Nghiên cứu sản xuất thử nghiệm keo nhựa thông biến tính dùng cho gia keo giấy và cáctông bao gói

Tuy nhiên chất lượng của các sản phẩm keo biến tính này không cao, tính ổn định thấp, độ pH của dung dịch keo khá cao từ 10 -12 nên trong quá trình sản xuất phải sử dụng một lượng tương

BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY GIẤY VIỆT NAM VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY VÀ XENLUYLÔ

************************

BÁO CÁO TỔNG KẾT

DỰ ÁN SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM Tên dự án:

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM KEO NHỰA THÔNG BIẾN TÍNH DÙNG CHO GIA KEO GIẤY VÀ

CÁC TÔNG BAO GÓI

Cơ quan chủ quản : Bộ Công Thương

Cơ quan chủ trì : Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô

Chủ nhiệm dự án : TS Vũ Quốc Bảo

7122

17/02/2009

Hà nội - 2008

Mục lục

Trang

Mở đầu 1

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ NHỰA THÔNG VÀ KEO NHỰA THÔNG 4

I.1 Thành phần và tính chất của colophon 5

I.2 Công nghệ sản xuất keo nhựa thông truyền thống 6

I.3 Công nghệ sản xuất keo nhựa thông biến tính 8

I.4 Một số kết quả nghiên cứu về keo nhựa thông biến tính 8

PHẦN II: KẾT QUẢ THỰC HIỆN DỰ ÁN 15

II.1 Thị trường keo nhựa thông 15

II.2 Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ 18 II.3 Hoàn thiện và xây lắp dây chuyền thiết bị 28

II.4 Sản xuất thực nghiệm 31

II.5 Đánh giá sơ bộ dự án 36 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 38 Tài liệu tham khảo

Phụ lục

Mở đầu

Trong những năm trở lại đây ngành công nghiệp giấy trong nước và thế giới

đã có những bước tiến vượt bậc trong lĩnh vực nghiên cứu và sản xuất các sản phẩm gia keo chống thấm cho giấy, đặc biệt là các loại giấy in, giấy viết như AKD (alkyl ketene dimers) và ASA (alkenyl succinic anhyđrie) Tuy nhiên, sản phẩm keo nhựa thông vẫn là lựa chọn ưu tiên hàng đầu của các nhà sản xuất giấy và cactông bao gói

Có thể nói, ưu điểm của keo nhựa thông trong gia keo cho giấy và cactông là hiệu quả gia keo khá cao và tức thời (đối với keo AKD và ASA hiệu quả gia keo chỉ đạt sau thời gian bảo quản sản phẩm từ 10 ngày trở lên) nên sản phẩm có thể sử dụng hoặc gia công ngay lập tức, giảm tối thiểu thời gian lưu kho Hơn thế nữa việc khống chế môi trường gia keo ở mức pH từ 4.5 đến 5.5 bằng phèn nhôm còn cho phép kết tụ các tạp chất có tính anion có trong nguyên liệu ban đầu, hạn chế sự bám dính của các hợp chất này lên lưới, trục ép, lô sấy…, nâng cao hiệu quả vận hành máy xeo, giảm hàm lượng các chất gây ô nhiễm trong nước thải

Hiện nay sản phẩm keo nhựa thông được sử dụng cho gia keo các sản phẩm giấy và các tông ở các nhà máy trên thế giới chủ yếu là keo nhựa thông biến tính có hàm lượng chất khô từ 50 – 75% và keo nhựa thông phân tán với hàm lượng nhựa

tự do khá cao

Ở trong nước, phần lớn các nhà máy sản xuất bao gói, các tông hòm hộp đều

sử dụng keo nhựa thông, nhưng chủ yếu là keo nấu theo phương pháp truyền thống: nấu colophan với dung dịch NaOH hoặc Na2CO3 ở nhiệt độ 950C đến dưới 1000C trong 3 đến 5 giờ Chất lượng gia keo thường thấp, mức dùng cao và không ổn định

so với một số keo nhựa thông biến tính nhập khẩu

Sản phẩm keo nhựa thông biến tính cũng đã được sản xuất ở một số cơ sở trong nước Tuy nhiên chất lượng của các sản phẩm keo biến tính này không cao, tính ổn định thấp, độ pH của dung dịch keo khá cao (từ 10 -12) nên trong quá trình sản xuất phải sử dụng một lượng tương đối lớn phèn nhôm (50 – 70kg/tấn giấy) để

đưa pH của dung dịch bột về giá trị thích hợp (4.5 - 5.5) Chính vì vậy mà các dòng sản phẩm này tiêu thụ khá chậm và chưa chiếm được thị trường, đặc biệt là chưa thể thay thế keo nhựa thông nấu theo phương pháp truyền thống ngay tại các cơ sở sản xuất giấy

