Nghiên cứu nâng cao hiệu quả gia keo AKD trong sản xuất giấy tại tổng công ty giấy việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TẠ ĐỨC LONG NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ GIA KEO AKD TRONG SẢN XUẤT GIẤY TẠI TỔNG CÔNG TY GIẤY VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS-TS DỖN THÁI HỒ HÀ NỘI – 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tất số liệu nghiên cứu đề tài hồn tồn trung thực Các thí nghiệm tiến hành cách nghiêm túc, trình nghiên cứu, khơng có chép từ số liệu khoa học Tác giả Tạ Đức Long LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin chân thành cảm ơn đồng chí lãnh đạo, đồng nghiệp phịng Kỹ Thuật, Phân xưởng Giấy - Tổng công ty giấy Việt Nam giúp đỡ tơi q trình thực luận văn Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, hướng dẫn tận tình PGS.TS Dỗn Thái Hịa Em xin bày tỏ lịng biết ơn tới thầy Trung tâm Polyme, thầy phịng Đào tạo sau đại học - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện giúp đỡ em Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp người động viên, khuyến khích em hồn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Cơ sở khoa học sở thực tiễn đề tài 12 Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu đề tài 13 Đối tượng phạm vi nghiên cứu .13 Phương pháp nghiên cứu 13 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA KEO NỘI BỘ 14 1.1 Lịch sử phát triển gia keo nội .14 1.2 Keo nhựa thông 15 1.2.1 Thành phần, cấu tạo hóa học nhựa thông 15 1.2.2 Keo nhựa thơng biến tính 17 1.2.3 Keo nhựa thơng cường tính .19 1.2.4 Keo nhựa thơng xà phịng hóa 19 1.3 Keo Alkyl Succinic Anhydride (ASA) .20 1.3.1 Công thức cấu tạo điều chế keo ASA 20 1.3.2 Khả phản ứng keo ASA 21 1.4 Keo Alkyl ketene dimer (AKD) 23 1.4.1 Công thức cấu tạo điều chế keo AKD 23 1.4.2 Nhũ hóa keo AKD 24 1.4.3 Hoạt tính keo AKD 25 Cơ chế phản ứng keo AKD với xơ sợi .26 Phản ứng keo AKD với nước .28 1.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu dùng keo AKD 28 Ảnh hưởng độ pH độ kiềm 29 Ảnh hưởng chất độn 29 Ảnh hưởng chủng loại bột 31 Ảnh hưởng tinh bột cation 33 Ảnh hưởng số ion kim loại 35 Ảnh hưởng chất trợ bảo lưu 36 1.4.5 Sản xuất cung cấp keo AKD .37 CHƢƠNG II:NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38 2.1 Nguyên liệu, hóa chất thiết bị sử dụng .38 2.1.1 Bột giấy 38 2.1.2 Keo AKD 38 2.1.3 Các hóa chất phụ gia khác .39 2.1.4 Phương pháp xác định tính chất giấy .39 2.1.5 Thiết bị 39 2.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu 40 2.2.1 Ảnh hưởng độ pH đến hiệu gia keo 40 2.2.2 Ảnh hưởng độ kiềm đến hiệu gia keo 41 2.2.3 Ảnh hưởng chất độn CaCO3 đến hiệu gia keo AKD 42 2.2.4 Ảnh hưởng mức dùng keo AKD đến hiệu gia keo .43 2.2.5 Ảnh hưởng lượng dùng loại bột tới hiệu gia keo AKD .44 2.2.6 Ảnh hưởng ion kim loại nước trắng tới hiệu gia keo 45 2.2.7 Ảnh hưởng tinh bột cation 45 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47 3.1 Nghiên cứu ảnh hƣởng pH tới độ hút nƣớc Cobb60 47 3.