Nghiên cứu sử dụng kết hợp tinh bột cation và polyacrylamit cation để nâng cao chất lượng giấy in

1 BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY GIẤY VIỆT NAM CÔNG TY TNHH - VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY VÀ XENLUYLÔ **************&************ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2011 NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG KẾT HỢP TINH BỘT CATION VÀ POLYACRYLAMIT CATION ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG GIẤY IN Cơ quan chủ quản: BỘ CÔNG THƯƠNG Cơ quan chủ trì: VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY VÀ XENLUYLÔ Chủ nhiệm đề tài: Hoàng Mạnh Vinh Kỹ sư công nghệ giấy 9026 HÀ NỘI 11/2011 2 MỤC LỤC STT NỘI DUNG Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT 3 DANH MỤC CÁC BẢNG 4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 5 MỞ ĐẦU 6 PHẦN I TỔNG QUAN 8 1 POLYACRYLAMIT CATION SỬ DỤNG LÀM CHẤT TRỢ BẢO LƯU TRONG SẢN XUẤT GIẤY 8 1.1 Tổng quan về polyacrylamit 9 1.1.2 Polyacrylamit cation làm trợ bảo lưu trong sản xuất giấy 11 2 TINH BỘT CATION DÙNG TRONG SẢN XUẤT GIẤY 13 2.1 Tổng quan về tinh bột 13 2.2 Tinh bột cation 14 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng tinh bột cation làm chất tăng bền khô 15 2.3.1 Ảnh hưởng của quá trình hồ hóa tinh bột 15 2.3.2 Ảnh hưởng của mật độ điện tích (charge density) của tinh bột cation 16 2.3.3 Ảnh hưởng của độ dẫn điện của nước trắng 17 2.3.4 Ảnh hưởng của pH môi trường xeo 17 2.3.5 Ảnh hưởng của nồng độ các anion tạp chất 17 2.3.6 Ảnh hưởng của thời điểm gia tinh bột cation vào hỗn hợp bột 17 3 SỬ DỤNG KẾT HỢP TINH BỘT CATON VÀ POLYACRYLAMIT CATION TRONG SẢN XUẤT GIẤY IN 18 PHẦN II NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 2.1 Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị nghiên cứu 19 2.1.1 Nguyên liệu 19 2.1.2 Hóa chất 19 2.1.3 Thiết bị 19 2.2 Phương pháp nghiên cứu 19 2.2.1 Mô tả phương pháp nghiên cứu 19 2.2.2 Xác định các chỉ tiêu chất lượng của giấy 21 PHẦN III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 22 3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của tinh bột cation đến độ bảo lưu và các tính chất cơ lý của giấy 22 3 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng kết hợp tinh bột cation và polyacrylamit cation đến độ bảo lưu và tính chất cơ lý của giấy 23 3.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của polyacrylamit cation đến độ bảo lưu và tính chất cơ lý của giấy 23 3.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng kết hợp tinh bột cation và polyacrylamit cation đến độ bảo lưu và tính chất cơ lý của giấy 25 3.2.3 Nghiên cứu lựa chọn mức dùng tinh bột cation và polyacrylamit cation thích hợp trong sản xuất giấy in 29 3.3 Sản xuất thực nghiệm 33 3.3.1 Giai đoạn chuẩn bị bột giấy 34 3.3.1.1 Nghiền bột 34 3.3.1.2 Quy trình gia phụ liệu 34 3.3.2 Giai đoạn xeo giấy 35 3.4 Kết luận và kiến nghị 37 3.4.1 Kết luận 37 3.4.2 Kiến nghị 39 Tài liệu tham khảo 40 3 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT CPAM : Polyacrylamit cation CS : Tinh bột cation GCC : Chất độn CaCO 3 nghiền DS : Độ thế (tinh bột cation) PDADMAC : Polydiallyl-dimetyl-amoni clorit PEI : Polyetylen imin PAC : Polyaluminum clorit 4 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Một số tính chất vật lý của polyacrylamit Bảng 1.2 Mật độ điện tích của một số chất trợ bảo lưu thông dụng Bảng 