3.1 ขั้นตอนการผลิตเยื่อกระดาษ (Pulping)

3.1.1 สารเคมีที่ใช้ในการผลิตเยื่อกระดาษ

ชื่อสารเคมี	สูตรเคมี	ประเภทของสาร	ความเป็นอันตรายต่อสุขภาพ	ข้อมูล SDS (link)	หมายเหตุ
Sodium hydroxide	NaOH	ของเหลวไม่มีสี ไม่มีกลิ่น	ทำให้ผิวหนังไหม้อย่างรุนแรงและทำลายดวงตา	Link 1 Link 2	ใช้ในกระบวนการต้มเยื่อแบบคราฟท์, ใช้ในกระบวนการต้มเยื่อแบบโซดา, สารฟอกเยื่อ
Sodium sulfide	Na₂S	ของแข็งสีขาวเหลือง ไม่มีกลิ่น	ทำให้ผิวหนังไหม้อย่างรุนแรงและทำลายดวงตา	Link 1 Link 2	ใช้ในกระบวนการต้มเยื่อแบบคราฟท์
Sulfurous acid	H₂SO₃	ของเหลวไม่มีสี กลิ่นฉุน	ทำให้ผิวหนังไหม้อย่างรุนแรงและทำลายดวงตา	Link	ใช้ในกระบวนการต้มเยื่อแบบซัลไฟต์
Magnesium Bisulfite	Mg(HSO₃)₂	เป็นของเหลว	เป็นพิษหากสูดดมหรือการกลืนกินและกัดกร่อน	Link	ใช้ในกระบวนการต้มเยื่อแบบซัลไฟต์
Sodium bisulfite	NaHSO₃	ของแข็งสีขาว มีกลิ่นเล็กน้อย	ระคายเคืองต่อดวงตาอย่างรุนแรง	Link	ใช้ในกระบวนการต้มเยื่อแบบซัลไฟต์
Sodium sulfite	Na₂SO₃	ของแข็งสีค่อนข้างขาว ไม่มีกลิ่น	ทำให้เกิดการแพ้ที่ผิวหนัง	Link 1 Link 2	ใช้ในกระบวนการผลิตเยื่อกึ่งเคมี
Sodium carbonate	Na₂CO₃	ของแข็งสีขาว ไม่มีกลิ่น	ระคายเคืองต่อดวงตาอย่างรุนแรง	Link	ใช้ในกระบวนการผลิตเยื่อกึ่งเคมี
Sodium dithionite	NaOCl	ของแข็งสีขาว มีซัลเฟอร์เล็กน้อย	ระคายเคืองต่อดวงตาอย่างรุนแรง	Link	สารฟอกเยื่อ
Sodium peroxide	Na₂O₂	ของแข็งสีเหลืองอ่อน ไม่มีกลิ่น	ทำให้ผิวหนังไหม้อย่างรุนแรงและทำลายดวงตา	Link	สารฟอกเยื่อ
Sodium Thiosulfate	Na₂S₂O₃	ของเหลวไม่มีสี ไม่มีกลิ่น	ระคายเคือง แสบร้อนที่ผิวหนัง	Link	สารฟอกเยื่อ
Calcium hypochlorite	Ca(ClO)₂	ของแข็งสีขาวเทา กลิ่นคล้ายคลอรีน	ทำให้ผิวหนังไหม้อย่างรุนแรงและทำลายดวงตา	Link	สารฟอกเยื่อ
Chlorine dioxide	ClO₂	แก๊สไม่มีสี กลิ่นเฉพาะตัวอ่อนๆ	- ระคายเคือง แสบร้อนที่ผิวหนัง - สูดดม ทำให้เกิดแสบจมูกและลำคอ - กลืน ทำให้เกิดการคลื่น ไส้ อาเจียน ปวดท้อง แต่มักไม่รุนแรง	Link	สารฟอกเยื่อ
Hydrogen peroxide	H₂O₂	ของเหลวไม่มีสี ไม่มีกลิ่น	ทำให้ผิวหนังไหม้อย่างรุนแรงและทำลายดวงตา	Link	สารฟอกเยื่อ
Oxygen	O₂	แก๊สไม่มีสี ไม่มีกลิ่น	-	Link	สารฟอกเยื่อ
Ozone	O₃	แก๊สมีกลิ่นฉุน มีสีฟ้าอ่อน	ระคายเคืองต่อดวงตาและทางเดินหายใจ	Link	สารฟอกเยื่อ