Để nghiên cứu khả năng điều chế nhựa thông biến tính có chất lượng, độ ổn định cao và đánh giá hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất ở quy mô thử nghiệm, tháng 11/2005, Phòng công nghệ Viện công nghiệp Giấy và Xenluylô được Viện

giao cho thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sản xuất keo nhựa thông biến tính dùng cho

gia keo giấy và cactông bao gói” Nhóm đề tài đã nghiên cứu sử dụng một số tác

nhân như: một số hợp chất của iốt và các dẫn xuất của anhyđrít malêíc, axít fumaric trong quá trình biến tính colophan và đã nghiên cứu các yếu tố công nghệ Kết quả cho thấy quy trình sản xuất nhựa thông biến tính tốt nhất là xử lý colophan với dẫn xuất từ fumaric Hơn thế nữa Viện cũng đã thiết kế, đặt chế tạo được dây chuyền pilốt thử nghiệm với công suất 200 kg/ngày và đã tiến hành sản xuất được trên 8 tấn sản phẩm đạt chất lượng cao Sản phẩm của đề tài đã được thử nghiệm và tiêu thụ hết ở một số Công ty sản xuất giấy ở khu vực Hà nội, Bắc Ninh, Hoà Bình Tuy nhiên dây chuyền pilốt khi đi vào sản xuất liên tục đã bộc lộ một số nhược điểm là: năng suất và hiệu suất còn thấp, chất lượng sản phẩm chưa thực sự ổn định (thời gian bảo quản thấp, keo có độ nhớt cao và có hiện tượng kết tinh), quá trình vận hành chủ yếu là thủ công, thiết bị chế tạo chưa đồng bộ đặc biệt là hệ thống gia nhiệt nồi nấu chưa phù hợp nên xẩy ra hiện tượng thủng vỏ gia nhiệt Các nhược điểm đó đã ảnh hưởng tới hiệu quả kinh tế, giảm tính cạnh tranh của sản phẩm và không đáp ứng đủ số lượng sản phẩm cho khách hàng

Trước thực trạng đó, để sản xuất một thế hệ keo nhựa thông biến tính đạt chất lượng cao nhằm thay thế các loại keo mà các cơ sở đang tự sản xuất, cạnh tranh với các sản phẩm cùng loại để góp phần chủ động, ổn định sản xuất của các

cơ sở sản xuất giấy và cactông bao gói Mặt khác, sản phẩm sẽ là một trong những mặt hàng chủ lực của Viện CN Giấy và Xenluylô khi chuyển sang cơ chế tự trang trải kinh phí hoạt động Với lý do trên, Viện đã đề xuất với Bộ Công nghiệp (nay là

Bộ Công Thương) xin hỗ trợ tài chính để thực hiện dự án sản xuất thử nghiệm

“Nghiên cứu sản xuất thử nghiệm keo nhựa thông biến tính dùng cho gia keo giấy và các tông bao gói”

PHẦN I:

TỔNG QUAN VỀ NHỰA THÔNG VÀ KEO NHỰA THÔNG

Có thể nói, cây thông là một trong những đặc sản của rừng Thông không chỉ cho chúng ta gỗ, mà quan trọng hơn là nhựa thông Từ nhựa thông ta có thể sản xuất

ra dầu thông và colophan Dầu thông được dùng trong các ngành hoá chất: dược liệu, sơn, tổng hợp long não, dầu hoàng đàn…Colophan là nguyên liệu quan trọng cho công nghiệp giấy, chất dẻo, sơn, mực in và cao su…

Đối với thông cho nhựa theo tính chất công nghiệp thì ở Việt Nam chủ yếu

có 3 loài: Thông nhựa (thông 2 lá) – pinus merkusii Jungli et de Vriese; Thông đuôi ngựa – pinus massoniana Lamb; Thông 3 lá - pinus kesiya Royle Về phân bố, thông nhựa tập trung nhiều ở vùng từ Quảng Ninh đến Đông Nam Bộ; thông đuôi ngựa rất thích hợp với điều kiện tự nhiên ở các tỉnh biên giới phía Bắc còn thông ba

lá lại thích hợp với điều kiện lập địa ở Lâm Đồng và Nam Tây Nguyên

Khi khai thác, nhựa vừa chảy từ ống dẫn nhựa ra, tỷ lệ dầu thông trong nhựa

có thể đạt tới 36 % Sau khi tiếp xúc với không khí, dầu thông bay hơi rất nhanh, đồng thời nhựa đặc dần Nhựa khi đưa tới nhà máy chế biến thường lẫn nhiều tạp chất như: vỏ cây, dăm gỗ, sâu bọ, bụi… Tỷ lệ trung bình của các chất trong nhựa thông:

I.1 Thành phần và tính chất của Colophan

I.1.1 Tính chất vật lí của colophan

Colophan sản xuất từ nhựa thông là một chất rắn trong suốt, cứng, giòn, màu sắc từ vàng nhạt đến màu hồng do chất lượng nguyên liệu và điều kiện công nghệ chế biến

Colophan có thể hoà tan trong rất nhiều dung môi hữu cơ như: C2H5OH,

CH3COCH3, CCl4, C6H6, CS2, dầu thông và các dung dịch bazơ nhưng không tan trong nước Colophan có tỷ trọng 1,05 – 1,10g/cm3, nhiệt độ hoá mềm 60 -850C Hoá lỏng ở 1200C, nhiệt dung riêng của colophan 2,25Kj/kg.0C Nhiệt độ sôi 2500C

ở áp suất 0,667 Kpa

Colophan dễ bị kết tinh, nhiệt độ nóng chảy của colophan kết tinh tương đối cao (110 – 1300C), khó xà phòng hoá, có xu thế kết tinh lại trong một số dung môi bình thường, nó bị giảm giá trị sử dụng trong công nghiệp giấy, sơn dầu Colophan

dễ bị oxy hoá trong không khí, đặc biệt ở nhiệt độ cao hoặc ở dạng bột Colophan ở dạng bụi trộn với không khí rất dễ gây nổ, nhiệt độ tự cháy là 1300C, giới hạn nổ là 12,6g/m3

