عملية صناعة الورق
مرسل: السبت أكتوبر 12, 2013 1:39 am
عرف الإنسان التدوين والتسجيل منذ قديم الأزل، واستخدَّم الحجارة، والأشجار، والمعادن، لهذا الغرض، فازدانت جدران المعابد بأخبار الانتصارات العسكرية وأهم الأحداث، وسُكَّت على العملات أسماء الحكام.
ثم كان أن استحدث الإنسان مادة جديدة للتدوين، هي الورق، دخل بها عصراً جديداً. وقد تباينت المواد المستخدمة في إنتاج الورق باختلاف الأمم والعصور؛ فبدأ الفراعنة باستخدام نبات البردي (apyrus) ومنه اشتق لفظ الورق باللغة الإنجليزية (Paper)
ثم قام الصينيون بصناعته من عجينة مُشكلَّة من ألياف القنب، ولحاء شجر التوت، والخرق البالية، حيث كانت تخمر، ثم تفرد لتجف، وتستخدم للكتابة عليها.
وبعد الميلاد ظهرت أنواع مختلفة من الورق، فاستخدم الأنجلوساكسون[1] لحاء شجر الزان. أما الرومان والإغريق، فقد استخدموا أنواعاً رقيقة من جلود الماعز وصغار الأبقار في كتابة الصكوك.
وعند وصول الفتح الإسلامي لأواسط آسيا، اتصل المسلمون بالحضارة الصينية، وأخذوا عنها صناعة الورق. فأنشأ المسلمون مصنعاً للورق في سمرقند عام 751.
ومنذ ذلك الحين انتشرت صناعة الورق في ربوع الخلافة الإسلامية، شأنها في ذلك شأن أي صناعة حضارية عرفها المسلمون وطوروها، فأنشأ هارون الرشيد[2] مصنعاً للورق في بغداد[3] مستعيناً بالمهرة من عمال تلك الصناعة القادمين من سمرقند. ثم ما لبثت صناعة الورق أن انتشرت وازدهرت فأنشأ المسلمون مصانع للورق في مصر والمغرب العربي.
ولم تعرف أوروبا صناعة الورق إلا على أيدي المسلمين، حيث قاموا بتشييد مصنع للورق بمدينة فالينسيا بالأندلس عام 1100، ثم في مدينة فبريانو بصقلية عام 1276.
ومنهما انتقلت تلك الصناعة إلي باقي أوروبا، فظهرت صناعة الورق في تورين بإيطاليا عام 1348، وعرفتها ألمانيا عام 1391، ثم المملكة المتحدة في القرن الخامس عشر.
وفى نهاية القرن الثامن عشر لاحظ عالم الطبيعة الفرنسي رينيه أنطوان دي ريمور (René Antoine de Réamure) أن بعض أنواع الدبابير تبني أعشاشها من مادة شبيهة بالورق المقوى، وبتتبع هذه الدبابير، وجد أنها تقوم بالتهام لب الأخشاب، ومضغه، ثم بناء أعشاشها منه، فقام- منذ ذلك الحين- باستبدال لب الأخشاب بالألياف والخرق؛ حيث كان يتم استخلاص لب الأخشاب من أشجار الغابات، ثم يخلط بالماء حتى يصبح عجيناً، ثم يفرد ويجفف فيصير ورقاً (اُنظر شكل مراحل تصنيع الورق).
ولكي يتم استخلاص اللب من الأشجار لابد من إذابة المادة اللاحمة لألياف الخشب، والمعروفة باسم (اللجنين)، وكانت عملية الإذابة في بادئ الأمر تتم باستخدام حجارة مستديرة ضخمة تشبه الرحى، تُدفع خلالها جذوع الأشجار، ونتيجة للاحتكاك الشديد تنتج حرارة كافية لإذابة اللجنين.
أما الآن فقد أصبحت الحرارة تنتج من عملية تسخين أولي لجذوع الأخشاب، ثم تدفع قطع الخشب بين أقراص دوارة ذات سرعات عالية، فينتج عن ذلك تفتيت الخشب إلى ألياف.
وفي خمسينيات القرن التاسع عشر استطاع الكيميائي الأمريكي بنيامين تلجمان (Benjamin C. Tilghman) أن يستخلص اللب بمعالجة مسحوق الخشب بمحلول حمض الكبريتوز تحت البخار الساخن. وفى عام 1883، قام المخترع الألماني كارل دول (Carl Dohl) بإضافة كبريتات الصوديوم إلى الصودا الكاوية في عملية استخلاص لب الأخشاب، الأمر الذي أنتج نوعاً ملائماً لصناعة الورق المقوى الذي اُستخدم في تصنيع صناديق الكرتون والعبوات الورقية المختلفة.