3.1.2 เครื่องมือ/เครื่องจักร/วัสดุอุปกรณ์ที่ใช้ในกระบวนการผลิตเยื่อกระดาษ

3.1.2.1 การผลิตเยื่อเชิงกลจากไม้

- เครื่องผลิตด้วยหินบด (Stone ground wood, SGW) หรือเครื่องผลิตเยื่อด้วยจานบด (Refiner mechanical pulp, RMP)

3.1.2.2 การผลิตเยื่อเชิงเคมีจากไม้

- หม้อต้มเยื่อชนิดเดี่ยว (Batch digester) หรือหม้อต้มเยื่อแบบต่อเนื่อง (Continuous digester)

3.1.2.3 การฟอกเยื่อกระดาษ

- หอฟอกเยื่อกระดาษ (Bleaching tower)

3.1.2.4 การผลิตกระดาษด้วยเยื่อเวียนทำใหม่ หรือเยื่อกระดาษ

1. เครื่องตีเยื่อกระดาษให้แตกออกเป็นเส้นใย (Hydra pulper)

2. เครื่องคัดแยกเส้นใยจากน้ำเยื่อที่มีสิ่งสกปรกสูง (Contaminex)

3. ขั้นตอนการทำความสะอาดเยื่อแบบหยาบ (Coarse screen) ประกอบด้วย เครื่องคัดแยกเส้นใยแบบเขย่า (Vibration Screen) และเครื่องกำจัดสิ่งแปลกปลอมความหนาแน่นสูงด้วยแรงเวี่ยงหนีศูนย์กลาง (High-consistency centrifugal separators หรือ HD cleaner)

4. ขั้นตอนการทำความสะอาดเยื่อแบบละเอียด (Fine screen) ประกอบด้วย เครื่องคัดแยกเส้นใยด้วยแรงดัน (Pressure Screen) และเครื่องกำจัดสิ่งแปลกปลอมความหนาแน่นต่ำด้วยแรงเวี่ยงหนีศูนย์กลาง (Low-consistency centrifugal separators หรือ LC cleaner)

5. เครื่องเพิ่มความเข้มข้นของน้ำเยื่อ (Thickener)

6. เครื่องกำจัดหมึกพิมพ์และจุดสกปรก (Deinking หรือ Dispersing)

3.1.3 ขั้นตอนการผลิตเยื่อ

วัตถุประสงค์หลักของการผลิตเยื่อก็เพื่อต้องการแยกเส้นใยออกมาจากองค์ประกอบอื่นของไม้การผลิตเยื่อสามารถทำได้หลายวิธีทั้งโดยวิธีเคมีและเชิงกล เยื่อที่ได้จะนำไปผ่านการฟอกให้ขาว ถ้าเป็นเยื่อที่ใช้สำหรับทำกระดาษที่ใช้เพื่อการสื่อสารต่าง ๆ ซึ่งจะเห็นว่าในขั้นตอนนี้จะต้องประกอบด้วยกรรมวิธีการผลิตเยื่อและการฟอกเยื่อ

3.1.3.1 กระบวนการผลิตเยื่อ (Pulping process) เยื่อมีหลายชนิดการเรียกชื่อขึ้นอยู่กับกรรมวิธีการผลิต ซึ่งประกอบด้วยรูปแบบต่าง ๆ ของพลังงานที่ใช้ ได้แก่ พลังงานความร้อน พลังงานเคมี และพลังงานกล แบ่งออกได้ดังนี้

(1) กระบวนการผลิตเยื่อเชิงกล (Mechanical pulping process) ดังแสดงดังภาพที่ 3 จะใช้พลังงานกลควบคู่ไปกับพลังงานความร้อนในการแยกเส้นใยออกมา โดยชิ้นไม้จะถูกส่งเข้าเครื่องบด ซึ่งจะทำหน้าที่บดและตัดจนชิ้นไม้แหลกละเอียดเป็นเยื่อไม้ เยื่อที่ได้เรียกเยื่อไม้บดหรือเยื่อเชิงกลให้ผลผลิตเยื่อในช่วงมากกว่าร้อยละ 85 เยื่อไม้บดจะมีเนื้อค่อนข้างหยาบกระด้าง เส้นใยที่ได้จากเยื่อไม้บดนี้ส่วนใหญ่ไม่สมบูรณ์จะมีการขาดและตัดเป็นท่อน ๆ นอกจากนี้ยังมีมัดของเส้นใย (Bundle of fiber) ปนอยู่ด้วย ซึ่งจะเห็นได้ว่าในเยื่อไม้บดจะประกอบด้วย 1) Fines ซึ่งเกิดจากการฉีกขาดของเส้นใย 2) เส้นใย (Individual fiber) เส้นใยเดี่ยวไม่ค่อยสมบูรณ์ 3) มัดของเส้นใย ซึ่งประกอบด้วยเส้นใยหลายๆเส้นเกาะติดกันเป็นมัด ดังภาพที่ 4 และ 5

