Pulp preparation systems

  •  KRYSTIAN – Technology & Innovation

          Przemysł papierniczy od bardzo dawna zużywa makulaturę jako surowiec do wyrobu papieru. W ostatnich latach, na skutek dynamicznego rozwoju cywilizacyjnego (głównie w krajach wysoko rozwiniętych) wystąpił duży wzrost  konsumpcji różnych towarów,
    a wśród nich również papieru i wyrobów papierowych. Podobną tendencję obserwuje się w Polsce, jednak wielkość  produkcji papieru jest w naszym kraju kilkakrotnie mniejsza, w przeliczeniu na jednego mieszkańca, niż w krajach wysoko uprzemysłowionych Unii Europejskiej. W związku z tym przewiduje się wzrost zużycia i produkcji papieru w naszym kraju. Wzrost konsumpcji przyczynia się
    do wzrostu produkcji, ale jednocześnie do wzrostu ilości odpadów.
    Integracja z U.E. powoduje wiele zmian w polskim ustawodawstwie ekologicznym i wymusza konieczność pozysku i przerobu makulatury,  głównie makulatury tzw. pokonsumenckiej, zadrukowanej, pochodzącej z biur, urzędów, gospodarstw domowych, handlu oraz reklamy.
    W latach 90-tych XX wieku cele strategiczne przemysły papierniczego w Polsce wyznaczone zostały przez dwa programy. Opracowanie „Programu restrukturyzacji zużycia surowców włóknistych przez przemysł papierniczy w Polsce” zapoczątkowane zostało w 1994r. publikacją w Przeglądzie Papierniczym pt. „Narodowy Program Makulaturowy” oraz przesłaniem w maju 1994 r. pisma prezesa Stowarzyszenia Papierników Polskich (SPP) do Ministerstwa Przemysłu i Handlu w sprawie opracowania i zatwierdzenia kompleksowych rozwiązań systemowych związanych z gromadzeniem i przerobem makulatury w Polsce.
    Po 3-letnich pracach przygotowawczych, związanych głównie  z finansowaniem tego projektu z funduszy PHARE, w maju 1997 r. rozpoczęło się opracowywanie „Programu restrukturyzacji zużycia surowców włóknistych przez przemysł papierniczy w Polsce”. Projekt ten zakończony został w 1999 r., a SPP zobowiązane zostało do jego wdrażania.
    Przewiduje się, że do roku 2010 wskaźnik odzysku makulatury zadrukowanej wzrośnie z 46% do poziomu 55% – 60%.
    Makulatura biurowa stanowi potencjalne źródło  bardzo wartościowych włókien papierniczych, nadających się po odbarwieniu
    do wyrobu wysokogatunkowych papierów bezdrzewnych oraz celulozowych bibułek sanitarnych.
    Kluczowym zagadnieniem jest tutaj przygotowanie surowca jakim jest masa makulaturowa, który musi charakteryzować się odpowiednimi właściwościami – masa ta musi być odpowiednio zdyspergowana, odbarwiona i wybielona.
    Masa makulaturowa jest produktem rozwłókniania makulatury, tj. używanego papieru i tektury. Z tego powodu jest to półprodukt wtórny, jakościowo niejednorodny, zależny zarówno od rodzaju oraz stopnia zadrukowania i zanieczyszczenia papierów lub tektur, z których został wytworzony, jak i metody ich oczyszczania i rozwłókniania. Własności masy makulaturowej są zależne od własności surowca wyjściowego (makulatury), przy czym papier wyprodukowany
    z makulatury lub braku własnego jest zawsze słabszy niż sam surowiec, z którego włókna uprzednio już raz wysuszone tracą częściowo (20-40%) zdolność pęcznienia, warunkującą dobre związanie się włókien.
    Papier wyrabia się głównie z włókien roślinnych; jedynie nieznaczne ilości są produkowane z włókien zwierzęcych (wełnianych, skórzanych), mineralnych (azbestowych, szklanych, wełny żużlowej) lub metalowych (aluminiowych, stalowych). Znajomość własności morfologicznych, chemicznych, fizycznych i fizykochemicznych włókien jest nieodzowna dla zrozumienia ich zachowania się
    w procesach technologicznych produkcji papieru oraz ich wpływu na własności gotowego wytworu.

