NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ NGHIỀN VÀ TINH BỘT CATION ĐẾN ĐỘ BỀN CƠ LÝ CỦA BỘT TỪ NGUYÊN LIỆU OCC

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ NGHIỀN VÀ TINH BỘT CATION ĐẾN ĐỘ BỀN CƠ LÝ CỦA BỘT TỪ NGUYÊN LIỆU OCC Tác giả ĐỖ THỊ CẨM TÚ Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ NGHIỀN VÀ TINH BỘT CATION ĐẾN ĐỘ BỀN CƠ LÝ CỦA BỘT TỪ NGUYÊN

LIỆU OCC

Họ và tên sinh viên: ĐỖ THỊ CẨM TÚ Ngành: CÔNG NGHỆ GIẤY - BỘT GIẤY Niên Khóa: 2005 - 2009

Tháng 06/2009

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ NGHIỀN VÀ TINH BỘT CATION ĐẾN ĐỘ BỀN CƠ LÝ CỦA BỘT TỪ NGUYÊN LIỆU OCC

Tác giả

ĐỖ THỊ CẨM TÚ

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu

cấp bằng kỹ sư ngành Công nghệ giấy và bột giấy

Giáo viên hướng dẫn:

ThS ĐẶNG THỊ THANH NHÀN

Tháng 06 năm 2009

LỜI CẢM TẠ

Tôi xin chân thành cám ơn:

Ba mẹ tôi đã động viên và khích lệ, tạo niềm tin và động lực để tôi hoàn thành bài luận văn này

Quí thầy cô của Trường Đại học Nông Lâm và khoa Lâm Nghiệp đã truyền đạt

và trang bị kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học tập tại trường

Th.S Đặng Thị Thanh Nhàn đã nhiệt tình hướng tôi trong suốt khoảng thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài

KS Hồ Thị Thùy Dung, quản lý phòng thí nghiệm bộ môn Công nghệ sản xuất giấy và bột giấy trường đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh, đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện thí nghiệm

Tất cả các thành viên lớp DH05GB đã đóng góp ý kiến bổ ích để tôi khắc phục những khó khăn trong suốt quá trình thí nghiệm

Các anh chị làm việc tại Công Ty Cổ Phần Giấy Mỹ Xuân – Sài Gòn và Công

Ty Cổ Phần Giấy An Bình đã cung cấp tài liệu và những kinh nghiệm quí báo giúp tôi hoàn thành bài luận văn

Công Ty Cổ Phần Giấy Mỹ Xuân – Sài Gòn đã cung cấp nguyên liệu giấy OCC

để tôi thực hiện thí nghiệm

ưu cho độ bền cơ lí của bột làm từ nguyên liệu OCC

Nguyên liệu sử dụng là OCC nội và OCC ngoại cung cấp bởi Công Ty Cổ Phần Giấy Mỹ Xuân – Sài Gòn được phối trộn theo tỉ lệ 60:40 Nguyên liệu sẽ được điều hòa ở nhiêt độ phòng trong 24 giờ và xác định độ khô, sau đó sẽ được ngâm trong nước (nhiệt độ 27 0 C) với thời gian là 24 giờ để nguyên liệu được trương nở Sau đó nguyên liệu được đem nghiền bằng máy nghiền Hà Lan, xác định độ nghiền 300SR,

350SR, 400SR, 450SR, 500SR theo thời gian Phối trộn tinh bột cation ở các mức 0%, 0,5 %, 1 %, 1,5 %, 2 %, 2,5% (so với bột KTĐ) vào bột để chuẩn bị cho quá trình xeo

tờ handsheet Sau đó xác định ảnh hưởng của độ nghiền đến tính chất của bột làm từ nguyên liệu OCC ở các mức dùng tinh bột cation khác nhau tìm ra độ nghiền tối ưu cho cả sáu mức dùng, ảnh hưởng của mức dùng tinh bột cation ở độ nghiền tối ưu đến tính chất của bột từ nguyên liệu OCC Từ đó đưa ra mức dùng tinh bột tối ưu và độ nghiền tối ưu cho tính chất của bột làm từ nguyên liệu OCC

Kết quả thu được:

¾ Ở cả sáu mức tinh bột cation 0 %, 0,5 %, 1 %, 1,5 %, 2 %, 2,5% thì độ nghiền từ 30 oSR đến 40 oSR độ chịu kéo, độ nén vòng, độ chịu bục tăng đều Giai đoạn độ nghiền từ 40oSR đến 45oSR độ chịu kéo, độ nén vòng, độ chịu bục tăng nhanh Giai đoạn 45 oSR đến 50 oSR độ chịu kéo và độ nén vòng tăng chậm, độ chịu bục giảm Điểm nghiền tối ưu cho độ bền cơ lý của bột làm từ nguyên liệu OCC tốt nhất ở sáu mức tinh bột từ 0% đến 2,5% là 45 oSR

¾ Khi gia thêm tinh bột cation từ 0 % đến 2% ở điểm nghiền tối ưu thì độ chịu kéo tăng 39 %, độ nén vòng tăng 44,12 % và độ chịu bục tăng 34,54 %.Đến mức dùng từ 2 - 2,5% thì độ chịu kéo giảm 15,79%, độ nén vòng giảm 7,4%, độ chịu bục giảm 1,2% Vì thế mức dùng tinh bột cation tối ưu là 2%