3.1 Ảnh hưởng của tinh bột cation đến độ bảo lưu và tính chất cơ lý của giấy in Bảng 3.2 Ảnh hưởng của polyacrylamit cation đến độ bảo lưu và tính chất cơ lý của giấy Bảng 3.3 Ảnh hưởng của việc sử dụng kết hợp tinh bột cation và polyacrylamit cation đến độ bảo lưu và tính chất cơ lý của giấy Bảng 3.4 Nghiên cứu lựa chọn mức dùng tinh bột cation và polyacrylamit cation thích hợp trong sản xuất giấy in Bảng 3.5 Ảnh hưởng của chủng loại polyacrylamit cation Bảng 3.6 Một số chỉ tiêu chất lượng của giấy in sản xuất thử nghiệm 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Kết bông bắc cầu với polyacrylamit cation Hình 1.2 Điểm bổ xung polyacrylamit cation trong quá trình sản xuất giấy Hình 1.3 Phản ứng điều chế tinh bột cation Hình 3.1 Độ tro của các mẫu giấy không bổ xung, có bổ xung cả hai hoặc bổ xung một trong hai phụ gia CS và CPAM Hình 3.2 Chiều dài đứt của các mẫu giấy không bổ xung, có bổ xung cả hai hoặc bổ xung một trong hai phụ gia CS và CPAM Hình 3.3 Chỉ số xé của các mẫu giấy không bổ xung, có bổ xung cả hai hoặc bổ xung một trong hai phụ gia CS và CPAM Hình 3.4 Tính chất quang học của các mẫu giấy không bổ xung, có bổ xung cả hai hoặc bổ xung một trong hai phụ gia CS và CPAM Hình 3.5 Sơ đồ khối dây chuyền công nghệ sản xuất 6 MỞ ĐẦU Ngày nay, các nhà sản xuất giấy thường có xu hướng là đưa hàm lượng chất độn cao nhất có thể vào giấy, để tận dụng các nguồn chất độn giá rẻ có sẵn trong tự nhiên như CaCO 3 và cao lanh. Việc tăng hàm lượng chất độn trong giấy cũng đồng nghĩa với việc giảm hàm lượng xơ sợi bột giấy, qua đó giảm được chi phí sản xuất và lượng chất thải ra môi trường. Đối với giấy in, giấy viết, tăng hàm lượng chất độn còn có thể cải thiện được một số tính chất như tăng độ đục, độ trắng, độ nhẵn cũng như tính đồng đều của tờ giấy. Tuy nhiên, khi tăng hàm hàm lượng chất độn, độ bền của giấy sẽ giảm đi. Vì vậy, để không làm ảnh hưởng tới chất lượng giấy đồng thời giữ lại lượng chất độn nhiều nhất có thể ở trong giấy bắt buộc phải sử dụng các chất phụ gia. Hiện nay, các nhà máy sản xu ất giấy in, giấy viết trên thế giới thường sử dụng chất phụ gia là tinh bột cation và chất trợ bảo lưu. Ở Việt Nam, các nhà máy sản xuất giấy in, giấy viết lớn như Tổng công ty Giấy Việt Nam (Công ty giấy Bãi Bằng trước đây), Công ty cổ phần Tập đoàn Tân Mai, trong sản xuất giấy in, viết chất phụ gia được sử dụng là tinh bột cation và hệ trợ bảo lưu hai thành phần. Do đó, sản phẩm của hai đơn vị này có tính cạnh tranh và chất lượng hơn hẳn các đơn vị khác. Các đơn vị sản xuất giấy in, giấy viết vừa và nhỏ ở nước ta trong sản xuất thường chỉ sử dụng tinh bột cation và rất ít đơn vị sử dụng kết hợp cả hai thành phần này là tinh bột cation và chất trợ bảo lưu. Hiệ n tại, ngành giấy cũng chưa có một nghiên cứu cụ thể nào về việc sử dụng kết hợp giữa tinh bột cation và chất trợ bảo lưu trong sản xuất giấy in , giấy viết. Chính vì lý do đó mà việc sử dụng hai chất này vẫn chưa được phổ biến rộng rãi tới các doanh nghiệp trong nước. Vì vậy, năm 2011, Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô đã được Bộ Công Thương đặt hàng đề tài: “Nghiên cứu sử dụng kết hợp tinh bột cation và polyacrylamit cation để nâng cao chất lượng giấy in” Với nghiên cứu này sẽ giúp cho các doanh nghiệp thấy rõ tính hơn hẳn của chất lượng giấy khi có sử dụng kết hợp giữa tinh bột cation và chất trợ bảo lưu mà ở đây là sử dụng