     1.    Budowa i własności włókna
    1.1.    Składniki chemiczne włókna oraz ich własności.
    We włóknie pochodzenia roślinnego wyróżniamy trzy zasadnicze składniki: celulozę, hemicelulozy i ligninę.
    Celuloza jest wielocukrem o budowie zbliżonej do liniowej; cząsteczki jej składają się             z dużej liczby jednostek podstawowych – reszt d-glikozydowych, powiązanych między sobą wiązaniami B-glikozydowymi 1-4. Strukturalna jednostka podstawowa cząsteczki celulozy zawiera 3 wolne grupy alkoholowe – jedna pierwszorzędową i dwie drugorzędowe. Grupy te, zwłaszcza pierwszorzędowa, wykazuje dużą reaktywność chemiczną, a ze względu na hydrofilę mają istotne znaczenie w zjawiskach sorpcji, pęcznienia i desorpcji decydujących      w powstawaniu wiązań między włóknami celulozowymi przy wytwarzaniu papieru, pomiędzy poszczególnymi makrocząsteczkami celulozy, w kierunku poprzecznym mogą działać siły wiążące dwojakiego rodzaju: 1) siły wartościowości zasadniczej, 2). siły międzycząsteczkowe. Siły wartościowości zasadniczej wywierają mniejszy wpływ na wytrzymałość materiału celulozowego, ale powodują zmniejszenie rozpuszczalności                i zdolności pęcznienia. A także – wydłużenia w punkcie zerwania.
    Siły międzycząsteczkowe to siły dwojakiego rodzaju: w kierunku osi c – słabsze siły wartościowości wtórnej (przyciąganie dipoli OH i stały moment elektryczny grup C-O-C) oraz w kierunku osi a – mocniejsze wiązania wodorowe.
    Wiązania wartościowości wtórnej, występują zarówno między grupami polarnymi jak              i niepolarnymi makrocząsteczek. Działają one na odległość 2,75 – 6,0A, przy czym intensywność ich działania wyraźnie maleje wraz ze wzrostem odległości (ma to istotne znaczenie m.in. dla pęcznienia celulozy, gdy łańcuchy jej oddalają się od siebie.
    Wiązanie wodorowe tworzy atom wodoru miedzy dwoma elektroujemnymi atomami (tlenu, azotu, fluoru itp.). Może więc ono też powstać między dwiema grupami wodorotlenowymi. Wiązania te stanowią główne wiązania poprzeczne pomiędzy makrocząsteczkami celulozy, przy czym odległość między złączonymi mostkiem wodorowym atomami tlenu może przekraczać 2,7 – 2,9 A. W suchym, sklimatyzowanym materiale celulozy rodzimej prawie wszystkie grupy wodorotlenowe są nasycone wiązaniami wodorowymi. Po zwilżeniu wodą pewna ilość (50 – 60%) tych wiązań zostaje zerwana                i tworzą się nowe mostki wodorowe między grupami OH a cząsteczkami wody. Te dostępne grupy wodorotlenowe znajdują się poza obszarami krystalicznymi lub na ich powierzchni; cząsteczki wody nie mogą przeniknąć wewnątrz siatki krystalicznej materiału celulozowego. Gdy materiał ten podlega suszeniu, cząsteczki wody, tworzące wiązania wodorowe z grupami wodorotlenowymi celulozy, zostają w większości usunięte i znów powstają wiązania wodorowe między tymi grupami; przy czym wiązania te mogą tworzyć się wewnątrz włókien, bądź też między nimi, o ile znajdują się one dostatecznie blisko siebie. Celuloza występuje zarówno w postaci krystalicznej jaki bezpostaciowej. Proporcja między tymi frakcjami w poszczególnych materiałach celulozowych ma bardzo duże znaczenie, ze względu na znacznie łatwiejszą dostępność obszarów bezpostaciowych dla różnych reagentów (a nawet wody) oraz wyraźny wpływ stopnia krystaliczności na właściwości fizyczne                             i fizykochemiczne włókna. W materiale celulozowym występują obszary wysoce zorientowane (krystaliczne), w których łańcuchy przebiegają ściśle równolegle do siebie,                         a wszystkie grupy wodorotlenowe są wysycone i niedostępne dla wody. Obszary te, zwane są krystalitami. Wiązka krystalitów otoczona warstwą bezpostaciowej celulozy tworzy najmniejszą jednostkę strukturalną celulozy – tzw. Fibrylę elementarną. Fibryle elementarne łączą się w długie, nitkowate mikrofibryle, które można wyodrębnić z włókna poprzez energiczne działanie mechaniczne, np. w specjalnym mieszadle.
    Hemicelulozy zalicza się również do grupy węglowodanów. Cząsteczki utworzone są              z reszt cukrów prostych – heksoz lub pentoz. Ilość podstawowych reszt w cząsteczce zawiera się w granicach 10 – 150. Stopień polimeryzacji tych związków waha się zatem w szerokich granicach. Zarówno ze względu na swój charakter, jak i długość łańcucha hemicelulozy dzielą się na dwie grupy. Jedną z nich stanowią związki o dłuższych łańcuchach, silnie powiązane  z celulozą, ulegające w słabym stopniu lub nie ulegające wcale działaniu alkaliów. Nazywamy je celulozanami. Drugą grupę stanowią hemicelulozy o krótszych łańcuchach, związane z ligniną, łatwo rozpuszczalne w alkaliach. Noszą one nazwę poliuronidów. Obie grupy występują we włóknie jako związki bezpostaciowe. Wykazują oczywiście odmienne właściwości fizykochemiczne i w różny sposób zachowują się przy przerobie włókna na papier. Zasadniczo, poliuronidy są hydrofilowe tzn. ulegają pęcznieniu w wodzie. Część hemiceluloz wypełnia przestrzenie między obszarami krystalicznymi celulozy. Hemicelulozy stanowią tylko 10 -15% mas celulozowych przeznaczonych do przerobu na papier, jednak rola ich w procesie przygotowania mas papierniczych jest bardzo ważna ze względu na zdolność pęcznienia. Znaczenie hemiceluloz polega również na tym, że po spęcznieniu nadają włóknom plastyczność, a przez to zwiększają powierzchnię styku włókien, zatem powodują wzrost powiązań między włóknami.
    Lignina jest związkiem aromatycznym, występuje zarówno w drewnie, jak i we włóknie celulozowym jako substancja bezpostaciowa. Lignina usztywniając włókno wpływa ujemnie na właściwości papiernicze. Znaczna zawartość ligniny w masie papierniczej utrudnia jej pęcznienie.
    1.2.    Budowa morfologiczna włókna celulozowego
    Włókno celulozowe stanowi wydłużoną komórkę roślinną, składającą się ze ścianki komórkowej i światła (lumenu). Ścianka komórkowa charakteryzuje się bardzo subtelną budową, wyróżniającą się warstwowością i pasmowością. Składa się ona z trzech zasadniczych warstw: błony pierwotnej (I), wtórnej (II) oraz błony trzeciorzędowej (III). Każda z tych warstw składa się w z fibryl celulozowych, ułożonych w podłożu                            z  hemiceluloz i ligniny.
    Błona pierwotna (I) stanowi cienką (ok. 0,5mikrona) dość elastyczną zewnętrzną powłokę włókna rodzimego. Fibryle celulozowe mają niewielki udział w budowie tej błony; są one tu dość rzadkie i nieregularnie rozmieszczone, przeplatając się nawzajem. Głównym składnikiem błony pierwotnej jest lignina (ok. 70%), obok której występują tu celuloza, hemicelulozy i substancje pektynowe. W procesach roztwarzania  i bielenia większość składników niecelulozowych błony zostaje usunięta. Błona pierwotna włókien masy celulozowej jest mało elastyczna i nie wykazuje zdolności do pęcznienia; ma to poważne znaczenie w procesie mielenia, w którym błona ta ulega rozdarciu i przynajmniej częściowemu usunięciu, co umożliwia spęcznienie włókna. Śluz powstający podczas daleko posuniętego mielenia składa się m.in. z drobnych strzępków błony pierwotnej.
    Błona wtórna (II) ma znaczną grubość i stanowi przeważającą część ścianki komórkowej. Składa się ona z 3 warstw – zewnętrznej, środkowej i wewnętrznej, które charakteryzują się bardzo ścisłym i wysoce uporządkowanym (równoległym) ułożeniem fibryl.
    Błona trzeciorzędowa (III), uważana dawniej za pozostałość plazmy żywej komórki, składa  się z mikrofibryl ułożonych tak jak w środkowej błonie wtórnej, tj. prawie równolegle do osi włókna. Zawiera ona, poza celulozą, większe ilości substancji pektynowych oraz ksylanu. Błona trzeciorzędowa (blaszka) wykazuje dużą odporność na działanie chemikaliów.