Như vậy, ở độ nghiền 45 oSR và mức dùng tinh bột cation 2% sẽ cho độ bền cơ

lý của bột làm từ nguyên liệu OCC tốt

MỤC LỤC

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích nghiên cứu 2

1.3 Mục tiêu của đề tài 2

1.4 Phạm vi nghiên cứu 2

Chương 2 TỔNG QUAN 3

2.1 Tình hình phát triển giấy trên thế giới 3

2.2 Tình hình phát triển ngành giấy trong nước 3

2.3 Giới thiệu về giấy carton 4

2.3.1 Khái niệm về giấy carton 4

2.3.2 Phân loại giấy bìa carton 5

2.3.3 Ưu, nhược điểm khi sản xuất giấy carton từ giấy tái chế 5

2.4 Quá trình nghiền 6

2.4.1 Khái niệm chung 6

2.4.2 Cơ chế nghiền bột 6

2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền bột 9

2.4.3.1 Ảnh hưởng của áp lực nghiền 10

2.4.3.2 Ảnh hưởng của thời gian nghiền 11

2.4.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ nghiền 11

2.4.3.4 Ảnh hưởng của nồng độ bột 11

2.4.3.5 Ảnh hưởng của pH 12

2.4.4 Ảnh hưởng của độ nghiền tới tính chất của giấy 13

2.5 Tổng quan về tinh bột cation 14

2.5.1 Giới thiệu về tinh bột cation 14

2.5.2 Cách sử dụng tinh bột cation 16

2.5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của việc sử dụng tinh bột cation làm tăng độ bền cơ lý của giấy 17

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21

3.1 Nội dung nghiên cứu 21

3.2 Thời gian và địa điểm nghiên cứu: 21

3.2.1 Thời gian nghiên cứu: 21

3.2.2 Địa điểm nghiên cứu: 21

3.2.3 Hóa chất và thiết bị nghiên cứu 21

3.2.3.1 Hóa chất nghiên cứu 21

3.2.3.2 Thiết bị thí nghiệm 22

3.3 Phương pháp nghiên cứu 23

3.3.1 Thí nghiệm 1 25

3.3.2 Thí nghiệm 2 25

3.3.3 Xử lí số liệu 26

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27

4.1 Ảnh hưởng của độ nghiền theo thời gian 27

4.2 Ảnh hưởng của độ nghiền đến độ chịu kéo ở các mức dùng tinh bột 27

4.3 Ảnh hưởng của độ nghiền đến độ nén vòng ở các các mức dùng tinh bột cation 30

4.4 Ảnh hưởng của độ nghiền đến độ chịu bục ở các các mức dùng tinh bột cation 31

4.5 Điểm nghiền tối ưu 34

Chương 5 KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ 36

5.1 Kết quả 36

5.2 Kiến nghị 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

PDACMAC Polydiallyl-Dimethyl Ammonium Chloride

SCAN Scandinavian Pulp, Paper and Board Testing Committee

TCVN Tiêu Chuẩn Việt Nam

Cv Hệ Số Biến Động

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Cơ chế nghiền bột 7

Hình 2.2: Ảnh hưởng của qúa trình nghiền lên xơ sợi 8

Hình 2.3: Ảnh hưởng của nồng độ bột trong quá trình nghiền 11

Hình 2.4: Ảnh hưởng của độ nghiền đến tính chất giấy 13

Hình 2.5 Phản ứng điều chế tinh bột cation từ tinh bột tự nhiên 15

Hình 2.6: Ảnh hưởng của tinh bột cation lên sự thoát nước của một huyền phù bột loại LWC .17

Hình 3.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm. 23

Hình 4.1: Ảnh hưởng của độ nghiền theo thời gian nghiền 27

Hình 4.2: Ảnh hưởng của độ nghiền đến độ chịu kéo ở các mức dùng tinh bột cation. .28

Hình 4.3: Ảnh hưởng của độ nghiền đến độ nén vòng ở các mức dùng tinh bột cation. .30

Hình 4.4: Ảnh hưởng của độ nghiền đến độ chịu bục ở các các mức dùng tinh bột 32

Hình 4.5: Ảnh hưởng của mức dùng tinh bột cation đến độ chịu kéo ở độ nghiền tối ưu 45oSR 34

Hình 4.6: Ảnh hưởng của mức dùng tinh bột cation đến độ nén vòng ở độ nghiền tối ưu 450SR 34

Hình 4.7: Ảnh hưởng của mức dùng tinh bộ cation đến độ chịu bục ở điểm nghiền tối ưu 450SR 35

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Cường độ điện tích của một số polymer cationic 19 Bảng 3.2: Ảnh hưởng của độ nghiền đến sự thay đổi thời gian 25 Bảng 3.3: Ảnh hưởng của độ nghiền ở sáu mức dùng tinh bột cation cho độ bền cơ

lý của bột làm từ nguyên liệu OCC 26

Bên cạnh đó việc sử dụng giấy thu hồi cũng có những nhược điểm: xơ sợi tái chế có độ bền cơ lý kém và chất lượng xơ sợi không đồng đều, có sự hiện diện của chất keo dính trong huyền phù bột Qua nhiều lần sản xuất, liên kết hydro giữa các xơ sợi giảm dần và làm giảm khả năng trương nở của xơ sợi Xơ sợi tái chế không mềm mại so với xơ sợi nguyên thủy vì vậy độ bền của bột tái chế giảm Để làm tăng độ bền

và cải thiện đặc tính bề mặt của tờ giấy thì việc thủy hóa và chổi hoá xơ sợi là thật sự cần thiết Điều này có thể được thực hiện bằng quá trình nghiền hoặc sử dụng hoá chất phụ gia

