3.1.1  สารเคมีที่ใช้ในการผลิตเยื่อกระดาษ

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

                   (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

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