    W tkance drzewnej włókna są łączone izotropową, bezpostaciową substancją międzykomórkową (blaszką środkową – O), składającą się głównie z ligniny (70%) poliuronidów i pektyn, nie wykazującą zresztą żadnej wartości z papierniczego punktu widzenia. Substancja międzykomórkowa łącznie z błonami pierwotnymi dwóch złączonych przez nią sąsiednich włókien nosi nazwę blaszki złożonej.
    Przeciętnie można przyjąć, że błona pierwotna (I) stanowi ( brak wielkości fizycznej z mianem)ok. 10%, zewnętrzna błona wtórna (II1) około 8%, środkowa błona wtórna (II2) około 78%, a błona trzeciorzędowa około 4% ścianki komórkowej włókna. Fragmenty pierwszych trzech błon, oczywiście           w różnym stopniu mogą brać udział w wiązaniach między włóknami, przy czym największe znaczenie mają wiązania między wiązkami mikrofibryl środkowej błony wtórnej.
    1.3    Przygotowanie masy
    Przygotowanie masy ma na celu jej przetworzenie, tak aby miała ona formę odpowiednią (masa papiernicza) do wprowadzenia do układu maszyny papierniczej. Masę dla maszyny papierniczej  przygotowuje się uwzględniając domieszki różnych mas włóknistych, rozcieńczanie oraz dodatek chemikaliów. Stosowane włókniste półprodukty wyjściowe, to różne typy masy celulozowej, mechanicznej(?) oraz makulatura, a także mieszanina ich włókien. Wyjściowy półprodukt jest dostępny w postaci arkuszy w belach, luźnego materiału, lub w przypadku zintegrowanego zakładu, jako zawiesina włókien w wodzie.
    Przygotowanie masy składa się w kilku etapów, z przystosowanymi wzajemnie procesami, takimi jak: rozwłóknianie, oczyszczanie, obróbka włókna, jego magazynowanie i mieszanie. Układy przygotowania masy różnią się od wyjściowego półproduktu włóknistego oraz od wymaganej jakości masy papierniczej. Dla przykładu, w przypadku zawiesiny włókien przepompowywanej bezpośrednio z wytwórni masy włóknistej, pomija się etapy rozczyniania oraz rozbijania pęczków włókien.
    Przygotowanie masy polega na: usuwaniu zanieczyszczeń, doprowadzeniu do odpowiedniego poziomu właściwości wytrzymałościowych włókien  (w wyniku rafinowania, w młynie ciągłego działania) oraz dodawaniu chemikaliów dla usprawnienia procesu produkcyjnego oraz oddziaływania na końcową jakość arkusza papieru (żywice syntetyczne, środki wodo-utrwalające, barwniki, wypełniacze. Do zakładów niezintegrowanych włókna są dostarczane w postaci wysuszonej. Rozprowadza się je w wodzie w rozczyniaczu wirowym, celem utworzenia zawiesiny dającej się pompować. Następnie usuwa się z powstałej  zawiesiny stałe cząstki  zanieczyszczeń poprzez sortowanie (w sortownikach) oraz oczyszczanie (w hydrocyklonach). Celem sortowania jest usunięcie  z włókien niepożądanych substancji. Zawiesinę włókien przepuszcza się przez  sito z otworami  postaci szczelin, a te zanieczyszczenia, które mają być oddzielone są odrzucane przez sito. Natomiast oczyszczanie to wydzielanie zanieczyszczeń z zawiesiny włóknistej poprzez działanie siły odśrodkowej. Oczyszczanie przeprowadza się w hydrocyklonach, przy czym wyróżnia się hydrocyklony do oddzielania cząstek ciężkich lub lekkich, zależnie od tego, co jest celem separacji. Zazwyczaj hydrocyklony stosuje się w układach wielostopniowych ( do 5 stopni).
    Aby poprawić zdolność wiążącą pojedynczych włókien, które utworzą następnie strukturę gotowego papieru, można je poddać rafinowaniu w młynach ciągłego działania. Rafinowanie ma na celu przygotowanie włókien do zapewnienia wymaganych właściwości wytworzonego z nich papieru. Rafinowanie prowadzi się w młynach wyposażonych np. w tarcze obrotową dociskaną do tarczy nieruchomej. Na koniec zawiesina masy jest pompowana do kadzi magazynowych lub kadzi mieszalnych. W kadziach mieszalnych przygotowana masa mieszana jest w proporcjach odpowiednich dla produkcji danej odmiany papieru, tam wprowadza się wymagane dodatki masowe, i doprowadza się stężenie włókna do odpowiedniego poziomu.
    2.1.    Rozczynianie masy
    Rozczynianie stanowi pierwszy etap w procesie odbarwiania. Przekształcenie papieru odzyskanego w zawiesinie włókien, oddzielenie od włókien farby drukarskiej i substancji kleistych (ten etap często nie występuje w przygotowaniu masy przeznaczonej do wyrobu tektur), a także rozdrabnianie ich cząstek, następują w hydropulperze w wyniku oddziaływań mechanicznych, a także za sprawą chemikaliów i energii cieplnej. Tym samym rozczynianie w szczególny sposób kształtuje właściwości masy włóknistej, wprowadzanej następnie do kolejnych etapów procesu, decydując o jej należytym odbarwieniu.
    Rozczynianie makulatury może stanowić kluczowy etap również dla efektywnego usuwania zanieczyszczeń kleistych podczas kolejnych stopni procesu odbarwiania, dzięki zastosowaniu technologii rozczyniania, stosującej odpowiednio dobrane substancje powierzchniowo czynne (aglomeranty) w celu kształtowania wielkości cząstek kleistych oraz hydrofobowego charakteru ich powierzchni, a prowadzącej do aglomeracji powstałych cząstek nazywanych stickies oraz ich koaglomeracji z cząstkami farby drukarskiej i innych zanieczyszczeń, podczas rozczyniania prowadzonego z zachowaniem laminarnego ( CO !!!!????) przepływu masy w hydropulperze. W skład mieszanek substancji powierzchniowo- czynnych wchodzi kwas oleinowy niezbędny w procesie odbarwiania w środowisku zasadowym.
    Wiele inwencji wykazano w dążeniu do podniesienia stężenia masy w wannie rozwłókniacza. Dzięki temu zredukowano koszty inwestycyjne przy budowie nowych instalacji oraz zmniejszono koszty eksploatacyjne. Do najczęściej stosowanych urządzeń służących do rozczyniania masy służą rozwłókniacze wirowe, które mogą pracować przy niskim stężeniu (3-8%), średnim (10-12%) i wysokim (15-18%). Rozwłókniacze wirowe,            w zależności od stężenia różnią się budową wirnika i zasadą działania. Rozczyniacze pracujące przy niskim i średnim stężeniu wyposażone są w wirniki konwencjonalne,               a działanie wirnika oparte jest głównie na wykorzystaniu efektów hydraulicznych (rozdrabnianie z wykorzystaniem właściwości medium, związanym z występowaniem               w przepływie naprężeń stycznych). Rozczyniacze pracujące przy wysokim stężeniu masy wyposażone są w wirnik helikoidalny współpracujący z licznymi łopatkami kierującymi, usytuowanymi w dnie wanny (rozdrabnianie z wykorzystaniem quasi-ścinania). Alternatywą umożliwiającą podobny wzrost stężenia z równoczesnym wykorzystaniem wirnika tradycyjnego jest zastosowanie rozłókniacza z podwieszonym wirnikiem śrubowym  Sulzer Papertec Bi-Pulper. W rozwłókniaczu tym pozostawia się w dnie wanny wirnik tradycyjny. Zapewnia on wysoką intensywność rozwłókniania dzięki znacznej prędkości obwodowej (18-21m/s), natomiast transport gęstej masy w wannie jest wspomagany przez duży, wolno obracający się wirnik śrubowy podwieszony przegubowo ponad wanną. Zwiększenie stężenia masy w rozwłókniaczu z 4% do 7-8% wpływa na zmniejszenie zużycia energii od 30-50%, co jednocześnie oznacza, że wydajność rozwłókniacza przy takich samym rozmiarach wanny wzrasta dwukrotnie. Wirniki przystosowane do pracy przy średnim stężeniu zostały następnie tak zmodyfikowane, aby mogły pracować nawet przy stężeniu 18%. Zastosowanie wirnika helikoidalnego zapewnia zwiększenie naprężenia ścinającego przy mniejszej częstości obrotów wirnika. Takie warunki są szczególnie korzystne przy oddzielaniu farby drukarskiej od włókien w procesie deinkingu, a także, dzięki łagodnemu rozwłóknianiu ograniczają rozdrabnianie zanieczyszczeń, takich jak folie z laminatów i ograniczają skracanie włókien.