Chất lượng của colophan được quyết định bởi màu sắc, nhiệt hoá mềm, độ triết quang, độ quay cực, xu thế kết tinh, độ nhớt

I.1.2 Thành phần hoá học của colophan

Colophan là một hỗn hợp phức tạp, nguồn gốc khác nhau thì thành phần cũng khác nhau, nhưng chủ yếu là axit nhựa ngoài ra còn có một tỷ lệ nhỏ axit béo

và các chất trung tính

Colophan là dung dịch rắn của nhiều axit nhựa đồng phân có công thức chung là C20H30O2 hoặc C19H29COOH Qua nghiên cứu, người ta đã xác định được kết cấu của 13 loại axit nhựa chủ yếu Căn cứ vào kết cấu của axit nhựa, người ta chia chúng làm 3 loại chính Axit nhựa kiểu axits abietic, nhóm axit nhựa pimaric, nhóm axit nhựa kiểu 2 vòng

Đối với nhóm axit nhựa kiểu axit abietic: Trong cấu tạo có nối đôi cộng hợp, kết cấu thay đổi khi chịu tác dụng của nhiệt và axit, bị oxy hoá trong không khí Axit nhựa abietic khi thay đổi kết cấu do chịu tác dụng của nhiệt hoặc axit hình thành một hỗn hợp cân bằng chủ yếu là các axit abietic, các axit có nối đôi cộng hợp khi gia nhiệt đến 200oC, thành phần gồm có 81% là axit abietic, 14% axit palustric, 5% axit neoabietic Ở nhiệt độ 250 – 2700C, axit nhựa kiểu abietic mất hydro tạo thành axit dehydroabietic Khi cộng hydro, axit nhựa kiểu abietic tạo thành một số axit kiểu dyhydroabietic

Nhóm axit nhựa pimaric bao gồm: axit isopimaric, axit sandaracopimaric Trong cấu tạo có hai nối đôi, nhưng không phải là nối đôi cộng hợp Chúng tương đối ổn định với tác dụng của nhiệt và axit Ở điều kiện ôn hoà, axit nhựa kiểu pimaric bị mất hydro

Nhóm axit nhựa kiểu 2 vòng gồm: axit kommunic, axit mercusic, hàm lượng của nhóm này trong colophan thường thấp Các gốc axit trong cấu tạo của 2 loại axit này đều có thể tạo nên các phản ứng hoá học liên quan đến gốc axit

Colophan do nhiều axit nhựa tạo thành, tính chất hoá học của nó do khả năng tạo phản ứng của axit nhựa quyết định Trong phân tử axit nhựa có 2 trung tâm phản ứng hoá học: nối đôi và gốc axit (-COOH) Do phản ứng của nối đôi và gốc axit làm cho colophan dễ thay đổi cấu tạo, nhạy cảm với tác dụng oxy hoá của không khí, tham gia các phản ứng cộng hợp, hydro hoá, polyme hoá, este hoá Hầu hết các sản phẩm biến tính và dẫn suất của chúng được điều chế thông qua các phản ứng này

I.2 Công nghệ sản xuất keo nhựa thông truyền thống

Quá trình nấu keo nhựa thông dựa trên cơ sở của phản ứng xà phòng hoá giữa các axit nhựa có trong colophan bằng xút hoặc natri cacbonat theo các phương trình [I.1] và [I.2]

C19H29COOH + NaOH = C19H29COONa + H2O [I.1] 2C19H29COOH + Na2CO3 = 2C19H29COONa + H2O + CO2 [I.2]

Thiết bị nấu nhựa thông thường có cấu tạo hai vỏ, gia nhiệt gián tiếp bằng hơi có trang bị cánh khuấy (đôi khi có những cơ sở nhỏ, thủ công quá trình nấu sử dụng hơi trực tiếp và hoá chất dùng là Na2CO3, quá trình khuấy trộn tận dụng khí

CO2 sinh ra) Các bước tiến hành thường theo thứ tự: nước – kiềm – colophan Tỷ lệ nhựa/nước thường là 1/3 Dung dịch xút được chuẩn bị ở một bể riêng biệt và được bơm định lượng vào bể phản ứng, bổ sung nước để đạt tỷ dịch 1/3, khuấy đều và tiến hành gia nhiệt Colophan ở dạng cục được đập nhỏ và được cấp dần vào bể phản ứng Quá trình nấu keo nhựa thông thường kéo dài từ 2,5 đến 3 giờ ở nhiệt độ

+ K là mức dùng kiềm, tính theo % so với khối lượng colophan

+ X là trị số xà phòng hoá, tính theo % kiềm

+ D2 là khối lượng đương lượng kiềm sử dụng trong quá trình nấu keo

+ D1 là khối lượng đương lượng kiềm sử dụng trong quá trình xác định trị số

xà phòng hoá

+ C là hàm lượng nhựa tự do có trong keo sản phẩm, %

Kết thúc quá trình nấu, nhựa thông được sữa hoá bằng nước nóng (60-800C)

về nồng độ 100g/l Trước khi phối trộn vào bột giấy, nhựa được pha loãng tiếp tới nồng độ 20-25g/l (quá trình sữa hoá và pha loãng cần khuấy mạnh) bằng nước thường