polyacrylamit cation, so với giấy chỉ sử dụng tinh bột cation hoặc không sử dụng cả hai. Hơ n nữa, nghiên cứu này cũng giúp cho các 7 doanh nghiệp trong việc sử dụng kết hợp giữa tinh bột cation và polyacrylamit một cách có hiệu quả và khoa học. Mục tiêu của đề tài: Xây dựng được quy trình công nghệ thích hợp sử dụng kết hợp tinh bột cation và polyacrylamit cation nhằm nâng cao chất lượng giấy in và giảm chi phí sản xuất. Nội dung nghiên cứu : - Nghiên cứu ảnh hưởng của tinh bột cation đến độ bảo lưu và tính chất cơ lý củ a giấy. - Nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng kết hợp giữa tinh bột cation và polyacrylamit cation tới độ bảo lưu và tính chất cơ lý của giấy. - Xác định quy trình công nghệ sử dụng kết hợp giữa tinh bột cation và polyacrylamit cation trong sản xuất giấy in. - Sản xuất thử nghiệm 500 kg giấy in theo quy trình đã chọn. 8 PHẦN I TỔNG QUAN I. POLYACRYLAMIT CATION SỬ DỤNG LÀM CHẤT TRỢ BẢO LƯU TRONG SẢN XUẤT GIẤY Sản xuất giấy trên máy xeo thực chất là một quá trình lọc. Trên lưới xeo, quá trình hình thành và quá trình thoát nước diễn ra liên tục và giữ lại phần lớn các chất rắn bao gồm các xơ sợi, các hạt chất độn và các phụ gia. Phần được giữ lại trên lưới tiếp đó được dẫn qua các công đoạn hút chân không, ép, sấy, ép quang trở thành tờ giấy. Phần huyền phù rắn cùng với một phần lớn nước thoát ra từ huyền phù bột qua lưới được gọi là nước trắng. Quá trình thoát nước trên lưới là quá trình tạo hình tờ giấy từ huyền phù bột. Quá trình thoát nước phải đủ lớn để đảm bảo cho tờ giấy ướt sau khi qua bộ phận lưới không bị tan rã, do đó độ dài của lưới xeo phải đủ để giấy đạt độ bền nhất định. Tốc độ thoát nước của huyền phù bột trên lưới là yếu tố cơ bản để xác định tốc độ chạy máy. Có thể tăng tốc độ thoát nước bằng việc sử dụng lưới xeo có mắt lưới rộng cho phép nước trắng thoát ra nhanh hơn. Tuy nhiên, trong huyền phù bột các xơ sợi, chất độn, và các chất bổ xung vào để cải thiện các tính chấ t của giấy sẽ được giữ lại kém hiệu quả nếu lưới có kích thước mắt lưới lớn. Nồng độ nước trắng có thể tăng đáng kể và gây ra các vấn đề khác nhau trong vòng tuần hoàn nước trắng, chẳng hạn như vấn đề bám dính. Ngoài ra, chất lượng và số lượng của sản phẩm giấy cũng sẽ giảm đi. Mặt khác, nếu sử dụng l ưới xeo mắt lưới nhỏ hơn, quá trình bảo lưu xơ sợi sẽ tăng đáng kể nhưng khả năng thoát nước sẽ bị giảm xuống. Tăng khả năng bảo lưu xơ sợi mịn và chất độn tại phần ướt máy xeo giấy là một mục tiêu công nghệ quan trọng đã và đang được nghiên cứu, giải quyết và hoàn thiện. Nhìn chung, để nâng cao độ bả o lưu chất độn một số giải pháp công nghệ theo các lý thuyết sau thường được lựa chọn: - Giảm lượng nước pha loãng. - Sử dụng các chất kết bông nhằm liên kết các hạt chất độn có kích thước nhỏ tạo thành các khối có kích thước lớn hơn có thể kết tụ hiệu quả lên bề mặt xơ sợi hoặc tạo ra các điều kiện hóa lý để các hạt mịn có thể bám vào xơ sợi (kết bông vi mô). Với giải pháp thứ nhất, khi giảm lượng nước pha loãng bột lên lưới thì độ bảo lưu chất độn và xơ sợi vụn sẽ tăng, tuy nhiên đi cùng với nó là chất lượng giấy thu nhận được không cao (giấy nhiều vân mây, không đồng nhất) do đó trong thực tế thường sử dụng giải pháp thư hai. 9 Trong nhiều năm, các nhà sản xuất giấy đã nhận ra tầm quan trọng của một số hóa chất có khả năng làm tăng độ bảo lưu của các thành phần trong giấy. Đầu tiên, một sản phẩm đơn giản, chẳng hạn như phèn nhôm được sử dụng để tăng độ bảo lưu các hạt mịn trong giấy in và giấy có gia chất độn. Ngày nay, các chất trợ bả o lưu hiện đại như các polyme tổng hợp, đặc biệt là polyacrylamit đã được ứng dụng để cải thiện độ bảo lưu và khả năng thoát nước tại phần ướt máy xeo [8]. 