Nghiên cứu áp dụng phương pháp gia keo kiềm tính cho quá trình sản xuất giấy và các tông bao gói

4 1.2 Quá trình gia keo chống thấm cho giấy và các tông bao gói từ 1.2.1 Quá trình gia keo bằng keo nhựa thông 7 1.2.2 Quá trình gia keo kiềm tính AKD 9 Kết luận và định hướng nghi

BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY GIẤY VIỆT NAM CÔNG TY TNHH - VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY & XENLUYLÔ

Cơ quan chủ quản: BỘ CÔNG THƯƠNG

Cơ quan chủ trì: CÔNG TY TNHH - VIỆN CN GIẤY & XENLUYLÔ

Chủ nhiệm đề tài: Đỗ Thanh Tú

Kỹ sư công nghệ giấy

9024

HÀ NỘI 01/2012

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

I Tổng quan về nguyên liệu bao bì hòm hộp cũ (OCC) cho quá

trình sản xuất giấy và các tông bao gói, quá trình gia keo chống thấm cho giấy và các tông bao gói từ nguyên liệu OCC

4

1.1 Tổng quan về nguyên liệu bao bì hòm hộp cũ (OCC) cho quá

trình sản xuất giấy và các tông bao gói

4

1.2 Quá trình gia keo chống thấm cho giấy và các tông bao gói từ

1.2.1 Quá trình gia keo bằng keo nhựa thông 7

1.2.2 Quá trình gia keo kiềm tính (AKD) 9

Kết luận và định hướng nghiên cứu 19

2.2 Phương pháp nghiên cứu 23

III Kết quả nghiên cứu và thảo luận 24

3.1 Khảo sát thực trạng sử dụng nguyên liệu OCC (bao bì hòm hộp

cũ) trong sản xuất giấy và các tông bao gói có gia keo chống thấm bằng keo AKD (keo chống thấm kiềm tính)

24

3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng pH và mức dùng keo đến

hiệu quả quá trình gia keo chống thấm bằng keo AKD (keo chống thấm kiềm tính) trong quá trình sản xuất giấy và các tông bao gói

25

3.2.1 Ảnh hưởng của pH và mức dùng keo AKD đến hiệu quả quá

3.2.2 Ảnh hưởng của pH đến tính chất cơ lý của giấy 27

3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của chủng loại nguyên liệu và quá trình

xử lý nguyên liệu (quá trình rửa bột giấy) đến hiệu quả quá trình gia keo

28

3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình tuần hoàn nước trắng đến

hiệu quả của quá trình gia keo chống thấm bằng keo AKD (keo chống thấm kiềm tính) trong quá trình sản xuất giấy và các tông bao gói

29

3.4.1 Ảnh hưởng của lượng nước trắng tuần hoàn trong vòng tuần 30

hoàn ngắn (vòng tuần hoàn hoàn trên hình 1.2) đến hiệu quả của quá trình gia keo

3.4.2 Ảnh hưởng của lượng nước trắng tuần hoàn trong vòng tuần

hoàn dài (vòng tuần hoàn hoàn trên hình 1.2) đến hiệu quả của quá trình gia keo

31

3.4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của các ion kim loại trong nước trắng

3.5 Nghiên cứu so sánh một số loại keo AKD (keo chống thấm kiềm

tính) thương phẩm đang lưu hành đến hiệu quả gia keo trong sản xuất giấy và các tông bao gói

34

3.6 Kết luận 34 3.7 Sản xuất thử nghiệm giấy và các tông bao gói gia keo chống

3.7.1 Quy trình sản xuất thử nghiệm 35

3.7.2 Sản xuất thử nghiệm giấy bao gói gia keo chống thấm bằng

3.8 Ước tính chi phí nguyên nhiên liệu trực tiếp cho quá trình sản

xuất 1 tấn giấy bao gói gia keo chống thấm bằng keo AKD 37

Kết luận và kiến nghị 39

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tỷ lệ một số thành phần chính trong các tông sóng Châu Á và

Bảng 1.2 Ảnh hưởng của độ dài gốc R tới hiệu quả gia keo AKD 10

Bảng 2.1 Thành phần bột giấy từ nguyên liệu OCC 21

Bảng 2.2 Tính chất cơ lý của bột giấy từ nguyên liệu OCC 21

Bảng 2.3 Một số thông số kỹ thuật của các loại keo AKD 22

Bảng 2.4 Một số thông số kỹ thuật của tinh bột cation 22

Bảng 3.1 Kết quả khảo sát tại một số cơ sở sản xuất giấy và các tông bao

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của mức dùng keo AKD và pH đến độ hút nước

Cobb 60

26

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của chủng loại nguyên liệu và quá trình xử lý

nguyên liệu đến hiệu quả quá trình gia keo 28 Bảng 3.5 Ảnh hưởng của lượng nước trắng tuần hoàn trong vòng tuần

hoàn ngắn đến hiệu quả quá trình gia keo 31 Bảng 3.6 Ảnh hưởng của lượng nước trắng tuần hoàn trong vòng tuần

hoàn dài đến hiệu quả quá trình gia keo 32 Bảng 3.7 Ảnh hưởng của chủng loại keo AKD đến hiệu quả quá trình gia

Bảng 3.8 Độ hút nước và độ dẫn nước trắng của giấy bao gói sản xuất thử

nghiệm

36

Bảng 3.9 Ước tính chi phí nguyên nhiên liệu trực tiếp cho sản xuất 1 tấn

giấy bao gói

37

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Phản ứng biến tính nhựa thông bằng axít furmaríc 8

Hình 1.3 Phản ứng của AKD với nhóm OH của xenluylô 12

Hình 1.5 Các giai đoạn của quá trình gia keo AKD 13

Hình 1.6 Phản ứng tạo thành muối Keton khi có mặt Ca 2+ , Al 3+ 17

Hình 1.7 Ảnh hưởng của ion Al 3+ lên hiện tượng hồi keo AKD 18

Hình 1.8 Sơ đồ khối dây chuyền công nghệ sản xuất giấy và các tông bao

gói từ giấy loại (OCC) Hình 1.9 Sơ đồ khối dây chuyền lớp mặt, lớp lót và lớp đế của Công ty Cổ

phần giấy Lam Sơn Hình 3.1 Ảnh hưởng của ion kim loại đến độ hút nước Cobb 60 33

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt Tên tiếng anh Tên tiếng việt

AKD Alkyl Ketene Dimer Keo AKD

ASA Alkyl Succinic Anhydrides Keo ASA

PCC Precipitated Cancium Carbonate Bột đá can xi cacbonat kết tủa

GCC Ground Cancium Carbonate Bột đá canxi cacbonat nghiền

ppm Part per Million Phần triệu

HST Hercules Size Test Phương pháp đo hiệu quả gia keo

CS Cationic starch Tinh bột cation

DS Degree of Substitution Độ thế của tinh bột

OCC Old Corrugated Containers Bao bì hòm hộp cũ

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây trên thế giới, đặc biệt là ở Việt Nam, bao bì hòm hộp

đã qua sử dụng là nguồn cung cấp xơ sợi tái sinh quan trọng cho nhu cầu tiêu dùng bao

bì trong công nghiệp đang gia tăng nhanh chóng Xu hướng này có liên quan chặt chẽ đến quá trình phát triển của kinh tế thế giới và trong nước, bao bì hòm hộp từ xơ sợi thực vật đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ, vận chuyển các loại hàng hóa, thiết

bị đến mọi nơi tiêu dùng

Các loại giấy và các tông bao gói được sử dụng rộng rãi hiện nay chủ yếu được sản xuất từ nguyên liệu xơ sợi thực vật, xơ sợi có tính ưa nước (có chứa nhiều nhóm ưa nước – OH, COOH), đồng thời giấy có cấu trúc xốp (có các lỗ nhỏ trên bề mặt tờ giấy)

Vì vậy, nước và một số chất lỏng dễ dàng thấm vào trong tờ giấy làm cho tờ giấy bị mủn ra Việc chống thấm cho tờ giấy dựa trên hai nguyên tắc cơ bản là tạo cho giấy có tính kỵ nước và bịt kín những lỗ nhỏ trên bề mặt tờ giấy làm cho nước và một số chất lỏng không thấm vào bên trong tờ giấy

Tương ứng với hai nguyên tắc trên trong sản xuất giấy có hai phương pháp đó là gia keo nội bộ và gia keo bề mặt:

- Phương pháp gia keo nội bộ thường sử dụng những chất có tính kỵ nước như: Keo nhựa thông, keo AKD (Alkyl ketene dimers), keo ASA (Alkenyl succinic anhydrides) v.v… để bổ sung vào dòng huyền phù bột trước khi đưa bột giấy lên máy xeo giấy Trong phương pháp này, chất gia keo nội bộ có tính kỵ nước khi bám dính lên

bề mặt xơ sợi sẽ làm cho xơ sợi và tờ giấy mang tính kỵ nước

- Phương pháp gia keo bề mặt thường sử dụng những chất tạo màng như: tinh bột, keo polyvinylalcol v.v… để tráng phủ lên bề mặt tờ giấy Trong phương pháp gia keo này, chất tạo màng sẽ bịt kín đa số các lỗ trống trên bề mặt tờ giấy, làm giảm khả năng thấm của nước và môt số chất lỏng vào bên trong tờ giấy Phương pháp gia keo bề mặt còn có thêm công dụng là làm cho giấy có độ bền bề mặt cao, không bị bong sợi khi gặp ma sát trong quá trình in ấn

Đối với các loại giấy cần độ bền bề mặt cao, trong quá trình sản xuất giấy thường sử dụng cả hai phương pháp gia keo nội bộ và gia keo bề mặt Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, in mực nước (in phun, in offset, in lưới…) và in mực khô (in laser, photocopy…) mà sử dụng các chất keo và quy trình gia keo khác nhau