Xuất phát từ những vấn đề trên, tôi đã thực hiên đề tài “Tìm hiểu ảnh hưởng của độ nghiền và tinh bột cation đến độ bền cơ lý của của bột làm từ nguyên liệu

OCC” Đề tài được nghiên cứu trên cơ sở quá trình nghiền và chất phụ gia tinh bột

cation là một lựa chọn tối ưu cho sự liên kết bề mặt giữa xơ sợi với xơ sợi để gia tăng

độ bền cơ lí của bột làm từ nguyên liệu OCC

1.2 Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu ảnh hưởng của độ nghiền ở mỗi mức dùng tinh bột cation đến tính chất độ chịu kéo, độ bục, độ nén vòng của giấy carton sau đó tìm ra điểm nghiền tối ưu cho cả sáu mức dùng tinh bột cation 0%, 0,5%,1%,1,5%, 2%, 2,5%

- Nghiên cứu ảnh hưởng của mức dùng tinh bột cation ở độ nghiền tối ưu đến tính chất độ chịu kéo, độ bục, độ nén vòng của giấy carton sau đó tìm ra mức dùng tối

ưu của tinh bột cation

1.3 Mục tiêu của đề tài

Tìm ra độ nghiền tối ưu và mức dùng tinh bột cation tối ưu cho độ bền cơ lý của bột làm từ nguyên liệu OCC

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Tình hình phát triển giấy trên thế giới

Hiện nay ngành công nghiệp giấy thế giới là một trong những ngành kỹ thuật cao, đáp ứng được nhu cầu sản xuất và tiêu thụ giấy trên thế giới

Ngành công nghiệp giấy thế giới hình thành 7 vùng trọng điểm đó là: Bắc Mỹ, Tây Âu, Nhật Bản, Đông Âu, Bắc Âu, Mỹ La Tinh, Trung Quốc.Các nước ASEAN, Hàn Quốc, Đài Loan chưa được coi là vùng trọng điểm về công nghiệp giấy của thế giới

* Về mức tiêu thụ giấy bình quân đầu người/năm:

- Bắc Mỹ dẫn đầu thế giới với : 356 kg/người/năm

- Nhật Bản : 273 kg/người/năm

- Các nước Tây Âu : 254 kg/người/năm

- Đài Loan : 200 kg/người/năm

- Hàn Quốc : 147 kg/người/năm

- Mỹ La Tinh : 34,5 kg/người/năm

- Braxin : 46,5 kg/người/năm

- Trung Quốc : 29,2 kg/người/năm

- Thái Lan : 40 kg/người/năm

- Inđônêxia : 34 kg/người/năm

- Bình quân các nước Đông Nam Á: 27,8 kg/người/năm

- Châu Phi : 4,7 kg/người/năm

- Bình quân thế giới : 56,5 kg/người/năm

(Nguồn: Công Ty Cổ Phần Giấy Mỹ Xuân – Sài Gòn)

2.2 Tình hình phát triển ngành giấy trong nước

Năm 2005 sản lượng sản xuất giấy của toàn ngành khoảng 850.000 tấn, đáp ứng được 70% nhu cầu tiêu dùng của thị trường nội địa Chất lượng những sản phẩm chính

của Tổng Công Ty giấy Việt Nam đã đạt mức A TCVN (giấy in, giấy viết), hầu hết các sản phẩm mới sản xuất đã được khách hàng chấp nhận, một số mặt hàng giấy in báo, giấy in, giấy viết độ trắng cao, đã có thể cạnh tranh với các sản phẩm cùng loại của khu vực về mặt chất lượng

Nhu cầu tiêu dùng trong nước đang gia tăng mạnh về số lượng và chủng loại giấy (mức tiêu dùng giấy từ năm 1996 đến 2005 đã tăng gấp 3,76 lần: năm 1996 mới đạt 3,8 kg/người/năm; đến 2005 đạt 14,82 kg/người/năm) Trong năm 2006, Việt Nam

đã sản xuất được 958.000 tấn giấy trong đó giấy carton sóng, bao bì chiếm 19% và chỉ đáp ứng được 50,38 % nhu cầu tiêu dùng trong nước, còn lại phải nhập khẩu từ nước ngoài và chiếm 39 % tổng sản lượng giấy nhập khẩu

Giá trị sản xuất công nghiệp của ngành công nghiệp giấy có tốc độ tăng trưởng bình quân tương đối đều trong khoảng 11 - 12 %/năm giai đoạn từ 1999 - 2005 và đạt tổng giá trị sản xuất công nghiệp là 36.930 tỷ đồng, chiếm 0,74 % giá trị sản xuất công nghiệp toàn quốc

Tổng vốn đầu tư toàn ngành công nghiệp giấy Việt Nam giai đoạn 1999 - 2005

là 10.094 tỷ đồng, đạt tỷ lệ 0,95 % tổng vốn đầu tư của toàn quốc

Theo Hiệp hội Giấy Việt Nam, trong giai đoạn 2006 - 2010, dự báo sự phát triển của nhu cầu tiêu dùng giấy ở Việt Nam sẽ tăng bình quân 10 % - 11 %/năm (tức

là đến năm 2010 sẽ đạt 22 - 23 kg/người/năm và lượng tiêu thụ giấy trong nước sẽ ở mức 1,98 triệu tấn/năm)