ภาพที่ 3 การผลิตเยื่อเชิงกล

ภาพที่ 4 แสดงส่วนละเอียด fine ของเยื่อไม้บด ภาพที่ 5 แสดงเส้นใยของเยื่อไม้บด

เยื่อชนิดนี้เมื่อนำมาเป็นวัตถุดิบในการทำกระดาษจะให้สมบัติตามส่วนประกอบทั้ง 3 คือ เส้นใยฝอยจะเพิ่มสมบัติด้านทึบแสง เส้นใยไม่ค่อยสมบูรณ์ และยังคงมีลิกนินตกค้างอยู่มากทำให้พันธะระหว่างเส้นใยต่ำเยื่อชนิดนี้จึงไม่เหมาะที่จะนำไปทำกระดาษที่ต้องรับแรงสูง เยื่อชนิดนี้มีราคาถูก เหมาะสำหรับทำสิ่งพิมพ์ ราคาถูก เช่น หนังสือพิมพ์ หรือใช้เป็นเยื่อชั้นในกระดาษแข็ง

(2) กระบวนการผลิตเยื่อกึ่งเคมี (Semi-chemical pulping process) เป็นกระบวนการผลิตเยื่อที่ต้องอาศัยทั้งพลังงานกลเช่นเดียวกับการผลิตเยื่อเชิงกล และมีการใช้พลังงานเคมีเข้ามาช่วยให้เส้นใยแยกตัวเป็นอิสระง่ายขึ้น สารเคมีที่ใช้ ได้แก่ โซเดียมซัลไฟต์ชนิดที่เป็นกลาง (Neutral sodium sulfite) โซเดียมคาร์บอเนต (Sodium carbonate) เยื่อที่ผลิตได้ ได้แก่ NSSC (Neutral sulfite semichemical) ซึ่งยังคงมีปริมาณลิกนินอยู่บ้างแต่น้อยกว่าปริมาณลิกนินในเยื่อเชิงกล เยื่อชนิดนี้นำไปผลิตกระดาษพิมพ์ดีดหรือกระดาษสมุดนักเรียน

(3) กระบวนการผลิตเยื่อเคมี (Chemical pulping process) การผลิตเยื่อตามกรรมวิธีนี้จะใช้ พลังงานเคมีและพลังงานความร้อนในการทำให้เส้นใยแยกจากกัน โดยชิ้นไม้จะถูกส่งเข้าหม้อต้มเยื่อ (Digester) ลิกนินออกไปเหลือส่วนที่ไม่ละลาย คือ เยื่อ เยื่อเคมีมีหลายชนิดเรียกชื่อตามสารเคมีที่ใช้ในการผลิต เช่น เยื่อซัลเฟต เยื่อซัลไฟท์และเยื่อโซดา เยื่อเคมีให้ผลผลิตเยื่อประมาณร้อยละ 40 เยื่อเคมีที่ได้จะมีลักษณะนุ่มมีสีค่อนข้างคล้ำ และเส้นใยที่ได้จะสมบูรณ์ ดังภาพที่ 8

เยื่อชนิดนี้มีปริมาณการใช้สูงมากเพราะสามารถพัฒนาศักยภาพของเส้นใยให้สามารถใช้งานได้อย่างกว้างขวางเหมาะทั้งใช้ในงานรับแรงและเพื่อการสื่อสาร ถ้าใช้ในงานรับแรง เช่นนำไปทำกระดาษบรรจุภัณฑ์ไม่จำเป็นต้องฟอก แต่ถ้าใช้เพื่อการสื่อสารจะต้องนำไปฟอกให้ขาวก่อน