Tuỳ thuộc vào hàm lượng nhựa tự do còn lại, có thể chia keo nhựa thông làm hai loại: keo nhựa thông không chứa nhựa tự do và keo nhựa thông có chứa một tỷ

lệ nhựa tự do nhất định (keo trắng) Đối với keo không chứa nhựa tự do thường sử dụng trong quá trình sản xuất giấy và cáctông bao gói từ OCC và bột giấy không tẩy Keo trắng thường sử dụng cho quá trình sản xuất giấy in và giấy viết

I.3 Công nghệ sản xuất keo nhựa thông biến tính

Mục đích của qúa trình biến tính colophan là giảm xu hướng kết tinh và nâng cao mức độ hoạt tính của sản phẩm keo Các phương pháp biến tính nhìn chung đều dựa vào đặc điểm cấu tạo hoá học của các axit nhựa có trong colophan, đặc biệt là liên kết đôi liên hợp Từ cấu tạo của các axit trong colophan cho thấy chỉ có một số đồng phân abietic là có liên kết đôi liên hợp, do vậy quá trình biến tính chủ yếu diễn

ra với các đồng phân này

Quá trình biến tính dựa trên cơ sở của phản ứng oxy hoá với các tác nhân như: Iôt, LiI, FeI2 hoặc axit phốtphoric ở điều kiện nhiệt độ từ 220 – 2250C trong

2 -3 giờ [4,5,6] Một phương pháp khác là tiến hành phản ứng cộng vòng Alder với tác nhân là các dẫn suất của axit furmalic hoặc anhydrite maleic Các nghiên cứu đã cho thấy quá trình biến tính colophan theo phản ứng cộng vòng Diels-Alder thuận lợi hơn phản ứng oxy hoá do các tác nhân Iôt, LiI, FeI2 thường rất đắt và khó khống chế phản ứng:

Diels-Sản phẩm của phản ứng cộng vòng Diels-Alder được bổ sung thêm 2 nhóm cacboxyl và tính axit của chúng mạnh hơn so với nhóm cacboxyl ban đầu Điều này

có nghĩa là đặc tính âm điện tăng lên làm cho khả năng phân tán keo tốt hơn, kích thước hạt keo trong dung dịch nhỏ hơn, phản ứng của keo với phèn nhôm tạo resinat nhôm tăng lên nên hiệu quả gia keo tốt hơn

I.4 Một số kết quả nghiên cứu về keo nhựa thông biến tính của Viện CN Giấy– Xenluylô

I.4.1 Về công nghệ

Nhìn chung chưa có một nghiên cứu nào cụ thể, hoàn chỉnh về công nghệ đối với dòng sản phẩm này, một số cơ sở như: Công ty TNHN sản xuất Hóa chất và TMDV Gia định, Công ty TNHH Đại Thịnh …cũng chỉ nhận chuyển giao từ các chuyên gia nước ngoài hoặc tự làm nên chất lượng chưa cao, sản lượng còn hạn chế

và chưa thay thế được sản phẩm keo nhựa thông truyền thống

Viện CN Giấy và Xenluylô, năm 2005 – nơi đầu tiên đã thực hiện nghiên cứu công nghệ sản xuất loại keo nhựa thông biến tính này.Nhóm nghiên cứu đã thực hiện các bước nghiên cứu cơ bản: công nghệ biến tính colophan, công nghệ xút hóa colophan, xây dựng mô hình công nghệ - thiết bị

Về công nghệ biến tính, nhóm nghiên cứu đã khảo sát một loạt các hóa chất dùng cho biến tính colophan như các hợp chất iot (LiI, FeI2) và biến tính dựa trên phản ứng Diels – Alder Kết quả cho thấy đối với sản phẩm khi biến tính bằng các hợp chất iôt có thể bảo quản ở dạng nhựa dẻo có hàm lượng chất khô 75%.Chất lượng nhựa thông biến tính hay ở dạng dung dịch sữa hóa rất ổn định do hạn chế được hiện tượng kết tinh của axit abiêtic, keo có khả năng hòa tan tốt ở nhiệt độ thường Mặc dù vậy, các hợp chất từ iot rất đắt, độ ổn định thấp và hiệu quả gia keo của sản phẩm này chỉ tương đương với keo nhựa thông nấu theo phương pháp truyền thống (mức dùng 0,75% keo, độ hút nước Cobb60 của mẫu giấy bao gói đạt

27 – 28g/m2)

Đối với quá trình biến tính dựa trên phản ứng Diels – Alder, kết quả cho rất khả quan.Nhóm nghiên cứu đã khảo sát một loạt các yếu tố công nghệ và đã lựa chọn được các điều kiện hợp lý cho quá trình biến tính: mức dùng tác nhân biến tính nhựa thông: 8% so với colophan, thời gian biến tính 2,5 giờ, nhiệt độ 1900C và độ hút nước của mẫu giấy bao gói đạt 17g/m2 và tốt hơn rất nhiều so với keo nhựa thông tryền thống (cùng mức dùng keo 0,75% KTĐ) nên đã được lựa chọn cho sản xuất thử nghiệm