Ưu điểm của gia keo chống thấm cho giấy và các tông bao gói bằng keo nhựa thông là hiệu quả gia keo cao và tức thời, giấy đanh và cứng Ngày nay, để tăng hiệu quả chống thấm của keo nhựa thông, các thế hệ keo nhựa thông mới được nghiên cứu

và áp dụng thành công vào trong thực tế Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất giấy và các tông bao gói gia keo chống thấm bằng keo nhựa thông có một số nhược điểm: quá trình khống chế pH gặp nhiều khó khăn (tốn nhiều phèn), hiệu quả tuần hoàn nước trắng thấp, xuất hiện các đốm keo trên bề mặt giấy, dính chăn lưới, giá thành nhựa thông cao Hơn nữa, gia keo chống thấm bằng keo nhựa thông sinh nhiều bọt, làm thao tác chạy máy gặp nhiều khó khăn, thất thoát lượng bột giấy theo bọt v.v…

Từ những năm 1980 cho đến nay, ngành công nghiệp sản xuất giấy và các tông trên thế giới nói chung và ở trong nước nói riêng đã có những chuyển đổi quan trọng về công nghệ gia keo nội bộ trong môi trường axít sang gia keo trong môi trường kiềm Thực tế sản xuất trên thế giới và trong nước cho thấy công nghệ gia keo nội bộ trong môi trường kiềm có những ưu điểm hơn so với công nghệ gia keo nội bộ trong môi trường axít

Những ưu điểm của gia keo nội bộ trong môi trường kiềm:

+ Quá trình nghiền bột dễ dàng hơn, giảm tiêu hao năng lượng cho quá trình nghiền bột

+ Giảm giá thành sản phẩm do nâng cao hàm lượng chất độn vô cơ trong giấy + Tiết kiệm lượng nước sạch cho sản xuất do sử dụng hiệu quả nước trắng trong quá trình sản xuất

+ Giấy có độ bền cơ học, độ trắng và độ đục cao hơn

+ Giảm chi phí khấu hao thiết bị nhờ sự giảm ăn mòn của các thiết bị trong quá trình sản xuất

+ Năng suất chạy máy cao hơn do ít xảy ra sự cố bám dính chăn lưới

Hiện nay, ở trong nước nguồn nguyên liệu chủ yếu sản xuất giấy bao gói và các tông là sử dụng OCC (Old Corrugated Containners) Tuy nhiên, chất lượng OCC ngày càng thấp do quá trình tái sinh nhiều lần và chứa nhiều các tạp chất như: mực in, tinh bột, chất độn v.v… Hơn nữa, trong sản xuất để hạn chế nước thải, tiết kiệm nước công nghệ các nhà máy thường sử dụng lượng nước tuần hoàn lớn và hạn chế quá trình rửa, làm sạch, loại bỏ tạp chất trong giai đoạn chuẩn bị bột Những yếu tố này ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình gia keo, quá trình gia keo không ổn định, tăng mức dùng

keo Trước thực trạng nêu trên, việc nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả quá trình gia keo kiềm tính AKD và đưa ra quy trình gia keo kiềm tính thích hợp là một việc làm rất cần thiết Vì vậy, Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô được Bộ Công Thương giao nhiệm vụ nghiên cứu khoa học công nghệ năm 2011, thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu áp dụng phương pháp gia keo kiềm tính cho quá trình sản xuất giấy và

các tông bao gói”

Mục tiêu của đề tài:

Đưa ra giải pháp sử dụng hiệu quả quá trình gia keo kiềm tính trong quá trình sản xuất giấy và các tông bao gói

Nội dung nghiên cứu:

+ Khảo sát thực trạng sử dụng nguyên liệu OCC (bao bì hòm hộp cũ) trong quá trình sản xuất giấy và các tông bao gói có gia keo chống thấm bằng keo AKD (keo chống thấm kiềm tính)

+ Nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng pH đến hiệu quả quá trình gia keo chống thấm bằng keo AKD (keo chống thấm kiềm tính) trong quá trình sản xuất giấy và các tông bao gói

+ Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình tuần hoàn nước trắng đến hiệu quả quá trình gia keo chống thấm bằng keo AKD (keo chống thấm kiềm tính) trong quá trình sản xuất giấy và các tông bao gói

+ Nghiên cứu, so sánh một số loại keo AKD (keo chống thấm kiềm tính) thương phẩm đang lưu hành đến hiệu quả gia keo trong sản xuất giấy và các tông bao gói + Sản xuất thử nghiệm 700 kg sản phẩm giấy bao gói đạt độ hút nước Cobb60

nhỏ hơn 30 g/m2

+ Tính toán được hiệu quả kinh tế

PHẦN I

TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU BAO BÌ HÒM HỘP CŨ (OCC) CHO QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT GIẤY VÀ CÁC TÔNG BAO GÓI, QUÁ TRÌNH GIA KEO CHỐNG THẤM

CHO GIẤY VÀ CÁC TÔNG BAO GÓI TỪ NGUYÊN LIỆU OCC

1.1 Tổng quan về nguyên liệu bao bì hòm hộp cũ (OCC) cho quá trình sản xuất giấy và các tông bao gói

Sử dụng xơ sợi tái sinh trong ngành công nghiệp giấy và các tông bao gói được triển khai rất hiệu quả từ những năm 60 của thế kỷ XX Đặc biệt từ năm 2005 cho đến nay, mức tiêu thụ loại nguyên liệu này trên thế giới tăng trung bình 3%/năm[1] Dự báo giai đoạn 2011 – 2015 tổng sản lượng giấy thu hồi của thế giới tăng bình quân 4,4

%/năm Châu Á sử dụng giấy thu hồi nhiều nhất, gần 40% so với thế giới, Châu Á nhập khẩu gần 2/3 lượng giấy thu hồi thương mại, Châu Âu nhập khẩu khoảng 25% lượng giấy thu hồi thương mại, còn lại chỉ nhập khẩu khoảng 7% giấy thu hồi thương mại trên toàn cầu

Trên thế giới, bột giấy thu hồi tái chế từ giấy và bao bì hòm hộp cũ chiếm nhiều nhất trong số các loại bột giấy để sản xuất giấy và các tông bao gói chiếm 54,09 % so với tổng sản lượng bột giấy (bột hóa, bột giấy thu hồi, bột phi gỗ) Ở trong nước, năm

2010 tổng sản phẩm giấy sản xuất trong nước là 1.298.700 tấn, trong đó sản xuất giấy làm bao bì là 825.000 tấn, chiếm khoảng 63,53 % so với tổng lượng giấy các loại sản xuất Hiện nay, thu gom giấy thu hồi trong nước đạt 734.212 tấn, chiếm 32 % so với tổng lượng tiêu dùng giấy thu hồi, nhập khẩu 269.743 tấn chiếm khoảng 26,87 % so với tổng lượng tiêu dùng giấy thu hồi Dự báo đến năm 2011, tổng lượng giấy tiêu dùng là 2.566.600 tấn, thu gom giấy thu hồi trong nước là 840.000 tấn, nhập khẩu giấy thu hồi khoảng 355.000 tấn[1]

Nhìn chung, chất lượng của bao bì hòm hộp cũ (OCC) thay đổi rất lớn tùy thuộc vào đặc thù địa lý của khu vực sản xuất loại này Ở các nước Châu Âu và Châu Mỹ bột kraft gỗ mềm không tẩy trắng (xơ sợi dài) luôn chiếm tỷ lệ cao trong bao bì hòm hộp cũ (OCC) Trong khi đó ở Châu Á tỷ lệ xơ sợi dài từ gỗ mềm là không đáng kể mà thay vào đó là hỗn hợp xơ sợi có nguồn gốc từ gỗ mềm và gỗ cứng không tẩy trắng, từ bao

bì, hòm hộp tái sinh, từ một số loại nguyên liệu phi gỗ như tre, nứa, bã mía, rơm rạ v.v… Sự khác biệt về các thành phần[4] chính trong OCC Châu Á và Mỹ được đưa ra trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Tỷ lệ một số thành phần chính trong các tông sóng Châu Á và Mỹ[4]

Tên nước Tạp chất

(%)

Tro (%)

Tinh bột (%)

Xơ sợi vụn, (%) Chiều dài xơ sợi,

(mm)

Hiệu suất thu hồi, (%)

+ Độ tro của các mẫu OCC Châu Á biến đổi trong khoảng rất rộng từ 4% đến 15%, trong khi giá trị tương ứng của mẫu OCC Mỹ là 1,7% Các mẫu OCC của Hồng Kông và Trung Quốc chứa nhiều tro nhất (12,5% và 14,9%) Độ tro của OCC từ Hồng Kông và Trung Quốc cao là do sử dụng một lượng tương đối lớn rơm rạ và các loại nguyên liệu phi gỗ khác để sản xuất lớp sóng, thậm chí cả lớp mặt của các tông sóng

+ Hàm lượng xơ sợi vụn có xu hướng biến đổi tương tự như độ tro: các mẫu OCC từ Châu Á mà đặc biệt là Trung Quốc có tỷ lệ xơ sợi vụn rất cao (20,7%) Mẫu OCC từ Mỹ có chiều dài xơ sợi trung bình và hiệu suất thu hồi lớn nhất, lớn hơn rất nhiều so với các mẫu OCC Châu Á

Kết quả phân tích từ các tài liệu tham khảo cho thấy chiều dài xơ sợi và hiệu suất thu hồi của Châu Á khá thấp (tương tự OCC Việt Nam) chứa nhiều xơ sợi vụn và các tạp chất phi xơ sợi Do vậy, chất lượng OCC, các tạp chất và xơ sợi vụn này ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình gia keo kiềm tính (AKD) trong sản xuất giấy và các tông bao gói

Ưu điểm nổi bật của OCC so với các chủng loại giấy loại khác là hiệu suất thu hồi xơ sợi rất cao[5]:

+ OCC, giấy bao gói : 90 – 95%

Trong thời gian gần đây, để tăng giá trị sử dụng của OCC, các thiết bị phân tách

xơ sợi dài và xơ sợi ngắn từ nguyên liệu này được nghiên cứu và áp dụng công nghiệp thành công Xơ sợi thớ dài sau khi phân tách thường được sử dụng cho sản xuất giấy và các tông lớp mặt, xơ sợi thớ ngắn được sử dụng để sản xuất lớp sóng cho các tông sóng, lớp đệm, lớp đế cho các tông nhiều lớp v.v…