    2.2.     Bielenie

    Bardzo ważnym parametrem charakteryzującym masę makulaturową do wyrobu papierów higienicznych jest jej białość. Odbarwianie i bielenie makulatury biurowej, mimo dominującego w niej udziału wysoko bielonych mas celulozowych, jest sporym wyzwaniem technologicznym, gdyż jest ona zawsze zanieczyszczona trudnymi do usunięcia lub wybielenia naturalnymi składnikami.  Jest to bowiem zwykle niesortowana makulatura (MOW – Mixed Office Waste). Nawet w przypadku posegregowania, makulatura ta zawsze zawiera pewną ilość naturalnie brązowych włókien mas niebielonych, pochodzących  z szarych kopert, teczek, kolorowych włókien z papierów barwionych oraz różnych zanieczyszczeń.
    Makulatura biurowa stanowi potencjalne źródło wartościowych włókien papierniczych, nadających się – po odbarwieniu do wyrobu  wysokogatunkowych papierów bezdrzewnych oraz celulozowych bibułek sanitarnych.  Ponadto, papiery biurowe są najczęściej zadrukowane trudnymi do usunięcia tonerami lub tuszami drukarek atramentowych.
    Jeśli jednak obecność brązowych włókien w masie makulaturowej nie przekracza 8% można z powodzeniem stosować do jej odbarwiania i bielenia – delignifikację tlenową, która jest bardzo pomocna w łagodzeniu skutków zmiennych: zawartości i stopnia roztworzenia brązowych włókien w makulaturze biurowej.
    Proces niedelignifikującego utleniającego bielenia dokonywany jest z zastosowaniem nadtlenku wodoru w środowisku alkalicznym, zwykle w temperaturze 50-60C, a przyrost białości jest regulowany nie tylko ilością dodawanego utleniacza, ale także innymi technologicznymi warunkami. Jednym z najważniejszych jest wysokie stężenie włókien, a za optymalne pH środowiska reakcji w bieleniu uznaje się przedział miedzy 9-11. Najważniejszą rzeczą, w przypadku utleniania nadtlenkiem wodoru, jest znajomość wpływu dodatku określonych organicznych nieorganicznych jego stabilizatorów, z uwagi na rozkład nadtlenku przez jony metali ciężkich: żelaza, miedzi, manganu. Ponieważ konieczność użycia nadtlenku wodoru w ilości 1-4% na 100% reagent generuje stosunkowo wysokie koszty. Najczęściej stosowanym stabilizatorem był krzemian sodu (szkło wodne), stopniowo wypierany przez zastosowanie wiążące jony metali ciężkich – związki chelatowe – kwas etylenodiaminotetraoctowy (EDTA). Zdaniem wielu badaczy zastosowanie 0,5% związku chelatowego – dietylenotriaminopentaoctowego (DTPA) może istotnie zmniejszyć zużycie szkła wodnego, a zastosowanie kwasu dietylenotriaminopentanofosfoniowego (DTMPA) może całkowicie wyeliminować szkło wodne w procesie utleniania nadtlenkiem wodoru lecz powodowałoby zwiększenie kosztów chemikaliów. Za wysoce aktywny związek chelatowy, o potencjale umożliwiającym zastąpienie 5% szkła wodnego, uznany został DTMPA, dozowany w ilości 0,6%w stosunku do włókna. Badania procesu nadtlenkowego bielenia masy wskazują, że określoną białość masy, przy danej ilości nadtlenku daje się zwiększyć poprzez podwyższenie stężenia włókna, dobór i ilość chemikaliów, zastąpienie jednostopniowego – dwu i trójstopniowym.
    Zastosowanie kwasu DTMPA daje lepsze rezultaty niż zastosowanie kwasu EDTA. Prowadzenie procesu bielenia w reaktorze z szybkobieżnym mieszadłem i zastosowanie dwóch stopni bielenia nadtlenkowego przy użyciu 2% nadtlenku, 1,5% NaOH, 1% Na2SiO3 i 0,5% DTMPA pozwala skrócić czas bielenia do kilku minut.
    Badania nad procesem bielenia prowadzą między innymi firmy Air Products & Chemicals, firma Voith Paper czy pracownicy Instytutu Papiernictwa i Poligrafii Politechniki Łódzkiej. Głównym celem badań jest dobranie odpowiednich środków bielących i delignifikujących masę, dobranie optymalnej ich ilości, stężenia i kolejności dodawania do masy  w celu zmniejszenia kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych tej części procesu przygotowania masy makulaturowej.  Perlińska – Sipa i Wandelt z IPiP prowadzili  badania procesu delignifikacji tlenowej masy makulaturowej z dodatkiem  nadtlenku wodoru uzyskując obiecujące wyniki. Wyniki badań uzyskane przez nich wskazują, że samo bielenie nadtlenkiem wodoru nie jest wstanie zniwelować wpływu zmiennej ilości i jakości brązowych włókien na białość odbarwianej masy makulaturowej, również sama de lignifikacja tlenowa nie jest w pełni skuteczna. Dopiero zastosowanie następującej po sobie delignifikacji  tlenowej i bielenia nadtlenkiem wodoru daje dobre wyniki. Kombinacja de lignifikacji tlenowej i bielenia nadtlenkiem wodoru może w praktyce przemysłowej istotnie stabilizować jakość produkcji masy odbarwianej, przy zmiennej jakości wyjściowego surowca. I jest to jedyna, ale bardzo istotna zaleta bielenia tlenowego odbarwianej masy z niesortowanej makulatury biurowej.
    3.3.    Usuwanie farby drukarskiej
    Większe trudności w odbarwianiu makulatury biurowej stanowią pigmenty farb drukarskich, barwniki, tonery, tusze.
    Gazety, czasopisma i makulatura biurowa stanowią znaczną część papieru odzyskanego przeznaczonego do ponownego przerobu na biały papier graficzny i papiery sanitarne. Ze względu na wysokie wymagania stawiane tym papierom – głównie jeśli chodzi o białość          i czystość, masy do ich wyrobu muszą zostać w procesie przygotowania poddane odbarwianiu  (czyli usuwaniu farby drukarskiej) i bieleniu. Do usuwania farby drukarskiej stosuje się metody flotacji i wymywania lub kombinacje obu tych procesów. Flotacja jest to metoda odseparowywania zanieczyszczeń zdyspergowanych i koloidowych z wody, której podstawą jest zdolność cząsteczek do przyklejania się do pęcherzyków powietrznych oraz do przenoszenia się razem z nimi do warstwy pianowej.
    W celu poprawy efektywności procesu stosuje się tzw. kolektory (ksantogeniany) modyfikujące kąt zwilżenia (napięcie powierzchniowe).
    W celu poprawy selektywności działania kolektorów stosuje się bądź aktywatory wzmacniające działanie kolektorów, bądź depresatory, osłabiające to działanie.
    Podstawowa teoria flotacji

    Z rysunku odczytujemy

    Ostatecznie można zapisać

    Warunek równowagi

    W praktyce z uwagi na nieregularność kształtów maksymalny wymiar może być nieco większy, możliwa jest też flotacja jednej cząstki za pomocą wielu pęcherzyków
    Przyjmijmy dla oszacowania

    daje to pracę rzędu

    Oraz siłę (zakładając jej stałość  w trakcie przenoszenia cząstki poza granicę międzyfazową)

    Siła ta musi równoważyć siłę grawitacji

    Zakładając gęstość cząstki

    Możemy wyznaczyć maksymalny promień flotowanych cząstek

    Przenikanie się błonek  powierzchniowych emulgatora i kolektora

    Flotacja przebiega w sposób optymalny na ogół przy pokryciu przez kolektor jedynie około 5-15% powierzchni z uwagi na wzajemne oddziaływanie błonek powierzchniowych emulgatora (środek pianotwórczy) i kolektora. Przy wyższych stężeniach adhezja pęcherzyków ulega stłumieniu.
    TECHNIKI  FLOTACJI

