper. De tweede fase bestaat uit het oplossen van het oud-papier in een pulper. Het oudpapier wordt met water vermengd en krachtige roerwerken zorgen ervoor dat het papier uit elkaar wordt geslagen. Ook in de pulper vindt de eerste grove reiniging plaats. Een kleine anecdote: het bedienen van de pulper wordt vaak als de minste arbeid gezien, die je kan doen binnen het papierproductieproces. Echter bij de oud-papiergebruikers is dit baantje heel gewild. In het oudpapier worden vaak munten gevonden, die ongewild mee worden gegeven door de huishoudens. Deze munten verzamelen zich in de pulper en kan het maandloon van een pulperbediende aardig omhoog krikken.
Dan volgen allerlei bewerkingen die erop gericht zijn, onderdelen van het oud-papier, die niet in het productieproces kunnen worden gebruikt, te verwijderen. Verwijdering van niet-papier delen, zoals paperclips, nietjes, plastic en andere met het oud-papier weggegooide materiaal door onder andere zeven. Verwijdering van drukinkten door flotatie. Dispergeren van niet verwijderde verontreinigingen Verwerken van de verwijderde verontreinigingen Het regelen van de consistentie voor verdere verwerkingen van de grondstof in het papiermaakproces. Aan het einde van het proces wordt een hoogwaardige grondstof voor de papierproductie verkregen. De voorbereiding van de vezels is verschillend voor ontinkte grondstof, dan moeten extra handelingen worden uitgevoerd, in vergelijking met het productieproces wanneer inkt in de grondstof mag blijven. Ontinkten In de beginfase worden reeds verschillende chemicaliën toegevoegd en de pH wordt ingesteld (verhoogd), waarmee het latere proces van ontinkten wordt ondersteund. Het oudpapier wordt in een vervezeltrommel geleid. Een vervezeltrommel is een cylinder met een grote diameter (enkele meters) die continu vrij snel draait en 15 tot meer dan 20 meter lang is. Aan de trommel bevinden zich schotten die ervoor zorgen dat er veel turbulentie ontstaat. Ondersteund door de chemicaliën wordt zo het papier uit elkaar geslagen. Andere chemicaliën zorgen ervoor dat de drukinkt van de vezel wordt afgeweekt. Doordat de trommel onder een hoek is geplaatst, wordt de vezelmassa naar het andere uiteinde getransporteerd; de vezelmassa verblijft ongeveer 20 minuten in de trommel. Daarna wordt de stof met een dikstofreiniger gereinigd, waarbij de zware delen worden verwijderd. Ontinkten kan op verschillende manieren, maar hoofdzakelijk wordt het flotatieproces gebruikt. Dit heeft het voordeel dat ook fijne vezels en vulstoffen beschikbaar blijven voor het productieproces van papier. De volgende stappen worden in alle processen doorlopen: losweken van inkt van de vezels (door mechanische energie, warmte en chemicaliëninwerking) scheiden van inkt en vezels behandelen van het proceswater na het ontinktingsproces zodat het weer gebruikt kan worden in het ontinktingsproces (kringloop) behandelen van de afval (drukinkt) Chemicaliën die gebruikt worden voor de ontinkting zijn: Natronloog, met 2 gevolgen: de vezel zwelt, waardoor de drukinkt van de vezel springt. En de hoge pH zorgt voor de afbraak van oliën en harsen van sommige inkten Waterstofperoxide. Dit is een bleekmiddel. Waterglas zorgt voor het dispergeren van de vrijkomende inktdeeltjes DTPA (Diethyl-triamino-penta-natriumacetaat) is een complexvormer, dat metaalionen uit de 23
drukinkten verwijdert. Het scheiden van inkt en vezels gebeurt in een wasproces. De vezelstof wordt telkens verdund en vervolgens in een zeeftrommel of schroefpers wordt het water (met verontreinigingen) meermaals verwijderd. In een flotatieproces is het de bedoeling dat inkt aan opstijgende luchtbellen blijft hangen en naar de wateroppervlakte stijgt, alwaar de inkt als schuim van de oppervlakte wordt afgeveegd. Dit proces wordt ondersteund met een speciale zeep of tenside. De hoeveelheid lucht en de doorsnede van de bellen én de consistentie van de vezel/watermassa bepaalt hoe goed dit proces werkt. Het flotatieproces kan in meerdere stappen worden gedaan, waarbij hoeveelheid lucht en de diameter van de luchtbellen kan variëren. Vaak wordt het afgeschepte schuim nog eens nabehandeld, waarbij de vezels die in het schuim zaten, worden gescheiden van het reject. Reiniging De ontinkte stof dient verder te worden gereinigd. Dit gebeurt met: centrifugaalcleaners, zoals cyclonen drukzeven centrifuge (ook wel gyroclean). Deze processen worden uitgevoerd met dunstof, dat wil zeggen vezels in water met een consistentie van 1 tot 1,5%. In een volgende processtap is dikstof nodig, dat wil zeggen vezels in water met een consistentie van ongeveer 5%, zodat na de reiniging een indikkingsstap volgt. Indikking De volgende apparaten zijn in gebruik voor het indikken van dunstof: Schijvenindikker Zeefbandpers. Afhankelijk van het ontwerp van de fabriek zullen deze apparaten alleen of opeenvolgend op elkaar worden gebruikt. Schijvenindikker Een schijvenindikker is een bak met dunstof, waarbij schijven door de bak draaien. Deze schijven bestaan uit segmenten met zeefdoek (filterelementen). Binnen de segmenten heerst een onderdruk, waardoor de dunstof probeert in het segment te komen. De vezels in de dunstof blijven achter op het zeefdoek en het water in het segment wordt afgepompt. Als de schijf uit het water komt, is de oppervlakte van het zeefdoek vol met een laag vezels. Deze laag wordt afgespoten, waarbij de koek in een trechter valt. Deze stof wordt dan genoeg verdund, zodat dikstof is ontstaan, dat evengoed nog verpompt kan worden. Het segment dat verder draait, wordt nog gereinigd alvorens het opnieuw in de stof duikt. Zeefbandpers Een zeefbandpers kan je beschouwen als een klein natgedeelte van een papiermachine. De dunstof wordt tussen 2 zeefdoeken gespoten. Het water wordt dan verwijderd doordat het door het zeefdoek sijpelt (als gevolg van de zwaartekracht) of gedrukt wordt (er staat namelijk spanning op het doek). In het tweede gedeelte van de machine zijn er walzen, die op elkaar drukken (persnip). De dan dikker worden stof wordt daar nogeens uitgeperst en aan het einde valt de koek in een trog. In de trog bevindt zich een slakkenschroef die de koek kapot maakt en verder transporteert. Hier kan dikstof ontstaan met 25% tot 30% vaste stofgehalte (consistentie). De zo gewonnen stof zal naar de stofbereiding voor de papiermachine worden geleid. 24
Papiervezel- en hulpstofvoorbereiding Stofbereiding De stofvoorbereiding bestaat uit verschillende delen. Voor oudpapierbereiding kijk aldaar. De stofvoorbereiding kan in volgende deelprocessen worden onderverdeeld. pulperen of vermengen van de celstoffen met water dikstofreiniger zwellen van de vezels malen van de vezels mengen van verschillenden vezelstromen fijnstofreiniging met cyclonen en drukzeven laatste verdunning Daarna is de vezelmassa klaar voor de papiermachine.
Bovenaanzicht van een pulper met zicht op de rotor Pulper Zowel oud-papier als ook celstofbalen worden met een pulper met water vermengd. Een pulper is een tank met een opening, waardoor het grondstofmateriaal kan worden geschoven. Op de bodem of aan de zijkant van de pulper zorgt een zeer krachtig roerwerk voor de benodigde turbulentie. De vezels in de balen of in het oud-papier worden in kleine mate door contact met het roerwerk, en in grote mate door de door het roerwerk opgewekte turbulenties en schuifkrachten in de watervezelmassa, losgemaakt van de overige vezels. Een pulper kan continu of batchgewijs worden bedreven. In beide gevallen wordt de vezelwatermassa door de pomp afgezogen waarbij een gatenplaat moet worden gepasseerd. De gatenplaat houdt de te grote delen tegen. De gatenplaat bevindt zich direct achter het roerwerk. Soms worden ook nog hulpstoffen toegevoegd, zoals natronloog, dat de pH van de massa hoger maakt. Hierdoor kan de vezel beter zwellen, dat wil zeggen water opennemen in de vezel, waardoor de diameter van de vezel toeneemt. Deze behandeling vermakkelijkt het prepareren van de vezel later in het productieproces. Zeker bij oud-papier wordt een touw of ijzerdraad in de pulper gelaten, waaromheen zich grove verontreinigingen draaien, zodat al in de pulper een grove reiniging wordt verkregen. Dikstofreiniger De dikstofreiniger is een apparaat, die voor de reiniging gebruik maakt van centrifugaalkrachten. Wanneer een vloeistof heel snel draait, zullen de lichte delen zich naar binnen bewegen en de zware delen naar buiten. Voorbeelden van zware delen is bijvoorbeeld zand, stukjes metaal en dergelijke. Lichte delen kunnen bijvoorbeeld stukjes plastic zijn. De dikstofreiniger heet zo omdat verderop in de stofvoorbereiding ook nog gebruikt wordt gemaakt van cyclonen of dunstofreinigers, waarbij het percentage vezels in water veel lager is. 25
De dikstofreiniger ziet er als volgt uit: aan de bovenzijde waar de stof wordt ingevoerd, is de dikstofreiniger het breedst. De vorm van de dikstofreiniger is een naar beneden dunner wordende ronde buis. De stof wordt door een pomp onder druk gezet en wordt tangentieel ingevoerd. Dat wil zeggen dat de stof haaks (in een hoek van 90°) ten opzichte van de lijn van de buitenkant naar het middelpunt van de buis, wordt ingevoerd. Hierdoor zal de stof direct al een draaiing krijgen. Doordat de buis naar beneden steeds smaller wordt, zal de stof steeds sneller gaan draaien, waardoor de centrifugale krachten worden vergroot. Onderaan in de dikstofreiniger zal de stof stroom zich verdelen. Het buitenste gedeelte (met de zware delen), wordt onder aan in de dikstofreiniger verzameld en continu of periodiek als afval afgevoerd. Het normale en lichte deel van de de stroom zal in beweging omkeren en binnen de circulerende buitenste stroom (die naar beneden gaat), weer naar boven gaan. Bovenaan aangekomen zal de stroom in een buis naar het volgende procesdeel worden vervoerd. Helemaal in het midden kan zich een dunne buis bevinden, die de lichtste delen van de stroom separaat afvoert en behandelt. Refiner en maling Een refiner heeft tot doel de vezel te verbeteren. lange vezels worden verkort vezels worden aan de oppervlakte nuttig beschadigd, dat wil zeggen er worden fibrillen uit de vezel losgemaakt zodat de oppervlakte van de vezel wordt vergroot. Een refiner bestaat uit meerdere platen met messen erop. De papiermassa wordt tussen twee platen doorgeperst, waarbij één of beide platen draaien. De afstand tussen de platen wordt heel beperkt gehouden, zodat de messen de vezels raken. De refiner kan zo ingesteld worden, dat de messen de vezels meer doorsnijden (een snijdende maling) of juist meer fibrilleren (een fibrilerende maling). Naast de droogpartij verbruikt de refiner de meeste energie in het papierproductieproces. Deze energietoevoer zorgt er ook voor dat de temperatuur binnen de papiermassa wordt opgevoerd. Fibrileren Fibrillen zijn kleine dunne vezels die vanuit de grote celstofvezel worden losgemaakt (maar wel met de vezel zijn verbonden). Deze fibrillen vergroten het oppervlak van de celstofvezel. Dat is zinvol omdat hierdoor meer verbindingen met andere vezels kunnen worden gemaakt (met de waterstofbruggen). En dat is zinvol omdat daarmee de sterkte van het papier wordt verhoogd. Snijdende maling Grote lange vezels maken het doorzicht van het papier minder mooi (je ziet de grote vezel dan zitten in het papier), daarom kan het zinvol zijn om de vezel in meerdere delen te snijden. De snijdende maling zorgt daarvoor en zorgt dus voor een mooi egaal doorzicht van het papier. Dit egale doorzicht is een teken voor ook egaal verdeelde papiereigenschappen over de gehele breedte en lengte van het papierblad. Dunstofreiniging Dunstofreiniging wordt gedaan bij een consistentie van kleiner dan 1,2%, zodat de vezels door het vele water voldoende van elkaar gescheiden zijn.