Keo nhựa thông biến tính sau nấu có độ khô đạt 70 -75%, có màu cánh dán,

độ nhớt vừa phải, tan tốt trong nước ấm, dễ sử dụng

I.4.2 Về thiết bị

Sau khi nghiên cứu, ổn định công nghệ trong phòng thí nghiệm, nhóm đề tài

đã thiết kế, đặt chế tạo, xây lắp 1 hệ thống pilot sản xuất keo nhựa thông biến tính công suất 200kg/ngày tại gian nhà kho cũ tại xưởng thực nghiệm của Viện Sơ đồ

dây chuyền được đưa ra trong hình 1.1

Quá trình vận hành:

Nhựa thông được đập nhỏ được nạp vào nồi A, lò gia nhiệt 3 được đốt bằng than Để khống chế nhiệt và hạn chế tác hại của nhiệt độ cao tới nồi nấu chảy và biến tính colophan, nồi được gia nhiệt ban đầu bằng dung dịch dầu gia nhiệt Tuy nhiên do dầu không được tuần hoàn và tiếp xúc với nhiệt cao nên dầu bị nhiệt phân tạo thành các phân tử nhỏ bốc hơi lên phía trên tới giới hạn và tự bốc cháy sau vài

mẻ nấu, do vậy vật liệu chuyền nhiệt sau đó được thay bằng cát thạch anh Thời gian gia nhiệt cho khối vật liệu này rất lâu (khoảng 6 tiếng) Khối vật liệu này sau khi được gia nhiệt sẽ truyền nhiệt qua thành nồi làm nóng chảy colophan chứa trong nồi Sau khi colophan nóng chảy hết, tiến hành khuấy trộn và nâng nhiệt độ (bằng cách cấp gió vào lò) khối colophan lên 1900C Khi đạt nhiệt tiến hành bổ sung dần tác nhân biến tính nhựa thông, thời gian bổ sung là 15 phút (tránh hiện tượng trào khỏi miệng nồi) Thời gian biến tính là 2,5giờ tính từ khi bổ sung hết phụ gia biến tính

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ hệ thống nấu keo nhựa thông biến tính 200kg/ngày

A- Nồi biến tính colophan; B -Nồi xút hoá nhựa thông 1,5-Máy khuấy; 2-Vỏ nồi chứa vật liệu truyền nhiệt; 3-Lò đốt than; 4-Van cấp hơi; 6 –Van tháo sản phẩm;7-Van xả nước ngưng; 8-Van cấp nước sạch

Cửa lò

Cửa lấy xỉ Quạt gió

3

5

4B

6

1

8

7

Trong khoảng thời gian chờ nóng chảy nhựa thông và biến tính colophan, mở van 8 lấy lượng nước sạch nhất định theo tính toán vào nồi xút hoá B, đảm bảo nồng độ keo sản phẩm đạt 75% Bật khuấy 5, bổ sung từ từ NaOH (dạng vẩy) vào hoà tan đồng thời mở van hơi 4, cấp nhiệt và gia nhiệt dung dịch NaOH lên 900C

Kết thúc thời gian biến tính, mở van 6 tháo từ từ nhựa thông đã được biến tính vào nồi xà phòng hoá, quá trình này cần khuấy tốc độ cao đảm bảo sự phân tán

và phản ứng xà phòng hoá diễn ra triệt để Khi đã tháo hết nhựa, bắt đầu tính thời gian xà phòng hoá Thời gian là 1,5 giờ Kết thúc thời gian xà phòng hóa, tháo sản phẩm vào thùng, để nguội trước khi xuất xưởng

Tuy hệ thống thiết bị còn thô sơ, điều kiện sản xuất còn hạn chế nhưng từ tháng 2 năm 2006 đến giữa tháng 6 năm 2006, nhóm đề đã tổ chứa sản xuất được 4 đợt với sản lượng 8.170 kg keo thương phẩm Kết quả phân tích và thử nghiệm cho thấy hiệu quả gia keo của sản phẩm thấp hơn khi tiến hành điều chế trong phòng thí nghiệm: cùng với mức dùng 0,75% độ hút nước cobb60 của giấy không đều giữa các

mẻ, dao động trong khoảng 18 – 21g/m2 Mặc dù vậy chất lượng keo vẫn cao hơn nhiều so với sản phẩm keo truyền thống

Sản phẩm keo nhựa thông sản xuất ra đã được bán hết cho một số khách hàng như: Công ty Cổ phần Giấy Tây đô (Hà nội), Công ty Cổ phần giấyViệt Nhật (Bắc Ninh), Công ty TNHH giấy Bình Minh (Bắc Ninh), Công ty cổ phần Giấy Lửa Việt…Nhìn chung sản phẩm của đề tài đã được các công ty chấp nhận về mặt chất lượng, giá cả hợp lý và sẵn sàng đặt mua lâu dài

I.4.3 Một số vấn đề còn tồn tại về công nghệ và thiết bị sản xuất

1 Về mặt công nghệ:

Từ thực tế sản xuất cho thấy độ nhớt của sản phẩm còn khá cao (ở dạng dẻo) nên gây khó khăn cho quá trình thao tác đóng gói sản phẩm và quá trình sử dụng ở nhà máy

Keo để trên 30 ngày đã có hiện tượng kết tinh ở phía trên mặt thùng chứa

Do vậy để sản phẩm keo này có chỗ đứng trên thị trường thì nhất thiết cần phải:

+ Nghiên cứu, xử lý làm giảm độ nhớt của keo nhựa thông biến tính

+ Nghiên cứu nhằm nâng cao tính ổn định, ức chế quá trình kết tinh của sản phẩm, kéo dài thời gian bảo quản của keo