    Elektroflotacja (EF) – źródłem pęcherzyków jest elektroliza wodnych roztworów
    Flotacja z roztworów przesyconych powietrzem (DAF)- zmniejszenie ciśnienia uprzednio nasyconej powietrzem wody powoduje powstawanie pęcherzyków
    Flotacja kolumnowa (CF) – substancja oczyszczana opada w kolumnie naprzeciw strugi pęcherzyków wytworzonej w dolnej części kolumny.
    Flotacja odśrodkowa (CF) – uzyskuje się znaczące zwiększenie szybkości flotacji
    Do najczęściej stosowanych flotowników należą urządzenia pracujące pod niewielkim nadciśnieniem, w postaci zamkniętej komory. Nadciśnienie pozwala na usuwanie piany z odrzutem, bez porywania włókien. Stosowane urządzenia do usuwania z masy farby drukarskiej różnią się kształtem komory flotatora, konstrukcją urządzenia zgarniającego osad,  ilością i wielkością pęcherzyków powietrza wprowadzanego do masy w przestrzeni flotatora, jak również sposobem napowietrzania wody pęcherzykami powietrza w zależności od wielkości usuwanych zanieczyszczeń. Szeroko stosowane są urządzenia firmy Voith Paper, Lamort, a proponowane przez nie urządzenia charakteryzują się zmniejszoną ilością poboru energii elektrycznej przy jednoczesnym wzroście ilości usuwanych zanieczyszczeń.
    Prowadzone są również badania nad odbarwianiem makulatury biurowej poprzez rozwłóknianie eksplozyjne. Technika eksplozyjna stwarza potencjalne możliwości skuteczniejszego oddzielania wtopionego we włókna tonera i łatwiejsze jego usunięcie przez mycie i flotację. Charakterystyka optyczna makulatury biurowej po eksplozji zależy od warunków i parametrów tej operacji. Optymalne własności optyczne wykazuje makulatura eksplodowana przy ciśnieniu 2,0 MPa, temperaturze ok.70°C, czasie jej przetrzymywania przed eksplozja 5-10 min i stężeniu zawiesiny 35-50% oraz zastosowaniu dyszy de Lavala z czterema okrągłymi prętami
    Zbadano możliwość uproszczenia systemu odbarwiania makulatury biurowej przez aglomerację tonera i separację powstałych aglomeratów w sortownikach. Stwierdzono, że aglomeracja taka jest możliwa podczas rozczyniania makulatury, jeśli zapewni się odpowiednio wysoką temperaturę. W przypadku taniego środka aglomerującego, jakim jest olej napędowy, jest to temperatura w zakresie 65-85°C. Jednak nie każdy toner aglomeruje.          I tak, jeden z dwóch tonerów przeznaczonych do tej samej drukarki laserowej prawie zupełnie nie aglomerował. Aglomeracja nie była też możliwa w przypadku masy makulaturowej rozczynionej metodą eksplozji parowej. Aglomeracja nie wydaje się być zatem metodą na tyle niezawodną, by mogła całkowicie zastąpić flotację, ale może znacząco wspomagać proces odbarwiania.
    3.4.    Obróbka włókna- mielenie
    Najważniejszym etapem w przygotowaniu masy wydaje się jej mielenie. Mielenie masy papierniczej jest niezwykle ważnym procesem technologicznym, wpływającym na wszystkie prawie właściwości otrzymanego z niej wytworu papierniczego. Mielenie włókien odbywa się za pośrednictwem elementów mielących (noży), z których jedna część wiruje, zaś druga pozostaje na ogół nieruchoma, ewentualnie wiruje w przeciwnym kierunku. Wirujące elementy mielące mijając się bardzo blisko nich położonymi nożami nieruchomymi wywierają różnego rodzaju działania mechaniczne na włókna, jak np. rozczesywanie, gładzenie, tarcie, ścinanie i rozprężanie, rozgniatanie, rozłupywanie, uderzanie, cięcie. Efekt mielenia zależy od rodzaju poddawanych mieleniu włókien, od konstrukcji urządzenia mielącego (prędkości obwodowej noży i rodzaju unożowienia) oraz od warunków technologicznych procesu, tj. stężenia masy papierniczej, ciśnienia właściwego mielenia i wielkości szczeliny między nożami, jak również czasu mielenia. Bezpośrednim wynikiem tych działań i celem mielenia włókien jest:
    – nadanie włóknom niezbędnej giętkości i plastyczności (fibrylacja wewnętrzna) oraz rozwinięcie i uwodnienie ich powierzchni (fibrylacja zewnętrzna) – decyduje to o zdolności włókien do wytwarzania wiązań między sobą, a tym samym o właściwościach wytrzymałościowych papieru, jego ciężarze objętościowym, zwartości powierzchni, chłonności cieczy, przepuszczalności powietrza, przezroczystości i wielu innych własnościach.
    – nadanie poszczególnym frakcjom włókien odpowiednich rozmiarów (zmniejszenie długości włókien i ewentualnie szerokości) co ma wpływ na uzyskanie papieru o wymaganej strukturze i przezroczu.
    Zjawiska te, tj. fibrylacje wewnętrzną i zewnętrzną włókien z jednej strony, a ich cięcie i skracanie z drugiej, można regulować w zależności od potrzeb tak, aby jedno z nich przeważało lub aby zachodziły one mniej więcej w jednakowym stopniu.
    Oba zjawiska w nieco różny sposób powodują wzrost smarności masy, tj. zmniejszają jej odwadnialność w określonych warunkach. Ponieważ jednak zdolność utrzymywania wody przez włókna wzrasta wyłącznie wskutek fibrylacji i rozwijania powierzchni, dlatego gdy występuje silne działanie fibrylujące włókna, uzyskuje się masę, którą nazywamy smarną, a gdy jest ono nieznacznIe – chudą. Natomiast gdy występuje silne skracanie włókien, zachodzące wskutek działania tnącego noży, otrzymaną masę nazywamy krótką, zaś gdy cięcie zachodzi tylko w niewielkim stopniu – długą. Prowadząc odpowiednio proces mielenia można uzyskać masy o różnym stopniu smarności i skróceniu włókien.
    Działanie fibrylujące przeważa, jeśli elementy mielące wirują niezbyt blisko elementów nieruchomych. Działaniu temu sprzyja większa szybkość obwodowa i szerokość noży, wyższe stężenie masy i niezbyt wysokie ciśnienie właściwe mielenia. Działanie takie nazywamy rafinacją masy. Działanie rozłupujące i tnące przeważa, jeśli elementy wirujące tworzą wąską szczelinę z elementami nieruchomymi. Warunki sprzyjające temu działaniu to – wąskie noże, wirujące z małą szybkością obwodową, niskie stężenie masy i wysokie ciśnienie właściwe mielenia. Działanie  takie nazywamy domielaniem (cięciem) masy.
    Proces mielenia prowadzi się zazwyczaj w młynach stożkowych lub tarczowych. Jeśli konstrukcja młyna sprzyja rafinacji masy – nazywa się go rafinerem. Niezależnie od tego czy elementy mielące umieszczone są na wirniku młyna stożkowego i jego osłonie czy też na tarczach rafinera tarczowego oraz niezależnie od konstrukcji urządzenia mielącego istnieje szereg wyprowadzonych teoretycznie zależności i praw pozwalających dobrać właściwe urządzenia i odpowiednie warunki technologiczne. Niezmiernie ważne jest też  poznanie i ustalenie podstawowych i wtórnych efektów mielenia i ich zależności od rodzaju zastosowanych półproduktów włóknistych i różnych dodatków masowych.
    3.4.1.    Podstawowe efekty mielenia
    W procesie mielenia włókna ulegają pewnym zasadniczym zmianom, mającym duży wpływ na właściwości zarówno masy papierniczej i mokrej wstęgi jak i otrzymanego papieru.
    Największe znaczenie mają następujące zasadnicze zmiany, dające się zaobserwować we włóknach:
    1.    Wchłanianie wody i pęcznienie,
    2.    Fibrylacja wewnętrzna,
    3.    Fibrylacja zewnętrzna,
    4.    Oddzieleni frakcji drobnej,
    5.    Skracanie,
    6.    Kędzierzawienie.
    Wchłanianie wody i pęcznienie
    Proces mielenia powoduje wzrost stopnia spęcznienia włókien, które uważane jest za zjawisko posiadające najbardziej decydujący wpływ na rozwój ich właściwości papierotwórczych. Woda wchłonięta przez zmielone włókno jest wodą utrzymywaną siłami fizycznymi lub sorbowaną lecz nie wodą hydratacyjną (rodzaje wody zawartej w papierze omówiono w załączniku 1). Zmielona masa papiernicza utrzymuje                         w jednakowych, normalnych warunkach więcej wody, niż masa niezmielona. Zjawisko to określa się jako smarność masy i objawia się ono gorszą odwadnialnością masy papierniczej na sicie i w prasach maszyny papierniczej. Ilość wody zaadsorbowanej na powierzchni krystalitów celulozy wiązaniami chemicznymi (wodorowymi) jest bardzo niewielka i nie przekracza 3,5%.