26
dunstofreiniger Een dunstofreiniger, of cycloon, zorgt voor een scheiding op grond van gewicht. Lichte verontreinigingen, accept en zware verontreinigingen worden in dit proces van elkaar gescheiden. Dit proces werkt als volgt. Met een pomp wordt het vezel-watermengsel op hogere druk gebracht. Het mengsel wordt tangentieel in de cleaner ingevoerd, waardoor een draaibeweging wordt meegegeven. Het mengsel beweegt zich cirkelvorming naar beneden, waarbij de cleaner steeds smaller wordt en de snelheid dus sterk toeneemt. De spiraalbeweging zorgt voor een centrifugale kracht. Zwaardere deeltjes krijgen een grotere snelheid naar de buitenzijde van de cleaner, zodat de zwaardere deeltjes (zoals zand of metaaldeeltjes) zich aan de buitenkant van de stofstroom zullen bevinden. Lichtere deeltjes bewegen zich juist naar het midden. Als de stofstroom onder in de cleaner aankomt, wordt de bewegingsrichting omgedraaid, de zware deeltjes verzamelen zich echter onder in de cleaner. De opstijgende stofstroom in het midden van de cleaner wordt gescheiden in een reject lichte deeltjes (in het centrum) en het accept (rond het centrum). Het reject is ongeveer 10% van de totale toegevoerde vezelstroom. Hoe smaller de cleaner en hoe hoger het drukverschil over de cleaner, hoe groter de centrifugaalkracht en hoe effectiever de reiniging. Het nadeel daarvan echter is dat er meerdere cleaners nodig zijn (en dat kost geld). De dunstofreinigers worden meestal in batterijen aangelegd, dat wil zeggen meerdere cleaners naast elkaar, die de gezamenlijke stofstroom in parallelle kleine stromen opdelen. De eerste trap (batterij) zorgt voor de scheiding in accept en reject (het doel is dus het verkrijgen van een schone vezelstroom). Omdat het zware reject ook veel vezels bevat, die wel goed zijn, moeten er meerdere trappen van cleaners (in batterijvorm) worden gebruikt. De tweede, derde en soms zelfs vierde trap zorgen voor het terugwinnen van de goede vezels. De batterijen van de tweede trap bevatten minder cleaners dan de eerste trap (de tweede trap behandelt maar 10% van de hoeveelheid van de eerste trap); dit geldt ook voor de derde trap, et cetera. Drukstofzeven Drukstofzeven worden gebruikt om grove delen uit de papiermassa te verwijderen. Een drukstofzeef is een zeef met een gedefinieerde grootte van gaten of sleuven. Deze machine 27
werkt onder druk om ervoor te zorgen dat er voldoende papierstof per tijdseenheid kan worden gezeefd. De drukstofzeven worden in trappen opgesteld. De eerste trap is erop gericht een zo zuiver mogelijke papiermassa te verkrijgen. De tweede en derde trap zijn erop gericht de goede vezels uit het reject van de eerste trap te redden en weer terug te voeren in het productieproces. Het reject van de laatste trap is afval en bestaat bijvoorbeeld uit vezelknopen, stukjes plastic, bast en dergelijke.
Papiermachine De moderne papiermachine is uitgevonden door de Fransman Robert in 1798. Op basis van zijn ontwerp ontwierp Foudrinier het prototype van de nu nog altijd meest gebruikte papiermachine, die dan ook met Foudriniers worden aangeduid. Men kan 2 uitersten van papiermachines onderscheiden: Langzeefmachine Rondzeefmachine Deze benaming heeft betrekking op de manier van bladvorming in het natte deel van de papiermachine. Ook combinaties van beide machines zijn mogelijkheid. Bij een combinatie wordt bijvoorbeeld een laag papier op het langzeefdeel van de papiermachine gemaakt en de volgende laag of lagen met een rondzeef op het langzeef toegevoegd. Het persdeel en droogdeel van beide typen papiermachines wijkt niet zo af. Papiermachines bestaan er in alle soorten en maten. De modernste papiermachines lopen met een snelheid van meer dan 2000 meter per minuut (120 km/h) en zijn meer dan 11 meter breed. De totale lengte van een dergelijke machine wordt dan wel 200 meter. De oudere papiermachines, die voor specialiteiten worden gebruikt zijn soms minder dan 2 meter breed en lopen langzamer dan 10 meter per minuut, zoals bijvoorbeeld een papiermachine, dat papier voor bankbiljetten maakt. Langzeefmachine Het kenmerk van de langzeefmachine is dat de verdunde papiermassa op of tussen de zeven wordt gespoten.
Langzeefmachine Deze type machine kan men onderscheiden in verschillende types. Bij het eerste type komt de zich vormende papierbaan aan 1 kant in contact met een zeef. Bij het tweede type komt de papierbaan aan beide kanton in contact met een zeef. Een Gapformer of een Hybridformer zijn voorbeelden van het tweede type. Een tussenvorm is ook mogelijk en is meestal een gemodificeerde langzeefmachine van type 1, waar een bovendoek opgezet is. Met die bovendoek vindt ook ontwatering naar de bovenkant plaats. De langzeefmachine wordt typisch ingezet voor de productie van fijnpapier, zoals kopieerpapier.
28
Rondzeefmachine Bij een rondzeefmachine wordt de papiermassa meestal uit een bak met verdunde vezelstof geschept. Soms wordt ook de massa wordt op het rondzeef gespoten. Het water wordt verwijderd; afgezogen naar het binnenste van de cilinder en de papiermassa wordt met een vilt van de zeef afgenomen. Bij meerdere rondzeven worden de verschillende lagen met elkaar verbonden, door het zogenaamde koetsen. Een typische toepassing van een rondzeefmachine is de productie van hygiënepapieren zoals tissue, maar ook karton wordt vaak zo gemaakt. Weetjes Een van de meest gestelde vragen over het papiermaakproces is hoe een papiermachine wordt opgestart. Bij de opstart wordt eerst de vezelmassa op de natpartij voor de bladvorming gespoten. Aan het einde van de bladvorming valt de gevormde papierbaan in een kuip, waarvan de inhoud gecirculeerd kan worden. Een krachtige waterstraal snijdt een puntje af. Dat wil zeggen dat een reep papier van 5 tot 10 cm breed wordt afgescheiden van de rest van de gevormde papierbaan. Dit puntje wordt meestal met behulp van geperste lucht door de perspartij geblazen. Het puntje wordt daarna door de droogpartij geleid. Ook dit gebeurt weer met lucht of het puntje wordt tussen twee touwen, die aan de voorkant van de papiermachine rondom de cilinders lopen, geklemd. Als het puntje aan het einde van de papiermachine is gekomen, wordt de waterstraal naar de achterkant van de natpartij bewogen, waardoor het puntje steeds breder wordt, totdat de papierbaan de gehele breedte van de papiermachine bestrijkt. Dit is de simpelste versie. Men kan op verschillende plaatsen in de papiermachine ook een soort messen inbouwen, zodat ook op andere plaatsen in de papiermachine een puntje kan worden gesneden. Bladvorming De bladvorming bestaat uit de volgende onderdelen: een oploopkast een zeef waterverwijderingselementen Oploopkast Het doel van de oploopkast is om de vezelmassa egaal te verdelen over de breedte van de papiermachine. Voor de egaliteit is het noodzakelijk dat de celstofvezels ontknoopt zijn, zodat de vezels een egaal doorzicht geven (doorzicht is de formatie van het papier als je door het papier heenkijkt met een sterke lamp erachter). De egale verdeling is een uitdaging, er mogen bijvoorbeeld geen drukverschillen over de breedte ontstaan, ook de vezelmassa moet gelijkmatig over de breedte worden verdeeld. Zeef De functies van de zeef zijn: Water goed te verwijderen Hoge retentie van vezels Goede doorzicht Makkelijk aan te drijven (geen slippen)
29
zicht op de zeefpartij Waterverwijderingselementen Zuigbak Egoutteur Ontwateringsfoils Registerwals Bovendoek
Simpele natpartij van een papiermachine Straal/zeef verhouding De straal/zeef verhouding is een quotiënt van de uitloopsnelheid uit de oploopkast en de snelheid van de zeef. Theoretisch ontstaat een vierkant papier, wanneer de straal/zeefverhouding 1 is. Dat wil zeggen dat de vezels random verdeeld zijn in alle richtingen. Is de straal/zeefverhouding groter dan 1, dan wordt de vezel in een langsrichting gestrekt. Gemiddeld zullen er meer vezels in de lengterichting dan in de breedterichting liggen, waardoor het papier zogenaamd "langsgeoriënteerd" is. Er zijn echter meer factoren die de oriëntatie van de vezel beïnvloeden, zodat ook papier met een straal/zeefverhouding van 1 min of meer langsgeoriënteerd is. Bovendien zal een papiermaker niet snel een straal/zeefverhouding van 1 instellen, omdat dan meestal het doorzicht van het papier er verschrikkelijk uitziet.
30
Proef: Bepalen van de beweegrichting van het papier in de papiermachine Benodigdheden: blad papier Neem een stuk papier en scheur het in door 1 keer in de langsrichting te scheuren en 1 keer in een 90° hoek (dus in de dwarsrichting) te scheuren. Een scheur zal vrij recht zijn en de andere min of meer gerafeld. De richting waarin de scheur recht is, is de beweegrichting van het papier in de papiermachine.
Wat heb ik geleerd: De verklaring hiervoor is dat de vezels zich in de langsrichting oriënteren. Als het papier gescheurd wordt, zal de scheur de weg van de minste weerstand volgen, dus tussen de vezels scheuren (de vezels zelf worden niet gescheurd). Wanneer vezels meer in één richting liggen zal de scheur van het papier in die richting gladder en rechter zijn.
Persen van papier Aan het einde van de bladvorming heeft het papier een vastestofgehalte van ongeveer 20%. Met onderdruk en waterverwijderingselementen kan dan niet meer zo veel water worden verwijderd. De volgende stap in het proces is dan het persen van het water uit de gevormde papierbaan. De perspartij van de papiermachine bestaat uit walsen en persvilten. De persvilten zijn zonder einde, dat wil zeggen, dat ze rondlopen. De papierbaan wordt samen met de persvilten in de nip van 2 op elkaar drukkende walsen gevoerd. Het water wordt uit het papier in het vilt gedrukt of indien een van de walsen een zuigwals is, wordt water ook uit de persnip gezogen. Afhankelijk van de soort perspartij volgen nog meerdere nippen, waarbij de persdruk steeds meer toeneemt, totdat met persen nauwelijks nog water uit het papier kan worden geperst. Het vastestofgehalte van de papierbaan is dan 45 tot 50%. Het in het vilt opgenomen water moet weer worden verwijderd, voordat dat deel van het persvilt weer in de nip aankomt. Dit gebeurt met gelijkvormige waterverwijderingselementen als die in de natpartij of bij de bladvorming worden gebruikt. Deze elementen zijn foils onder het vilt, die in een viltbak zijn gemonteerd, die weer met onderdruk bedreven wordt. Het water wordt daardoor uit het vilt gezogen. Helemaal droog wordt het vilt daarbij niet, maar het kan daarna weer voldoende water opnemen. Vaak wordt het vilt ook nog gereinigd, bijvoorbeeld met hogedruksproeiers. De structuur van een persvilt is belangrijk. Het moet voldoen aan de volgende voorwaarden: het moet makkelijk water kunnen opnemen het moet water makkelijk kunnen afgeven het mag de oppervlakte van het papier niet of maar gering markeren het vilt mag niet over de aandrijfwalsen glijden en moet voldoende structuur hebben om de kracht van de aandrijfwalsen op het vilt over te brengen. De meeste vilten bestaan uit een geweven structuur, waarbij viltharen door "nadelen", dat wil zeggen het prikken met een naald, met de geweven structuur worden verbonden. Indien een speciaal motief op het persvilt wordt aangebracht, kan het persvilt gebruikt worden om 31
een structuur in het papier aan te brengen. Veel papier voor kunst wordt op deze manier gemaakt. In de volgende afbeelding is de opbouw van de perspartij te zien. Het papier (geel) komt links vanaf de bladvorming, het papier wordt door de perspartij gevoerd, waarbij de 1 staat voor 1e nip, 2 voor 2e nip en 3 voor 3e nip. Aan de rechterkant verlaat het papier de perspartij en gaat de droogpartij binnen. Er zijn 3 persvilten afgebeeld, het afneemvilt, het bovenvilt en het ondervilt.