ภาพที่ 6 หม้อต้มเยื่อแบบเดี่ยว ภาพที่ 7 หม้อต้มเยื่อแบบต่อเนื่อง

ภาพที่ 8 แสดงเส้นใยของเยื่อเคมี

นอกจากนี้ในการผลิตกระดาษจะมีการนำกระดาษที่ใช้แล้วประเภทกระดาษหนังสือพิมพ์ กล่องกระดาษ หนังสือทั่วไป เป็นต้น นำกลับไปใช้ในการผลิตเยื่อกระดาษใหม่ เยื่อที่ได้เรียกว่าเยื่อเวียนทำใหม่ ในปัจจุบันกระดาษที่ใช้แล้ว (Reclaimed และ Waste paper) นับได้ว่าเป็นแหล่งเส้นใยที่สำคัญแหล่งหนึ่ง ได้มีการนำเศษกระดาษที่ใช้แล้วทั้งภายในและภายนอกประเทศมาเป็นวัตถุดิบในการผลิตกระดาษเยื่อที่ได้จากเศษกระดาษที่ใช้แล้ว เส้นใยที่ได้จากเยื่อชนิดนี้เรียกว่า recycled fiber ดังภาพที่ 9

ภาพที่ 9 แสดงส่วนของเส้นใยของเยื่อเศษกระดาษที่ใช้แล้ว

เนื่องจากกระดาษที่ผ่านการใช้แล้วมีมากมายหลายประเภท เช่น ถ้าเป็นกระดาษที่ผ่านการพิมพ์ต่าง ๆ มาแล้ว ก่อนนำมาทำเป็นเยื่อต้องผ่านขบวนการเอาหมึกออก (Deinking) เสียก่อนแล้วจึงนำไปฟอกให้ขาวเยื่อจากกระดาษหรือเศษกระดาษที่ได้ส่วนมากจะนำไปเป็นวัตถุดิบในการผลิตกระดาษพิมพ์เขียน กระดาษชำระทำเป็นเยื่อชั้นในของกระดาษแข็ง เป็นต้น

3.1.3.2 การฟอกเยื่อ (Bleaching) การฟอกเยื่อเป็นการทำให้เยื่อมีสีขาวเหมาะกับการใช้ทำกระดาษเพื่อการสื่อสารต่าง ๆ การฟอกเยื่อมี 2 วิธี คือ

(1) วิธีฟอกเยื่อเพิ่ื่อขจัดลิกนินออกไป (Removing lignin)

เยื่อเคมีจะฟอกโดยใช้วิธีกำจัดลิกนินออกไปโดยใช้สารเคมีทำปฏิกิริยากับลิกนินแล้วกำจัดลิกนินออกไป การฟอกแบบนี้มีหลายขั้นตอนการฟอก โดยทั่วไปจะมีตั้งแต่ 3-5 ขั้นตอน (CEH CEDEP CEOP) เยื่อที่ได้มีความขาวสว่างสูงประมาณร้อยละ 80-95 เมื่อวัดด้วยเครื่องวัดความขาวสว่างของกระดาษ ขั้นตอนในการฟอกจะมีชื่อเรียกตามสารเคมีที่ใช้ฟอก และขั้นตอนการฟอกจะเรียงลำดับตามอักษรที่ใช้เรียก เช่น การฟอกแบบ CEDED เป็นต้น ดังภาพที่ 10

ภาพที่ 10 ขั้นตอนการฟอกเยื่อ แบบ CEDED

ตารางแสดงสัญญลักษณ์และเรียกชื่อขั้นตอนการฟอก
สารเคมี	สัญลักษณ์	เรียกชื่อขั้นตอนการฟอก
chlorine	C	ขั้นคลอริเนชั่น (Chlorination stage)
sodium hydroxide	E	ขั้นแอ็กแทร็กชั่น (Extraction stage)
calcium hypochlorite	H	ขั้นไฮโปคลอไรท์ (Hypochlorite stage)
chlorine dioxide	D	ขั้นคลอรีนไดออกไซด์ (Chlorine dioxide stage)
hydrogen peroxide	P	ขั้นเปอร์ออกไซด์ (Peroxide stage)
oxygen	O	ขั้นออกซิเจน (Oxygen stage)
ozone	Z	ขั้นโอโซน (Ozone stage)
acid	A	ขั้นแอสิก (Acid stage)