Dự báo đến năm 2020 mức tiêu dùng giấy bình quân đầu người sẽ đạt mức 50 –

51 kg/người/năm và lượng giấy tiêu dùng trong nước ở mức 5,1 triệu tấn/năm

Theo Hiệp hội Giấy Việt Nam, để đáp ứng đủ nhu cầu tiêu dùng trong nước, các doanh nghiệp trong ngành giấy cần đầu tư các nhà máy sản xuất bột giấy có công suất từ 100.000 - 150.000 tấn/năm trở lên và các nhà máy giấy có công suất 200.000 - 250.000 tấn/năm

(Nguồn: Công Ty Cổ Phần Giấy Mỹ Xuân – Sài Gòn)

2.3 Giới thiệu về giấy carton

2.3.1 Khái niệm về giấy carton

Giấy bìa carton có thể được định nghĩa một cách khái quát là loại giấy dầy và cứng, thường có định lượng khoảng từ 120g/m2 trở lên Bìa carton có thể có cấu trúc

một lớp hoặc nhiều lớp, được hình thành trên máy xeo dài một lưới hoặc nhiều lưới, hoặc trên máy xeo tròn một lô lưới hoặc nhiều lô lưới

Carton nhiều lớp được hình thành từ sự kết hợp của các lớp lại với nhau, mang trên một lớp gọi là lớp đế, sản phẩm này được sử dụng cho việc sản xuất hòm hộp cứng, carton gấp hay các sản phẩm tương tự Nó có ưu điểm là khả năng sử dụng giấy thu hồi chất lượng thấp, rẻ tiền và có độ xốp

2.3.2 Phân loại giấy bìa carton

• Giấy Duplex: loại bìa có ít nhất hai lớp, lớp ngoài cùng có chất lượng tốt nhất

và thường có màu trắng, lớp dưới có màu bột không tẩy Được tạo hình trên máy xeo dài hoặc xeo tròn (ít nhất từ hai trục lưới)

• Bao bì thực phẩm: loại bìa được sử dụng trong bao gói thưc phẩm, có cấu trúc một hay nhiều lớp, thường làm từ bột chính phẩm đã tẩy trắng

• Carton sóng: loại bìa nhiều lớp dùng làm những hộp chịu gấp Lớp ngoài được làm bằng bột chính phẩm, những lớp khác (lớp sóng và lớp phẳng nằm ở phía trong)

có thể làm từ bột giấy thu hồi

• Bìa ép: là loại bìa nhiều lớp làm từ 100% bột thu hồi chất lượng thấp

• Giấy đế: loại giấy được dùng để tráng phấn hay áp dụng xử lý bề mặt nào đó

• Bìa làm bao gói chịu lực: loại bìa dùng làm loại túi chịu lực cao như bao xi măng, làm từ 100% bột hóa

(Nguồn: Công Ty Cổ Phần Giấy An Bình; Nguyễn Thị Ngọc Bích, 2003)

2.3.3 Ưu, nhược điểm khi sản xuất giấy carton từ giấy tái chế

Sản xuất giấy carton từ giấy tái chế có những ưu điểm và khuyết điểm

Sản xuất giấy tái chế dùng ít năng lượng hơn nhiều so với sản xuất từ bột

nguyên thuỷ Sản xuất bột từ giấy tái chế sẽ tiết kiệm được 60 % năng lượng so với bột nguyên thủy, giảm 95 % ô nhiễm từ khí thải, giảm 30 % m3 nước/tấn bột

Nếu có một hệ thống thu gom giấy tái chế tốt thì ở công đoạn này có tính kinh

tế hơn vận chuyển các cây gỗ từ rừng về để sản xuất bột Về góc độ kinh tế thì ý nghĩa lớn hơn cả là tạo ra một ngành công nghiệp dịch vụ mang tính xã hội hóa cao, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên đáng kể từ việc giảm khai thác rừng tương đương với lượng giấy thải loại đưa vào tái chế

Nguồn nguyên liệu rất phong phú từ trong nước hay nhập khẩu

• Nhược điểm:

Xơ sợi tái chế ngắn hơn 2 - 3,5 mm, khả năng trương nở và độ thoát nước giảm

hơn so với xơ sợi nguyên thủy do có chứa nhiều thành phần xơ mịn hơn

Độ bền thấp hơn: việc tái chế làm gia tăng độ xé, độ cứng, hệ số khuyếch tán

ánh sáng, độ đục và độ thấu khí nhưng làm giảm chiều dài đứt, độ bục và độ gấp

Khả năng liên kết thấp hơn

Xơ sợi ít mềm mại hơn

Có lẫn nhiều tạp chất nên phải có nhiều hệ thống lọc

(Nguồn: Công Ty Cổ Phần Giấy An Bình)

2.4 Quá trình nghiền

2.4.1 Khái niệm chung

Nguyên liệu xơ sợi xenluloza sau khi được gia công bằng phương pháp hoá học, nhiệt, cơ, có thành phần chủ yếu là xenluloza, tồn tại ở dạng xơ sợi Để có đủ tính chất hình thành các loại sản phẩm giấy, thì một công đoạn quan trọng có ý nghĩa quyết định là tiến hành quá trình nghiền

Quá trình nghiền bột giấy là quá trình dùng lực cơ học tác dụng lên xơ sợi xenluloza trong hỗn hợp bột, làm biến đổi về mặt cấu trúc hoá lý nhằm đáp ứng các chỉ tiêu chất lượng của mặt hàng giấy