Perspartij
Drogen van papier Nadat de papierbaan de perspartij verlaten heeft, is het vastestofgehalte ongeveer 45 tot 50%. Om het papier nog verder te drogen, moet het restant water uit het papier gehaald worden door verdampen. Dit is het duurste gedeelte van de papiermachine; ten eerste omdat de droogpartij veel plaats nodig heeft, en ten tweede omdat het maken van de stoom die nodig is om het papier te drogen, veel energie kost. De droogpartij bestaat uit meerdere secties van droogcilinders, die gezamenlijk tot wel 150 meter lang kunnen zijn. Een cilinder wordt zo opgebouwd dat de warmteoverdracht van de stoom naar het papier wordt geoptimaliseerd; er bevinden zich bijvoorbeeld rillen in de cilinder die een optimale dikte van het condensaat garandeert; een laagje condensaat verbetert de warmteoverdracht van de stoom naar het staal van de cilinder. Tijdens het productieproces wordt continu stoom toegevoerd en condensaat afgevoerd. Het condensaat ontstaat doordat de warmte van de stoom wordt overgedragen aan het water in het papier, waardoor de stoom condenseert. Het condensaat wordt afgevoerd met syphons, die het water uit de cilinder scheppen en afzuigen. De temperatuur van de cilinder wordt geregeld door de druk. Elke bar verhoging van de druk binnen de droogcilinder geeft een verhoging van 10°C van de cilinderoppervlaktetemperatuur. De temperatuur wordt opgevoerd van cilinder tot cilinder, zodat een optimale droogcurve ontstaat. De eerste cilinders zijn voor het opwarmen van het papier, waarna de verdamping bij de volgende cilinders plaatsvindt. Een verbetering van de warmteoverdracht (en dus het droogproces) wordt nog verkregen, door het papier met oneindige droogvilten tegen de droogcilinder aan te drukken. Het water dat opgenomen wordt in de droogvilten moet dan weer uit de vilten verwijderd worden in het gedeelte waar de baan weer terugloopt naar de eerste droogcilinder.
32
Meestal krijgt het gevormde papier, nadat het gedroogd is nog een nabehandeling, een verlijming van de oppervlakte. Dit gebeurt dan met een zetmeeloplossing. Een alternatief voor de lijmbehandeling is een veredeling. Bij de veredeling wordt dan een mengsel van pigmenten (meestal calciumcarbonaat en/of kaolien) met een bindmiddel als polyvinylalcohol of carboxymethylcellulose op het papier gestreken. Door deze behandeling wordt het papier weer nat, zodat het nogmaals gedroogd moet worden in de nadroogpartij. De droogcilinders zijn in secties verdeeld. Dit is noodzakelijk om de spanning van de papierbaan te regelen. Door het drogen zal het papier krimpen en daardoor moet de snelheid in navolgende secties lager zijn dan in de eerste sectie. De baanspanning is belangrijk omdat anders het productieproces onderbroken kan worden door een papierbreuk. Een papierbreuk is de nachtmerrie van elke papiermaker. Yankeecilinder Een alternatieve droger, dat veel ingezet wordt bij de productie van tissue, is een zogenaamde yankeecilinder. Dat is een grote droogcilinder, waar de papierbaan gedroogd wordt en aan het einde afgenomen wordt.
Nabehandeling van papier Gladwerk De belangrijkste nabehandeling van papier bestaat uit het doorvoeren van het gedroogde papier door het gladwerk. Dit kunnen twee of meer stalen of kunststof walsen zijn, die met grote kracht op elkaar drukken. De oppervlakte van de papierbaan wordt hierdoor gladder gemaakt. Tegelijkertijd wordt het papier dunner gemaakt, hetgeen meestal als een negatieve ontwikkeling wordt gezien. Een andere nabehandeling kan zijn het behandelen van het papier met een superkalander. Een superkalander is een stapel walsen, waar het papier zig-zagsgewijze wordt doorgevoerd. Het grote aantal en de hoge perskracht van de walsen zorgen voor een nog gladder effect dan een gladwerk in de papiermachine. Een superkalander vindt men dan ook meestal off-line, dat wil zeggen separaat van de papiermachine. Strijken/coaten Papier kan ook gecoat worden. Bijvoorbeeld magazine-papier is papier dat gecoat is. De coating bestaat meestal uit een combinatie van pigmenten, meestal calciumcarbonaat en/of kaolien, en een bindmiddel, zoals bijvoorbeeld polyvinylalkohol. Allerhande hulpstoffen die bepaalde eigenschappen van de coating beïnvloeden worden daar nog aan toegevoegd. Bij magazine-papier geeft de coating het papier een glad gevoel en bovendien krijgt het papier hierdoor zijn glans. De coating kan in-line, dat wil zeggen als onderdeel van de papiermachine, of off-line, dus in een aparte bewerkingsgang, op het papier opgedragen worden.
Papiersoorten Papieren zijn er in alle soorten, kleuren en maten. Een grove onderverdeling kan echter wel worden gemaakt: Grafisch papier Papier voor verpakken Hygiënische en sanitaire papieren Speciale papieren
33
Grafisch papier Aquarelleerpapier Dit is een papiersoort die eigenschappen bezit, waardoor het goed kan dienen voor het schilderen van aquarellen. Er is papier van 120 tot 850 g/m² verkrijgbaar. Er bestaan verschillende soorten, die onderverdeeld worden naar oppervlaktestructuur: Grofkorrelig Gesatineerd Fijnkorrelig Torchon Het papier is verkrijgbaar in formaten, rollen of in een blok. Krantenpapier Krantenpapier is een papiersoort die de volgende eigenschappen heeft: korte levensduur licht bestand tegen weersinvloeden gunstig/goedkoop goede drukeigenschappen licht goed te vouwen Krantenpapier wordt voor het overgrote deel uit de betere soort gebruikt papier geproduceerd.
kopieerpapier Kopieerpapier Kopieerpapier is een houtvrije, ongestreken papier, dat in de standaardformaten A4 of A3 wordt gesneden, meestal 80 g/m². Het wordt geproduceerd om te worden ingezet in kleuren- of zwart-wit kopieerapparaten. Het moet voldoen aan de volgende eigenschappen: Goede hechting van de toner (soort inkt) aan het papier Goede runnability, dat wil zeggen zonder problemen te transporteren door het apparaat Bestand tegen de korte temperatuursverhoging tijdens de fixatie van de toner Kopieerpapier wordt zowel van maagdelijke vezels als van oudpapier geproduceerd. Kopieerpapier is goed houdbaar wanneer het met de vulstof calciumcarbonaat is gevuld. Het aandeel van pigment in het papier kan oplopen tot 20%.
Schrijfpapier Drukpapier (Offsetpapier) Dit zijn papieren in rollen, die door offset-drukkers in een vrijwel continu proces worden bedrukt. Over het algemeen worden deze papierrollen in een latere procesgang gesneden. Plakkaatpapier Deze papiersoort wordt gebruikt om plakkaten of affiches te maken die dan op publikatieborden worden opgehangen. Het is een wit drukpapier, houtvrij, natvast, volgelijmd en meestal eenzijdig glad. Men moet het bedrukt en gevouwen enige tijd in water (eigenlijk het waterige lijmmengsel) kunnen bewaren voordat het wordt opgehangen. 34
De achterzijde van het papier is meestal blauw (soms ook grijs) en het papier heeft een gramgewicht van ongeveer 140 g/m². Er worden ook plakkaten bedrukt met een inkjet. Deze plakkaatpapiersoort heeft nog een nabehandeling ondergaan met een inkjetcoating. Bijbeldruk Bijbeldruk is een dun, opaak maar sterk papier van 25 tot 50 g/m². Bijbeldruk is een hoogwaardig papier. Voor een Bijbel moet dun papier worden gebruikt, omdat het boek anders, door de vele tekst, veel te dik zou worden. Het wordt overigens niet alleen gebruikt voor de Bijbel, maar ook voor andere boeken, die bestaan uit veel tekst. Voor het bedrukken van dit papier worden speciale machines gebruikt, omdat het dunne papier anders doordrukken van de inkt naar de achterzijde (doorslag) van het papier kan laten zien en het papier tijdens transport door de drukmachine makkelijk kreukelt. Machineglad Machine Coated papier Machine coated papier (MC) is een licht, tweezijdig gestreken papier voor rotatie-offset. Het papier weegt 35 tot 80 g/m², maar heeft desondanks een goede opaciteit. De vezelstof die voor de productie gebruikt wordt, bestaat over het algemeen uit houthoudende vezelstof of uit oudpapier. Het papier heeft aan beide zijden een coatinglaag van 5 tot 12 g/m². Deze papiersoort is geoptimaliseerd voor offsetdruk en diepdruk. Het wordt gebruikt als luxere papiersoort voor mailings, folders, brochures, tijdschriften/magazines en catalogi.
ponskaartenkarton Ponskaartenkarton Dit is een papiersoort die vroeger werd gebruikt, voor gegevensinvoer in computers. Dit moest stijf papier zijn met een hoog grammage. Tegenwoordig wordt dit papier ingezet voor vliegtuigtickets (hoewel dat ook op zijn einde loopt) en voor parkeerkaartjes. Dit papier heeft zeer weinig of geen vulstof en bestaat dus uit pure cellulose. Bovendien is dit papier zeer glad en moet goede loopeigenschappen voor de verwerkingsmachines hebben. Etikettenpapier Etikettenpapier is een speciale papiersoort die ingezet wordt voor het etiketteren van bijvoorbeeld flessen. De eigenschappen van het papier zijn: natsterk loogbestendig goede drukeigenschappen hoge opaciteit, ook in natte toestand dimensiestabiel weerstand tegen afwrijven De natsterkte voorkomt dat bij het vullen van de flessen het etiket beschadigd wordt. De loogbestendigheid zorgt ervoor dat de etiketten niet desintegreren na het losweken. Er bestaan meerdere soorten etikettenpapier, afhankelijk van de toepassing. Bijvoorbeeld de glans 35
kan variëren. Thermisch papier Thermisch papier wordt veel gebruikt voor de productie van etiketten met variabele informatie, voor kassabonnetjes en als faxpapier. Dit papier is gestreken met een coating, waarin inktcapsules zitten. Die capsules breken open, wanneer het plaatselijk wordt behandeld met hitte. Door die verhitting goed te sturen, kunnen bijvoorbeeld een streepjescode en letters en cijfers gedrukt worden.