Do OCC thường có chứa rất nhiều tạp chất, đặc biệt là các tạp chất có khả năng kết dính cao (stickies) gây ra nhiều khó khăn cho quá trình sản xuất như: làm rách giấy, kết dính trên chăn lưới, trục ép, lô sấy v.v… nên các công đoạn xử lý cơ nhiệt để loại

bỏ các tạp chất này cũng được các nhà sản xuất nghiên cứu áp dụng trong công nghiệp trong thời gian gần đây

Tuy nhiên, một vấn đề nảy sinh quan trọng đang làm ảnh hưởng tới quá trình tái sinh từ OCC là chất lượng xơ sợi giảm do sau mỗi lần tái sinh Các kết quả nghiên cứu[5] cho thấy bột giấy sản xuất theo các phương pháp hóa học trải qua quá trình sấy, thủy hóa lặp lại sẽ bị xơ cứng hay còn gọi là “sừng hóa” (hornification) và giảm đáng

kể về chiều dài xơ sợi cũng như khả năng tạo liên kết Các sản phẩm giấy và các tông bao gói từ xơ sợi này sau một số lần tái sinh không đạt được chất lượng yêu cầu

Hiện tượng sừng hóa xuất hiện trong mạng các vách tế bào của xơ sợi hóa học Trong quá trình ấy, các vách tế bào đã phân lớp một phần (chổi hóa trong quá trình nghiền) liên kết chặt chẽ với nhau bằng các liên kết hydro Khi đánh tơi và nghiền trong môi trường nước, xơ sợi tái sinh khó phân lớp hơn do một số liên kết hydro tạo ra không phân hủy được Xơ sợi tái sinh trở nên cứng và giòn hơn so với xơ sợi mới Hơn nữa, do một phần liên kết hydro tạo ra giữa các vi sợi trong quá tình sấy giấy không phân hủy được mà xơ sợi không hoàn toàn duỗi thẳng trong khi đánh tơi và nghiền làm cho kích thước xơ sợi tái sinh không đạt được kích thước ban đầu của xơ sợi mới

1.2 Quá trình gia keo chống thấm cho giấy và các tông bao gói từ nguyên liệu bao

bì hòm hộp cũ (OCC)

1.2.1 Quá trình gia keo bằng keo nhựa thông

Quá trình chống thấm theo phương pháp gia keo bằng keo nhựa thông cho giấy

và các tông bao gói là kết quả của sự tương tác giữa 3 cấu tử chính: Xơ sợi xenluylô, các hạt keo nhựa thông và phèn nhôm Do xơ sợi và các hạt keo đều mang điện tích âm nên trong huyền phù xơ sợi và các hạt keo sẽ không trực tiếp liên kết được với nhau Phèn nhôm khi hòa tan trong nước sẽ tạo thành ion nhôm đa hóa trị mang điện tích dương Trong quá trình gia keo, phèn nhôm sẽ đóng vai trò hỗ trợ quá trình kết tủa các hạt keo nhựa thông lên trên bề mặt xơ sợi và tạo thành muối nhựa nhôm kết tủa trên bề mặt xơ sợi

1.2.1.1 Các loại keo nhựa thông sử dụng trong sản xuất giấy và các tông bao gói

Quá trình sản xuất keo nhựa thông truyền thống (không biến tính) theo phương pháp nấu colophan với dung dịch xút hoặc natri cacbonat Với mục đích biến tính colophan là làm giảm xu hướng kết tinh và năng cao mức độ hoạt tính của các sản phẩm keo điều chế từ nguồn nguyên liệu này Keo nhựa thông điều chế từ colophan biến tính có độ ổn định và hiệu quả gia keo cao hơn so với keo điều chế theo phương pháp truyền thống

Keo nhựa thông xút hóa:

Colophan là chất rắn kỵ nước, không tan trong nước, để có thể tan được trong nước cần tiến hành xút hóa colophan với dung dịch xút hoặc natri cacbonat ở nhiệt độ

từ 95 0C đến 98 0C trong khoảng thời gian từ 3h đến 5h Colophan sau khi xút hóa được

gọi là keo nhựa thông xút hóa hay keo nhựa thông xà phòng hóa Nhìn chung hiệu quả gia keo và tính ổn định chất lượng của loại keo nhựa thông này thấp hơn so với keo nhựa thông biến tính

Keo nhựa thông phân tán:

Keo nhựa thông phân tán được sản xuất dưới dạng huyền phù chứa 30% đến 40% chất khô Thành phần của keo nhựa thông phân tán có chứa 75% đến 90% axít nhựa chưa được xà phòng hóa Keo nhựa thông phân tán có quy trình sản xuất phức tạp,

có tính ổn định chất lượng không cao

Keo nhựa thông biến tính:

Nhằm tăng hiệu quả của quá trình gia keo chống thấm cho giấy và các tông bao gói bằng keo nhựa thông, các axít nhựa trong nhựa thông (hai thành phần chính của hỗn hợp axít nhựa trong colophan là axít abietic và axít pimaric) được biến tính bằng cách cho phản ứng với malêic anhyđríc hoặc axít fumaríc sản phẩm tạo thành là axít tricarboxylic Phản ứng lập thể ứng dụng cho rất nhiều hợp chất dien (phản ứng cộng vòng Diels-Alder) và chỉ có thể áp dụng cho đồng phân dạng axít abietic có cặp nối đôi liên hợp, sản phẩm được gọi là keo nhựa thông biến tính Hai nhóm các-bô-xyl thêm vào có tính axít mạnh hơn so với nhóm các-bô-xyl ban đầu Điều này có nghĩa là đặc tính âm điện mạnh hơn (phân cực tốt hơn) làm cho khả năng phân tán keo tốt hơn, kích thước hạt keo nhỏ hơn, nên hiệu quả quá trình gia keo được cải thiện Mặt khác, khi tính ainon của dung dịch keo nhựa thông biến tính tăng lên thì hiệu quả phản ứng của keo với phèn nhôm nhằm tạo ra rêsinát nhôm cũng tăng lên dẫn tới hiệu quả gia keo nhựa thông tốt hơn

Hình 1.1 Phản ứng biến tính nhựa thông bằng axít furmaríc

1.2.1.2 Tình hình sử dụng keo nhựa thông cho sản xuất giấy và các tông bao gói ở trong nước

Trong thực tế sản xuất, một số nhà máy sản xuất giấy và các tông bao gói vẫn sử dụng keo nhựa thông xút hóa như: Công ty Cổ phần giấy Lửa Việt, Công ty Cổ phần giấy Thanh Long Tuy nhiên, chất lượng nhựa thông xút hóa thường không ổn định và phụ thuộc vào kinh nghiệm của người nấu nhựa thông Hơn nữa, mức dùng keo nhựa thông xút hóa cao từ 1% đến 5% so với bột khô tuyệt đối, tăng chi phí sản xuất do giá thành của nhựa thông hiện nay là khá cao

Một số Công ty khác đã chuyển sang sử dụng keo nhựa thông biến tính để gia keo chống thấm cho sản xuất giấy và các tông bao gói như: Công ty Cổ phần giấy Mỹ Hương, Công ty Cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ và một số Công ty giấy ở khu vực phía Nam Hiệu quả gia keo nhựa thông biến tính cho giấy và các tông bao gói cao và tức thời, giấy đanh và cứng

Tuy nhiên, nguồn nguyên liệu chủ yếu được sử dụng để sản xuất tại các công ty

là OCC (bao bì hòm hộp cũ) Nguồn nguyên liệu này có chất lượng ngày càng thấp do quá trình tái sinh nhiều lần Trong quá trình sản xuất giấy và các tông gói từ nguồn nguyên liệu OCC nhằm tiết kiệm nước công nghệ và hạn chế nước thải ra môi trường nên trong nước tuần hoàn của dây chuyền chứa rất nhiều tạp chất Vì vậy, quá trình khống chế pH gặp nhiều khó khăn (tốn nhiều phèn), xuất hiện các đốm keo trên bề mặt giấy, tăng thời gian dừng máy để vệ sinh do dính chăn, dính lưới Gia keo chống thấm cho giấy và các tông bao gói bằng keo nhựa thông sinh nhiều bọt khi máy xeo chạy, làm thao tác chạy máy gặp rất nhiều khó khăn, thất thoát một lượng lớn bột giấy theo bọt Hơn nữa, hiện nay giá thành của nhựa thông thương phẩm rất cao (70 – 75 triệu đồng/1 tấn nhựa thông), làm giá thành sản phẩm tăng

1.2.2 Quá trình gia keo kiềm tính (AKD)

1.2.2.1 Điều chế và nhũ tương hóa keo AKD

AKD là một Keton không no có công thức cấu tạo như hình 1.2, trong đó R là một gốc hydrocacbon có chứa từ 14 - 22 nguyên tử cacbon trong mạch Vòng ketene dimer lactone giúp cho phân tử keo AKD có khả năng phản ứng với nhóm OH trong phân tử xenluloza để tạo thành một liên kết este

Độ dài của gốc hydrocacbon R ảnh hưởng tới khả năng phản ứng của keo AKD Trong thực tế keo AKD thương phẩm thường được sản xuất từ hỗn hợp của axít

panmetic và axít stearic Sự tạo thành nhóm ketene và nhóm dimer được tiến hành bởi các axít béo dẫn xuất clorua trong một dung môi hữu cơ, sau đó là phản ứng ngưng tụ vòng Lacton

Hình 1.2 Phản ứng tổng hợp keo AKD

Trong phản ứng điều chế trên, axit béo thường dùng ở dạng sáp, là hỗn hợp của

ít nhất 5 axít béo khác nhau trở lên (R chứa từ 14 - 22 nguyên tử cacbon) Trong keo AKD, một trong các axít chiếm tỷ lệ lớn nhất là axít palmitic, axít stearic

Bảng 1.2 Ảnh hưởng của độ dài gốc R tới hiệu quả gia keo AKD[9] Chiều dài gốc R Độ gia keo (s)