2.4.2 Cơ chế nghiền bột

Cả lực cơ học do bộ phận dao chuyển động và lực nước cùng tác động lên xơ sợi Đó là tác động cuộn, uốn, xoắn, kéo, nén xảy ra trong diện tích tiếp xúc giữa lưỡi dao đế và dao bay, giữa sống dao và rãnh dao Ngoài ra còn có lực trà sát giữa lưỡi dao

và xơ sợi và giữa các xơ sợi với nhau

Bước 1: Tạo thành bó bột và thoát nước cục bộ

Bước 2: Ép cơ học và thoát nước

Bước 3: Kéo trượt các bó bột

Bước 4: Bó bột nở ra và hút nước

Bước 5: Tạo thành bó bột cho chu kỳ tiếp theo

Tác động đầu tiên của nghiền là làm dập nát, bóc tách dần làm vỡ lớp vỏ tế bào,

vỏ này không trương nở ra được (do chứa nhiều lignin) Khi vỏ này bị vỡ một phần bị

lộ ra lớp vách thứ hai hút nước mạnh Phần hai đầu của xơ sợi sẽ bị cắt, đè nén, dập

nát trước, liên kết nội bộ xơ sẽ bị phá vỡ trước do nước được hút vào Kết qủa là hai

đầu bó sợi xảy ra sự chổi hóa phân tơ, làm cho diện tích bề mặt xơ tăng lên nhiều lần,

vách tế bào bị phá vỡ càng nhiều, giải phóng ra các băng xơ Đồng thời với sự bong ra

của lớp vỏ sơ sinh M chứa nhiều lignin là sự xâm nhập mạnh mẽ của nước vào các bó

xơ Làm cho xơ mềm mại, đàn hồi hơn

™ Quá trình trương nở xảy ra theo 2 giai đoạn:

Tạo lớp vỏ solvat, làm yếu liên kết giữa các phân tử xenluloza Khi hình thành

lớp vỏ solvat về mặt hoá lý đây là quá trình tỏa nhiệt ΔH < 0, ΔS giảm Giai đoạn này

năng lượng giải phóng ra ( ΔG < 0 ) Bột xenlulo tiếp tục bị tác dụng đến lúc nào đó

lực liên kết giảm nhanh, một số phân tử ở ngoài bị tách ra như pentozan tạo ra lớp

màng keo trên bề mặt xenlulo làm cho độ nhớt dung dịch tăng lên

Giai đoạn đầu xảy ra đến một lúc nào đó, một vài liên kết giữa các phân tử bị đứt ra, giải phóng ra các nhóm OH tự do trên bề mặt xenluloza Một nhóm OH tự do (trên bề mặt xenluloza) có thể hấp thụ được tới 4 phân tử H2O, làm đường kính của bó sợi tăng lên Chính sự tăng lên người ta gọi là “trương nở’’- hiện tương đó gọi là trương nở Mức độ trương tối đa của các loại xơ sợi có sự khác nhau Độ trương phụ thuộc vào độ kết tinh và phương thức sắp xếp của sợi Những sợi có độ sắp xếp định hướng cao thì quá trình trương trong nước theo hướng dọc sợi thường rất nhỏ Những sợi không định hướng, hoặc định hướng thấp thì sự trương xảy ra mạnh hơn Chính vì vậy, qúa trình nghiền có tác dụng phá vỡ sự sắp xếp có định hướng, tạo điều kiện cho qúa trình trương xảy ra

™ Tác dụng của nghiền tới xơ sợi :

Hình 2.2: Ảnh hưởng của quá trình nghiền lên xơ sợi

Bột giấy sau khi được qua nghiền, các thớ sợi sẽ bị đánh tơi theo chiều dài, cắt ngắn theo chiều ngang, hai đầu bị chổi hoá và trương nở mạnh Kết quả làm bột giấy

có chiều dài đồng đều, chiều ngang nhỏ hơn, tăng lực liên kết hyđro giữa các bề mặt

xơ sợi khi hình thành tờ giấy

Nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc xơ sợi, trong quá trình nghiền bột người ta đã đưa ra nhiều giả thiết khác nhau như thuyết biến đổi hoá học của Giou và Paladen Thuyết biến đổi vật lý, thuyết biến đổi hoá lý Ngày nay người ta cho rằng, quá trình

nghiền dưới tác dụng của lực cơ học các xơ sợi bị cắt ngắn và trương nở mạnh, phân tơ chổi hoá trở nên rất mềm dẻo Do vậy các xơ sợi dễ đan dệt với nhau, tăng bề mặt tiếp xúc, tăng lực ma sát tạo điều kiện cho quá trình ra keo sau này, tăng độ bền cơ học, tờ giấy

sẽ trở nên mềm dẻo, nhẵn phẳng và đồng đều hơn

Trong quá trình nghiền cơ học làm dập nát màng tế bào khó thấm nước tạo điều kiện cho nước thẩm thấu vào tế bào tiếp xúc với các phần tử xenlulo, làm cho xenlulo hấp thụ nước và trương nở trong nước Chính nhờ quá trình này mà xenlulo giải phóng

ra nhóm OH tự do trên bề mặt đại phân tử của nó Hình thành các liên kết hydro giữa nhóm OH tự do của phân tử xenlulo này với nước, phân tử nước với xenlulo kia Chính lực liên kết cầu nối này tạo nên độ bền ướt của tờ giấy

Như vậy, nghiền là phương pháp cơ học tác động vào bó sợi xenlulo làm cho chúng thay đổi về mặt:

• Lý học: cắt, xé, phân tơ, chổi hóa

• Hóa học: tạo ra các nhóm OH tự do trên bề mặt xơ sợi Tạo cho bột xenluloza nguyên liệu mềm mại, đàn hồi hơn, tăng bề mặt tiếp xúc, xơ sợi dễ đan dệt với nhau, tăng lực ma sát tạo điều kiện thuận lợi cho qúa trình gia keo sau này, tờ giấy hình thành sẽ trở nên mềm dẻo, nhẵn phẳng và đồng đều hơn, tạo ra tác động của liên kết hydro để hình thành độ bền tờ giấy sau qúa trình sấy Trong qúa trình sấy, giấy khô đi, mất nước, do nứơc có sức căng bề mặt, lúc bốc hợi đi kéo hai xơ sợi lại gần nhau, tạo liên kết cầu nối Liên kết cầu nối này có năng lượng liên kết khá cao, khoảng 3900 cal/mol tạo nên độ bền chủ yếu cho tờ giấy Vì vậy khi liên kết hình thành tờ giấy càng nhiều liên kết OH tạo ra độ bền của giấy càng cao

(Nguồn: Jorma Lumiainen,1998; Công Ty Cổ Phần Giấy Mỹ Xuân - Sài Gòn; Nguyễn Thị Ngọc Bích, 2003; Cao Thị Nhung, 2004)

2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền bột

Độ nghiền được đo bằng độ oSR: Đặc trưng cho khả năng thoát nước của xơ sợi Kết quả quạn trọng nhất của quá trình nghiền là tạo ra các nhóm OHtự do trên bề mặt xơ sợi, dẫn đến việc hình thành các cầu nối xenluloza với nhau tạo thành cấu trúc bền của tờ giấy Việc giải phóng ra càng nhiều các nhóm OH tự do càng xuất hiện nhiều cầu nối, và như vậy làm cho tờ giấy càng bền Do vậy các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền cũng ảnh hưởng đến độ bền của tờ giấy

2.4.3.1 Ảnh hưởng của áp lực nghiền

Đây là yếu tố có tính chất quyết định đến toàn bộ tính chất của bột, với mỗi loại thiết bị nghiền có một áp lực nghiền riêng

9 Với máy nghiền gián đoạn, áp lực nghiền là lực do lô dao chuyển động và trọng lượng bản thân lô dao

9 Với máy nghiền liên tục, áp lực nghiền là lực do lô dao quay cộng với áp lực bột vào

Khi áp lực nghiền qúa lớn thì qúa trình cắt tăng, còn qúa trình trương nở giảm xuống Ngược lại, khi áp lực nghiền nhỏ thì qúa trình cắt giảm, qúa trình trương nở tăng Áp lực nghiền riêng được tính theo công thức:

P = P ng /S Trong đó:

độ bền cao,thì chiều dầy dao ≥ 13 mm Với giấy in viết, chỉ cần dao có độ dày 8 - 12

mm là đủ Dao nghiền thường được làm bằng thép, đá, đồng

Khe hở giữa hai dao càng nhỏ suy ra P tăng dẫn đến cắt, phân tơ, chổi hóa, trương nở tăng và ngược lại Khi nghiền để chủ yếu:

9 Cắt sợi: khe hở giữa hai dao là 0,1 mm

9 Tách sợi: khe hở giữa hai dao 0,2 – 0,4 mm

9 Dàn chải sợi: khe hở giữa hai dao 0,5-0,8 mm

Khe hở giữa hai dao có thể thay đổi bằng bộ phận nâng hạ lô dao

Tốc độ thay đổi áp lực nghiền rất quan trọng, nếu thay đổi P chậm (tức thời gian nghiền dài) thì cùng một oSR như nhau, bột trương nở tốt hơn Đối với các loại

giấy mỏng, có độ bền cao cần nghiền ở P thấp và thay đổi P một cách từ từ

Do vậy, nghiền ở P thấp thường cho giấy có độ bền cơ lý tốt hơn nghiền ở P cao Có rất nhiều quy trình nghiền mà vẫn đạt được ºSR theo yêu cầu nhưng tính chất của bột ở các quy trình khác nhau là hoàn toàn khác nhau Do đó đối mỗi loại giấy khác nhau ta nên chọn quy trình nghiền để đảm bảo tính chất cơ lý của giấy

(Nguồn: Công Ty Cổ Phần Giấy Mỹ Xuân Sài Gòn )

2.4.3.2 Ảnh hưởng của thời gian nghiền

Thời gian nghiền là một yếu tố phụ thuộc, không có tính quyết định Thông thường thời gian tăng lên thì oSR tăng, độ dài thớ giảm đi Mỗi loại giấy khác nhau, cần thời gian nghiền khác nhau Thời gian nghiền các loại giấy từ 30 - 60 phút

2.4.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ nghiền

Trong quá trình nghiền, nhiệt độ tăng do ma sát giữa bột và máy nghiền, giữa bột với bột, do bột phân tơ chổi hoá Nếu để tự nhiên, nhiệt độ có thể tăng lên 60 -

70oC Khi nhiệt độ tăng làm giảm quá trình trương nở của xơ sợi dẫn đến giảm độ bền

cơ lý của tờ giấy, cho nên trong quá trình sản xuất phải làm sao cho nhiệt độ giảm trong quá trình nghiền bằng cách lắp cơ cấu rửa để lấy nước nóng ra và thay nước lạnh vào đối với máy nghiền bể hoặc có hệ thống làm mát đối với máy nghiền côn