Thermisch papier
Papier voor verpakken Golfkarton Pakpapier Grafisch massiefkarton (Verpakkings)massiefkarton Vormkarton Golfkarton Golfkarton is een overwegend in de verpakkingsindustrie gebruikt celstofproduct, dat licht en relatief stabiel is. Een golfkarton bestaat minstens uit 3 lagen: 2 lagen van vlak papier, de dekbaan, (meestal bruin of wit) met een s-vormig (sinus-vormig) gegolfd papier ertussen, dat op het kontaktpunt met lijm aan de buitenste lagen papier is gelijmd. Golfkarton is zeer stijf in de richting haaks op het gegolfd papier, maar buigzaam in de richting van de golf. Golfkarton kan ook opgebouwd zijn uit 5 lagen (met 2 golven) of zelfs 7 lagen (met 3 golven). De golven zijn gestandaardiseerd, zo bestaan er: D, de goliath-golf, met een golfhoogte van ± 9 mm en ongeveer 70 golven per meter A, de grove golf, met een golfhoogte van ± 4½ mm en ongeveer 120 golven per meter C, de middel-grove golf, met een golfhoogte van ± 3½ mm en ongeveer 140 golven per meter B, de fijne golf, met een golfhoogte van ± 2½ mm en ongeveer 160 golven per meter E, met een golfhoogte van ± 1,2 mm hoog en ongeveer 300 golven per meter F, de microgolf, met een golfhoogte van ± 0,8 mm hoog is en ongeveer 600 golven per meter G en N, met een golfhoogte van ±0,5 mm en ongeveer 550 golven per meter
Van boven naar beneden B C E en F golf 36
De meest-voorkomende combinatie van golven bij golfkarton met 5 lagen is de C/B combinatie, maar in principe is elke combinatie mogelijk.
Een verband met de B en de C golf Hygiënische en sanitaire papieren Gezichtstissue Toiletpapier Keukenpapier Industrieel reinigingspapier Luiers Een luier bestaat uit een kern van cellulosemateriaal (de grondstof van papier), vermengd met een polymeer (een sterk absorberend materiaal. Dit wordt omgeven door een vlies van polyester, soms ook van celstof. Daarnaast bestaat het uit kunststoffen die de luier fixeren (tot een broek maken).
Speciale papieren Aquarelpapier Aquarelpapier (soms ook aquarelleerpapier) is een papier, dat wordt gebruikt voor de kunstvorm aquarel en daarvoor geoptimeerd is. Het papier kan echter ook voor andere tekentechnieken worden ingezet. Er wordt aquarelpapier aangeboden met gewichten van 120 tot 850 g/m². De papieren worden gemaakt met vezels van hout of van katoen. Soms zijn de papieren gestreken (gecoat) en vooral gevuld met calciumcarbonaat om het verouderen tegen te gaan. Ze worden soms ook extra aangekleurd met opwitter om ze witter te laten lijken. De oppervlakte kan gestructureerd en behandeld zijn, hetgeen het kunstwerk een bepaalde structuur meegeeft: ruw, grof, rough, grana rosso, torchon mat, cold pressed, grana fina, fin of not cold pressed (NOT) glad, hot pressed, satino, satin of fiscia Filtreerpapier Filtreerpapier wordt gebruikt om uit een mengsel van een vaste stof en een vloeistof de vaste stof af te scheiden, te filteren. Het wordt veel gebruikt in laboratoria. De volgende eigenschappen bepalen de kwaliteit van filtreerpapier: sterkte compatibiliteit met het te filtreren materiaal (is het hitte bestendig, of zuur bestendig, etcetera) werkingsgraad (hoe goed worden vaste deeltjes uit de vloeistofstroom gehaald) 37
capaciteit(hoe snel kan een bepaalde hoeveelheid vloeistof worden gefiltreerd) Veiligheidspapier Veiligheidspapier wordt gemaakt, door in een blad papier verschillende veiligheidsaspecten te verwerken. Papier voor bankbiljetten kan als veiligheidspapier worden gezien. Veiligheidsaspecten Voor de productie van veiligheidspapier worden speciale celstoffen gebruikt. Deze samenstelling wordt normaliter geheim gehouden, maar wel is bekend dat voor bankbiljetten veel gebruik wordt gemaakt van een speciale katoensoort met lange vezels. Daarnaast worden kunstofvezels gebruikt. Het papiergeld geeft een bepaald gevoel in de vingers, waardoor men alleen al aan het voelen aan het papiergeld echt van vals kan onderscheiden. Papiergeld heeft ook een specifieke klank als je er tegenaan tikt. Watermerk Een watermerk is een veiligheidsaspect dat bijna altijd gebruikt wordt. Een watermerk is een verdunning in het papier in een bepaald vorm, dat je kan zien als je door het papier heenkijkt. Er wordt een speciaal 1 tot 2 mm brede zilverkleurige metalen strip in of op het papier verwerkt, wat ervoor zorgt dat er na kopiëren een afwijking zal ontstaan (meestal zwart). Beveiliging door drukwerk Het onderstaande gaat meer over druktechnieken en verwerkingstechnieken dan over papier zelf: Er wordt een speciaal raster gebruikt op een bankbiljet, waarvan de lijnen zo fijn zijn, dat dit bij kopiëren tot verlies van detail leidt. Als je het papier bekijkt onder ultraviolet licht, zijn er vaak oplichtende vezels te zien (dit kan met verschillende kleuren). Onder normaal licht zie je dat niet. Speciale drukkleuren Speciale drukkleuren worden gebruikt, die een fotokopieerapparaat niet kan weergeven. Er worden glanseffecten gebruikt. Er wordt een hologram op het papier gedrukt. Speciale drukkleuren worden gebruikt, die ervoor zorgen dat de kleur verandert als je het onder een andere hoek bekijkt. Andere technieken Er wordt een heel kleine letter gedrukt op het papier, waarvan de details verloren gaan bij kopiëren. Er wordt een reliëf op het papier gemaakt, door de drukinkt met hoge druk op het papier te drukken. Er zijn speciale inkten die alleen met infra-rood licht gezien kan worden; dit aspect wordt veel gebruikt bij automatische verwerking van geld in apparaten. Bepaalde inkten zijn magnetisch, hetgeen ook als veiligheidsaspect wordt gebruikt. Waardepapier Papier zoals geld. Een dikke stevige papiersoort die toch erg flexibel is. Het is vrij kostbaar om een dergelijke papiersoort te drukken. Sigarettenpapier of vloeipapier Sigarettenpapier of vloeipapier is een zeer dun, smaak- en geurloos papier met een gramgewicht van 18-24 g/m². Het bestaat uit cellulose (houtcelstof) en calciumcarbonaat als vulstof (ongeveer 30%). Daarnaast worden er stoffen aan toegevoegd die het papier witter maken (opwitter) en de as er beter uitziet en de sigaret gelijkmatig opbrandt. 38
Transparant papier Transparant papier (doorschijnend papier) ontstaat door het lange malen van papiervezels. Hierdoor wordt het papier steeds transparanter. Het papier wordt geproduceerd bij een heel lage snelheid omdat het door de hoge maling zijn water maar slecht verliest tijdens het productieproces. Het papier krijgt een oppervlaktebehandeling zodat het beter beschrijfbaar wordt, minder snel vingerafdrukken laat zien en dimensiestabiel wordt. Transparant papier wordt ook wel vergeleken met perkament papier (zie aldaar). Deze papiersoort wordt veel gebruikt in brochures, jaarverslagen, etcetera. Lakmoespapier Lakmoespapier is een indicatorpapier. In dit papier (een vloeipapier nauwelijks gelijmd) is een kleurstof (lakmoes)opgenomen dat zich in een zure oplossing rood kleurt en in een basische oplossing blauw. Lakmoes is een blauwviolette kleurstof dat gewonnen wordt uit een variant van de korstmos. Overige speciale en technische papieren Ammunitiepapier Anti-corrosiepapier Archiefpapier Barytpapier Asfaltpapier Kabelpapier Batterij-papier Koffiefilterpapier Diazopapier Dielectrisch papier Vlamvertragend papier Glassine Greaseproof Vliegerenpapier Basispapier voor metalliseren Scrapbookpapier Theezakjespapier
39
Papierformaten
overzicht DIN A4 formaten
De A standaard De A-serie van papierformaten is een serie van vellen waarbij het eerstvolgende vel steeds een tweemaal zo grote of kleine oppervlakte heeft. De verhouding tussen de lange en de korte zijde is zo, dat wanneer het vel over de lange zijde in tweeën wordt gesneden (dus de oppervlakte gehalveerd), de volgende uit de serie wordt verkregen met precies dezelfde verhouding. Dus als k de korte zijde en l de lange zijde van een A-serie vel is geldt:
ofwel
ofwel
Hieruit volgt dat de verhouding tussen de lange en korte zijde de vierkantswortel uit 2 is. De serie begint met A0, een vel met een oppervlakte van 1 vierkante meter. Met de berekende verhouding levert dat een vel op van 1189 mm bij 841 mm. Door deling volgt hieruit de complete serie: lengte
breedte
4A0 2378 mm 1682 mm 2A0 1682 mm 1189 mm A0
1189 mm 841 mm
A1
841 mm
595 mm
A2
595 mm
420 mm
A3
420 mm
297 mm
A4
297 mm
210 mm
A5
210 mm
148 mm
A6
148 mm
105 mm
A7
105 mm
74 mm
A8
74 mm
53 mm
A9
53 mm
37 mm
40
Het meest gebruikt voor printers en fotokopieer-machines is het A4 formaat, maar voor kleinere boekjes wordt veel gebruik gemaakt van A5, en voor postzegels van A9 en A10. B-standaard Afmetingen van de B-standaard: naam lengte breedte B0
1000 mm
B1
707 mm 1000 mm
B2
500 mm 707 mm
B3
353 mm 500 mm
B4
250 mm 353 mm
B5
176 mm 250 mm
B6
125 mm 176 mm
B7
88 mm
125 mm
B8
62 mm
88 mm
B9
44 mm
62 mm
B10
31 mm
44 mm
B11
22 mm
31 mm
B12
15 mm
22 mm
B13
11 mm
15 mm
1414 mm
Enveloppenstandaard Deze enveloppen standaard is ontwikkeld voor de bijpassende papieren van de A-standaard voor papier: naam lengte breedte C0
917 mm 1297 mm Voor A0
C1
648 mm 917 mm
Voor A1
C2
458 mm 648 mm
Voor A2 of 1 maal gevouwen A1
C3
324 mm 458 mm
Voor A3 of 1 maal gevouwen A2
C4
229 mm 324 mm
Voor A4 of 1 maal gevouwen A3
C5
162 mm 229 mm
Voor A5 of 1 maal gevouwen A4
C6
114 mm 162 mm
Voor A6 of 1 maal gevouwen A5 of 2 maal gevouwen A4 (kwart)
C6/7
81 mm
162 mm
Voor 2 maal gevouwen A5 (een derde)
C7
81 mm
114 mm
Voor 2 maal gevouwen A5 (kwart)
DL
110 mm 220 mm
Voor 3 maal gevouwen A4 (een derde) of een in de lengte gevouwen A5
De DL-serie is formeel geen deel van de C-serie, maar is opgevoerd omdat het veel gebruikt wordt. Naast de DL worden C4, C5 en C6 het meeste gebruikt.