Để sử dụng keo AKD làm keo chống thấm cho giấy thì cần phải tiến hành làm nóng chảy keo AKD sau đó phân tán chúng vào trong nước có chứa các thành các hạt

polyme mang điện tích dương (thường là tinh bột cation), hạt keo tạo thành có kích thước nhỏ (khoảng 0,1 - 2,0 µm) Các hạt polyme cation bám lên các hạt keo AKD làm cho chúng tích điện dương, điều này làm tăng khả năng bảo lưu keo AKD trên xơ sợi trong quá trình xeo giấy

Keo AKD có nhiệt độ nóng chảy thấp, điều này cho phép nó dễ dàng dàn đều lên

bề mặt xơ sợi trong quá trình nâng nhiệt độ sấy giấy

Keo AKD dạng vảy nến được phân tán vào trong dung dịch nước đun nóng tới nhiệt độ khoảng 75 - 90 0C đã có chứa các chất phụ gia khác (gồm chất ổn định nhũ tương: tinh bột cation; chất hoạt động bề mặt: Lignin suphonat natri ) Sau khi sáp AKD tan hết thì nén ép dung dịch này chảy qua màng có lỗ khoảng 0,5 – 2 µm rồi làm nguội để thu được nhũ tương AKD Một lượng nhỏ chất phân tán là tinh bột cation dạng mạch ngắn có độ tích điện cao cùng với một lượng nhỏ chất diệt khuẩn cần cho thêm vào nhũ tương để làm tăng thời gian bảo quản nhũ tương AKD Các loại keo AKD thương mại thường được nhũ hóa hóa sẵn, kích thước hạt nhũ khoảng 0,1 - 2,0

µm và hàm lượng chất rắn khoảng 6 - 21%

Để hạn chế thời gian thủy phân của phân tử AKD trong quá trình bảo quản người

ta phải hạ pH của nhũ tương xuống trong khỏang 2,5 – 3,5 bằng axít H2SO4 hoặc axít HCl Nếu pH > 6 thì phân tử AKD dễ tham gia phản ứng mở vòng lactone làm giảm hiệu quả gia keo AKD trên xơ sợi Vì pH của nhũ tương là môi trường axít nên thiết bị chứa hay xử lý AKD trước khi gia vào bột giấy phải làm bằng vật liệu chống ăn mòn

Do keo AKD có thể phản ứng với nước giống như với xenluylô nên thời gian bảo quản keo AKD là giới hạn Để ổn định nhũ tương keo AKD trước khi sử dụng, người ta thường tiến hành bảo quản keo AKD ở nhiệt độ phòng (20 - 25 0C) Khi bảo quản nhũ tương AKD ở nhiệt độ thường thời gian bảo quản cho phép là một tháng đến

ba tháng và đặc biệt nếu bảo quản ở nhiệt độ thấp thời gian bảo quản có thể tới một năm

1.2.2.2 Khả năng phản ứng và cơ chế phản ứng của keo AKD

Khả năng phản ứng của keo AKD:

Keo AKD có khả năng phản ứng với các nhóm hydroxyl Vòng lactone của AKD có thể mở ra phản ứng với nhóm OH của xenluylo trong quá trình sấy giấy tạo thành β keton este (hình 1.3)

Các AKD (dimer alkyl keten) cũng phản ứng với nước để tạo thành axit β keton

không bền và nó sẽ decarboxyl để tạo ra các keton tương ứng (hình 1.4)

Hình 1.3 Phản ứng của AKD với nhóm OH của xenluylô

Hình 1.4 Phản ứng của keo AKD với H 2 O

Cơ chế phản ứng của keo AKD với xơ sợi xenluylô:

Hiện nay, cơ chế phản ứng của keo AKD với xơ sợi xenluylô có hai thuyết khác nhau về cơ chế phản ứng của AKD với xơ sợi xenluylô Thuyết thứ nhất cho rằng cơ chế phản ứng của AKD với xơ sợi xenluylô dựa trên thuyết liên kết mạnh/liên kết yếu (strong bond/weak bond) và thuyết thứ hai dựa trên cơ sở hình thành liên kết este β keton[9]

Theo thuyết liên kết mạnh/liên kết yếu, phản ứng của AKD trong quá trình gia keo bao gồm 02 giai đoạn:

+ Giai đoạn 1: Phản ứng của keo AKD với xơ sợi xenluylo để tạo thành liên kết este β keton là một sản phẩm phụ Kết luận này dựa trên kết quả phân tích phát hiện liên kết este trong giấy gia keo AKD Khả năng triết tách tới 80% lượng AKD có trong

giấy và cuối cùng do khả năng dịch chuyển AKD bởi sự tăng nhiệt độ

+ Giai đoạn 2: AKD là một keo liên kết yếu, chính các phần tử AKD và các phần không phải là xenluloza phản ứng với keo AKD tạo ra khả năng gia keo cho giấy

Trong khi đó theo thuyết thông dụng nhất thì cơ chế phản ứng của phản ứng giữa keo AKD vơi xơ sợi Xenluloza gồm 4 giai đoạn (hình 1.5):

Hình 1.5 Các giai đoạn của quá trình gia keo AKD

+ Giai đoạn 1: Những hạt keo phân tán được ổn định bằng điện tích dương trước hết sẽ được hấp thụ trên xơ sợi bằng lực hút tĩnh điện Mức dùng AKD phụ thuộc nhiều vào thời gian gia keo cho tới khi lên lưới (diện tích bể chứa bột, bơm, mực lưu chất trong thùng đầu ), việc thêm tinh bột cation chính là để hỗ trợ cho sự bảo lưu AKD Vị trí gia keo AKD vào dòng bột là từ bể chứa đầu máy đến bơm quạt hoặc hòm điều tiết

+ Giai đoạn 2: Khi băng giấy được sấy khô, các hạt keo AKD được hấp thu sẽ nóng chảy và dàn đều lên bề mặt xơ sợi nhờ nhiệt độ ở bộ phận sấy tạo điều kiện tốt cho phản ứng giữa các nhóm OH của xơ sợi với nhóm chức của phân tử AKD

+ Giai đoạn 3: Phản ứng hóa học giữa AKD với nhóm OH của xenluloza Phản ứng này chỉ diễn ra ở nhiệt độ cao khi phần lớn nước trong tấm giấy đã được bay hơi nghĩa là ở cuối giai đọan sấy Trong quá trình này, nhóm anhydride trong phân tử keo

AKD phản ứng với nhóm OH trong phân tử xenluloza tạo thành một liên kết hóa trị bền vững

+ Giai đoạn 4: Diễn ra quá trình định hướng của các phân tử AKD sao cho phần hydrocacbon là phần kỵ nước thì chĩa ra ngoài bề mặt tờ giấy, phần nhóm chức tạo thành liên kết với xơ sợi làm cho các phân tử AKD dính chặt lên bề mặt xơ sợi, nhờ định hướng này mà độ chống thấm tăng lên Sự định hướng này không chỉ xảy ra trong quá trình sấy mà còn tiếp tục trong khoảng thời gian ngắn sau khi giấy được sấy xong, nghĩa là độ chống thấm vẫn tiếp tục tăng

1.2.2.3 Một số yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến gia keo kiềm tính (AKD)

Ảnh hưởng của pH và độ kiềm:

Độ pH: Độ pH trong dòng huyền phù bột giấy trước khi xeo giấy ảnh hưởng tới hiệu quả gia keo, keo AKD dùng hiệu quả trong khoảng pH = 7,5 - 8 Phản ứng của keo AKD với xơ sợi thuờng được xúc tác bằng các ion bicarbonat HCO3-, do vậy người ta thường dùng một lượng nhỏ NaHCO3 hoặc Na2CO3 vào dòng bột giấy vừa để thúc đẩy phản ứng giữa keo AKD với xơ sợi, vừa để điều chỉnh pH trong khoảng 7,5 - 8

Độ kiềm tính: Độ kiềm tính là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng tới sự phân bố của AKD lên xơ sợi xenluylô và giúp cho tốc độ phản giữa keo AKD và xơ sợi xenluylô xảy ra nhanh hơn Độ kiềm tính là nồng độ ion HCO3- có trong dòng bột giấy, các ion HCO3- có trong dòng bột do hai lý do:

+ Do bổ sung Na2CO3 hoặc NaHCO3 quá nhiều

+ Do dùng bột Canxi cacbonat kết tủa (PCC) làm chất độn, trong PCC có chứa tạp chất Ca(OH)2 bởi trong quá trình điều chế PCC, Ca(OH)2 chưa phản ứng hết với khí

Ảnh hưởng của chất độn, xơ sợi vụn và hóa chất trợ bảo lưu:

Chất độn và xơ sợi vụn keo theo sự gia tăng lượng keo AKD cần thiết cho quá trình gia keo cho giấy và các tông bao gói để có được cùng một mức độ gia keo, hiện tượng này được giải thích trước hết là do: sự tăng diện tích bề mặt cần gia keo, bề mặt hóa học của chất độn, cấu trúc bề mặt của chất độn, chất phân tán dùng để phân tán chất độn, độ bảo lưu của chất độn v.v… Ngoài ra xơ sợi vụn tham gia vào phản ứng với keo AKD, do đó lượng keo AKD cần thiết cho quá trình gia keo tăng lên

Có hai yếu tố làm giảm hiệu quả của quá trình gia keo trên phần ướt của máy xeo giấy Yếu tố thứ nhất là do sự thất thoát của xơ sợi vụn và chất độn kéo theo sự thất thoát AKD do hấp thụ lên đó Yếu tố thứ hai là hệ thống các chất trợ bảo lưu làm đông

tụ chất độn cùng với AKD hấp thụ lên bề mặt chất độn tạo thành những khối có kích thước tương đối lớn, AKD được kéo vào phía bên trong của các khối đó mà không được trải đều lên bề mặt xơ sợi

Tuy nhiên, khi dùng chất trợ bảo lưu một cách thích hợp thì không những làm tăng được độ bảo lưu của các hạt mịn mà còn làm tăng được khả năng thoát nước trong quá trình xeo giấy Cả hai điều này rất có ích trong quá trình xeo giấy, vì vậy việc dùng chất trợ bảo lưu trong quá trình xeo giấy là rất quan trọng và cần thiết để đạt chất lượng giấy cao, tiết kiệm các chất phụ gia và làm giảm ô nhiễm môi trường