    Pęcznienie warunkuje szereg dalszych przemian, jakim w procesie mielenia ulega włókno, jak np. fibrylacja wewnętrzna i zewnętrzna, a równocześnie nadaje mu giętkość i miękkość oraz zwiększa jego plastyczność. Wpływa to decydująco na zachowanie się włókien w samym procesie mielenia, zmniejszając ich wrażliwość na działanie tnące elementów mielących; w dalszych procesach technologicznych –  w procesie formowania – zwiększa zdolność włókien do splatania się, co wpływa na wytrzymałość mokrej wstęgi papierniczej), w procesie prasowania – zwiększa ściśliwość i zmniejsza sprężystość papieru  oraz w procesie wiązania włókien podczas suszenia wstęgi, zwiększa powierzchnię styku między włóknami. Stopień spęcznienia włókien wzrasta ze stopniem polarności cieczy, w której są one zawieszone; zależy również od zawartości hemiceluloz oraz od naruszenia błony pierwotnej i zewnętrznej błony wtórnej ścianki komórkowej, które hamują zwiększenie objętości włókna. Włókna celulozowe, poddane uprzednio nawet łagodnemu wysuszeniu wykazują objawy nieodwracalnego zrogowacenia, zmniejszającego ich zdolność pęcznienia. Stopień spęcznienia włókna wysuszonego i zanurzonego ponownie w wodzie wzrasta w ciągu kilku godzin dość znacznie, następnie, w ciągu kilkunastu następnych godzin – znacznie  wolniej, osiągając po upływie tego czasu wartość stałą, niższą jednak zawsze od stopnia spęcznienia włókna nigdy nie suszonego. Istnieje prostoliniowa zależność między stopniem spęcznienia włókien a samozerwalnością otrzymanego z nich papieru.
    Fibrylacja wewnętrzna
    W miarę dostawania się wody do zawierających hemicelulozy słabo zorientowanych obszarów łączących współosiowe warstewki fibryl środkowej błony włókna, następuje pęcznienie tych obszarów i rozerwanie pewnej ilości wiązań wodorowych miedzy grupami wodorotlenowymi łańcuchów celulozy. Początkowo cząsteczki wody mogą być włączone w postaci jednocząsteczkowej warstwy do zwykłych wiązań wodorowych między dwiema makrocząsteczkami celulozy. Gdy dalsze warstwy wody zostają dołączone, atomy wodoru nadal spełniają rolę mostków między atomami tlenu, jednakże wzajemne odpychanie się atomów wodoru prowadzi do naruszenia symetrii; w ten sposób siły wzajemnego oddziaływania dwóch makrocząsteczek celulozy ulegają stopniowemu osłabieniu, aż w końcu wiązania wodorowe zostają zerwane. Ponieważ zrywanie wiązań wodorowych zachodzi w łatwo dostępnych obszarach niezorientowanych, które znajdują się przeważnie na wewnętrznych i zewnętrznych powierzchniach współosiowych warstewek fibryl, dlatego zjawisko, nazywane fibrylacją wewnętrzną, powoduje głownie zerwanie wiązań między tymi warstewkami. Zjawisko to zachodzi częściowo już wówczas gdy zanurzamy suche włókno w wodzie, jednakże ulega ono znacznej intensyfikacji wskutek wielokrotnego powtarzanego zginania między elementami mielącymi młyna. Sztywna struktura środkowej błony wtórnej, którą we włóknie suchym lub słabo spęczniałym zapewniają wiązania między  współosiowymi warstewkami fibryl, ulega w miarę zrywania tych wiązań zmianie – włókno staje się sprężyste, a w niektórych przypadkach nawet plastyczne (gdy warstewki fibryl mogą się przesuwać w stosunku do siebie, jak gdyby smarowane wchłoniętą wodą). Oczywiście włókno zdolne do odkształceń plastycznych jest bardziej pożądane niż włókno zdolne do odkształceń sprężystych, tj. do odzyskiwania początkowego kształtu po ustaniu działania sił odkształcających. Największe znaczenie fibrylacji wewnętrznej polega na nadaniu włóknom giętkości i miękkości, co znakomicie poprawia warunki ich spilśniania i wzajemnego wiązania się. Dzięki temu już w pierwszym okresie mielenia można zaobserwować znaczny wzrost właściwości wytrzymałościowych papieru.
    Fibrylacja zewnętrzna
    Zjawisko fibrylacji zewnętrznej polega na naruszeniu procesie mielenia powierzchni spęczniałych włókien. Objawia się ono w pierwszym okresie mielenia uszkodzeniem błony wtórnej. Usunięcie pozbawionej hemiceluloz błony pierwotnej obnaża zdolne do pęcznienia obszary zawierające hemicelulozy i umożliwia dalszą fibrylację zewnętrzną. Fibrylacja zewnętrzna polega na rozluźnieniu wiązań między fibrylami, znajdującymi się na powierzchni włókna i podniesieniu na nich  puszku z mikrofibryl. Powoduje to zwiększenie ilości wody wchłoniętej i ogromny wzrost powierzchni zewnętrznej, mogącej brać udział w wiązaniach między włóknami. Równocześnie ze wzrostem powierzchni zewnętrznej fibrylacja przyczynia się do wydobycia na powierzchnię włókna hydrofilowej substancji hemicelulozowej, a także, przez uszkodzenie struktury krystalicznej, do zmniejszenia stopnia orientacji łańcuchów celulozowych w jego warstwie zewnętrznej. Bardzo często materiał sfibrylowany na powierzchni włókien, znajduje się w postaci bardzo giętkich, cieniutkich lamelek lub błonek, które mogą powodować mocniejsze wiązanie włókien. Daleko posunięta fibrylacja zewnętrzna może prowadzić do oddzielenia fibryl – a tym samym do ścieniania włókien, co ma znaczny wpływ na właściwości strukturalne i wytrzymałościowe papieru.
    Oddzielanie frakcji drobnej
    W niemielonej masie włóknistej znajduje się – w zależności od rodzaju surowca roślinnego i metody wyodrębniania – mniejsza lub większa ilość frakcji drobnej, w skład której wchodzić mogą drobne komórki miękiszowe lub okrywające, naczynia lub ich fragmenty, komórki promieni rdzeniowych itp. Ta tak zwana pierwotna frakcja drobna masy papierniczej stanowi składnik obniżający własności wytrzymałościowe papieru. Zachowuje się ona raczej jak wypełniacz utrudniający wiązanie się włókien, a przy tym – pogarsza odwadnialność masy. Oddzielanie wtórnej frakcji drobnej z powierzchni włókien stanowi jak gdyby dalszy ciąg fibrylacji zewnętrznej. Struktura włóknista ulega rozszczepieniu: najpierw z błony pierwotnej, a następnie z zewnętrznej, a nawet ze środkowej błony wtórnej oddzielają się pojedyncze fibryle lub ich zespoły, strzępki fibryl mikrofibryle, cieniutkie błony, śluz złożony z substancji hemicelulozowej. Wtórna frakcja drobna powoduje wzrost oporu  odwadniania zmielonej masy, pogarsza dynamiczne właściwości wytrzymałościowe papieru, a równocześnie wyraźnie zwiększa jego gęstość i sztywność, zmniejszając tym samym przepuszczalność powietrza i nieprzezroczystość. Frakcja będąca drobną frakcją wtórną lub stanowiąca jej przeważającą część, – zwana krylem- może być oddzielona od całości zmielonej masy przy jej przepływie laminarnym, gdyż nie tworzy wraz z resztą masy rdzenia lecz znajduje się w cienkiej warstwie wodnej, przylegającej do ścianki przewodu, przez który przepływa masa. Wagowo kryll stanowi bardzo małą ilość, wywiera on jednak decydujący wpływ na odwadnialność i smarność masy, a także na jej opór przepływu.
    Skracanie włókien
    Skracania włókien  -na ogół niepożądanego ze względu na ekonomikę procesu (zużycie energii), jak i na wytrzymałość papieru – dokonuje się często świadomie dla poprawienia warunków formowania wstęgi i polepszenia jego przezrocza. Skracanie włókien tj. ich cięcie zachodzi wówczas, gdy nacisk elementów mielących lub gradient przyspieszenia masy jest dostatecznie duży, by zgiąć i odkształcić włókno tak, aby je ostatecznie złamać. Niezależnie od zmiennych warunków mielenia tj. grubości materiału elementów mielących, ciśnienia właściwego mielenia,  stężenia masy, skracanie włókien zależy w dużym stopniu od ich rodzaju i stanu. Im bardziej spęczniałe jest włókno, tym lepiej znosi ono mechaniczne  działanie elementów mielących bez ulegania cięciu. Dlatego łatwiej jest skracać włókna w początkowym okresie mielenia. Równocześnie jednak decyduje tu wytrzymałość samych włókien (ich przeciętnego stopnia polimeryzacji) oraz zawartości hemiceluloz. Włókna mas zawierających dostateczną ilość hemiceluloz w przestrzeniach między krystalitami m.in. mas siarczanowych normalnych i twardych, łatwo pęcznieją i fibrylują lecz odporne są na cięcie. Natomiast masy miękkie, a zwłaszcza uszlachetniane ulegają szybko skróceni, co utrudnia już następnie ich fibrylacje.
    Kędzierzawienie
    Włókna w stanie normalnym wykazują na ogół pewne odchylenia od kształtu wydłużonego. Odchylenia takie nazywa się współczynnikiem skędzierzawienia. W procesie mielenia włókna o wysokim stopniu skędzierzawienia ulegają częściowemu wyprostowaniu, włókna zaś o niskim współczynniku, częściowemu skędzierzawieniu. Wzrost stopnia skędzierzawienia włókien powoduje rozluźnienie struktury papieru, obniżenie jego wytrzymałości na rozerwanie i przepuklinie, ale równocześnie – podwyższenie rozciągliwości i wytrzymałości na przedarcie oraz chłonność cieczy i przenikalności powietrza.
    3.4.2.    Wtórne efekty mielenia
    Jako wtórne efekty mielenia traktuje się wszelkie zmiany właściwości masy (z wyjątkiem omówionych powyżej zmian  zasadniczych),wilgotnej wstęgi papierniczej i gotowego wytworu, które są wywołane przez mielenie i które mogą być odniesione jedynie w sposób kompleksowy do zasadniczych zmian, zachodzących we włóknach.
