Etapy przemysłowego wytwarzania papieru — od surowca do gotowego arkusza

Produkcja papieru w skali przemysłowej to złożony proces technologiczny łączący chemię, mechanikę i inżynierię środowiska. W Polsce działa kilkanaście zakładów papierniczych zdolnych do wytwarzania od kilkudziesięciu do ponad tysiąca ton papieru na dobę. Najważniejsze z nich to m.in. International Paper w Kwidzynie oraz Mondi Świecie.

Surowce wejściowe — celuloza i makulatura

Podstawowym surowcem do produkcji papieru jest masa włóknista, pozyskiwana z dwóch głównych źródeł: drewna (głównie świerk i sosna dla włókien długich, brzoza i osika dla włókien krótkich) oraz makulatury. W 2023 roku krajowe zużycie makulatury jako surowca papierniczego przekroczyło 2,1 mln ton, co odpowiada ok. 55% całości używanych włókien.

Drewno trafia do zakładu w postaci zrębków o długości 15–25 mm i grubości 3–5 mm. Frakcja ta uzyskiwana jest z bali i gałęziówki przy użyciu maszyn rębakowych tarczowych lub bębnowych. Jednym z wymogów jakościowych jest niska zawartość kory — powyżej 1% kory w zrębkach powoduje ciemnienie masy i obniżenie białości końcowego produktu.

Produkcja masy celulozowej

Zrębki poddawane są procesowi roztwarzania w kotłach warzelnych. Dominującą metodą w Polsce jest warzelnia siarczanowa (kraft), w której zrębki gotowane są przez 2–4 godziny w roztworze wodorotlenku sodu i siarczku sodu (tzw. białym ługiem) w temperaturze 160–175°C i pod ciśnieniem 7–9 barów. Lignina — substancja wiążąca włókna w strukturze drewna — zostaje rozpuszczona, a uwolnione włókna celulozowe tworzą brunatną masę celulozową.

Alternatywa: masa mechaniczna i chemitermomechaniczna (CTMP)

Do produkcji papierów gazetowych i higienicznych stosuje się masę mechaniczną (TMP — Thermomechanical Pulp), uzyskiwaną przez mechaniczne rozklejanie zrębków po ich wstępnym podgrzaniu parą. Wydajność procesu wynosi 90–95% w przeliczeniu na suchą masę drewna, jednak uzyskane włókna są krótsze i mniej wytrzymałe niż celulozowe. Zawartość ligniny w masie TMP powoduje jej żółknięcie pod wpływem promieniowania UV.

Formowanie wstęgi papierowej

Oczyszczona i rozcieńczona masa (zawierająca ok. 0,5–1% włókien w wodzie) trafia na sito maszyny papierniczej typu Fourdrinier lub na formery dwusitowe. Na sicie następuje odwadnianie grawitacyjne i ssące — zawartość wody spada z 99% do ok. 80%. Formujące się włókna układają się anizotropowo: przeważają ułożenia wzdłuż kierunku biegu maszyny (MD — machine direction), co wpływa na różnice wytrzymałości wzdłuż i w poprzek arkusza.

Po formowaniu wstęga trafia do sekcji prasowania, gdzie między wałami prasującymi z filcami odwadniającymi zawartość suchej masy rośnie do ok. 40–45%. Kolejna sekcja — suszarnia — składa się z kilkudziesięciu ogrzewanych parą cylindrów o temperaturze 80–110°C, na których wstęga jest suszona do wilgotności 4–8%.

Wykańczanie i powlekanie

Papier gazetowy nie wymaga powlekania, natomiast papiery drukowe wysokiej jakości poddawane są powlekaniu (coatowaniu) zawiesiną pigmentów (kaolin, węglan wapnia, talk) w spoiwie lateksowym. Gramatura powłoki wynosi od kilku do ponad 20 g/m² na stronę. Powłoka wypełnia nierówności powierzchni włóknistej, zmniejszając jej porowatość i zwiększając białość oraz gładkość.

Ostatnim etapem jest kalandrowanie — przeprowadzenie wstęgi przez szereg stalowych wałów dociskowych, które wygładzają i zagęszczają powierzchnię. Wały kalandrów miękkich (soft-calender) pokryte są poliuretanem lub elastycznym tworzywem; kalandry superklandrowe stosuje się do papierów błyszczących.

Parametry techniczne gotowego papieru

Gospodarka energią i ściekami

Nowoczesny zakład papierniczy to pełnozintegrowany system energetyczny. Ług powarzelny (czarny ług) o wartości opałowej ok. 13–16 MJ/kg s.m. spalany jest w kotle sodowym, produkując parę technologiczną i energię elektryczną. Zakład taki pokrywa 80–100% własnego zapotrzebowania na ciepło procesowe. Oczyszczalnia ścieków usuwa zawiesiny, BZT₅ i związki siarki — wymagania kwalifikacyjne BAT (Best Available Techniques) opisuje Decyzja Wykonawcza Komisji 2014/687/UE.

Zakłady papiernicze w Polsce

Polska jest jednym z czołowych producentów papieru w Europie Środkowej. Według danych Polskiej Izby Papiernictwa (PIPap), krajowe zakłady wyprodukowały w 2023 roku ok. 4,3 mln ton papieru i tektury. Do największych należą:

• International Paper Kwidzyn — produkcja papierów powlekanych do druku offsetowego, ok. 700 tys. ton/rok
• Mondi Świecie — papiery kraftowe, tektura falista i papier workowy
• Sappi Alfeld / Gratkorn — dystrybucja na rynku polskim papierów graficznych
• Arctic Paper Kostrzyn — papiery graficzne niepowlekane klasy Munken