Thông thường đối với cây lá rộng, tre, nứa chọn nhiệt độ nghiền từ 20 - 30 oC, đối với rơm, rạ, bã mía nhiệt độ nghiền thường chọn là 35 - 40 oC

2.4.3.4 Ảnh hưởng của nồng độ bột

Hình 2.3: Ảnh hưởng của nồng độ bột trong quá trình nghiền

Nồng độ bột là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính chất của bột sau nghiền Nếu thấy nồng độ thấp, lượng bột qua dao ít, do vậy bột chịu áp lực nghiền riêng lớn,

xơ sợi bị cắt ngắn hơn Như vậy nồng độ bột thấp phù hợp với nghiền bột thớ ngắn Ngược lại nồng độ bột cao, áp lực nghiền riêng nhỏ, quá trình phân tơ chổi hoá chiếm

ưu thế Nồng độ bột cao thích hợp với nghiền bột nhuyễn thớ dài

Khi nồng độ tăng thì năng suất nghiền tăng, tiêu hao năng lượng giảm, bột có tính trương nở tăng, cắt giảm, độ bền cơ lý tăng Vì vậy trong công nghệ giấy, luôn cố

Nghiền ở môi trường kiềm: pH từ 6 đến 8,5 không ảnh hưởng đến quá trình nghiền và tính chất của giấy

Nghiền ở môi trường kiềm: pH từ 9 đến 10,5 quá trình trương nở xảy ra tốt hơn nhưng độ bền cơ lý của giấy cũng không cao Tốt nhất là duy trì nghiền ở pH từ 8 đến 8,5 Để tạo môi trường này, trong quá trình nghiền cho thêm một lượng kiềm để tạo môi trường

(Nguồn: Công Ty Cổ Phần Giấy Mỹ Xuân Sài Gòn, Nguyễn Thị Ngọc Bích, 2003)

2.4.4 Ảnh hưởng của độ nghiền tới tính chất của giấy

Hình 2.4: Ảnh hưởng của độ nghiền đến tính chất giấy

Ö Độ bền kéo (đường

ì quá trình trương và phân tơ tăng Khi độ nghiền tăng từ 75 – 100 oSR thì độ bền kéo giảm do xơ sợi bị cắt ngắn nhiều Độ bền kéo phụ thuộc vào lực liên kết liên kết hydro và lực đan dệt vật lý

Ö Độ bền xé (đường số 2

ết định Lực liên kết hydro có ảnh hưởng rất ít dến độ bền xé.Độ bền xé tăng lên khi độ nghiền tăng và đạt cực đại ở 25 - 27 oSR, sau đó độ bền xé giảm khi độ nghiền tiếp tục tăng

Ö Độ chịu bụ

ình cộng của hai đường kia điểm tối ưu ở 40 oSR – 50 oSR

Ö Lực liên kết giữa các xơ sợi (đường số 4): tỷ lệ nghịch với

Ö Độ biến dạng của giấy (đường số 5): tăng tỉ lệ thuận với độ nghiền oSR

Ö Độ chặt của giấy (đường số 6): khi độ nghiền tăng thì độ chặt tăng do cá xít nhau hơn

Ö Độ dài trung bình sợi (đường số 7): khi độ nghiền tăng thì chiều dài xơ sợi giảm

Ö Độ hút dịch (đường số 8): do các lỗ mao quản quyết định Khi độ nghiền tăng, q

Song bản chất củ

học tương tự như xơ sợi xenlulo, nghĩa là chúng cùng đ

uá trình trương nở tăng tạo nên chất keo trên bề mặt làm độ hút dich giảm

Ö Độ thấu khí (đường số 9): khi oSR tăng thì độ thấu khí càng giảm

Như vậy, độ nghiền ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cơ lý của tờ giấy

a độ nghiền là do quá trình cắt và trương nở quyết định Dựa vào oSR của nghiền không thể nói rõ ảnh hưởng của từng yếu tố đến tính chất của giấy Cùng một

oSR nhưng lại cho ta hai loại giấy khác nhau Việc tìm được điểm oSR cực đại tốt nhất cho mỗi loại giấy là rất quan trọng, điểm đó phải dung hòa các yếu tố một cách tốt nhất có thể Thường điểm này được xác định trong phòng thí nghiệm cộng với sản xuất thực tế trên máy xeo

2.5 Tổng quan về tinh bột cation

2.5.1 Giới thiệu về tinh bột cation

Tinh bột có thành phần hóa

ược cấu tạo nên từ các mắt xích ∝- D glucoza liên kết với nhau bởi các liên kết 1,4-∝-D glucozit, do vậy trong nước chúng có chung tính chất là tích điên âm Chính điều này làm cho các hạt keo tinh bột khó bám lên bề mặt xơ sợi trong quá trình xeo giấy Nói cách khác, nếu ta sử dụng tinh bột tự nhiên làm chất keo bền khô cho giấy thì độ bảo lưu của tinh bột trên giấy rất thấp

Muốn tăng độ bảo lưu của tinh bột trong giấy người ta đã tìm ra cách chế biến tinh bột với hóa chất làm cho tinh bột trở thành các hạt tích điên dương, khi đó các hạt tinh bột dễ dàng bám lên bề mặt xơ sợi nhờ lực hút tĩnh điện Loại tinh bột này được gọi là tinh bột cation