Hơn nữa, khi keo AKD được bổ sung vào dòng huyền phù bột/chất độn, các hạt keo AKD sẽ hấp thụ lên bề mặt chất độn nhanh hơn so với hấp thụ lên bề mặt xơ sợi, điều này được lý giải là do diện tích bề mặt của chất độn lớn hơn nhiều so với bề mặt của xơ sợi

Tỷ lệ chất độn: Thông thường tỷ lệ chất độn cao thì kéo theo sự tăng lượng dùng keo AKD, vì chất độn hấp thụ nhiều keo Do đó trong công nghệ thường tiến hành quá trình gia keo trước khi gia chất độn

Với công nghệ gia keo trong môi trường trung tính hoặc kiềm tính, chất độn thường sử dụng là canxi cacbonat kết tủa (PCC) hoặc canxi cacbonat nghiền (GCC) Bột PCC sử dụng thường có kích thước hạt từ 1,1 – 1,8 µm trong khi bột đá nghiền thường có kích thước từ 0,8 – 2,0 µm và cỡ hạt có mức độ đồng nhất không cao bằng chất độn PCC

Đối với chất độn PCC giá trị pH thường ở mức 8 - 8,5 và với chất độn GCC giá trị pH thường ở mức 7 Trong chất độn PCC luôn tồn tại lượng Ca(OH)2 dư, do đó pH

của dòng bột luôn cao và chính điều này làm tăng tốc độ thủy phân của keo AKD trong dòng bột cũng như trong giấy

Việc sử dụng chất độn canxi cacbonat có thể dẫn tới hiện tượng hồi keo do sự tạo thành liên kết giữa AKD với ion Ca2+ trong nước

Ảnh hưởng của tinh bột cation:

Khi gia keo AKD cho giấy và các tông bao gói thì tinh bột cation có tác dụng nâng cao sự bảo lưu làm tăng hiệu quả của quá trình gia keo Bởi đối với xơ sợi xenluylô thì điện tích zeta khoảng 20 – 30 µV (điện tích âm), tùy thuộc vào chủng loại

xơ sợi, cách xử lý hóa học và độ nghiền v.v… Hơn nữa, điện thế của bột giấy còn ảnh hưởng bởi chất độn sử dụng Các hạt mang cùng một điện tích thì đẩy nhau cho nên điện thế zeta có ảnh hưởng rất lớn đến độ kết tụ và bám dính của bột giấy Lực đẩy này

có thể được trung hòa nếu như trên bề mặt của các hạt được gắn các nhóm mang điện tích dương hay còn gọi là cation hóa Các phân tử tinh bột cation hút các hạt mang điện tích âm, vì vậy các xơ sợi bột giấy có thể kết tụ lại và các xơ sợi mịn cũng như chất độn

sẽ dính lên bề mặt bột giấy Sự hấp phụ của tinh bột cation phụ thuộc vào độ thế DS của chúng Quá trình hấp phụ tinh bột cation lên bề mặt xơ sợi vẫn tiếp tục diễn ra cho tới khi bề mặt xơ sợi đã được bao phủ hoàn toàn bởi tinh bột hoặc điện tích bề mặt của xơ sợi đã được trung hòa Tinh bột cation dùng trong công nghiệp sản xuất giấy thường có

Na+ trong việc làm giảm sự hấp phụ của tinh bột cation lên bề mặt xơ sợi Các polymer

sẽ nhả hấp phụ nếu sự có mặt của các ion kim loại làm giảm điện tích của bề mặt hấp phụ Các ion kim loại hóa trị 2 không chỉ ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ của tinh bột cation lên xơ sợi bởi hiệu ứng che chắn điện tích mà còn bởi sự tương tác giữa các cation trên với các nhóm cacboxylat COO -

Tinh bột cation có mật độ điện tích thấp (DS ≈ 0,015) sẽ giảm mạnh khả năng hấp thụ lên bề mặt của xơ sợi khi độ dẫn điện của huyền phù bột tăng (nồng độ của các muối kim loại tăng), trong tinh bột cation với mật độ điện tích cao (độ thế DS cao) sẽ ít

bị ảnh hưởng hơn Sự tăng nồng độ các muối ion kim loại dẫn tới sự giảm về khối lượng phân tử của các polymer tinh bột cation từ đó dẫn tới hiệu ứng che chắn giữa các nhóm mang điện

Ảnh hưởng của một số ion kim loại:

Trong quá trình gia keo AKD, sự có mặt của một số ion kim loại như Ca2+, Al3+,

Mg2+ có thể làm giảm hiệu quả gia keo[12] Nguyên nhân của sự làm giảm hiệu quả gia keo AKD khi có mặt các ion kim loại trên được giải thích là do sự tạo thành muối keton của các kim loại trên

Hình 1.6 Phản ứng tạo thành muối keton khi có mặt Ca 2+ , Al 3+

Mặt khác, với sự có mặt của các ion kim loại trên sự hấp thụ của các phần tử tinh bột cation lên bề mặt xơ sợi xenllulo bị giảm đi Tùy thuộc vào độ thế (DS) của tinh bột cation mà khả năng hấp thụ của chúng có thể tăng lên hay giảm đi khi có sự có mặt của các ion Ca2+, Al3+, Mg2+ Sự có mặt của các ion trên được biểu thị thông qua độ dẫn điện của dung dịch Đối với tinh bột cation có độ thế thấp, khi độ dẫn điện đặc biệt thấp thì khả năng hấp thụ của tinh bột cation lên bề mặt xơ sợi được cho là lớn nhất Trong khi đó với tinh bột cation có độ thế (DS) cao khi độ dẫn điện tăng lên khả năng hấp thụ

của chúng lên bề mặt xơ sợi vẫn tốt

Hình 1.7 Ảnh hưởng của ion Al 3+ lên hiện tượng hồi keo AKD

Theo một số nghiên cứu, tinh bột cation với độ thế DS = 0,015 sẽ giảm khả năng hấp phụ rất nhanh khi trong dung dịch có sự tăng nồng độ của các muối Ca2+, Mg2+,

Al3+

1.2.2.4 Xu hướng sử dụng keo chống thấm kiềm tính AKD

Gia keo trong phần ướt của máy xeo (gia keo nội bộ) là một giai đoạn quan trọng của quá trình sản xuất giấy nói chung, giấy các tông bao gói nói riêng Cho tới đầu những năm 1980 gia keo nội bộ trong môi trường axít vẫn là công nghệ phổ biến trong ngành công nghiệp giấy và các tông bao gói trên thế giới Từ những năm 1980 cho đến nay, ngành công nghiệp sản xuất giấy và các tông bao gói trên thế giới đã có những chuyển đổi quan trọng về công nghệ gia keo nội bộ trong môi trường axít sang gia keo trong môi trường kiềm Trên thế giới, quá trình gia keo chống thấm trong môi trường kiềm đã được nghiên cứu và áp dụng rất hiệu quả trong các nhà máy sản xuất giấy in, giấy viết từ nguồn nguyên liệu: bột sợi ngắn tẩy trắng, bột sợi dài tẩy trắng và bột cơ học tẩy trắng Với các nhà máy sản xuất giấy các tông bao gói việc sử dụng keo chống thấm kiềm tính AKD cũng được đưa vào sử dụng hiệu quả với nguồn nguyên liệu chính

là bột kraft không tẩy trắng và một phần bao bì hòm hộp cũ (OCC)

Cho tới đầu những năm 1990, ở Việt Nam công nghệ gia keo nội bộ chủ yếu vẫn

sử dụng keo nhựa thông, gia keo trong môi trường axít cho các nhà máy sản xuất giấy

và các tông bao gói Từ những năm 1990 cho đến nay gia keo trong môi trường kiềm tính với những ưu điểm hơn hẳn so với công nghệ gia keo trong môi trường axít Do vậy, hầu như các nhà máy sản xuất giấy in, viết trong nước (Tổng Công ty giấy Việt nam, Công ty Cổ phần Tập đoàn Tân Mai, Công ty bao bì Việt Thắng v.v…) đã chuyển

đổi công nghệ gia keo nội bộ trong môi trường axít sang gia keo trong môi trường kiềm Quá trình chuyển đổi này cho phép các nhà máy nâng cao được chất lượng và giảm giá thành sản phẩm, nâng cao khả năng cạnh tranh của các loại sản phẩm này

Ở trong nước, trước đây trong quá trình sản xuất giấy và các tông bao gói từ nguyên liệu OCC, gia keo trong môi trường axít (keo nhựa thông) là công nghệ gia keo phổ biến Hiện nay, với những ưu điểm của công nghệ gia keo trong môi trường kiềm: tiết kiệm nước sạch cho sản xuất do sử dụng hiệu quả nước trắng, quá trình nghiền bột

dễ dàng hơn, giảm tiêu hao năng lượng cho giai đoạn nghiền bột giấy, giảm chi phí khấu hao thiết bị, năng suất chạy máy cao hơn do ít xảy ra sự cố bám dính chăn lưới

Do vậy, một số nhà máy sản xuất giấy và các tông bao gói (Công ty Cổ phần giấy Lam Sơn, Công ty Cổ phần giấy Tây Đô, Công ty Cổ phần giấy Rạng Đông, một số cơ sở sản xuất giấy ở Bắc Ninh v.v…) từ nguyên liệu OCC đã chuyển sang sử dụng công nghệ gia keo kiềm tính Việc áp dụng gia keo chống thấm cho các tông bao gói từ nguyên liệu OCC đã giải quyết được các vấn đề kỹ thuật, đem lại hiệu quả gia keo và hiệu quả kinh tế Hơn nữa, gia keo kiềm tính cho giấy và các tông bao gói thao tác vận hành đơn giản, giảm tối đa hiện tượng sinh bọt nên giảm thiểu số lần đứt giấy, giảm cường độ làm việc của công nhân vận hành, tăng năng suất chạy máy