41
Papiereigenschappen Er bestaan vele papiersoorten. Het onderscheid tussen de soorten kan beschreven worden met de resultaten van metingen aan het papier. Hier volgt een overzicht van de verschillende papiereigenschappen. Papiereigenschappen worden gemeten bij 23 °C en 50% relatieve vocht van de lucht (gedefinieerd in ISO 187). Samenstelling van papier Eigenschap
Methode Eenheid Tekst
Asgehalte
ISO 2144 %
Watergehalte Zuurgraad (pH)
Een bepaling voor het vulstofgehalte van het papier door het te verbranden Er bevindt zich altijd water in het papier. Hier wordt het gewichtsverlies bij extreme droging bepaald
% ISO 6588 [-]
Het gaat hier om de oppervlakte-pH
Algemene Papiereigenschappen Methode Eenheid Tekst Basismassa
ISO 536
g/m
Dikte
ISO 534
µm
2
2
80 g/m is standaard kopieerpapier Opdikking is een afgeleide eenheid die de verhouding tussen basismassa en dikte weergeeft. Deze ligt meestal rond de 1 (dat wil zeggen 80 grams papier is ongeveer 80 µm dik)
Papierlooprichting
Doorscheuren gaat makkelijker in de lengte als in de breedterichting. De scheur in de lengterichting is rechter en minder rafelig.
Doek- en bovenzijde
Meestal is de afdruk van het doek zichtbaar en kan het verschil met het oog waargenomen worden. Strook papier in water dompelen. De bolle kant is de doekzijde van het papier.
Dimensiestabiliteit
ISO 8266
%
Lengteverandering van het papier wordt gemeten bij verschillende vochtgehaltes in de lucht (25% en 85% RV)
Relatief vocht
ISO 287
% RV
Voor de meting kan een steekhygrometer in een stapel papier gestoken worden. In principe wordt het vochtgehalte van de lucht gemeten, waarmee het vochtgehalte van het papier in evenwicht is. Het absolute vochtgehalte in papier, waarmee het relatieve vocht in evenwicht is. Hysterese wil zeggen dat dit punt afhankelijk is of het vochtgehalte wordt verhoogd of verlaagd.
Hysterese
Krul Weerstand tegen veroudering
ISO 11556
mm
Een stuk papier wordt in een geconditioneerde ruimte gelegd. Gemeten wordt de verhoging van een hoek van het papier na verloop van tijd.
jaar
Een geaccelereerde veroudering voorspelt de houdbaarheid van papier
Sterkte-eigenschappen Eigenschap
Methode Eenheid
Tekst
Treksterkte
ISO 1924 N/15mm
Op een trekbank wordt van een strook papier van 15 mm gemeten bij welke kracht het breekt
Rek
%
De rek bij de breuk wordt ook gemeten
Doorscheurweerstand Elmendorf
ISO 1974 mN.m /g
Berststerkte
ISO 2758 kPa.m /g
2
2
Eerst wordt een snede in het papier gemaakt, dan wordt de kracht gemeten waarbij de papierstrook doorscheurt De druk die op een cirkelvormig papier wordt uitgeoefend, waarbij het papier barst
42
Vouwgetal
ISO 5626 [-]
Weerstand tegen dubbelvouwen. Het aantal keer vouwen, waarbij het papier scheurt wordt gemeten
Natsterkte
ISO 3781
De verhouding van de treksterkte van het papier in natte en droge toestand. Dit is zeer belangrijk voor WC-Papier.
Stijfheid
ISO 2493 mN
%
De weerstand tegen buiging
Oppervlakte-eigenschappen Eigenschap
Methode
Eenheid Tekst
Gladheid Bekk
ISO 5627
s
De tijd waarin een bepaalde hoeveelheid lucht, die ontsnapt uit een cilinder die op het papier is gedrukt, wordt gemeten. Hoe ruwer het papier, hoe sneller de lucht ontsnapt.
s
De tijd waarin een bepaalde hoeveelheid lucht, die ontsnapt uit een cilinder die op het papier is gedrukt, wordt gemeten. Hoe ruwer het papier, hoe sneller de lucht ontsnapt.
Gladheid Gurley
Een cylinder wordt op het papier gedrukt en de hoeveelheid lucht die ontsnapt, wanneer een vastgestelde druk binnen de ring wordt opgewekt, is een maat voor de ruwheid van het papier
Parker Print Surf (PPS)
ISO 8791/4 μm
Ruwheid Bendtsen
Tijdens een vastgestelde tijd wordt de hoeveelheid lucht, die ontsnapt uit een ISO 8791-2 ml/min cilinder die op het papier is gedrukt, gemeten. Hoe ruwer het papier, hoe meer lucht ontsnapt.
Tijdens een vastgestelde tijd wordt de hoeveelheid lucht, die ontsnapt uit een Ruwheid Sheffield ISO 8791-3 ml/min cilinder die op het papier is gedrukt, gemeten. Hoe ruwer het papier, hoe meer lucht ontsnapt. Plukweerstand Dennison
TAPPI T459
Nr
Wasstaafjes met verschillende kleefkracht worden warm gemaakt en op het papier gedrukt. Wanneer het staafje wordt verwijderd van het papier wordt gekeken, bij welk staafje er papiervezels aan hangen.
Plukweerstand IGT
ISO 3783
cm/s
Met deze methode wordt het drukproces het meest benaderd. Het werkt met een plukolie.
Internal Bond
TAPPI UMJ 403
De maat voor het meten van de delaminatie bij papier en karton
Optische eigenschappen Eigenschap
Methode
Kleur XYZ
ISO 5631 ?
Deze kleurmeting bepaalt de kleur in de XYZ (of xyY) coördinaten.
Kleur Lab
ISO 5631 ?
Deze kleurmeting bepaalt de kleur in de Lab coördinaten.
CIE-Witheid
ISO 11475
Er bestaan vele soorten witheid (CIE, Berger, Taube, Hunter, Stensby, Ganz)
Witheid ISOBrightness
ISO 2470
%
De meting van de reflectie bij de golflengte 457 nm. Dit is in het blauwe gedeelte van het zichtbare spectrum.
Opaciteit
ISO 2471
%
Mate van ondoorschijnendheid. Meting bij 575 nm, omdat bij deze golflengte het menselijk oog het gevoeligst is.
%
De regelmatigheid van het papierblad, wanneer het voor een lichtbron gehouden wordt.
Doorzicht of formatie
Eenheid Tekst
Glans Lehman
ISO 8254/1
%
Gemeten wordt de weerkaatsing van licht dat onder een bepaalde hoek op het papier valt. Glans wordt bij verschillende hoeken gemeten.
Glans Hunter
ISO 8245/1
%
Gemeten wordt de weerkaatsing van licht dat onder een bepaalde hoek op het papier valt. Glans wordt bij verschillende hoeken gemeten.
43
Absorptie- en doorlaatbaarheid Eigenschap
Methode Eenheid Tekst
Porositeit Bendtsen
ISO 5636/3
ml/min
Porositeit Gurley
ISO 5636/5
De doorlaatbaarheid van papier voor gas. Gemeten wordt de hoeveelheid lucht die s/100ml door een vastgestelde oppervlakte van het papier gedrukt kan worden in een bepaalde tijd onder een vast drukverschil.
Wateropname Cobb
ISO 535
g/m
2
Oliegetal
Tappi 462 g/m
2
Alkalische reserve
ISO 10716
mol/kg
De doorlaatbaarheid van papier voor gas. Gemeten wordt de hoeveelheid lucht die door een vastgestelde oppervlakte van het papier gedrukt kan worden in een bepaalde tijd onder een vast drukverschil.
Gemeten wordt hoeveel gram water in het papier opgenomen kan worden in een bepaalde tijd. Gemeten wordt hoeveel gram olie (Castor-olie) in het papier opgenomen kan worden in een bepaalde tijd Deze methode is belangrijk voor de archiveerbaarheid. Deze methode bepaalt de buffering van zuur uit de omgeving, die anders het papier kapot maakt.
Gebruik van papier In tegenstelling tot wat altijd verwacht is, neemt het papierverbruik niet af, maar groeit elk jaar weer met meer dan 2%. Het papierloze tijdperk is tot op heden een illusie gebleken. De ontwikkeling van de computer heeft het verbruik niet afgeremd, maar zelfs versterkt. Alternatieven voor papier zijn nog nauwelijks ontwikkeld. Over het algemeen lezen mensen liever een tekst van papier dan van een beeldscherm. Het papierverbruik per bevolkingshoofd is in de Verenigde Staten van Amerika het hoogst, meer dan 200 kg per persoon per jaar. Het verbruik in Europa ligt daar niet zover bij achter met ongeveer 160 kg per persoon per jaar. Daarentegen is in bepaalde ontwikkelingslanden het papierverbruik per persoon tot enkele kilogrammen per jaar beperkt. Ecologie van papier Aspecten die belangrijk zijn voor het milieu bij de papierproductie zijn: Energieverbruik Voor de productie van papier is veel energie nodig, vooral voor het droogproces en de aandrijving van pompen, roerwerken en de papiermachine zelf. Veel papierfabrieken beschikken dan ook over een eigen energiecentrale. Doordat zowel warmte (in de vorm van stoom) als ook elektriciteit nodig zijn, wordt meestal warmtekrachtkoppeling toegepast. De warmtekrachtkoppeling wil alleen maar zeggen, dat zowel de ontstane warmte in de vorm van stoom, als ook de in de generator ontstane kracht in de vorm van elektriciteit, wordt gebruikt. Een conventionele energiecentrale die geen mogelijkheid heeft om zijn warmte nuttig te gebruiken, haalt een rendement van niet veel meer dan 40%. Een energiecentrale waarbij de centrale zo geregeld wordt, dat de stoomproductie op het productieproces wordt afgestemd, kan rendementen van meer dan 80% bereiken, dat wil zeggen dat meer dan 80% van de in de brandstof vastgehouden energie ook nuttig wordt ingezet. De energiecentrale kan ook nog uitgebreid worden met een warmtepomp. Een warmtepomp zorgt ervoor dat energie op een lage temperatuur wordt omgezet naar warmte op een hoge temperatuur, een soort omgekeerde werking van een koelkast dus (een koelkast haalt warmte weg op een lage temperatuur, waardoor de temperatuur in de koelkast daalt, en geeft dat weer af op een hogere temperatuur aan de omgevingslucht aan de achterkant van de koelkast bij de daar aanwezige spiraal). Bij een warmtepomp wordt elektrische energie gebruikt om energie, dat zich bijvoorbeeld in 44
de lucht of in de grond bij een lage temperatuur bevindt, om te zetten in extra stoom, dat dan weer bij het droogproces van de papiermachine kan worden gebruikt. Bij het droogproces ontstaat warme lucht (de warmte komt uit de met stoom gevulde droogcilinders). Deze warme lucht wordt in contact gebracht met verse koude lucht van buiten. Dit gebeurt in een warmtewisselaar. De verbruikte hete lucht draagt de warmte in de warmtewisselaar over aan de koude frisse lucht, zodat zoveel mogelijk warmte wordt vastgehouden. Warme lucht zal namelijk beter het droogproces van het papier bevorderen dan koude lucht (vergelijk dit bijvoorbeeld met een wasdroger, waarbij de lucht ook wordt verwarmd). Ook het proceswater heeft een hogere temperatuur. Dit is nodig omdat water bij een hogere temperatuur makkelijker uit de in de bladvorming geproduceerde papierbaan verwijderd kan worden dan koud water. Hierdoor kan de papiermachine sneller lopen en dus meer papier produceren. Dus ook in dit proces kan men, door het warme water in een warmtewisselaar in contact te brengen met koud water, zodat de warmte aan het koude water wordt overdragen, zo energie sparen. Waterverbruik Voor de papierproductie wordt veel water verbruikt; om 1 ton papier te produceren is, voor fijnpapier, tot 20 keer zo veel water nodig. Voor karton is dit lager, er wordt zelfs geprobeerd om dat waterkringloop voor de productie van bepaalde soorten papier/karton te sluiten. Dat wil zeggen dat het water telkens weer wordt gebruikt (gerecirculeerd) en het water binnen de papierfabriek continu daartoe wordt gereinigd. Besparen op het verbruik van water is economisch. Door namelijk water telkens weer te gebruiken, wordt de energie in het water behouden en dus de temperatuur hoog gehouden, wat weer goed is voor de productiesnelheid. Het water dat in de papierfabriek wordt gebruikt, is zo vervuild, dat het door een afvalwaterzuiveringsinstallatie (AWZI) schoongemaakt moet worden. Het gaat daarbij vooral om organisch materiaal, zoals zetmeel. Het zetmeel wordt in de AWZI afgebroken tot water en koolstofdioxide. Zou het water ongezuiverd in een rivier komen, dan bestaat er een grote kans op algengroei en het verdwijnen van zuurstof uit het water (waardoor vissen en waterplanten sterven). In warme zomers speelt nog een effect mee, omdat water uit een papierfabriek, ook na de zuivering, warm is. De temperatuur van de rivieren kan daardoor extra verhoogd worden. Hoge temperatuur van water kan leiden tot sterven van flora en fauna in de rivier. Water dat uit de pers- en natpartij (of bladvorming) uit de wordende papierbaan wordt verwijderd, wordt ten eerste gebruik om de dikstof tot dunstof (in de stofvoorbereiding) te verdunnen en het wordt gebruikt om grondstoffen met water te vermengen. Rekenvoorbeeldje: Aan het begin van de papiermachine bij de stofoploop heeft men een stofconsistentie van 0,5%, of 1 ton papierstof vermengd met 199 ton water; aan het eind van de perspartij is de stofconsistentie 50%, of 1 ton papierstof vermengd met 1 ton water. In de nat- en perspartij is dus 198 ton water verwijderd. Als men 1 ton produceert en men heeft daarvoor 20 ton water nodig, wordt het water dus gemiddeld 10 keer gerecirculeerd, voordat het naar de AWZI wordt afgevoerd. De productie van papier kan gevolgen hebben voor de grondwaterspiegel, indien het water dat benodigd is voor het productieproces uit de grond wordt genomen. Dit kan zowel positief zijn in gebieden waar zonder wegpompen de grondwaterspiegel te hoog zou worden. Het kan ook negatief zijn in die gebieden waar het wegpompen van grondwater tot verlaging van de grondwaterspiegel