+ Vỏ chứa vật liệu gia nhiệt rất nhanh bị thủng đáy

+ Nhiệt độ biến tính không ổn định, khó khống chế (chủ yếu bằng cách cấp gió vào lò và lượng than trong lò)

+ Thiếu các thiết bị chuẩn bị hóa chất, phụ gia

+ Năng suất thấp: 200kg/ngày

+ Điều kiện làm việc của công nhân độc hại do khói lò và hơi xút bốc ra (không có hệ thống quạt hút và độ cao cần thiết của ống khói), mọi công việc đều làm thủ công

Muốn khắc phục các hạn chế trên cần thiết phải có những nghiên cứu thêm

và hoàn thiện công nghệ, thiết bị nhằm đáp ứng được chất lượng sản phẩm cũng như số lượng sản phẩm, tính ổn định và liên tục cho các cơ sở sản xuất giấy và các tông bao gói

Để hoàn thiện công nghệ - thiết bị, Viện CN Giấy –Xenluylô đã xây dựng và trình Bộ Công nghiệp xin thực hiện dự án sản xuất thử nghiệm keo nhựa thông biến tính công suất 200 tấn/năm

I.4.4 Nội dung của dự án sản xuất thử nghiêm

Sau khi hội đồng thẩm định của Bộ Công nghiệp xem xét và đánh giá dự án

có tính khả thi cao, Bộ Công nghiệp đã ký hợp đồng số 02.07.SXTN/HĐ-KHCN,

ngày 16 tháng 01 năm 2007 với Viện CN Giấy và Xenluylô, giao cho Viện thực

hiện dự án sản xuất thử nghiệm “Nghiên cứu sản xuất thử nghiệm keo nhựa

thông biến tính dùng cho gia keo giấy và cactông bao gói”, thời gian thực hiện là

2 năm (2007 - 2008)

* Mục tiêu của dự án:

1 Mục tiêu trước mắt: Hoàn thiện công nghệ, hoàn thiện dây chuyền sản xuất thử nghiệm keo nhựa thông biến tính công suất 200 tấn/năm với đầy đủ trang thiết bị phụ trợ

2 Mục tiêu lâu dài: Tạo ra các thế hệ sản phẩm keo nhựa thông biến tính mang tính chất thương mại đáp ứng được yêu cầu của thị trường Sản phẩm mang thương hiệu của Viện và là một trong các sản phẩm chủ đạo của Viện khi chuyển sang cơ chế tự trang trải kinh phí hoạt động

* Nội dung chính của dự án bao gồm

1 Nghiên cứu thị trường:

+ Khảo sát nhu cầu dùng keo chống thấm của các cơ sở sản xuất giấy và cáctông bao gói

+ Tìm hiểu một số loại keo cùng loại trên thị trường…

+ Khả năng cung cấp nguyên, nhiên vật liệu cho quá trình sản xuất

2 Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ:

+ Nâng cao tính ổn định của keo nhựa thông biến tính trong quá trình bảo quản

+ Giảm bớt độ nhớt của sản phẩm keo nhựa thông biến tính

3 Hoàn thiện dây chuyền sản xuất thử nghiệm công suất 200tấn/năm:

+ Xây dựng và sửa chữa 360m2 nhà xưởng

+ Thiết kế chế tạo thiết bị nấu chảy, thiết bị phản ứng biến tính colophan với khả năng tự động điều chỉnh nhiệt độ

+ Thiết kế các bể sữa hoá, bể chứa sản phẩm

+ Trang bị các thiết bị phụ trợ: cân, thiết bị nâng hạ, đóng gói…

+ Sản xuất thử trên dây chuyền mới 150 tấn keo thành phẩm

PHẦN II:

KẾT QUẢ THỰC HIỆN DỰ ÁN II.1 THỊ TRƯỜNG KEO NHỰA THÔNG

Theo số liệu khảo sát cho thấy, tổng công suất các dây chuyền sản xuất giấy cáctông bao bì công nghiệp ở nước ta tại thời điểm cuối năm 2006 chiếm 47% tổng công suất giấy toàn ngành, đạt 549.300 tấn/năm [15] Các sản phẩm chủ yếu gồm giấy duplex các loại (chủ yếu là duplex mặt vàng dùng cho lớp phẳng ngoài của cáctông sóng) 188.650 tấn/năm, cáctông sóng là 208.150 tấn/năm, giấy bao gói, kraft khoảng 152.500 tấn/năm Tuy nhiên công suất giấy và cáctông bao bì công nghiệp lại chủ yếu tập trung tại khoảng 20 công ty có công suất từ 5.000 tấn/năm trở lên (chiếm tỷ lệ 80%)