1.1. Tổng quan về polyacrylamit Polyacrylamit là một polyme được sử dụng rộng rãi làm chất trợ bảo lưu trên thế giới, chúng được sử dụng trong tất cả các loại giấy khi cần tăng độ bả o lưu của chất độn và xơ sợi mịn. Các sản phẩm này được sản xuất dưới dạng chất rắn, phân tán (trong dầu), và dạng nhũ tương nghịch (dầu trong nước) theo thứ tự giảm dần phạm vi hoạt động của sản phẩm [6] Các polyme này có cấu trúc cơ bản như sau: -[-CH 2 -CH(CONH 2 )-CH 2 -CH(CONH 2 )-CH 2 -] n - n = 3.000 đến 36.000 Từ năm 1995, monome acrylamit đã được thương mại hóa. Hợp chất này từ lâu đã được biết đến trong việc sản xuất ra các polyme tan trong nước, nhờ quá trình đồng trùng hợp với các monome khác hoặc tự trùng hợp. Sự sẵn có của acrylamit đã đem lại cho nghành công nghiệp một phương tiện hiệu quả để sản xuất các polyme hoạt động – anion, cation, hoặc không thuộc ion – nhằm đáp ứng các yêu cầu c ủa công nghệ hiện đại. Các polyme này đã đáp ứng đầy đủ các nhu cầu quan trọng của các nghành chế xuất qua khả năng phản ứng hóa học của các polyme hoặc qua các polyme với thành phần, khối lượng phân tử hoặc mức độ tạo màng cần thiết trong các ứng dụng đặc biệt. Acrylamit được tổng hợp nhờ thủy phân axit acrylonitrin qua acrylamit sun phát. Cả polyacrylamit và polymetylolacrylamit đều là các polyme tan trong nước cạnh tranh với các vậ t liệu như cacboxy metyl xenluloza (CMC) hay polyvinyl ancol (PVA). Copolyme của acrylamit và dimetylaminopropyl acrylamit đã được tổng hợp để sử dụng làm chất đông tụ và làm đặc. Nó hoạt động như một tác nhân keo tụ khoáng sét và tuyển quặng, có khả năng ứng dụng trong sử lý nước thải. Đó là các vật liệu cation, khác với các loại polyacrylat anion và polyetylen oxit không ion. [...]... sản xuất, chất lượng sản phẩm và tốc độ của máy xeo giấy Ví dụ như các loại giấy tissue thường sử dụng rất ít hoặc không sử dụng tinh bột trong khi các loại giấy in và giấy viết có thể sử dụng tới 7% [2] tinh bột so với trọng lượng của giấy Thông 13 thường, hàm lượng tinh bột sử dụng càng cao khi tỷ lệ chất độn sử dụng càng cao nhằm bảo đảm đạt được độ bền và các tính chất in cần thiết của giấy Về mặt... khi tinh bột biến tính hoá học (tinh bột cation, tinh bột anion hoặc tinh bột lưỡng tính) thường được sử dụng trong quá trình gia keo nội bộ 2.2 Tinh bột cation Trong các chất tăng bền khô trên thì tinh bột cation là chất được sử dụng rộng rãi nhất trong thực tế do hiệu quả tăng độ bền khô và khả năng cạnh tranh về giá so với các chất tăng bền khô khác Tỷ lệ sử dụng tinh bột cation so với bột giấy. .. tác dụng xấu này của chúng bằng cách sử dụng polyaluminum clorit (PAC) để bổ sung vào huyền phù bột trước khi bổ xung tinh bột cation vào hỗn hợp bột giấy nếu muốn tăng hiệu quả sử dụng tinh bột cation làm chất tăng độ bền khô 2.3.6 Ảnh hưởng của thời điểm gia tinh bột cation vào dòng bột [8] Bản thân tinh bột cation là một chất bảo lưu tốt vì nó có kích thước lớn và tích điện dương Nó có thể sử dụng. .. bổ sung polyacrylamit cation (lượng polyacrylamit cation cần dùng cũng giảm), nếu không polyacrylamit cation sẽ chiếm hết các vị