45
leidt en het land zal uitdrogen. Andere papierfabrieken halen het water, dat benodigd is voor het productieproces uit de rivieren, wat dan nauwelijks een ecologische invloed heeft Chemicaliëngebruik Papier bestaat niet alleen uit celstoffen en vulstoffen. Er worden ook verschillende chemicaliën gebruikt. Niet alle chemicaliën zijn onschadelijk in het milieu. Zeker bij het optreden van ongelukken, kunnen hoge concentraties van chemicaliën, bijvoorbeeld in het oppervlaktewater, het milieu schaden. In lagere concentraties zijn die chemicaliën niet schadelijk voor het milieu. Reststoffen uit de papierindustrie, die worden verzameld in de afvalwaterzuivering, mogen dan ook verder worden gebruikt. Men kan het bijvoorbeeld gebruiken voor het afdekken van akkers, waardoor de gedroogde grond (in de winter) niet kan verwaaien. Het is ook onbedenkelijk voor storten op afvalplaatsen. De reststoffen hebben echter ook een hoge calorische waarde, zodat het goed bij de vuilverbranding kan worden gebruikt (het verbetert het verbrandingsproces). Een ander probleem is te vinden bij de in dagbouw afgebouwde vulstoffen, als kaolien en calciumcarbonaat. Bijvoorbeeld in Cornwall in Zuid-Engeland wordt veel kaolien afgebouwd en laat daarbij grote gaten in de grond achter. De productie van kaolien grijpt dus sterk op het landschap in. Mist en industriesneeuw
Stora Enso papierfabriek in Oulu (Finland); duidelijk is de productie van mist en industriesneeuw te zien
Lucht uit de droogpartij heeft het uit de papierbaan verdampende water opgenomen. Deze lucht wordt ververst, zodat de lucht met hoger vochtgehalte uit de papierfabriek wordt geleid en zich vermengt met de buitenlucht. De mate van vocht die lucht kan opnemen is afhankelijk van de temperatuur. Hoe hoger hoe meer vocht het kan opnemen. Als lucht met een bepaald vochtgehalte afkoelt, dan zal indien de temperatuur maar laag genoeg is, de maximale grens van water in lucht worden bereikt. Het gevolg is condensatie, er worden waterdruppels gevormd. Bij temperaturen boven nul zal dit leiden tot de vorming van mist en het een soort miezerregen. Indien de temperaturen onder nul zijn (in de winter, maar vooral gebeurt dit in Scandinavische landen) zal het leiden tot mist en sneeuw. Deze sneeuw is heel fijn en kan goed onderscheiden worden van natuurlijke sneeuw. De vorming van mist wordt als een milieuprobleem beschouwd (een soort horizonvervuiling). Met name wanneer de lucht ook andere chemische stoffen als water bevat wordt ook de miezerregen en industriesneeuw tot probleem. Helaas is de lucht uit de droogpartij zelden als schoon aan te zien. Kappen van bossen, voornamelijk de oerbossen Natuurlijke bossen en oerbossen (bossen waar nog nooit een mens heeft ingegrepen) bestaan uit een grote variatie van boom- en plantensoorten. Ook de fauna is daardoor gevarieerd. Vooral in Canada en Finland, maar ook in Indonesië, waar nog oerbossen zijn, worden onder druk van de 46
papierindustrie deze bossen aangetast. Niet alleen om het hout te gebruiken voor de papierindustrie, maar ook om plaats te maken voor productiebossen met monoculturen. Monoculturen wil zeggen een gebied met maar 1 soort van boom. Monoculturen zijn uitstekend geschikt voor de papierindustrie, omdat daardoor de grondstof voor het celstofproces veel minder varieert; het proces kan dan beter geoptimaliseerd worden. De papierindustrie heeft dus volop redenen om de oerbossen in gevaar te brengen. Milieuorganisaties, maar ook brancheorganisatie van de papierindustrie, willen hier tegen optreden. Dit gebeurt niet alleen met druk op die betreffende bedrijven, die hout uit oerbossen gebruiken, maar ook door het instellen van keurmerken, zoals Nordic Swan en FSC (Forest Stewardship Council). De papierindustrie zorgt ook voor herbebossing, bijvoorbeeld in Scandinavië groeit het bosareaal, door de bemoeiingen van de papierindustrie. Een hergeplant bos is echter geen vervanging voor een oerbos. De variëteit in flora en fauna van een oerbos kan nooit door een hergeplant bos worden geëvenaard. Tropisch hardhout is over het algemeen ongeschikt voor de papierproductie; houtkap van tropisch hardhout wordt gedaan voor andere doeleinden, maar kan dus niet de papierindustrie aangerekend worden. Papier- en kartonhergebruik Papier en karton kunnen meermaals worden gebruikt als grondstof voor nieuw papier en karton. Veel krantenpapierfabrieken produceren alleen nog maar met 100% oud papier. Een voorwaarde voor het gebruik van oud papier is de aanwezigheid daarvan binnen een relatief kleine cirkel rondom de fabriek. Vooral Nederland staat hoog in het percentage papier dat separaat van het vuil wordt opgehaald en de beschikbare hoeveelheid, zodat oud papier een belangrijke grondstof is geworden. Oud papier als grondstof is niet geheel onbedenkelijk. Voor het verwijderen van de drukinkt moet namelijk zowel energie als ook chemicaliën worden gebruikt. Toch zijn verse vezels geen alternatief, omdat het beschikbare bosareaal gewoon te klein is om alle benodigd papier en karton te kunnen maken. Oud papier als grondstof is dus gewoon nodig. Ook de hoeveelheid chemicaliën en energie die benodigd zijn voor het ontinkten van oud papier ten opzichte van de productie van verse celstof is veel lager. Oud papier is ook een uitstekende brandstof en zou dus ook kunnen worden gebruikt om een energiecentrale te bedrijven. Toch wordt dit nog weinig gedaan en zijn de grondstoffen voor energiecentrales voornamelijk de fossiele brandstoffen. Broeikaseffect Een belangrijk deel van het broeikaseffect (opwarmen van de aarde) berust op de toenemende concentratie van koolstofdioxide in de atmosfeer. Bomen worden papier, papier wordt meermaals nogmaals papier, het afval wordt in de afvalwaterzuivering afgebouwd tot koolstofdioxide en water. Of het wordt verbrand, waarbij de ontstane energie nog nuttig wordt gebruikt, bijvoorbeeld voor de opwekking van elektriciteit. Het koolstofdioxide wordt opgenomen door de bomen, die daarbij groeien. De kringloop is dus gesloten. Papier, an sich, zal dus nauwelijks tot het broeikaseffect bijdragen. Dit geldt echter niet voor de opwekking van de elektriciteit die nodig is voor de papierproductie. Daarbij worden nog altijd fossiele brandstoffen verbrand, wat leidt tot netto productie van koolstofdioxide. Ook transport van grondstoffen en het papier/karton leidt tot netto productie van koolstofdioxide. Transport Transport is zoals bij de meeste producten een factor die vaak wordt vergeten, wanneer men de ecologie bekijkt. 47
Celstoffabrieken bevinden zich voornamelijk daar waar de grondstof, bomen, is. Hierdoor is het transport een vrij kleine ecologische factor voor de productie van celstof. Voor de vestigingsplaats van de papierfabrieken zijn er twee mogelijkheden. Het wordt daar geplaatst waar de belangrijkste grondstof (celstof) voor handen is, dus direct naast de celstoffabriek of zelfs volledig geïntegreerd met de celstoffabriek. Of het wordt daar geplaatst waar de meeste afnemers van het papier zijn. In beide gevallen wordt de keuze bepaald door een verkorting van de transportweg. Bij de geïntegreerde productie van celstof en papier is de transportweg van de grondstof kort, echter de transportweg van het papier is lang, omdat deze fabrieken in dunbevolkte gebieden staan (namelijk daar waar grote bossen zijn). Bij de gescheiden productie van celstof en papier is de transportweg van de grondstof celstof lang, maar de papierfabrieken staan dan meestal in dichtbevolkte gebieden, zodat de transportweg van het papier naar de klant korter is. Zo bekeken is er dus nauwelijks een ecologisch voordeel voor een van beide productiemethoden aan te wijzen. Een andere ecologische factor bij de vergelijking van geïntegreerde productie met gescheiden productie is het feit dat celstof als het vervoerd wordt, moet worden gedroogd. Bij de geïntegreerde productie vervalt deze stap. Bij gescheiden productie is een extra droogproces dus noodzakelijk en leidt tot een verhoogd energieverbruik. Ecologisch gezien kan men dus zeggen dat een geïntegreerde productie beter is. Uit het oogpunt van kwaliteit en flexibiliteit is dat anders. Een geïntegreerde papierfabriek beschikt meestal over slechts een paar grondstoffen; het wordt namelijk bepaald door de boomsoorten die daar groeien. Het zal daarom ook slechts een beperkt aantal papiersoorten kunnen produceren. Een papierfabriek zonder celstofproductie kan de verschillende celstofsoorten combineren (die worden overal in de wereld ingekocht), zodat deze fabrieken vaak meerdere soorten papier kunnen produceren. Daarbij kan de productie dus afgestemd worden op de lokale vraag naar papier (en dat vermindert wederom transport). De ideale papierfabriek De ideale papierfabriek staat op het grensgebied tussen de grondstof en de gebruiker. Dus aan de ene kant volop bossen en aan de andere zijde uitgebreide stedelijke gebieden. Daarbij wordt het transport van zowel grondstof als het papier minimaal. Het bos moet uit verschillende boomsoorten bestaan, zodat veel papiersoorten kunnen worden geproduceerd. Uiteraard is dit bos geen oerbos maar een ecologisch aangelegd productiebos (dat wil zeggen ruimte voor verschillende flora en fauna, zonder dat een monocultuur is ontstaan). In de fabriek is de celstofproductie geïntegreerd en er is een ontinktingslijn voor het oud papier. De afbouw voor vulstoffen kaolien en calciumcarbonaat bevindt zich direct naast de fabriek. De waterkringloop is vrijwel gesloten, binnen de waterkringloop is een waterzuivering opgenomen. Het afvalwater wordt gezuiverd in een afvalwaterzuivering. Uit zowel het verbruikte water als ook de verbruikte lucht wordt de warmte overgedragen aan de frisse lucht en het frisse water, die in het productieproces worden gebruikt. Water wordt uit de verbruikte lucht verwijderd, zodat geen mist en industriesneeuw kan ontstaan. De energie, benodigd voor het productieproces, als ook de stoom, wordt opgewekt in een eigen energiecentrale, die uitgerust is met een warmtepomp en voornamelijk wordt gestookt met de afvalstoffen uit de celstofproductie en de oudpapierontinkting. Deze ideale papierfabriek is uiteraard niet te maken.