وفي بعض مصانع الورق يتم الجمع بين الطريقتين السابقتين؛ إذ تضاف مواد كيميائية، ثم يدفع الخليط الناتج إلى الأقراص الدوارة لفصل الألياف.
ومع التطور المستمر في صناعة الورق، أصبحت عملية الاستخلاص تتم باستخدام وسائل أكثر تعقيداً، ويتم التحكم فيها باستخدام الحاسوب.
وبعد إتمام عملية الاستخلاص، يُدْخل اللب في عملية التكرير، بواسطة إمراره خلال شرائح دوارة داخل مصفاة التكرير؛ فينتج عن ذلك تحلل جدر خلايا ألياف الخشب، الأمر الذي يؤدي إلى تكوين ألياف أكثر مرونة. وبتكرار هذه العملية عدة مرات يتم الحصول على ورق ذي جودة أعلى. وبعد ذلك يتم غسل اللب، وترشيحه، وتجفيفه، ثم إضافة بعض المواد المبيضة.
وتقسم الأخشاب المستخدمة في صناعة الورق إلى نوعين:
الأول: أخشاب لينة
مثل أخشاب شجر الصنوبر، والأناناس، والتنوب. وتتميز هذه الأخشاب بأليافها الطويلة؛ ولذا تُستخدم في صناعة معظم أنواع الورق.
الثاني: أخشاب صلبة
مثل أخشاب شجر الصمغ، والحور، والقيقب، والبلوط. وتتميز هذه الأخشاب بأليافها القصيرة. ويستخدم لب هذه الأخشاب في صناعة أوراق الطباعة، والكتابة، والأنواع الفاخرة من الورق.
ونظراً إلى فقر الكثير من دول العالم من الغابات، يلجأ عدد منها إلى إضافة قش الأرز والقمح إلى لب الأخشاب في تصنيع الورق.
وبعد مرحلة التكرير تأتي مرحلة تشكيل العجينة على هيئة أفرخ. وقديماً كان ذلك يتم بطريقة يدوية، حتى جاء الفرنسي نيكولاس روبرت (Nicholas Robert)، في عام 1798 واستحدث البكرات لفرد عجينة اللب.
وفى عام 1803، قام الأخوان الإنجليزيان هنري وسيلي فوردينيه (Fourdinier Brothers) بتصنيع آلة عرفت باسم "آلة فوردينيه". حيث ظلت هي الآلة الأساسية في تصنيع الورق حتى يومنا هذا. ويبلغ عرض هذه الآلة عشرة أمتار، وطولها أكثر من مائة متراً، وتستطيع إنتاج فرخ متصل من الورق بعرض عشرة أمتار، وبسرعة تصل لأكثر من تسعمائة متر من الورق في الدقيقة الواحدة.
وتُكَوَّن الأفرخ عن طريق نشر عجينة اللب فوق سير دائم الحركة والاهتزاز، حيث تؤدي إلى تساقط الماء وانحساره عن العجينة بمساعدة آلات ماصة. تتبقى بعد ذلك حصيرة من الألياف شبه الجافة التي تعصر خلال أقراص دوارة، ثم تمرر على أسطوانة تجفيف مسخنة بالبخار فيزال معظم محتواها المائي. ثم تنعَّم أسطح الأفرخ المجففة بواسطة ضغطها بين أسطوانات آلة خاصة يطلق عليها "آلة التصقيل"، ثم تُطوى الأفرخ، وتلف - بعد ذلك - على بكرات.
ومن الملاحظ أن الروابط الكيميائية التي تسبب قوة الورقة، وتماسكها تنشأ أساساً خلال مرحلة التجفيف، الأمر الذي يتطلب إجراء هذه المرحلة بكفاءة عالية.
تختلف أنواع الورق تبعاً للطريقة المستخدمة في تصنيعه، وتبعاً للمعالجات الكيميائية التي تُجرى عليه خلال التصنيع. وعادة ما تختلف تلك الطريقة وهذه المعالجات باختلاف الغرض المراد استخدام الورق فيه. فعلى سبيل المثال، يصنع ورق الطباعة من الألياف المستخلصة بالطريقة الكيميائية، ويعالج لمنع تشرب الحبر أثناء الطباعة.