    3.4.3.    Zmiany własności masy papierniczej
    Powierzchnia właściwa zewnętrzna i objętość właściwa masy papierniczej wzrasta w procesie mielenia jako wynik fibrylacji zewnętrznej i pęcznienia włókien.
    W procesie mielenia wzrasta giętkość włókien masy papierniczej w miarę ich pęcznienia i zrywania włókien wodorowych między współosiowymi warstewkami fibryl. Na zwiększenie giętkości włókien wpływa również zmniejszenie ich średnicy, następujące wskutek podłużnego ich rozszczepiania. Giętkość włókien wpływa nie tylko na wiązania między włóknami i wynikające stąd właściwości wytworu papierniczego; ułatwia ona również splatanie się włókien, co wpływa na usieciowanie ich zawiesiny i związane z tym jej hydrodynamiczne właściwości, a także na właściwości wytrzymałościowe mokrej wstęgi papierniczej.
    Proces mielenia wpływa także na flokulację włókien zawieszonych w wodzie. Włókna o większej długości wykazują większą skłonność do flokulacji. Hydrofilowe substancje rozproszone na powierzchni silnie zmielonych włókien wiążą warstewkę wody, która  działając jak błonka smaru przeciwstawia się flokulacji. Giętkość i zwiększona powierzchnia właściwa włókien na drodze  fibrylacji zewnętrznej również wpływają na wzrost flokulacji wraz ze wzrostem stopnia zmielenia.
    Pęcznienie włókien i ich fibrylacja wewnętrzna powodują wzrost efektywnej lepkości masy papierniczej i oporu jej przepływu. Dlatego też ogólny efekt mielenia zależy od tego, czy przeważa skracanie włókien czy też ich pęcznienie. Stopień zmielenia wpływa również na zdolności adsorbowania dodatnio naładowanych jonów i dużych cząsteczek co tłumaczy się przynajmniej częściowo wzrostem zewnętrznej powierzchni właściwej.
    W czasie procesu mielenia wyraźnie wzrasta smarność masy papierniczej. Smarność masy mielonej, której miarą jest zdolność odwadniania się masy w znormalizowanych warunkach. Wyraża się ją w stopniach Schopera – Riegla: SR. Jest ona funkcją zwiększającej się w miarę mielenia zdolności do hydratacji papierniczej tj. utrzymywania wody siłami fizycznymi, jak też zwiększającego się oporu stawianego przez warstwę masy odwadnianej na sicie przepływającej przez nią wodzie.
    Proces mielenia ma również wpływ na przebieg  najważniejszych procesów technologicznych wytwarzania papieru jak również ma wpływ na właściwości otrzymanego wytworu papierniczego.
    Wraz ze wzrostem zmielenia masy zmniejsza się zdolność odwadniania wstęgi formowanej na sicie maszyny papierniczej. W czasie formowania wstęgi papieru, na sicie maszyny papierniczej retencja wypełniaczy jest tym większa im wyższy jest stopień zmielenia masy. Podobną tendencje obserwuje się dla zatrzymania frakcji drobnej. Fibrylacja zewnętrzna włókien, zachodząca podczas mielenia jak też i oddzielenie od nich frakcji drobnej – zwiększają udział sił napięcia powierzchniowego w rozwijaniu wytrzymałości mokrej wstęgi papierniczej. Suszenie wstęgi papieru z silnie zmielonej masy zachodzi wolniej niż masy słabo zmielonej. Wstęga papieru z silnie zmielonej masy ma bardziej zwartą strukturę, co zwiększa jej opór stawiany przenikaniu cieczy lub pary oraz wymianie ciepła, a przy tym zmusza do stosowania niższych temperatur suszenia.
    Proces mielenia wywiera decydujący wpływ na właściwości papieru. Wpływa on dodatnio na samozerwalność i przepuklenie, a ujemnie na przedarcie. Fibrylacja wewnętrzna wpływa na wartość modułu Younga, zależnego od ilości wiązań wodorowych w jednostce objętości materiału poddanego odkształceniu.
    3.4.4.    Warunki prowadzenia procesu mielenia
    Warunki prowadzenia procesu mielenia podzielić można na zależne od obsługi i urządzenia mielącego oraz na zależne od rodzaju zastosowanego urządzenia.
    Do pierwszej grupy zaliczyć należy:
    1.    Czas mielenia,
    2.    Ciśnienie właściwe mielenia (wielkość szczeliny między nożami lub obciążenie silnika),
    3.    Stężenie masy,
    4.    Ciśnienie wlotowe i przepływ masy,
    Do drugiej grupy zaliczyć należy:
    1.    Rodzaj unosowienia urządzenia mielącego,
    2.    Liczbę obrotów wirnika i prędkość obwodową elementów mielących
    3.    Temperaturę masy.
    Czas mielenia
    Czas mielenia jest niezmiernie ważnym czynnikiem procesu, zależą bowiem od niego właściwości zmielonej masy, jak stopień jej smarności, skrócenie włókien i fibrylacja oraz ich zdolność do wiązania się, wpływające na właściwości otrzymanego z tej masy papieru. Czas mielenia ustala się w zależności od żądanych własności papieru, rodzaju masy, Konstrukcji urządzenia mielącego i rodzaju jego unosowienia. Przedłużanie czasu mielenia i związany z tym wzrost smarności powoduje pewne typowe zmiany właściwości papieru wywołane głównie wzrostem fibrylacji i uwodnienia masy oraz skracaniem włókien. Równocześnie jednak maleje zdolność produkcyjna urządzenia mielącego, odwrotnie proporcjonalna do czasu mielenia i wzrasta jednostkowe zużycie energii, co odbija się niekorzystnie nie tylko na ekonomice procesu, ale powoduje również niepożądany wzrost temperatury mielenia.
    Ciśnienie właściwe mielenia
    Właściwe ciśnienie mielenia jest to stosunek siły, z jaką noże wirujące naciskają na noże nieruchome do powierzchni mielącej. Jest to drugi, niezmiernie ważny dający się regulować czynnik tego procesu.
    Wzrost tego wskaźnika zmienia charakter przemian spowodowanych przez mielenie – od łagodnego rozczesywania włókien i powolnego zwiększania ich stopnia fibrylacji – silnego ich miażdżenia i wreszcie cięcia (skracania), któremu towarzyszy stosunkowo już nieznaczny wzrost stopnia uwodnienia. Mielenie z zastosowaniem wyższego ciśnienia właściwego mielenia powoduje mniejszy wzrost samozerwalności, a następnie większy spadek średniej średnicy długości włókien.
    Przy jednakowej smarności masa zmielona z wyższym ciśnieniem właściwym daje papier o niższych właściwościach wytrzymałościowych, zwłaszcza statycznych, o mniejszym ciężarze objętościowym i większej porowatości, ale za to sam proces przebiega szybciej i z mniejszym jednostkowym zużyciem energii.
    Rodzaj unożowienia
    Unożowienie urządzenia mielącego stanowi niezwykle ważny czynnik, wpływający na charakter procesu mielenia, a więc przystosowany do pewnego typu wytworów papierniczych.
    Czynnikami wpływającymi na przebieg procesu mielenia są:
    – liczba, długość i szerokość noży
    – materiał, z którego są one wykonane.
    Liczba i długość noży wpływają wprost proporcjonalnie na zdolność urządzenia mielącego do skarania mielonych włókien i odzwierciedlają łączną długość tnących krawędzi. Właściwa grubość noży, nie stanowiąc czynnika decydującego o charakterze obróbki mielonych włókien, może jednak usprawnić proces mielenia. Zastosowanie grubszych noży przy zachowaniu nie zmienionej ich liczby zwiększa powierzchnię trącą, a tym samym zmusza do większego oddalenia noży, tj. do pracy z mniejszym ciśnieniem właściwym mielenia, aby nie zwiększyć poboru mocy, dzięki czemu uzyskuje się intensywniejsze fibrylowanie i uwadnianie włókien.
    Materiał, z którego wykonane jest unożowienie, ma niezmiernie ważne znaczenie dla przebiegu procesu mielenia. Im bardziej miękki jest materiał na noże , tym łatwiej są ścierane i zaokrąglane ich krawędzie, które stają się mniej ostre i nie sprzyjają skracaniu włókien, a bardziej ich fibrylacji i uwadnianiu. Do mielenia masy z silnym skracaniem stosuje się twarde noże, do rafinowania masy i jej uwodnienia, z mały skracaniem włókien, zalecane są noże miękkie.
    Prędkość obwodowa noży
    Wysoka prędkość zwiększa pracę tarcia noży, a wytwarzane intensywne wiry powodują ciągłe przeginanie włókien, sprzyjają dobremu rozczesywaniu włókien. Jeśli zwiększamy prędkość obwodową noży pozostawiając pozostałe parametry pracy młyna niezmienione, pobór mocy ulega znacznemu zwiększeniu. Aby więc zachować pobór mocy na tym samym poziomie, przy zwiększonej prędkości obwodowej, konieczne jest zwiększenie szczeliny międzynożowej (tj. obniżenie ciśnienia właściwego mielenia) wskutek czego przeważa działanie fibrylujące i uwadniające. Ze wzrostem prędkości obwodowej wzrasta, ale tylko do osiągnięcia pewnej wartości optymalnej, czas mielenia masy niezbędny do osiągnięcia określonego stopnia smarności.