Tuy nhiên, việc áp dụng công nghệ gia keo kiềm tính cho quá trình sản xuất giấy

và các tông bao gói sử dụng nguyên liệu OCC chưa thực sự ổn định và hiệu quả Do trong quá trình sản xuất giấy và các tông bao gói từ nguyên liệu OCC có chất lượng thấp và chứa nhiều tạp chất, hơn nữa, nhằm sử dụng triệt để lượng nước tuần hoàn, hàm lượng các tạp chất và ion kim loại trong nước tuần hoàn cao nên ảnh hưởng đến hiệu quả gia keo Các yếu tố công nghệ này ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình gia keo và chất lượng sản phẩm giấy các tông bao gói như: mức dùng keo AKD lớn hơn để đạt được cùng một mức độ chống thấm, xuất hiện hiện tượng hồi keo

Kết luận và định hướng nghiên cứu:

+ Xu hướng sử dụng keo chống thấm kiềm tính (AKD) để chống thấm cho giấy

và các tông bao gói thay thế cho keo nhựa thông trong dây chuyền sản xuất đang ngày càng phổ biến do giá thành của keo chống thấm kiềm tính thấp, khả năng tuần hoàn nước trắng cao, giảm chi phí sản xuất

+ Hiện nay, đa số các dây chuyền sản xuất giấy và các tông bao gói có công suất vừa và nhỏ sử dụng phần lớn nguyên liệu là OCC (bao bì hòm hộp cũ) nội và nhập

khẩu Vì vậy, nhóm đề tại tập trung nghiên gia keo kiềm tính (AKD) cho sản xuất giấy

và các tông bao gói sử dụng nguyên liệu OCC (bao bì hòm hộp cũ) nội

+ Hơn nữa, do OCC (bao bì hòm hộp cũ) nội có chất lượng thấp, thường chứa nhiều tạp chất như: mực in, tinh bột, chất độn, cát sạn v.v…đặc biệt là các tạp chất có khả năng kết dính cao (stickies) Hơn nữa, trong sản xuất nhằm hạn chế nước thải tận dụng tối đa tuần hoàn nước trắng, hạn chế quá trình rửa, làm sạch, loại bỏ tạp chất trong giai đoạn chuẩn bị bột giấy Điều này làm cho quá trình gia keo chống thấm cho giấy và các tông: hiệu quả gia keo thấp, quá trình gia keo không ổn định, hiện tượng hồi keo v.v…

+ Nhằm mục tiêu nâng cao hiệu quả của quá trình gia keo kiềm tính (AKD) cho giấy và các tông bao gói sử dụng nguyên liệu OCC (bao bì hòm hộp cũ), đề tài tập trung nghiên cứu các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến hiệu quả gia keo Trên cơ sở đó, lựa chọn các điều kiện công nghệ thích hợp để đưa ra giải pháp sử dụng hiệu quả quá trình gia keo kiềm tính trong sản xuất giấy và các tông bao gói

PHẦN II NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên liệu, hoá chất và thiết bị nghiên cứu

2.1.1 Nguyên liệu

OCC (bao bì hòm hộp cũ) dùng để nghiên cứu bao gồm: Các loại hòm hộp, bìa

các tông được thu mua từ các nguồn thu gom trong nước gọi là OCC nội và các loại

hòm hộp cao cấp được nhập khẩu từ Mỹ, Bắc Âu được gọi là OCC ngoại

Nguyên liệu OCC (bao bì hòm hộp cũ) sau khi tách loại đinh ghim, băng dính

v.v sau đó nguyên liệu này được đưa đi phân tích thành phần và các tính chất cơ lý

Kết quả phân tích thu nhận được đưa ra trong bảng 2.1 và bảng 2.2

Bảng 2.1 Thành phần bột giấy từ nguyên liệu OCC

Keo kiềm tính (AKD) được sử dụng trong nghiên cứu gồm 03 loại keo: Công ty

Đại Thịnh - Phú Thọ, Công ty Xương Giang - Bắc Giang và Công ty Thuận Phát Hưng

Các thông số kỹ thuật của các loại keo AKD được đưa ra trong bảng 2.3

Bảng 2.3 Một số thông số kỹ thuật của các loại keo AKD

Keo AKD Thông số sản phẩm

Thuận Phát Hưng Đại Thịnh Xương Giang

Ngoại quan Nhũ tương màu trắng Nhũ tương màu trắng Nhũ tương màu trắng

Tinh bột cation được sử dụng trong nghiên cứu là tinh bột cation của Công ty

Thuận Phát Hưng Một số đặc tính kỹ thuật của tinh bột cation được đưa ra trong bảng

- Máy nghiền bột kiểu Hà Lan dung tích 4,5 lít (công suất động cơ 5,5 kw, vòng

quay động cơ 960 vòng/phút, ∅ lô dao bay 190 mm)

- Máy xeo Rapid-Kothen, hãng PTI của Áo sản xuất

- Máy đo độ nghiền, hãng PTI của Áo sản xuất

- Máy đo độ chịu xé Elmendorf do hãng Frank PTI sản xuất

- Máy đo độ chịu bục do hãng PTI sản xuất

- Máy đo độ bền kéo và độ bền nén vòng Housfield sản xuất tại Anh

- Cân điện tử Metler độ chính xác ±0.0001g của Thụy Sĩ

- Máy đo pH HANNA do Rumania sản xuất

- Máy đánh tơi 5 lít, cánh khuấy dạng chân vịt do Đức sản xuất

- Máy đo độ nghiền, hãng PTI của Áo sản xuất

- Máy đo độ dẫn HANNA do Rumania sản xuất

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Mô tả phương pháp nghiên cứu

* Chuẩn bị mẫu thí nghiệm:

Nguyên liệu OCC (bao bì hòm hộp cũ) được tách loại đinh ghim, băng dính sau

đó xé nhỏ và bảo quản mẫu trong túi nilon

Cân lấy 120 gam mẫu OCC đem đi đánh tơi trên máy đánh tơi 5 lít ở nồng độ 2

% cho đến khi bột phân tán đều thì xả ra xô chứa 10 lít rồi đem đi cô đặc trên lưới rửa thí nghiệm đến nồng độ 3 % sau đó đem đi nghiền bột giấy

* Quá trình nghiền bột giấy:

Bột giấy được nghiền trên máy nghiền Hà Lan 4,5 lít với nồng độ bột giấy nghiền 3 % để đạt đến độ nghiền yêu cầu Bột giấy sau khi nghiền, được xả ra xô chứa rồi xác định nồng độ bột để tính toán lượng bột cho quá trình phối trộn hóa chất phụ gia

* Xeo mẫu giấy thí nghiệm:

Bột giấy sau khi phối trộn hóa chất phụ gia được xeo thành mẫu giấy thí nghiệm với định lượng 70 g/m2 trên máy xeo Rapid-Kothen để xác định tính chất cơ lý của bột giấy

2.2.2 Phân tích tính chất cơ lý của bột giấy được xác định tại phòng thí nghiệm hoá

lý của Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô theo các tiêu chuẩn sau:

PHẦN III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Khảo sát thực trạng sử dụng nguyên liệu OCC (bao bì hòm hộp cũ) trong sản xuất giấy và các tông bao gói có gia keo chống thấm bằng keo AKD (keo chống thấm kiềm tính)

Hiện nay, đa số các dây chuyền sản xuất giấy và các tông sử dụng phần lớn nguyên liệu là OCC (bao bì hòm hộp cũ) trong nước và nhập khẩu Đối với các loại giấy và các tông bao gói yêu cầu chất lượng cao, nguyên liệu sử dụng thường là bột sợi dài không tẩy trắng và OCC (bao bì hòm hộp cũ) ngoại nhập khẩu, keo nhựa thông vẫn được ưu tiên sử dụng làm chất chống thấm Đối với các loại giấy và các tông bao gói yêu cầu chất lượng trung bình, nguyên liệu chủ yếu là OCC nội, thì xu hướng sử dụng keo chống thấm kiềm tính để chống thấm thay thế cho keo nhựa thông trong các dây chuyền sản xuất ngày càng phổ biến

OCC chủ yếu được sử dụng làm nguyên liệu trong quá trình sản xuất giấy bao gói, các tông lớp mặt (Kraft liner và test liner), lớp sóng cho các tông sóng (Corrugated medium) và các lớp đệm, lớp đế cho các tông nhiều lớp (multi-plyboard) Tỷ lệ sử dụng

xơ sợi từ OCC có thể thay đổi từ mức tương đối thấp (< 20%) trong giấy bao gói và kraft liner, đến rất cao (khoảng 80%) trong giấy lớp mặt (test liner), thậm chí tới 100% trong một số chủng loại sản phẩm giấy và các tông chất lượng thấp hay các lớp giữa, lớp đế

Theo kết quả khảo sát sơ bộ các nhà máy sản xuất giấy và các tông bao gói thì phần lớn các nhà máy sản xuất giấy và các tông bao gói đã chuyển gia keo nội bộ từ gia keo axít (nhựa thông) sang keo kiềm tính (AKD) để chống thấm cho giấy và các tông như: Công ty Cổ phần giấy Lam Sơn, Công ty Cổ phần giấy Mục Sơn, Công ty Cổ phần giấy Tây Đô, một số công ty giấy ở Yên Phong - Bắc Ninh và một số Công ty sản xuất giấy ở khu vực phía Nam v.v… Hiện nay, đa số các dây chuyền sản xuất ở Yên Phong – Bắc Ninh và Công ty Cổ phần giấy Tây Đô chủ yếu là chạy giấy lớp đế, lớp giữa của các tông sóng từ nguyên liệu là OCC (bao bì hòm hộp cũ) trong nước, với mức dùng keo AKD thường: 0,2 – 0,5% so với nguyên liệu khô tuyệt đối Mục đích gia keo cho sản xuất các loại giấy này không phải là chống thấm mà chủ yếu là chống bám dính lô sấy Công ty Cổ phần giấy Lam Sơn, Công ty Cổ phần giấy Mục Sơn v.v… sản xuất giấy kraft (lớp mặt từ bột hóa không tẩy trắng hoặc OCC ngoại nhập khẩu, lớp lót và lớp đế từ nguyên liệu OCC nội), với mức dùng keo AKD: 1,2 – 1,5%, độ hút nước