أما أوراق التغليف، فيتم تلميعها وصقلها لتبدو لامعة براقة، كما أنها تعالج معالجة خاصة لتلافي تشربها بالسوائل. أما أوراق الدعاية والإعلان، فتغطى بطبقة خليط من الصلصال النقي والمواد اللاصقة.
وتكون أوراق الكتابة العادية قليلة التكلفة، إذ تصنع من الألياف المستخلصة ميكانيكياً. أما المناديل الورقية وأوراق النشاف والصناديق الورقية، فتصنع من الألياف المعاد تصنيعها (Recycled Fibers).
ومن أكثر أنواع الورق رواجاً:
· ورق الجرائد: وهو ورق خفيف قليل المتانة قصير العمر شديد التشرب للسوائل.
· ورق المجلات: وهو يشبه ورق الجرائد، إلا أنه يتميز عنه بلمعانه الواضح.
ويصنع كلا النوعين من اللب المستخلص بالطريقة الكيميائية.
· ورق الطباعة: يصنع من اللب المستخلص بالطريقة الكيميائية كذلك، إلا أنه يضاف إلى عجينته أنواعٌ من الخِرَق، ثم يعاد معالجة العجينة كيميائياًّ. ويتميز هذا النوع بمقاومته الشديدة للرطوبة وقلة امتصاصه للسوائل.
· ورق الكرتون: ويوجد منه نوعان:
- النوع المضلع: ويتكون من عدة طبقات، ويُستخدم لإنتاج صناديق التعبئة.
- النوع الرمادي: ويصنع بتجفيف عجينة اللب المستخدمة فيه بأفران خاصة، بدلاً من أسطوانات التجفيف، ويُستخدم في تجليد المطبوعات المختلفة.
· الورق المقوى: ويعالج اللب المستخدم في تصنيعه بمواد كيميائية مختلفة، ويُطْلَى بطبقات من الشمع، حيث يستخدم في تغليف المواد الغذائية.
وأولى دول العالم في إنتاج الورق هي الولايات المتحدة الأمريكية وكندا إذ يصل إنتاجهما مجتمعَيْن إلى 40% من الإنتاج العالمي. وعلى الرغم من غزارة إنتاجهما من الورق، إلاّ أن استهلاكهما المتزايد يصل إلى حد استهلاك معظم الإنتاج، واستيراد الورق من مناطق أخرى من العالم.
ثم كان أن استحدث الإنسان مادة جديدة للتدوين، هي الورق، دخل بها عصراً جديداً. وقد تباينت المواد المستخدمة في إنتاج الورق باختلاف الأمم والعصور؛ فبدأ الفراعنة باستخدام نبات البردي (apyrus) ومنه اشتق لفظ الورق باللغة الإنجليزية (Paper)
ثم قام الصينيون بصناعته من عجينة مُشكلَّة من ألياف القنب، ولحاء شجر التوت، والخرق البالية، حيث كانت تخمر، ثم تفرد لتجف، وتستخدم للكتابة عليها.
وبعد الميلاد ظهرت أنواع مختلفة من الورق، فاستخدم الأنجلوساكسون[1] لحاء شجر الزان. أما الرومان والإغريق، فقد استخدموا أنواعاً رقيقة من جلود الماعز وصغار الأبقار في كتابة الصكوك.
وعند وصول الفتح الإسلامي لأواسط آسيا، اتصل المسلمون بالحضارة الصينية، وأخذوا عنها صناعة الورق. فأنشأ المسلمون مصنعاً للورق في سمرقند عام 751.
ومنذ ذلك الحين انتشرت صناعة الورق في ربوع الخلافة الإسلامية، شأنها في ذلك شأن أي صناعة حضارية عرفها المسلمون وطوروها، فأنشأ هارون الرشيد[2] مصنعاً للورق في بغداد[3] مستعيناً بالمهرة من عمال تلك الصناعة القادمين من سمرقند. ثم ما لبثت صناعة الورق أن انتشرت وازدهرت فأنشأ المسلمون مصانع للورق في مصر والمغرب العربي.
ولم تعرف أوروبا صناعة الورق إلا على أيدي المسلمين، حيث قاموا بتشييد مصنع للورق بمدينة فالينسيا بالأندلس عام 1100، ثم في مدينة فبريانو بصقلية عام 1276.