trí tích điện âm trên xơ sợi, làm giảm hiệu quả sử dụng của tinh bột cation III SỬ DỤNG KẾT HỢP TINH BỘT CATION VÀ POLYACRYLAMIT CATION TRONG SẢN XUẤT GIẤY IN Tinh bột cation được sử dụng trong công nghiệp sản xuất giấy với vai trò làm chất tăng bền khô hoặc làm chất trợ... dùng tinh bột cation 1,5% là hợp lý cho sản xuất giấy in từ 100% bột giấy hóa học tẩy trắng, tăng mức dùng này lên cao hơn nữa tính chất cơ lý của giấy sẽ giảm do sự giảm độ đồng đều của tờ giấy 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng kết hợp tinh bột cation và polyacrylamit cation đến độ bảo lưu và tính chất cơ lý của giấy 3.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của polyacrylamit cation lên độ bảo lưu và tính chất. .. mịn và các hạt chất độn để tăng độ trắng và độ đục cho giấy, giảm chi phí sản xuất đồng thời bù lại sự suy giảm tính chất cơ lý của giấy, kết quả của việc tăng hàm lượng chất độn trên giấy 3.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng kết hợp tinh bột cation và polyacrylamit cation đến độ bảo lưu và tính chất cơ lý của giấy Mức dùng tinh bột cation 1,5%, mức dùng polyacrylamit cation 0,02% so với bột giấy. .. kết hợp của sử dụng đồng thời cả tinh bột cation và polyacrylamit cation Cuối cùng, một loạt các mẫu giấy thí nghiệm với các mức dùng tinh bột cation và polyacrylamit cation khác nhau được thực hiện, và thông qua việc đánh giá các chỉ tiêu chất lượng của giấy để tìm ra mức dùng hợp lý của hai phụ gia này trong sản xuất nhằm nâng cao chất lượng giấy in 20 2.2.2 Xác định các chỉ tiêu chất lượng của giấy. .. 600C đến 80oC cho đến khi hồ tinh bột được sử dụng Trước khi sử dụng hồ tinh bột để bổ xung vào hỗn hợp bột giấy phải hòa loãng hồ tinh bột tới nồng độ dưới 1 %, như vậy tinh bột sẽ dễ phân tán đều trong huyền phù bột giấy 2.3.2 Ảnh hưởng của mật độ điện tích (charge density) của tinh bột cation Mật độ điện tích của tinh bột cation được biểu thị bằng đơn vị là meqiv/g Các chất điện tích khác nhau thì... CS và CPAM Độ bền kéo của mẫu giấy sử dụng cả hai phụ gia tinh bột cation và polyacrylamit cation cao hơn so với mẫu giấy không sử dụng cả hai phụ gia này, mặc dù mức độ tăng không lớn (chỉ khoảng 0,3%) Tuy nhiên, so với mẫu không sử dụng đồng thời hai phụ gia tinh bột cation và polyacrylamit cation thì độ bền kéo của mẫu giấy này cao hơn đáng kể, cụ thể là cao hơn 8,0% so với mẫu giấy chỉ sử dụng tinh. .. tính chất quang học, do các mẫu giấy được xeo trong cùng một điều kiện nên ở các mẫu giấy có độ tro cao hơn, tức là có hàm lượng chất độn trên giấy cao hơn sẽ cho độ trắng và độ đục cao hơn Chính vì vậy, độ trắng và độ đục của mẫu giấy sử dụng cả hai phụ gia tinh bột cation và polyacrylamit cation là cao nhất Cụ thể, độ trắng của mẫu giấy này cao hơn độ trắng của giấy chỉ sử dụng tinh bột cation hoặc polyacrylamit . thích hợp sử dụng kết hợp tinh bột cation và polyacrylamit cation nhằm nâng cao chất lượng giấy in và giảm chi phí sản xuất. Nội dung nghiên cứu : - Nghiên cứu ảnh hưởng của tinh bột cation. hẳn của chất lượng giấy khi có sử dụng kết hợp giữa tinh bột cation và chất trợ bảo lưu mà ở đây là sử dụng polyacrylamit cation, so với giấy chỉ sử dụng tinh bột cation hoặc không sử dụng cả. Công nghiệp Giấy và Xenluylô đã được Bộ Công Thương đặt hàng đề tài: Nghiên cứu sử dụng kết hợp tinh bột cation và polyacrylamit cation để nâng cao chất lượng giấy in Với nghiên cứu này sẽ