Hình 2.5 Phản ứng điều chế tinh bột cation từ tinh bột tự nhiên

Trong phản ứng này người ta dùng một anin bậc 4 tác dụng với tinh hồ trong môi trường kiềm để đưa vào phân tử tinh bột một nhóm amin, nhóm này có đặc điểm

là tích điện dương và vì thế làm cho hạt tinh bột tích điện dương

Hiệu quả làm tăng độ bền khô khi sử dụng tinh bột cation phụ thuộc vào mật độ điện dương trong các phân tử tinh bột cation và thứ bậc của amin dùng cho phản ứng điều chế tinh bột cation:

- Mật độ điện dương trong các phân tử tinh bột cation được biểu diễn bằng mức độ thế (degree of substitute = D.S) nghĩa là tỉ lệ các phân tử tinh bột được thế nhóm amin vào phân tử khi tham gia phản ứng điều chế tinh bột cation Mức độ thế của tinh bột cation thường là D.S = 0,02 – 0,05

- Người ta hay sử dụng amin bậc 3 hoặc bậc 4 để điều chế tinh bột cation

- Tinh bột cation chứa nhóm amin bậc 4 sẽ hoạt động hiệu quả trong các môi trường xeo có pH từ 4 – 9, vì bản thân nó luôn tích điện dương

- Tinh bột cation có chứa nhóm amin bậc 3 thì chỉ hoạt động tốt trong môi trường axit vì nó cần phải sử dụng sự có mặt của các ion H+ để trở thành cation

Nguyên tắc thì tinh bột tự nhiên loại nào cũng có thể dùng để điều chế tinh bột cation, nhưng người ta thường sử dụng tinh bột khoai tây hơn vì muốn tận dụng cả khả

năng tích điện dương của các nhóm photphat có trong thành phần của tinh bột khoai tây

2.5.2 Cách sử dụng tinh bột cation

Tỉ lệ sử dụng tinh bột cation dao động trong khoảng rộng: từ 0,2 – 2,5% so với bột khô tuyệt đối Tùy theo mức độ yêu cầu tăng độ bền khô của giấy Khi trong thành phần bột giấy có chất độn thì tỉ lệ tinh bột cation cần dùng phải tăng lên do tiêu tốn một phần tinh bột cation hấp phụ lên chất độn Thường tỉ lệ sử dụng tinh bột cation khoảng 1,0 – 1,5% cho hiệu quả bảo lưu tinh bột cation cao nhất Tuy nhiên không nên tăng tỉ lệ sử dụng tinh bột cation lên trên 2,5% so với bột khô tuyệt đối vì dễ dẫn đến hậu quả là sự quá dư điện tích dương, làm giảm độ bảo lưu của tinh bột cation và làm giảm hiệu quả sử dụng của các chất bảo lưu

Hiệu quả tăng độ bền của giấy khi sử dụng tinh bột cation đạt cao nhất khi thành phần bột giấy là bột thớ dài

Tinh bột cation sử dụng để gia keo nội bộ thì làm tăng độ bền của giấy nhiều hơn là khi sử dụng nó để gia keo bề mặt Vì diện tích tiếp xúc của xơ sợi với keo tinh bột cation khi gia keo nội bộ thì lớn hơn so với khi gia keo bề mặt

Tinh bột cation còn được sử dụng để gia vào bột giấy với vai trò làm chất bảo lưu Khi tinh bột cation được gia vào dòng bột loãng ngay trước khi vào thùng đầu thì

có nghĩa là nó được sử dụng với vai trò làm chất bảo lưu, tương tự như PAM

Do điện tích của nó, tinh bột cation cũng cải thiện độ thoát nước Với mức dùng nhỏ tinh bột cation, tốc độ thoát nước tăng nhanh Tinh bột cation có cường độ cation càng lớn, hiệu quả cải thiện thoát nước càng tăng Tuy nhiên, do hồ tinh bột có tinh ưa nước, khi dùng lượng lớn, khả năng tương tác với nước sẽ vượt trội hơn ảnh hưởng cải thiện độ thoát nước và thới gian chảy lại bắt đầu tăng

2.5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của việc sử dụng tinh bột cation làm tăng độ bền cơ lý của giấy

Hình 2.6: Ảnh hưởng của tinh bột cation lên sự thoát nước

của một huyền phù bột loại LWC

Việc sử dụng keo tinh bột cation gia keo nội bộ cho giấy làm tăng các chỉ tiêu chất lượng sau của giấy:

9 Tăng độ bền theo chiều dày (hướng z), tăng độ chịu kéo, tăng độ chịu bục, tăng độ chịu nén, tăng độ cứng của giấy Những tính chất này là rất quan trọng đối với nhiều loại giấy, nhất là đối với các loại giấy bao bì và giấy hộp

9 Tăng tính bền bề mặt của giấy, vì sự liên kết giữa các xơ sợi và tinh bột cation làm cho các xơ sợi vụn khó bị bong ra khỏi bề mặt tờ giấy Tính chất này rất quan trọng đối với các loại giấy in và photocopy

* Ảnh hưởng của quá trình hồ hóa tinh bột:

Tinh bột cation cần phải hồ hóa thì mới có hiệu quả làm tăng độ bền khô cho giấy Vì chỉ sau khi được hồ hóa ở nhiệt độ cao trong nước thì tinh bột cation mới tan

và phân tán được đều trong huyền phù bột giấy

Có hai phương pháp hồ hóa tinh bột cation:

9 Phương pháp nấu gián đoạn: tinh bột sau khi được nhào với nước, thì được cho vào nồi nấu gián đoạn, trong đó nó được khuấy trộn liên tục và gia nhiệt trực tiếp