ومنهما انتقلت تلك الصناعة إلي باقي أوروبا، فظهرت صناعة الورق في تورين بإيطاليا عام 1348، وعرفتها ألمانيا عام 1391، ثم المملكة المتحدة في القرن الخامس عشر.
وفى نهاية القرن الثامن عشر لاحظ عالم الطبيعة الفرنسي رينيه أنطوان دي ريمور (René Antoine de Réamure) أن بعض أنواع الدبابير تبني أعشاشها من مادة شبيهة بالورق المقوى، وبتتبع هذه الدبابير، وجد أنها تقوم بالتهام لب الأخشاب، ومضغه، ثم بناء أعشاشها منه، فقام- منذ ذلك الحين- باستبدال لب الأخشاب بالألياف والخرق؛ حيث كان يتم استخلاص لب الأخشاب من أشجار الغابات، ثم يخلط بالماء حتى يصبح عجيناً، ثم يفرد ويجفف فيصير ورقاً (اُنظر شكل مراحل تصنيع الورق).
ولكي يتم استخلاص اللب من الأشجار لابد من إذابة المادة اللاحمة لألياف الخشب، والمعروفة باسم (اللجنين)، وكانت عملية الإذابة في بادئ الأمر تتم باستخدام حجارة مستديرة ضخمة تشبه الرحى، تُدفع خلالها جذوع الأشجار، ونتيجة للاحتكاك الشديد تنتج حرارة كافية لإذابة اللجنين.
أما الآن فقد أصبحت الحرارة تنتج من عملية تسخين أولي لجذوع الأخشاب، ثم تدفع قطع الخشب بين أقراص دوارة ذات سرعات عالية، فينتج عن ذلك تفتيت الخشب إلى ألياف.
وفي خمسينيات القرن التاسع عشر استطاع الكيميائي الأمريكي بنيامين تلجمان (Benjamin C. Tilghman) أن يستخلص اللب بمعالجة مسحوق الخشب بمحلول حمض الكبريتوز تحت البخار الساخن. وفى عام 1883، قام المخترع الألماني كارل دول (Carl Dohl) بإضافة كبريتات الصوديوم إلى الصودا الكاوية في عملية استخلاص لب الأخشاب، الأمر الذي أنتج نوعاً ملائماً لصناعة الورق المقوى الذي اُستخدم في تصنيع صناديق الكرتون والعبوات الورقية المختلفة.
وفي بعض مصانع الورق يتم الجمع بين الطريقتين السابقتين؛ إذ تضاف مواد كيميائية، ثم يدفع الخليط الناتج إلى الأقراص الدوارة لفصل الألياف.
ومع التطور المستمر في صناعة الورق، أصبحت عملية الاستخلاص تتم باستخدام وسائل أكثر تعقيداً، ويتم التحكم فيها باستخدام الحاسوب.
وبعد إتمام عملية الاستخلاص، يُدْخل اللب في عملية التكرير، بواسطة إمراره خلال شرائح دوارة داخل مصفاة التكرير؛ فينتج عن ذلك تحلل جدر خلايا ألياف الخشب، الأمر الذي يؤدي إلى تكوين ألياف أكثر مرونة. وبتكرار هذه العملية عدة مرات يتم الحصول على ورق ذي جودة أعلى. وبعد ذلك يتم غسل اللب، وترشيحه، وتجفيفه، ثم إضافة بعض المواد المبيضة.
وتقسم الأخشاب المستخدمة في صناعة الورق إلى نوعين:
الأول: أخشاب لينة
مثل أخشاب شجر الصنوبر، والأناناس، والتنوب. وتتميز هذه الأخشاب بأليافها الطويلة؛ ولذا تُستخدم في صناعة معظم أنواع الورق.
الثاني: أخشاب صلبة
مثل أخشاب شجر الصمغ، والحور، والقيقب، والبلوط. وتتميز هذه الأخشاب بأليافها القصيرة. ويستخدم لب هذه الأخشاب في صناعة أوراق الطباعة، والكتابة، والأنواع الفاخرة من الورق.
ونظراً إلى فقر الكثير من دول العالم من الغابات، يلجأ عدد منها إلى إضافة قش الأرز والقمح إلى لب الأخشاب في تصنيع الورق.
وبعد مرحلة التكرير تأتي مرحلة تشكيل العجينة على هيئة أفرخ. وقديماً كان ذلك يتم بطريقة يدوية، حتى جاء الفرنسي نيكولاس روبرت (Nicholas Robert)، في عام 1798 واستحدث البكرات لفرد عجينة اللب.