(2) วิธีฟอกเพื่อเปลี่ยนสีของลิกนินให้อยู่ในรูปไม่มีสี (Bleaching lignin)

การฟอกเยื่อแบบนี้สารเคมีที่ใช้ฟอกเยื่อจะทำปฏิกิริยากับลิกนินและเปลี่ยนสีลิกนินให้อยู่ในรูปของสารที่ปราศจากสี การฟอกแบบนี้ไม่ทำให้ผลผลิตเยื่อลดลงและเป็นการฟอกแบบขั้นตอนดียว เยื่อฟอกมีความขาวสว่างปานกลาง และไม่คงทน เมื่อเวลาผ่านไปจะเกิดการการกลับสี โดยความขาวสว่างจะลดลงและกระดาษมีสีเหลือง สารเคมีที่ใช้ ได้แก่ โซเดียมเปอร์ออกไซด์ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

3.1.3.3. การเตรียมน้ำเยื่อ (Stock preparation)

ในขั้นการเตรียมน้ำเยื่อนี้มีวัตถุประสงค์หลัก 2 ประการ คือ (1) เพื่อพัฒนาศักยภาพของเส้นใย โดยการนำเยื่อไปบด และ (2) เพื่อปรับปรุงสมบัติกระดาษให้ได้ตรงตามวัตถุประสงค์การใช้งานโดยการผสมหรือใส่สารเติมแต่งชนิดต่างๆ ตามอัตราส่วนที่กำหนด ส่วนผสมที่ได้นี้เรียกว่า “น้ำเยื่อ” หรือ “สต๊อค (Stock)” เยื่อที่นำมาทำกระดาษทุกชนิดจะต้องผ่านการบดแต่จะบดมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับระดับคุณภาพของเยื่อ เยื่อบางชนิดไม่จำเป็นต้องบด เช่น เยื่อไม้บดและเยื่อหมุนเวียนทำใหม่

ในขั้นตอนการเตรียมน้ำเยื่อประกอบด้วยส่วนต่าง ๆ ที่ทำหน้าที่ในการบดและผสม โดยมีขั้นตอนการปฏิบัตการเรียงตามลำดับดังภาพที่ 11

ภาพที่ 11 ขั้นตอนการเตรียมน้ำเยื่อ

(1) การกระจายเส้นใย (Defibering)	- กระจายเยื่อเพื่อให้เส้นใยแยกออกจากกันเป็นอิสระในน้ำ โดยใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่าไฮดราพัลพ์เพอร์ (Hydra pulper) ดังภาพที่ 12
(2) การบดเยื่อ (Refining)	- บดเยื่อเพื่อให้เส้นใยแตกแขนงเป็นการเพิ่มศักยภาพของพันธะระหว่างเส้นใยให้สูงขึ้นอุปกรณ์ที่ใช้คือ เครื่องบดเยื่อ (Refiner)
(3) การผสมน้ำเยื่อ (Blending)	- เป็นการเติมสารเติมแต่งลงไปผสมกับเยื่อที่ผ่านการบดแล้วโดยผสมในถังใบพัดกวน เยื่อจะถูกเก็บไว้ในถังที่เรียกว่าแมชชีนเชสท์ (Machine chest)
(4) การแยกสิ่งสกปรกออก (Screening and Cleaning)	- การแยกสิ่งสกปรกออกจากน้ำเยื่อโดยใช้ตะแกรงราบ (Flat screener) ดังภาพที่ 13 เพื่อคัดวัสดุที่มีขนาดใหญ่กว่าเส้นใยออก แล้วผ่านเข้าสู่เครื่องทำความสะอาด ที่เรียกว่า เซนตริคลีนเนอร์ (Centrifugal cleaner) ดังภาพที่ 14 จะคัดแยกวัสดุอื่นออกไป โดยใช้หลักความถ่วงจำเพาะที่ต่างกัน
(5.) การควบคุมความข้นของน้ำเยื่อ (Consistency regulator)	- เพื่อควบคุมให้น้ำเยื่อมีความเข้มข้นคงที่

ภาพที่ 12 แสดงเครื่องไฮดราพัลพ์เพอร์ (Hydra pulper) ภาพที่ 13 แสดงการคัดขนาดโดยตะแกรงราบ ภาพที่ 14 แสดงการใช้ centrifugal cleaner