Cobb60 < 30 g/m2

Bảng 3.1 Kết quả khảo sát tại một số cơ sở sản xuất giấy và các tông bao gói

TT Tên một số cơ sở sản xuất Mức

dùng keo AKD (%)

Độ hút nước Cobb 60

(g/m 2 )

Độ dẫn nước trắng ( µS/cm)

Ghi chú

1 Công ty Cổ phần giấy Tây Đô 100% OCC nội Giấy mộc (lớp đế, lớp đệm) 0,3 108,2 530

Giấy kraft 1 mặt (SLS) 1,5 25 - 30 530 100% OCC nội Giấy kraft mặt trắng (VLS2) 1,5 24 - 32 520 + Lớp mặt 100%

bột hóa + Lớp lót + đế: 100% OCC nội Giấy kraft mặt vàng (VLS1) 1,5 24 - 32 530 100% OCC nội

Gia keo chống thấm AKD cho giấy và các tông bao gói ở một số cơ sở sản xuất cho thấy sử dụng keo chống thấm kiềm tính AKD có hiệu quả chống thấm cao Hơn nữa, trong sản xuất khi sử dụng keo AKD chống thấm cho giấy và các tông bao gói làm giảm tối đa hiện tượng sinh bọt, giảm lượng bột giấy thất thoát, sử dụng tối đa tuần hoàn lượng nước rửa và nước trắng, vừa giảm thiểu số lần đứt giấy và giảm số lần vệ sinh chăn lưới, thao tác vận hành đơn giản Tuy nhiên, thực tế sản xuất gia keo chống thấm cho giấy và các tông bao gói bằng keo kiềm tính AKD cho thấy giấy không được đanh cứng như đối với gia keo chống thấm bằng keo nhựa thông Theo phản ánh của khách hàng thỉnh thoảng có hiện tượng hồi keo, nhưng theo kết quả khảo sát cho thấy hiện tượng hồi keo chủ yếu vào mùa hè, điều này có thể giải thích là do nước dùng cho sản xuất chủ yếu là nước sông nên vào mùa hè là mùa mưa do vậy chứa nhiều các tạp chất như huyền phù Do vậy, hàm lượng các ion kim loại nhiều như: Ca2+, Fe3+(độ dẫn của nước sản xuất hay nước trắng cao) Các ion kim loại này phản ứng và thủy phân keo AKD tạo thành Calcium beta keto salt, dẫn tới hiện tượng hồi keo

3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng pH và mức dùng keo đến hiệu quả quá trình gia keo chống thấm bằng keo AKD (keo chống thấm kiềm tính) trong quá trình sản xuất giấy và các tông bao gói

Theo các tài liệu tham khảo và thực tế sản xuất hiện nay, các yếu tố công nghệ như độ pH và mức dùng keo AKD v.v… ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình gia keo

cho giấy và các tông bao gói Hiệu quả của quá trình gia keo được đánh giá theo tỷ lệ giữa lượng keo phối trộn vào hệ thống chuẩn bị bột giấy và độ gia keo giấy thành phẩm khi gia keo kiềm tính AKD thì sử dụng tinh bột cationic có tác dụng cải thiện độ bảo lưu, do đó khi gia keo AKD thì tinh bột cationic được sử dụng vì chỉ có độ bảo lưu cao thì quá trình gia keo mới hiệu quả

3.2.1 Ảnh hưởng của pH và mức dùng keo AKD đến hiệu quả quá trình gia keo

Trong các thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của mức dùng keo kiềm tính AKD

và pH đến độ hút nước đến hiệu quả gia keo được tiến hành như sau:

+ Nguyên liệu: OCC nội

+ Mức dùng tinh bột cationic: 0,5 % (so với bột khô tuyệt đối)

+ Trình tự tiến hành thí nghiệm: Điều chỉnh pH – tinh bột cationic – keo AKD – xeo giấy mẫu

+ Độ pH: 7,0; 7,5; 8,0; 8,5

+ Mức dùng keo AKD: 0; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2; 1,5 % (so với nguyên liệu KTĐ)

+ Điều chỉnh pH bằng dung dịch NaOH 5 g/l

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của mức dùng keo AKD và pH đến độ hút nước Cobb60 được đưa ra trong bảng 3.2

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của mức dùng keo AKD và pH đến độ hút nước Cobb60 (g/m 2 )

Độ hút nước Cobb60 (g/m 2 ) Mức dùng keo AKD so với bột KTĐ (%)

đó lại giảm dần khi pH lớn hơn 8,5 Điều này được giải thích là do sự có mặt của các

ion OH- làm thúc đẩy phản ứng của nhóm ketendime trong keo AKD với các nhóm OH trong xơ sợi xenluylô Mặt khác do bề mặt xơ sợi xenluylô trở lên trương nở hơn, làm các nhóm OH trong phân tử xenluylô linh động hơn và dễ dàng phản ứng với các nhóm ketendime trong phân tử AKD khi độ pH của huyền phù bột giấy tăng Tuy nhiên, khi

độ pH lớn hơn 9,0 tăng phản ứng thủy phân của keo AKD với nước để tạo thành Keton dẫn tới làm giảm hiệu quả gia keo (độ hút nước Cobb60 tăng)

Từ các kết quả nghiên cứu thu nhận được nhóm đề tài lựa chọn mức dùng keo AKD 1% (so với bột KTĐ), pH = 7,5 – 8

3.2.2 Ảnh hưởng của pH đến tính chất cơ lý của giấy

Điều kiện tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến tính chất cơ lý của giấy được tiến hành như sau:

+ Nguyên liệu: OCC nội

+ Mức dùng tinh bột cationic: 0,5 % (so với bột khô tuyệt đối)

+ Trình tự tiến hành thí nghiệm: Điều chỉnh pH – tinh bột cationic – keo AKD – xeo giấy mẫu

+ Độ pH: 7,5

+ Mức dùng keo AKD: 1,0 % (so với nguyên liệu KTĐ)

+ Điều chỉnh pH bằng dung dịch NaOH 5 g/l

Kết quả nghiên cứu được đưa ra trong bảng 3.3

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của pH đến tính chất cơ lý của giấy

pH AKD, (%) Chiều dài đứt,

(m)

Chỉ số bục, (kPa.m 2 /g)

Chỉ số xé, (mN.m 2 /g)

7,0 1,0 4060 2,17 7,30 7,5 1,0 4050 2,19 7,35 8,0 1,0 4010 2,18 7,33 8,5 1,0 3980 2,09 7,21 9,0 1,0 3870 2,04 7,13

Ghi chú: Bột giấy được nghiền 35 0 SR trên máy nghiền thí nghiệm kiểu Hà Lan 4,5 lít, xeo mẫu giấy thí nghiệm định lượng 70 g/m 2 trên máy xeo rappid

Kết quả tính chất cơ lý của giấy ở các giá trị pH khác nhau với mức dùng keo AKD 1,0 % (so với nguyên liệu KTĐ) ở trong bảng 3.3 cho thấy khi tăng dần pH từ 7,0 đến 8,5 của dòng huyền phù bột giấy thì tính chất ở lý của giấy không thay đổi nhiều Tuy nhiên, khi tăng pH của dòng huyền phù bột giấy lớn hơn 8,5 thì tính chất cơ lý của giấy có xu hướng giảm, có thể do độ pH cao cũng có thể dẫn tới sự oxy hóa xenluylô làm giảm độ bền cơ học của bột giấy

3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của chủng loại nguyên liệu và quá trình xử lý nguyên liệu (quá trình rửa bột giấy) đến hiệu quả quá trình gia keo

Trong các thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của chủng loại nguyên liệu và quá trình xử lý nguyên liệu đến hiệu quả quá trình gia keo AKD, điều kiện thí nghiệm được tiến hành như sau:

+ Nguyên liệu: OCC nội, OCC ngoại

+ Mức dùng tinh bột cationic: 0,5 % (so với bột khô tuyệt đối)

+ Trình tự tiến hành thí nghiệm: Điều chỉnh pH – tinh bột cationic – keo AKD – xeo giấy mẫu

+ Độ pH: 7,5

+ Mức dùng keo AKD: 1,0 % (so với nguyên liệu KTĐ)

+ Điều chỉnh pH bằng dung dịch NaOH 5 g/l

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của chủng loại nguyên liệu và quá trình xử lý nguyên liệu đến

hiệu quả quá trình gia keo

TT Các chỉ tiêu

Không rửa

của các hạt keo AKD trên giấy Hơn nữa, trong thành phần của OCC nội hàm lượng các tạp chất nhiều hơn OCC ngoại, chính các các tạp chất này giảm hiệu quả của quá trình gia keo Kết quả này cũng phản ánh chất lượng nguyên liệu OCC khác nhau sẽ cho hiệu quả gia keo khác nhau, OCC chứa nhiều thành phần bột hóa học, ít xơ sợi vụn, ít tạp chất thì hiệu quả gia keo sẽ cao hơn

Quá trình rửa bột giấy làm tăng hiệu quả của quá trình gia keo Bởi vì bột sau rửa thì hàm lượng stickies cũng như các tạp chất giảm, do đó bề mặt riêng cần phải gia keo cũng giảm nên hiệu quả quá trình gia keo tăng đồng thời chất lượng bề mặt giấy cũng được cải thiện khi bột giấy được rửa Vì vậy, để nâng cao hiệu quả của quá trình gia keo kiềm tính AKD cho giấy và các tông bao gói trong hệ thống chuẩn bị bột giấy nên sử dụng các thiết bị rửa bột, thiết bị lọc cát, thiết bị tách loại các tạp chất nhẹ Ngoài tác dụng làm sạch bột giấy để nâng cao hiệu quả quá trình gia keo, các thiết bị này cũng góp phần nâng cao chất lượng giấy

3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình tuần hoàn nước trắng đến hiệu quả của quá trình gia keo chống thấm bằng keo AKD (keo chống thấm kiềm tính) trong quá trình sản xuất giấy và các tông bao gói

Xu hướng trong sản xuất giấy và các tông bao gói hiện nay là tối ưu hóa hệ thống nước sản xuất như là: tăng hiệu quả sử dụng nước để giảm lượng nước nước sạch tiêu thụ, hiệu quả các quá trình làm sạch nước trong vòng tuần hoàn cao, chất lượng nước tuần hoàn khi làm sạch cao và có thể thay thế nước sạch ở một số vị trí quan trọng