Tại hầu hết các doanh nghiệp chuyên sản xuất giấy và cáctông bao bì công nghiệp, nguyên liệu dùng cho sản xuất chủ yếu là OCC, bột kraft nhập ngoại và gia keo chống thấm cho giấy là keo nhựa thông như: Công ty TNHH Giấy An Bình 40.000 tấn/năm; Công ty TNHH giấy và giấy bao gói Phú Thọ 5.500 tấn/năm; Công

ty TNHH Vạn Phát 38.500 tấn/năm; Công ty Giấy Xuân Đức 7.600 tấn/năm; Công

ty Giấy Vĩnh Huê 8.000 tấn/năm; Công ty cổ phần Giấy Sông Lam 7.400 tấn/năm; Công ty TNHH giấy Bình Minh 10.000 tấn/năm; Công ty TNHH Tân Thành Đồng 8.000 tấn/năm; Công ty cổ phần Giấy Lam Sơn 7.000 tấn/năm; Công ty giấy bao bì Phú Giang 7.000 tấn/năm; Công ty cổ phần giấy Mục Sơn 15.000 tấn/năm; Công ty

cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ 15.000 tấn/năm; Công ty Giấy Lửa Việt 5.000 tấn/năm và một loạt các cơ sở sản xuất nhỏ ở Bắc Ninh, thành phố Hồ Chí Minh sản xuất giấy bao bì công nghiệp đều sử dụng keo nhựa thông chống thấm cho giấy

Với tổng sản lượng giấy bao bì, cáctông bao gói trên nửa triệu tấn, hàng năm các cơ sở tiêu thụ khoảng 5.000 tấn keo nhựa thông và hầu hết các sản phẩm cáctông bao gói đều được gia keo bằng keo nhựa thông tự sản xuất theo phương

pháp nấu thủ công, lạc hậu Chất lượng keo nhìn chung không ổn định, chất lượng thấp, tiêu hao lớn và đặc biệt tính chủ động trong sản xuất thấp

Trong vài năm trở lại đây cũng đã xuất hiện một vài sản phẩm keo nhựa thông biến tính trên thị trường như: sản phẩm nhựa thông cường tính AM 70, nhựa thông phân tán AM 40 của công ty TNHH Đại Thịnh (công suất 1.000 tấn/năm), sản phẩm keo nhựa thông tăng cường FROSIN GD-70, keo NUESIZE GD -35 của Công ty TNHH SX Hóa Chất TMDV Gia Định Mặc dù xuất hiện trên thị trường khá sớm, song tính tới thời điểm này các dòng sản phẩm này vẫn chưa thuyết phục, hấp dẫn được các nhà sản xuất giấy, cáctông bao gói Sản phẩm tiêu thụ rất chậm rất ít các cơ sở sử dụng, nguyên nhân chủ yếu là hiệu quả gia keo không vượt trội so với keo truyền thống tự nấu, độ pH của keo còn cao, độ ổn định chưa cao và đặc biệt độ nhớt còn khá cao

khẩu như: sản phẩm EKA CR M1718 của tập đoàn EKa – Thụy Điển do công ty TNHH Thuận Phát Hưng nhập khẩu và phân phối; Keo nhựa thông phân tán của hãng Hercules – Đài loan do công ty TNHH Tân Phú Cường nhập khẩu và phân phối, và một số các sản phẩm khác có nguồn gốc từ Trung Quốc Một số khảo sát

và thực nghiệm cho thấy các sản phẩm này thích hợp cho sản xuất giấy trắng hơn so với giấy bao bì sử dụng OCC và bột chưa tẩy [16]

Với thực tế trên, sản phẩm keo nhựa thông của Viện CN Giấy và Xenluylô với công suất 200 tấn/năm hoàn toàn có khả năng thâm nhập, chiếm lĩnh thị trường

và phát triển nếu chất lượng sản phẩm tốt, ổn định, đủ số lượng, hiệu quả gia keo tốt, giá cả cạnh tranh, công tác maketing và hỗ trợ bán hàng tốt

Với sản phẩm keo nhựa thông biến tính nguyên liệu chủ yếu là colophan loại

tốt, xút (NaOH) công nghiệp và một lượng nhỏ các hóa chất phụ gia Nhìn chung hầu hết các nguyên liệu đầu vào trong nước đều đáp ứng được Thật vậy, nước ta có điều kiện tự nhiên thuận lợi về trồng và khai thác nhựa thông Theo số liệu của Bộ NN&PTNT, năm 2005 tổng diện tích rừng thông toàn quốc khoảng 194.721 ha với:

Vùng Đông Bắc khoảng 77.015 ha; Vùng Tây Bắc khoảng 3.857 ha; Đồng bằng Bắc Bộ khoảng 3.066 ha; Vùng Duyên hải Trung Bộ 72.329 ha; Vùng Tây Nguyên khoảng 10.784 ha; Đông Nam Bộ khoảng 10.784 ha, trong đó diện tích trồng thông nhựa là 90.000 ha Theo kết quả khảo sát và đánh giá của ngành lâm nghiệp, thì với diện tích 90.000 ha có thể đạt sản lượng 540.000 tấn nhựa trong điều kiện 100% diện tích thông nhựa đến tuổi khai thác.Tuy nhiên, sản lượng khai thác nước ta mới chỉ đạt 5% với giả thiết trên Theo các chuyên gia kinh tế dự báo nếu phối hợp đồng

bộ giữa các ngành liên quan với chính quyền địa phương trong việc quy hoạch, quản lý, trồng và khai thác nhựa thì những năm tới sản lượng khai thác nhựa có thể đạt trên 40.000 tấn/năm [nguồn VOV]