وفى عام 1803، قام الأخوان الإنجليزيان هنري وسيلي فوردينيه (Fourdinier Brothers) بتصنيع آلة عرفت باسم "آلة فوردينيه". حيث ظلت هي الآلة الأساسية في تصنيع الورق حتى يومنا هذا. ويبلغ عرض هذه الآلة عشرة أمتار، وطولها أكثر من مائة متراً، وتستطيع إنتاج فرخ متصل من الورق بعرض عشرة أمتار، وبسرعة تصل لأكثر من تسعمائة متر من الورق في الدقيقة الواحدة.
وتُكَوَّن الأفرخ عن طريق نشر عجينة اللب فوق سير دائم الحركة والاهتزاز، حيث تؤدي إلى تساقط الماء وانحساره عن العجينة بمساعدة آلات ماصة. تتبقى بعد ذلك حصيرة من الألياف شبه الجافة التي تعصر خلال أقراص دوارة، ثم تمرر على أسطوانة تجفيف مسخنة بالبخار فيزال معظم محتواها المائي. ثم تنعَّم أسطح الأفرخ المجففة بواسطة ضغطها بين أسطوانات آلة خاصة يطلق عليها "آلة التصقيل"، ثم تُطوى الأفرخ، وتلف - بعد ذلك - على بكرات.
ومن الملاحظ أن الروابط الكيميائية التي تسبب قوة الورقة، وتماسكها تنشأ أساساً خلال مرحلة التجفيف، الأمر الذي يتطلب إجراء هذه المرحلة بكفاءة عالية.
تختلف أنواع الورق تبعاً للطريقة المستخدمة في تصنيعه، وتبعاً للمعالجات الكيميائية التي تُجرى عليه خلال التصنيع. وعادة ما تختلف تلك الطريقة وهذه المعالجات باختلاف الغرض المراد استخدام الورق فيه. فعلى سبيل المثال، يصنع ورق الطباعة من الألياف المستخلصة بالطريقة الكيميائية، ويعالج لمنع تشرب الحبر أثناء الطباعة.
أما أوراق التغليف، فيتم تلميعها وصقلها لتبدو لامعة براقة، كما أنها تعالج معالجة خاصة لتلافي تشربها بالسوائل. أما أوراق الدعاية والإعلان، فتغطى بطبقة خليط من الصلصال النقي والمواد اللاصقة.
وتكون أوراق الكتابة العادية قليلة التكلفة، إذ تصنع من الألياف المستخلصة ميكانيكياً. أما المناديل الورقية وأوراق النشاف والصناديق الورقية، فتصنع من الألياف المعاد تصنيعها (Recycled Fibers).
ومن أكثر أنواع الورق رواجاً:
· ورق الجرائد: وهو ورق خفيف قليل المتانة قصير العمر شديد التشرب للسوائل.
· ورق المجلات: وهو يشبه ورق الجرائد، إلا أنه يتميز عنه بلمعانه الواضح.
ويصنع كلا النوعين من اللب المستخلص بالطريقة الكيميائية.
· ورق الطباعة: يصنع من اللب المستخلص بالطريقة الكيميائية كذلك، إلا أنه يضاف إلى عجينته أنواعٌ من الخِرَق، ثم يعاد معالجة العجينة كيميائياًّ. ويتميز هذا النوع بمقاومته الشديدة للرطوبة وقلة امتصاصه للسوائل.
· ورق الكرتون: ويوجد منه نوعان:
- النوع المضلع: ويتكون من عدة طبقات، ويُستخدم لإنتاج صناديق التعبئة.
- النوع الرمادي: ويصنع بتجفيف عجينة اللب المستخدمة فيه بأفران خاصة، بدلاً من أسطوانات التجفيف، ويُستخدم في تجليد المطبوعات المختلفة.
· الورق المقوى: ويعالج اللب المستخدم في تصنيعه بمواد كيميائية مختلفة، ويُطْلَى بطبقات من الشمع، حيث يستخدم في تغليف المواد الغذائية.
وأولى دول العالم في إنتاج الورق هي الولايات المتحدة الأمريكية وكندا إذ يصل إنتاجهما مجتمعَيْن إلى 40% من الإنتاج العالمي. وعلى الرغم من غزارة إنتاجهما من الورق، إلاّ أن استهلاكهما المتزايد يصل إلى حد استهلاك معظم الإنتاج، واستيراد الورق من مناطق أخرى من العالم.