Một số vị trí tiêu thụ nước chính trong dây chuyền sản xuất: vòi phun rửa lưới và chăn, nước làm kính cho bơm chân không vòng nước, nước làm kín trục cho bơm và cánh khuấy, nước chuẩn bị bột và pha loãng hóa chất phụ gia, nước vệ sinh máy v.v… Vòng tuần hoàn chính là lượng nước thoát ra từ lưới xeo được đưa tới thùng đầu để pha loãng bột giấy Lượng nước dư từ vòng tuần hoàn chính đưa tới được sử dụng trực tiếp cho các điểm điều khiển nồng độ hoặc các vòi phun rửa Lượng nước dư tiếp tục được

sử dụng để chuẩn bị bột hoặc đi ra bộ phận xử lý nước thải

Yêu cầu chất lượng nước công nghệ tại các vị trí là khác nhau trong dây chuyền nên dẫn tới việc cần thiết phải phân tách vòng tuần hoàn nước và loại bỏ các tạp chất Tối ưu hệ thống tuần hoàn nước tăng sản lượng giấy do tăng tỷ lệ thu hồi bột, tiết kiệm nguyên liệu, hóa chất phụ gia Tuy nhiên, chất lượng nước công nghệ phụ thuộc vào chủng loại sản phẩm, độ bảo lưu, nguyên liệu sử dụng, hóa chất phụ gia và các điều

kiện khác của dây chuyền

Nước trắng tuần hoàn sử dụng trong các nghiên cứu có các thông số được đo như sau:

+ Nguyên liệu: OCC nội

+ Mức dùng tinh bột cationic: 0,5 % (so với bột khô tuyệt đối)

+ Trình tự tiến hành thí nghiệm: Điều chỉnh pH – tinh bột cationic – keo AKD – xeo giấy mẫu

+ Độ pH: 7,5

+ Mức dùng keo AKD: 1,0 % (so với nguyên liệu KTĐ)

+ Lượng nước trắng tuần hoàn sử dụng: 20% đến 90%

+ Điều chỉnh pH bằng dung dịch NaOH 5 g/l

Kết quả nghiên cứu được đưa ra trong bảng 3.5

Kết quả nghiên cứu cho thấy, nhìn chung khi tăng lượng nước trắng tuần hoàn trong vòng tuần hoàn ngắn từ 20% đến 70% thì độ hút nước Cobb60 không thay đổi nhiều, khi tăng lượng nước trắng tuần hoàn lớn hơn 80%, độ hút nước Cobb60 có xu hướng tăng dần Điều này có thể do khi tăng lượng nước trắng quá cao thì độ dẫn của dòng huyền phù bột giấy tăng, làm giảm hiệu quả gia keo Tuy nhiên, khi tăng tuần hoàn nước trắng đến 90% hiệu quả gia keo vẫn đảm bảo yêu cầu đối với giấy và các tông bao gói Vì vậy, từ các kết quả nghiên cứu và phân tích nhóm đề tài lựa chọn lượng nước trắng tuần hoàn dùng để pha loãng trước khi xeo giấy ≤ 90 % tổng lượng nước dùng để pha loãng

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của lượng nước trắng tuần hoàn trong vòng tuần hoàn ngắn

đến hiệu quả quá trình gia keo

TT Lượng nước trắng tuần hoàn, (%) Cobb60, (g/m2) Độ dẫn,

Ghi chú: Vòng tuần hoàn ngắn là vòng tuần hoàn nước trắng quay lại: pha loãng bột trước xeo

3.4.2 Ảnh hưởng của lượng nước trắng tuần hoàn trong vòng tuần hoàn dài (vòng

tuần hoàn hoàn trên hình 1.8) đến hiệu quả của quá trình gia keo

Trong vòng tuần hoàn dài, nước trắng được tuần hoàn về thủy lực để đánh tơi

bột giấy, trong thực tế sản xuất lượng nước trắng tuần hoàn về đánh tơi thủy lực khoảng

70% tổng lượng nước sử dụng cho đánh tơi, còn lại là nước sản xuất và nước rửa tuần

hoàn Khi nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng này, nước sử dụng để đánh tơi bột giấy là nước

trắng tuần hoàn và nước sản xuất Điều kiện thí nghiệm được tiến hành như sau:

+ Nguyên liệu: OCC nội

+ Mức dùng tinh bột cationic: 0,5 % (so với bột khô tuyệt đối)

+ Trình tự tiến hành thí nghiệm: Điều chỉnh pH – tinh bột cationic – keo AKD –

xeo giấy mẫu

+ Độ pH: 7,5

+ Mức dùng keo AKD: 1,0 % (so với nguyên liệu KTĐ)

+ Lượng nước trắng tuần hoàn sử dụng: 20% đến 70%

+ Điều chỉnh pH bằng dung dịch NaOH 5 g/l

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của lượng nước trắng tuần hoàn trong vòng tuần hoàn dài

đến hiệu quả quá trình gia keo

TT Lượng nước trắng tuần hoàn, (%) Cobb60, (g/m2) Độ dẫn,

Ghi chú: Vòng tuần hoàn dài là vòng tuần hoàn nước trắng quay lại: đánh tơi thủy lực

Kết quả nghiên cứu trong bảng 3.6 cho thấy khi tăng lượng nước trắng tuần hoàn

thì hiệu quả gia keo có xu hướng giảm và độ dẫn huyền phù của bột giấy tăng Khi tăng

lượng nước trắng tuần hoàn đến 70% thì hiệu quả gia keo vẫn đảm bảo độ hút nước

Cobb60 nhỏ hơn 30 g/m2 đối với giấy và các tông bao gói Các kết quả nghiên cứu thu

nhận được nhóm đề tài lựa chọn lượng nước trắng tuần hoàn dùng để cho đánh tơi thủy

lực ≤ 70 % tổng lượng nước sử dụng để đánh tơi

3.4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của các ion kim loại trong nước trắng đến hiệu quả

quá trình gia keo

Điều kiện thí nghiệm tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các ion kim loại trong

nước trắng đến hiệu quả của quá trình gia keo như sau:

+ 100% OCC nội

+ Trình tự tiến hành thí nghiệm: Điều chỉnh pH – tinh bột cation - AKD – Xeo

giấy mẫu

+ Mức dùng tinh bột cation: 0,5% so với bột KTĐ

+ Mức dùng keo AKD: 1,0 % (so với nguyên liệu KTĐ)

+ Lượng nước trắng được pha loãng khi xeo: 90 %

+ Dùng CaCl2, Al2(SO4)3 (5 g/l) chỉnh độ dẫn của dung dịch huyền phù bột giấy trước khi gia phụ liệu cho xeo mẫu giấy

Kết quả nghiên cứu ở hình 3.1 cho thấy khi độ dẫn của dung dịch huyền phù bột giấy tăng lên sẽ làm giảm hiệu quả của quá trình gia keo Tuy nhiên, ảnh hưởng của các muối ion kim loại khác nhau trong dung dịch huyền phù bột giấy lên hiệu quả gia keo lại rất khác Đối với muối ion Ca2+, hiệu quả gia keo ảnh hưởng rõ rệt nhất khi độ dẫn huyền phù bột giấy lớn hơn 700 µS/cm Đối với muối ion Al3+, hiệu quả gia keo giảm

rõ rệt khi độ dẫn dung dịch huyền phù bột giấy cao hơn 300 µS/cm

Thực tế sản xuất giấy và các tông bao gói, hệ thống nước sản xuất nói chung và nước trắng nói riêng vẫn chứa nhiều ion kim loại Ca2+, Al3+ Ion Ca2+ vào trong hệ thống của quá trình sản xuất chủ yếu là do sử dụng chất độn CaCO3 và ion Al3+ đi vào

hệ thống chủ yếu do trong quá trình xử lý nước thô sử dụng Al2(SO4)3 Hầu hết các dây chuyền sản xuất hiện nay không có hệ thống bắt anion hay kiểm soát chất lượng nước trắng sản xuất, chỉ tiến hành xả bỏ theo một chu kỳ nhất định

Như vậy, để đảm bảo các ion kim loại Ca2+, Al3+ trong nước trắng không ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình gia keo các dây chuyền cần phân tích và kiểm soát nồng độ của các ion trong hệ thống nước trắng và tiến hành xả bỏ, xử lý hoặc tiến hành

bổ sung nước sạch để không gây ảnh hưởng đến hiệu quả quá trình gia keo

Hình 3.1 Ảnh hưởng của ion kim loại đến độ hút nước Cobb60

3.5 Nghiên cứu so sánh một số loại keo AKD (keo chống thấm kiềm tính) thương phẩm đang lưu hành đến hiệu quả gia keo trong sản xuất giấy và các tông bao gói

Điều kiện tiến hành nghiên cứu so sánh các loại keo thương phẩm AKD đang lưu hành trong sản xuất giấy và các tông bao gói gồm 03 loại keo: Công ty Đại Thịnh - Phú Thọ, Công ty Xương Giang - Bắc Giang và Công ty Thuận Phát Hưng

+ Nguyên liệu: 100% OCC nội

+ Trình tự tiến hành thí nghiệm: Điều chỉnh pH – tinh bột cation - AKD – Xeo giấy mẫu

+ Mức dùng tinh bột cation: 0,5% so với bột KTĐ

+ Mức dùng keo AKD: 1,0 % (so với nguyên liệu KTĐ)

+ Lượng nước trắng được pha loãng khi xeo: 90 %

+ Điều chỉnh pH bằng dung dịch NaOH 5 g/l

Kết quả trong bảng 3.7 cho thấy, nhìn chung hiệu quả của quá trình gia keo AKD chống thấm cho giấy và các tông bao gói khi sử dụng các loại keo thương phẩm

là không khác nhau nhiều Bởi vì, chất lượng keo thương phẩm đang lưu hành trên thị trường dùng cho sản xuất giấy và các tông bao gói hiện nay gần như tương đương nhau

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của chủng loại keo AKD đến hiệu quả quá trình gia keo

Các loại keo AKD