Hiện tại hàng năm, các cơ sở chế biến nhựa thông trong nước nới chỉ đáp ứng được khoảng 15.000 tấn/năm chủ yếu tập trung ở Quảng Ninh, Quảng Bình, Lạng Sơn, Hà Tĩnh…tiêu biểu như các công ty: Xí nghiệp chế biến nhựa thông thuộc Công ty Lâm công nghiệp Long Địa – Quảng Bình; Công ty Cổ phần Trường Thịnh, Nghệ An (công suất 2.500 tấn colophan/năm); Công ty cổ phần Thông Quảng Ninh (dây chuyền mới 5.000 tấn/năm) Sản phẩm của các công ty này đủ tiêu chuẩn xuất khẩu sang các nước: Nhật bản, Hàn Quốc, Trung Quốc …

Phần nhựa dư còn lại chủ yếu được các lâm trường, người dân sơ chế biến thủ công và bán sản phẩm thô cho các lái thương xuất khẩu sang Trung Quốc

Với các số liệu trên cho thấy, hiện tại và trong tương lai nguồn nhựa thông cung cấp là rất sẵn và ổn định Hiện tại colophan dùng cho sản xuất nhựa thông của

dự án đều được mua của Công ty cổ phần Thông Quảng Ninh với chất lượng, số lượng luôn đảm bảo và ổn định

Các nguyên liệu khác như: xút (NaOH), các phụ gia khác đều có thể mua tìm mua dễ dàng trên thị trường trong nước với xuất xứ của Việt Nam hoặc Trung Quốc

II.2 HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ

Mục tiêu: tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện công nghệ nhằm giảm độ nhớt và hạn chế sự kết tinh của keo, kéo dài thời gian bảo quản và tính ổn định của sản

phẩm

II.2.1 Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

* Nguyên liệu và hoá chất:

+ Colophan được mua trực tiếp tại nhà máy chế biến nhựa thông Quảng Ninh Colophan có màu vàng sáng, tỷ trọng 1,08g/cm3, trị số axit 176 (lượng K2O tính theo mg cần thiết để trung hoà 1g colophan hoà tan trong etanol ở nhiệt độ thường)

+ Hóa chất dùng cho nghiên cứu: Trung Quốc

+ Nguyên liệu OCC nội (thu gom trong nước) được lấy từ nhà máy giấy Tây

đô - Đại mỗ – Từ Liêm

*Thiết bị nghiên cứu

- Cân phân tích (0,0001g), (EU)

- Máy khuấy từ, (EU)

- Nồi nấu nhựa inox 1000ml

- Máy khuấy trục đứng (Nhật)

- Máy xeo Rapid thí nghiệm, PTI - Áo

- Máy nghiền thí nghiệm Hà Lan 4,5l (Pháp)

- Máy đo độ nghiền, PTI - Áo

- Thiết bị đo độ Cobb60, (Nga)

- Máy đo độ nhớt, (Đức)

- Hệ thống sinh hàn, bếp điện

- Lưới 325mesh đã biết trước khối lượng

* Phương pháp nghiên cứu

1 Quá trình biến tính colophan

Quá trình biến tính colophan được thực hiện trong bình phản ứng bằng inox dung tích 1000 l, có trang bị khuấy và gia nhiệt bằng bếp điện

Cân 200g Colophan chính xác tới 0,1g, đập nhỏ cho vào bình phản ứng, gia nhiệt cho tới khi nóng chảy hết, tiếp tục gia nhiệt tới nhiệt độ phản ứng theo từng quy trình Bổ sung một lượng nhất định tác nhân biến tính vào dung dịch colophan Gia nhiệt tới nhiệt độ phản ứng và bảo ôn ở nhiệt độ này theo quy trình đã chọn Trong quá trình phản ứng tiến hành khuấy trộn, chú ý tránh trào bọt

Kết thúc thời gian biến tính, colophan được xà phòng hoá với dung dịch xút đặc ngay trong bình phản ứng Quá trình xà phòng hoá phải khuấy trộn mạnh Kết thúc thời gian xà phòng hoá, mẫu keo được làm nguội, để ổn định 24giờ trước khi đem xác định các tính chất hoá lý, khả năng gia keo cho giấy

2 Xác định độ nhớt của dung dịch keo

Mẫu nhựa thông sau khi được nấu theo các quy trình khác nhau được đem xác định độ nhớt Quá trình được xác định độ nhớt được tiến hành theo phương pháp thử TCVN 2092-1993 (độ nhớt BZ4, đơn vị tính là giây (s))

3 Phương pháp xác định độ kết tinh

Độ kết tinh được tính là lượng chất rắn còn lại trên lưới 325mesh (đường kính lỗ lưới 45µm) của dung dịch keo sau khi xử lý và lọc ở các điều kiện tiêu chuẩn và được tính theo đơn vị ppm (phần triệu) so với lượng keo khô tuyệt đối ban đầu

Quy trình tiến hành được mô tả như sau:

+ Lưới 325mesh đã biết trước khối lượng

+ Cân 100g dung dịch keo đã biết trước nồng độ, độ chính xác tới 0,01g + Nước cất được chuẩn bị ở nhiệt độ 800C, thể tích 900ml

+ Hoà keo vào trong cốc 2l đã chứa nước cất, khuấy đều trong 5 phút sau đó lọc từ từ qua lưới 325mesh Sau khi lọc xong tiến hành rửa nhiều lần lưới bằng nước ấm 600C

+ Tiến hành sấy lưới có chứa lượng keo kết tinh đến khối lượng không đổi + Cân khối lượng lưới và tính lượng keo đã kết tinh so với khối lượng keo đem thử Đơn vị tính là ppm