48
Druktechnische problemen Typische papierproblemen Van een aantal storingen kan duidelijk worden vastgesteld dat ze door het papier veroorzaakt worden. We sommen ze hier op: Rakelstrepen zijn scherpe lijnen in de strijklaag die bij het strijken ontstaan zijn door een vuiltje aan de rakel. Deze strepen lopen altijd in de looprichting van het papier. Meestal zult u er maar in een beperkt aantal vellen last van hebben. Coatingstrepen zijn tot anderhalve cm breed en ontstaan door onregelmatige toevoer van de strijkmassa (altijd evenwijdig aan de looprichting) deze storing komt meestal over een groter aantal vellen voor en het beste is niet verder te werken met zo’n pallet, maar het door de leverancier te laten vervangen. Snijstof kan soms tussen de vellen geraakt zijn en kan dan bij het drukken problemen geven. Vochtwellen zijn banen in het papier veroorzaakt door ongelijke droging in de droogpartij op de papiermachine. Zij kunnen soms aanleiding tot (bijvoorbeeld) doubleren zijn. Plooien kunnen zijn ontstaan tijdens het omrollen van de papierbaan. In dat geval lopen de plooien van rand tot rand. Plooien kunnen echter ook het gevolg zijn van een verkeerde persafstelling of van randverkorting doordat de zijkanten van het papier uitgedroogd zijn. In die laatste twee gevallen lopen de plooien van het midden naar de rand. Eenmaal geplooid papier in verder niet meer te gebruiken.
Typische drukproblemen Bij drukproblemen speelt het papier natuurlijk ook een rol, want tenslotte wordt daarop gedrukt. Maar bij drukproblemen kan ook sprake zijn van een onjuiste afstelling of een onjuiste combinatie van materialen. Droogproblemen Slechte droging kan worden veroorzaakt door: onvoldoende droogstof (oude inkt, droogstof te laat toegevoegd) te veel droogstof ongeschikte toevoegingen te veel vocht te zuur vochtwater te lage temperatuur te weinig zuurstof droogstof slecht verdeelt onjuiste inkt/droogstofcombinatie onjuiste inkt/vochtbalans Overzetten Dit verschijnsel kan vele oorzaken hebben. onjuiste afstemming van de inkt op het papier te vet gedrukt niet vlakliggen (krullend papier, ruwe achterzijde bijvoorbeeld etikettenpapier) te hoge stapels ruwe behandeling vellen 49
statische elektriciteit verkeerd gebruik anti-smetmiddelen vellen komen onrustig in de uitleg verkeerd afgestelde rollen Slecht uitdrukken kan aan de oppervlaktestructuur van het papier liggen. In dat geval ziet elk vel er anders uit. Het kan ook een gevolg van een verkeerde persafstelling zijn. De fout treedt dan steeds op dezelfde plaats op. Kaallopen wordt praktisch altijd veroorzaakt door een onjuiste persafstelling of antismet poeder op het rubberdoek. Pasverschilen kunnen verschillende oorzaken hebben: Meestal treden ze op als er veel tijd verlopen is tussen twee drukgangen. Directe oorzaken kunnen zijn schommelingen in de RV of een te sterke infrarood droging bij de eerste drukgang. Een te hoge drukspanning kan bij grote formaten ook pasverschillen veroorzaken. Een verwant verschijnsel is uitwaaieren van het papier door een te hoge drukspanning. In dat geval wordt het papier aan de achterkant breder. Inlegproblemen bij romandruk kunnen voortkomen uit de poreuze structuur van dit papier. De oplossing is meestal minder zuiglucht en meer blaaslucht. Bovendien zijn er voor dit papier speciale afstrijkveertjes in de handel. Drukbeeldverstoring Drukbeeldverstoring constateren we voornamelijk bij wat zwaardere vormen. Balken, tintplaten, diapositieve tekst, volvlakken en litho’s. We zien kleine niet uitdrukkende puntjes of kratertjes in de afdruk, en omdat een keer extra wassen vaak helpt gaan de vermoedens in de richting van ongerechtigheden op het rubberdoek of de drukvorm. Die behoeven echter niet altijd van het papier afkomstig te zijn. noteer het aantal druks waarna het rubberdoek moet worden gewassen bewaar het laatste vel dat bedrukt werd voor het wassen neem voor het wassen met een stukje cellotape de ongerechtigheden van het rubberdoek af en plak de cellotape op een stukje montagefolie bewaar een stapeltje van een vel of twintig van het onbedrukte papier zodanig dat er niets tussen de vellen kan komen bewaar tenslotte ook het eerste paar vellen die na de wasbeurt gedrukt zijn Bij grote oplagen dient het bovenstaande een paar maal herhaald te worden, waarbij de resultaten van elke monstername apart gehouden moeten worden. Aan de hand van dit materiaal kan de papierleverancier een duidelijk beeld krijgen van het probleem. Spookeffect Ghosting wordt het ook wel genoemd, het effect waarbij we een vage afbeelding van de schoondruk door de weerdruk zien spoken. De oorzaak is niet precies bekend, en is de oplossing gewoon de weerdruk een dag uit te stellen, want soms heb je er dan ineens geen last meer van. Twee theorieën zijn er: De ene behelst dat een vers gedrukt vel de strijklaag van de achterkant van het volgende vel beïnvloedt als dit er in de uitleg op komt te liggen. En dat daardoor de inktaanname van die kant beïnvloed wordt. De andere theorie gaat er van uit dat er vluchtige inktbestanddelen door het papier heen migreren en zodoende de wegslag aan de weerdrukzijde beïnvloeden. Hoe het ook zij, als het probleem optreedt ontstaat het als je in de schoondruk tekst of litho’s drukt en in de weerdruk volvlakken. 50
Door die drukvolgorde te wijzigen voorkom je dus het probleem. Als het kwaad al geschied is, kunnen de glansverschillen soms weggewerkt worden met een vernislaag. Welke vernislaag daarbij het beste resultaat oplevert kan het beste vooraf getest worden. Rubberdoekproblemen Wanneer een rubberdoek blijvend beschadigd wordt doordat zich iets tussen het papier bevond wat daar niet hoorde (een zware las, een geplooid vel of bij karton een opgerolde deklaag), dan moet er een goede afwikkeling van de schade plaatsvinden. Om te kunnen bepalen hoe en door wie die schade vergoed moet worden heeft de papierleverancier het volgende nodig: het voorwerp dat de schade veroorzaakte een vóór de schade bedrukt vel het beschadigde rubberdoek een of meer na de schade bedrukte vellen een opgave van de restwaarde van het rubberdoek vóór de schade, en een opgave van de tijd voor het vervangen van het rubberdoek, perstype en uurprijs van de pers. Ligt het aan het papier, of aan de druk? Als er iets mis gaat op de pers, kan dat aan het papier liggen, maar er kunnen ook andere oorzaken zijn, de inkt, de drukvorm of de afstelling van de pers, of een verkeerde papierkeuze. Soms is er geen twijfel wat de oorzaak is, maar vaak is het minder duidelijk. Bij papierproblemen kunt u altijd een beroep doen op PTSO, de afdeling Proost Technische Service en Ontwikkeling van Proost en Brandt (telefoon 020-5690062) Zodra u vermoedt dat het een papierprobleem is, doet u er goed aan hen te bellen en niet verder te experimenteren. Mat gestreken papier Mat gestreken papieren worden niet gesatineerd waardoor het een papieroppervlak heeft dat oneffen is en waarvan de strijklaag een relatief poreus karakter vertoont. Druktechnisch heeft dit een aantal gevolgen zoals b.v. meer inktverbruik, grotere kans op rasterpuntverbreding, kans op overzetten en een te snelle wegslag in de strijklaag van de bindmiddelen waardoor de inktpigmenten te veel onbeschermd op het papieroppervlak achterblijven. Het risico van smetten wordt daardoor vergroot. Om deze papierkwaliteiten toch goed te kunnen bedrukken adviseren wij u gebruik te maken van oxidatief drogende inkten waaraan eventueel extra droogstof kan worden toegevoegd. Indien er hogere eisen worden gesteld aan de slijtvastheid van de druk zal na het drukken het papier moeten worden gevernist. Samengevat zijn de belangrijkste leefregels voor een goede matrelatie: gebruik speciale inkten voor mat gestreken stuur de inktleverancier bij voorkeur vooraf een papiermonster gebruik geen ‘quickset’of overnight inkten zorgvuldige inkt/vochtwater balans gebruik alleen toevoegmiddelen die door de inktfabrikant voor dit geval worden aanbevolen en gebruik ze met mate stel het poederapparaat zorgvuldig af gebruik niet te fijn poeder stel de papierstransportrollen en –banden precies af geen grote stapels I de uitleg laat het drukwerk tussen de drukgangen in volledig drogen stel van tevoren vast welk vernis het beste resultaat geeft 51
Lichtgesatineerd gestreken papier In het artikel over mat gestreken wordt als kenmerk van deze kwaliteit vermeld dat het oppervlak een oneffen structuur heeft. Visueel ervaren wij dan een mat oppervlak omdat het licht in alle richtingen, d.w.z. diffuus, wordt teruggekaatst. Een voordeel hiervan is b.v. de goede leesbaarheid van de druk (geen hinderlijke glans) Een nadeel is dat de inktschuurvastheid kritisch is. In de nabewerking (b.v. bij vouwen en binden) treedt als gevolg van de natuurlijke ‘ruwheid’ van het oppervlak van matte papieren een licht schurende werking op waardoor de inktfilm kan worden beschadigd. Vanzelfsprekend wordt e.e.a. beïnvloed door de keuze van de inkt. Bij kritisch drukwerk kan het inzetten van een lichtgesatineerd gestreken kwaliteit daarom de voorkeur verdienen boven mat. De lichte satinage heeft de grootste oneffenheden in het oppervlak weggewerkt waardoor de inktschuurvastheid wordt verbeterd. Vanzelfsprekend heeft deze lichte satinage consequenties voor het matte karakter van het papieroppervlak. Ondanks de lichte satinage is de fabriek er in geslaagd om een mooi mat oppervlak te realiseren. Wij adviseren u om de voor mat gestreken papier genoemde verwerkingsadviezen te volgen. Raadpleeg bij twijfel uw inktleverancier. Castcoated papieren vragen andere inkt! Onder castcoated papieren die kwaliteiten verstaan, welke een dikke hoogglanzende strijklaag hebben. Een castcoatedpapiersoort is bijvoorbeeld Chromolux. Deze strijklagen zijn vaak zeer gesloten van karakter en moeten daardoor zorgvuldig worden behandeld, zeker bij de kleuren- en metallic-uitvoeringen. Wij adviseren u bij deze kwaliteiten de volgende regels in acht te nemen: gebruik een oxidatief drogende inkt eventueel extra droger aan de inkt toevoegen in overleg met de inktleverancier 8% isopropyl alcohol of isopropanol aan het bestaande vochtrecept toevoegen en goed omroeren vochtwater houden op pH 5.0 – 5.5 schone vochtrollen zorgvuldige inkt/vochtwater balans licht sproeien kleine stapels in de uitleg en na ca. 4 à 6 uur drukwerk luchten vooraf proefdrukken maken Voorzichtig met vouwkarton! Karton dat uit verschillende lagen is opgebouwd dient met de nodige zorg behandeld te worden, om te voorkomen dat er een begin van splijting ontstaat. Met name aan de randen van het karton bestaat dat gevaar, om precies dezelfde reden als schoenzolen ook nooit in het midden maar altijd aan de randen loslaten. Als bij het opstapelen van het karton maar even een beginnetje van splijting ontstaat kan door verdere verschuiving de boven- of onderlaag oprollen. Op die manier kunnen aanzienlijke verdikkingen ontstaan die een onaangename indruk op het rubberdoek kunnen maken, namelijk een blijvende! Voorzorgsmaatregelen die men bij het verwerken van gelaagde kartonsoorten in acht dient te nemen: neem bij het overstapelen kleine, goed hanteerbare stapels en schuif deze nooit over elkaar 52