    3.4.5.    Urządzenia do procesu mielenia

    Najnowsze  badania  pozwalają na taki dobór głównych parametrów konstrukcyjnych młyna          i parametrów technologicznych (rodzaj i stężenie masy włóknistej)  procesu mielenia aby masa włóknista była mielona w stanie sflokulowanym, częściowo zdyspergowanym (znacznie mniejsze rozmiary flokuł) czy całkowicie zdyspergowanym.
    Na rynku dostępnych jest wiele rodzajów młynów, przystosowanych do wytworzenia różnych podstawowych efektów mielenia – skracanie włókien, generowanie frakcji drobnej, fibrylacja zewnętrzna, wewnętrzna czyli rozwarstwianie struktury ścianki włókien. Wybór odpowiedniego urządzenia determinują głównie wymagania stawiane zmielonej masie. Do najczęściej stosowanych  młynów należą obecnie młyny tarczowe podwójne np. firmy Papcel, młyny stożkowe, stromostożkowe,  młyn Conflo firmy Metso Paper, młyny stożkowe podwójne z wirnikiem dwustronnie unożowionym (Pildo), najnowsze młyny cylindryczne firmy Andritz czy młyn o małym kącie stożka z komorą deflokulacji na wlocie zapewniający mielenie masy makulaturowej odbarwianej w stanie zdeflokulowanym w masie włóknistej w całej strefie mielenia, przy zachowaniu przepływu laminarnego.
    W ocenie efektywności technologicznej i energetycznej młynów bardzo ważne są aspekty hydrodynamiczne i reologiczne. Stan reologiczny masy włóknistej, zależy od warunków hydrodynamicznych w danym punkcie maszyny mielącej, określa m.in. wielkość i gęstość flokuł. Wpływa to nie tylko na intensywność obróbki włókien lecz także na prawdopodobieństwo wprowadzenia włókien w strefę oddziaływania ciśnienia mielenia. Prawdopodobieństwo docierania włókien do tej strefy ich obróbki decyduje o homogeniczności mielenia, która- warunkuje optymalny przebieg mielenia. Już przyniskich stężeniach w zawiesinie włóknistej tworzy się struktura kontaktujących się ze sobą włókien. Nie jest to struktura homogeniczna, gdyż włókna aglomerują i tworzą flokuły. Najważniejszymi parametrami młynów są: zdolność do deflokulacji masy, sprawność hydrauliczna młyna oraz homogeniczność procesu mielenia, reprezentowaną przez liczbę oddziaływań noży na jednostkową masę włókien. Przy w pełni wykształconej turbulencji zawiesina włóknista podlega fluidyzacji i zachowuje się reologicznie jak płyn newtonowski. W stanie fluidyzacji struktura włóknista zostaje zniszczona w takim stopniu, że możliwy jest w pełni wykształcony ruch turbulentny zawiesiny. Im większa jest dyssypacja energii oraz rozkład wielkości wirów w większym stopniu odpowiada to mikroturbulencji, tym mniejsze są rozmiary flokuł lub są one w pełni zdyspergowane.
    W zależności od głównych parametrów konstrukcyjnych (średnica wirnika, częstość obrotów), oraz parametrów technologicznych (rodzaj, stężenie masy włóknistej), zawiesina włóknista będzie mielona w stanie zdecydowanie zflokulowanym, częściowo zdyspergowanym lub całkowicie zdyspergowanym.
    Wszystkie nowe  urządzenia projektowane są w ten sposób aby zapewnić odbiorcom optymalne rozwiązania produkcyjno –  konstrukcyjne maszyn, przede wszystkim pod kątem wymagań materiałowych i energetycznych. Głównym celem stawianym sobie przez producentów młynów jest więc zmniejszenie poboru  energii elektrycznej przez oferowane  urządzenia i tym samym zmniejszenie zużycia energii w zakładach instalujących te urządzenia.
    4.    Podsumowanie

    Zgodnie z przewidywaniami autorów monografii „Popyt i podaż papieru na świecie  i w Polsce – perspektywa 2010”, że do  roku 2010 nastąpi dwukrotny wzrost produkcji papierów sanitarnych w Polsce, a wskaźnik zużycia tych papierów przypadający na jednego mieszkańca musi rosnąć wraz ze wzrostem poziomu życia, postępem cywilizacyjnym i zrostem poziomu higieny, realnym i uzasadnionym wydaje się fakt budowy w Polsce linii do wyrobu papierów sanitarnych typu tissue. Wynika to również z faktu, że wyrobów tych, jako materiału bardzo objętościowego, nie opłaca się przewozić na zbyt duże odległości, ze względu na duże koszty transportu. Wzrost krajowego zapotrzebowania na papiery sanitarne, a zwłaszcza coraz bardziej poszukiwane wysokogatunkowe wyroby higieniczne z  bibułki tissue, stwarza dogodne możliwości rozwoju ich produkcji i zagospodarowania do tego celu znacznych ilości makulatury. Aby zapewnić wysoki standard jakościowy i konkurencyjność produkcji papierów higienicznych nowe maszyny i ciągi technologiczne muszą posiadać światowy poziom techniczny.