wees voorzichtig met de steekhygrometer en duw deze evenwijdig aan de looprichting in de stapel hetzelfde geldt voor het gebruik van wiggen snij het materiaal met zorg en controleer de messen op bramen Het is mogelijk dat de opstuikingen al in de fabriek zijn ontstaan. In dat geval zullen het bovenliggende of onderliggende vel op die plaats een moet vertonen. Bewaar deze vellen en eventueel beschadigde rubberdoeken zorgvuldig! Omdat deze verdikkingen dus zowel bij de fabriek als bij u kunnen zijn ontstaan is de schuldvraag niet altijd eenvoudig. In het algemeen zullen de fabrieken tot vergoeding overgaan wanneer er een verdikking zit in het door haar gesneden formaat. DIT EUVEL KAN OOK GEMAKKELIJK OPTREDEN IN OFFSET- EN NATUURKARTON ALSMEDE BIJ OPDIKKENDE PAPIER- EN (OMSLAG)KARTONKWALITEITEN. Tips voor voorbedrukken in offset Kopieer- en laserprinterpapier wijken met name op het gebied van absoluut vocht (a.v.) en relatieve vochtigheid (r.v.) af van 'normaal' grafisch papier. Het kopieerpapier wordt namelijk geleverd met een r.v. van circa 25-32% bij een temperatuur van 20% Celcius. Door het droge klimaat en de warmte in de kopieer- en laserprintapparatuur zou er met het gebruikelijke grafische papier, met name bij dubbelzijdige doorvoer, geen goede verwerking mogelijk zijn. Steeds vaker wordt kopieer- en laserprintpapier voorgedrukt in offset om het geschikt te maken voor kopiëren danwel laserprinten. Rekening houdend met bovenstaande, volgen nu een aantal verwerkingsadviezen voor het bedrukken in offset. Laat het papier enige tijd in de verpakking acclimatiseren in de verwerkingsruimte. Dit geldt uiteraard ook voor onbedrukt office paper. Gebruik het leidingwater als vochtwater, eventueel verdund met maximaal 8% isopropylalcohol; Vermijd zoveel mogelijk toevoeging van Arabische gom aan het vochtwater. Werk met een minimale vochttoevoer. Gebruik hittebestendige inkten die een temperatuur van 200 graden Celcius verdragen. Gebruik bij meerkleurendruk zo mogelijk een meerkleuren-offsetmachine. Laat bij het gebruik van een één-kleurpers de inkt tussen de drukgangen goed drogen en vermijd dat kleuren op elkaar worden gedrukt. Gebruik geen anti-smetpoeder. Bescherm het papier tussen de drukgangen door zorgvuldig tegen invloed van de omgeving, bijvoorbeeld door het gebruik van rekfolie. Werk met stapels van maximaal 2.500 vel in de uitleg. Wanneer op grootformaat wordt gedrukt, bescherm het papier dan zorgvuldig tijdens de intervallen, zoals bijvoorbeeld na bedrukking, voor het snijden tot A4 en verpak het papier daarna in een vochtwerende verpakking, bijvoorbeeld kraft-pe of een drukwerkdoos die aan de binnenzijde is voorzien van pe, zodat de oorspronkelijke staat van het papier zo lang mogelijk bewaard blijft. Laat het bedrukte en verpakte papier circa drie weken voor gebruik op een kopieermachine of laserprinter "besterven", zodat de inkt door en door gedroogd is. Op de delen die zijn voorbedrukt in offset is veelal geen goed printresultaat meer mogelijk. Het bedrukken van enveloppen Dagelijks worden grote hoeveelheden enveloppen in uiteenlopende uitvoeringen tot grote tevredenheid bedrukt. In een aantal gevallen, met name bij vensterenveloppen, doen zich echter wel eens situaties voor die aanleiding zijn tot teleurstelling omdat visueel het drukwerk scheef op de enveloppe staat. De oorzaak hiervan ligt echter meestal niet aan het drukwerk maar aan de toleranties die bij de fabricage van dergelijke enveloppen aangehouden moeten worden. Zowel voor 53
het formaat van de enveloppe als voor het venster en de vensterstand wordt bij de Promailserie een tolerantie aangehouden van 1 mm naar boven en naar beneden respectievelijk van links naar rechts; dit geldt ook voor de vensterstand. Voor de akte-enveloppen wordt de tolerantie verdubbeld. Wij adviseren u daarom geen lijnen of balken boven of onder de vensters te drukken. Eveneens bepaalt de binnendruk voor een deel de visuele beoordeling van een enveloppe. Vanzelfsprekend wordt door de fabrikant er alles aan gedaan om de densiteit op één niveau te houden. Doordat de binnendruk echter in flexodruk wordt aangebracht, waarbij de inkt met spiritus wordt verdund, is het nauwelijks te vermijden dat er in onderlinge aanmaken verschillen optreden. Verwerking op vul- en sluitmachine. Met betrekking tot verwerking op een vul- en sluitmachine laten wij onderstaand enkele adviezen volgen: vermeld bij uw aanvraag dat de enveloppen mechanisch gecouverteerd worden; en op welke machine dat zal gebeuren; vermijd bij het sluiten een te hoge dosering water omdat daardoor de kleefkracht van de gomlaag terugloopt; stapel de dozen met enveloppen niet te hoog, ter voorkoming van doorzakken. Kromme enveloppen laten zich slecht couverteren. de hoogte van de envelop moet minimaal 6 mm groter zijn dan de hoogte van de inhoud terwijl de breedte 14 mm groter moet zijn dan de breedte van de inhoud; afhankelijk van type- en sluitmachine; voor de meeste vul- en sluitmachines is een kleplengte tussen 40 en 55 mm goed; indien de enveloppen worden geadresseerd op een adresseermachine die op alcoholbasis werkt is het belangrijk dit te weten omdat niet elke binnendruk resistent is tegen alcohol; akte- en zelfklevende enveloppen kunnen nooit mechanisch gecouverteerd worden. Het dichtplakken van de zwaardere gramgewichten Bankenveloppen en Akte-enveloppen geeft soms problemen. In de meeste gevallen blijkt dit te komen doordat de gomrand onvoldoende is bevochtigd en de klep na dichtplakken te weinig wordt aangedrukt. De gommering van zelfklevende en striplock enveloppen neemt na verloop van tijd af: zelfklevende enveloppen na een half jaar; striplock enveloppen na een jaar. Office en Digitaal Kopieerpapier wijkt met name op het gebied van AV(absoluut vocht) en RV (relatieve vochtigheid) af van grafisch papier. Het papier wordt nl. geleverd met een RV van ca. 25-32% bij een temperatuur van 20°C. Door het droge en warme klimaat in de kopieerapparaten en laserprinters zou anders, met name bij tweezijdig doorvoeren, geen goede verwerking mogelijk zijn. Meer en meer wordt kopieerpapier voorgedrukt vóór het kopiëren. Rekeninghoudend met het bovenstaande laten wij hier een aantal verwerkingsadviezen voor het bedrukken in offset volgen: laat het papier tijdig in de verpakking acclimatiseren in de verwerkingsruimte. Dit geldt uiteraard ook voor onbedrukte office papers; gebruik gewoon leidingwater als vochtwater, eventueel verdund met max. 8% Isopropylalcohol; vermijd zoveel mogelijk toevoeging van arabische gom aan het vochtwater; werk met een minimale vochttoevoer; gebruik hitte bestendige inkten die een temperatuur van 200°C kunnen verdragen; gebruik bij meerkleurendruk zo mogelijk een meerkleuren offsetmachine; laat bij gebruik van een eenkleurenpers de inkt tussen de drukgangen goed drogen en vermijd dat kleuren op elkaar worden gedrukt; gebruik geen antismetpoeder; 54
Bescherm het papier tussen de drukgangen zorgvuldig tegen invloeden vanuit de omgeving (b.v. met rekfolie); werk met stapels van max. 2500 vel in de uitleg; wanneer op groot formaat wordt gedrukt bescherm het papier dan zorgvuldig tijdens intervallen, zoals bijvoorbeeld na bedrukking voor het snijden tot A4 en verpak het papier daarna in een vochtwerende verpakking, b.v. Kraft-PE of een drukwerkdoos die aan de binnenzijde is voorzien van PE, zodat de oorspronkelijke staat van het papier zolang mogelijk bewaard blijft; laat het bedrukt en verpakte papier ca. drie weken voor gebruik op een kopieerapparaat of laserprinter ‘besterven’ zodat de inkt door-en-door gedroogd is. Op de delen die zijn voorbedrukt in offset is geen goed printresultaat meer mogelijk Drukwerkverdeling middels filmcacheren Het filmcacheren is een regelmatig toegepaste manier om drukwerk te veredelen. Afhankelijk van de gekozen folie wordt een hoge glans bereikt. Bovendien wordt de duurzaamheid, de scheurweerstand alsmede de kras- en slijtvastheid sterk verhoogt. Welke eisen worden er aan het te cacheren papier gesteld? een gestreken gesatineerde kwaliteit; een oppervlak met een goede plukvastheid; gewicht variërend tussen 90 en 500 g/m². N.B.: mat gestreken kwaliteiten zijn niet geschikt omdat het oppervlak te oneffen is en daardoor een goede hechting tussen folie en papieroppervlak wordt verhinderd. Na cacheren ontstaat er een hinderlijke grijssluier. Door de keuze van een matte film kan een gesatineerd omslag een mat uiterlijk krijgen en daardoor probleemloos worden gecombineerd met een mat binnenwerk. Naast papier worden er ook aan de te gebruiken inkt eisen gesteld. Zonder in detail hierop in te gaan laten wij hieronder een aantal aandachtspunten volgen: bestand tegen oplosmiddelen, alkali/zeep en aminen; specifieke kleuren zoals bv. Reflexblauw kunnen uitbloeden en verkleuren; oppervlaktespanning van de inktlaag mag niet lager zijn dan 36 dynes/cm; overnight-inkten vaak minder geschikt; a.g.v. de veelal lage oppervlaktespanning kunnen metaalinkten problemen geven; hittebestendigheid bij kalanderen en sealen. Wanneer drukwerk moet worden filmgecacheerd adviseren wij u voor de juiste inkt vooraf uw inktleverancier te raadplegen Alternatieven voor papier Er bestaan alternatieven voor papier: Polypropyleen, ook wel bekend onder de naam Artificial Paper. Dit wordt meer gebruikt in Azië dan in Europa. Beeldscherm; het lezen van een beeldscherm wordt nog altijd als minder prettig ervaren dan lezen van papier Flexibele displays. Hieraan wordt hard ontwikkeld. Het doel is een zeer dun display, dat zich als papier laat lezen Hoorboeken. Boeken worden voorgelezen, niet meer gelezen (in feite is het alternatief dus de CD of DVD. Het internet.
55