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng độ kiềm lên độ hút nƣớc Cobb60 49 3.3 Nghiên cứu ảnh hƣởng CaCO3 đến độ hút nƣớc 50 3.4 Nghiên cứu ảnh hƣởng mức dùng keo AKD lên hiệu gia keo 55 3.5 Nghiên cứu ảnh hƣởng chủng loại bột lên hiệu gia keo 56 3.6 Nghiên cứu ảnh hƣởng ion kim loại nƣớc trắng 60 3.7 Nghiên cứu ảnh hƣởng tinh bột cation .61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHẦN PHỤ LỤC 66 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 BCTMP Bleached Chemical Thermo Bột hóa nhiệt tẩy trắng Mechanical Pulp 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 gia keo Khô tuyệt đối KTĐ Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Ảnh hưởng độ dài gốc R tới hiệu gia keo AKD Bảng 1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ tới thời gian bảo quản keo AKD Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật keo AKD Công ty Đại Thịnh sản xuất Bảng 3.1 Sự phụ thuộc độ hút nước Cobb60 vào pH mức dùng keo Bảng 3.2 Sự thay đổi độ hút nước Cobb60 theo thời gian pH mức dùng keo khác Bảng 3.3 Tính chất chất lý mấu giấy pH khác Bảng 3.4 Ảnh hưởng mức dùng bột đá lên độ hút nước Cobb60 Bảng 3.5 Ảnh hưởng loại bột đá khác lên độ hút nước Cobb60 Bảng 3.6 Kết đo nhu cầu điện tích dương huyền phù bột xeo Bảng 3.7 Tính chất lý giấy mức dùng keo khác Bảng 3.8 Bảng 3.9 Sự thay đổi nhu cầu điện tích dương theo mức dùng bột BCTMP Kết ảnh hưởng tinh bột cation lên độ hút nước Cobb60 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Cấu tạo đồng phân Axit abietic pimaric Hình 1.2 Phản ứng biến tính đồng phân Levopimaric Hình 1.3 Phản ứng điều chế keo ASA Hình1.4 Phản ứng ASA với xơ sợi xenluloza Hình 1.5 Phản ứng thủy phân keo ASA nước Hình 1.6 Cơng thức cấu tạo keo AKD Hình 1.7 Phản ứng tổng hợp AKD Hình 1.8 Phản ứng AKD với nhóm OH xenluloza Hình 1.9 Các giai đoạn trình gia keo AKD Hình 1.10 Phản ứng AKD với nhóm OH Hình 1.11 Phản ứng tạo thành muối canxi êton Hình 1.12 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy giấy Hình 1.13 Ảnh hưởng độ dẫn điện lên tinh bột cation Hình 1.14: Ảnh hưởng độ dẫn điện tới độ nhớt dung dịch tinh bột cation Hình 1.15 Phản ứng tạo thành muối eton có mặt Ca2+, Al3+ Hình 1.16 Ảnh hưởng ion kim loại lên loại tinh bột khác Hình 1.17 Ảnh hưởng ion Al3+ lên tượng hồi keo AKD Hình 3.1 Ảnh hưởng độ kiềm lên hiệu gia keo AKD Hình 3.2 Ảnh chụp SEM bột đá Hữu Nghị Hình 3.3 Ảnh chụp SEM bột đá VNT Hình 3.4 Ảnh chụp SEM bột đá Yên Bái Hình 3.5 Ảnh hưởng lượng dùng bột đá lên độ bền kéo giấy Hình 3.6 Ảnh hưởng mức dùng keo lên hiệu gia keo Hình 3.7 Ảnh hưởng bột BCTMP lên hiệu gia keo Hình 3.8 Mới liên hệ độ bảo lưu tổng độ hút nước Cobb60 Hình 3.9 Ảnh hưởng bột hóa gỗ cứng lên hiệu gia keo Hình 3.10 Mẫu chụp SEM bột gỗ cứng nhập Hình 3.11 Mẫu chụp SEM bột Nhà máy tự sản xuất Hình 3.12 Ảnh hưởng ion kim loại lên độ hút nước Độ hút nƣớc Cobb60 (g/m2) 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 Sau sấy Sau 24 Sau ngày 10 15 20 25 30 35 40 45 Tỷ lệ bột BCTMP (%) Độ hút nƣớc Cobb60 (g/m2) Hình 3.7: Ảnh hƣởng bột BCTMP lên hiệu gia keo 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 Độ bảo lƣu tổng (%) Hình 3.8: Mối liên hệ độ bảo lƣu tổng độ hút nƣớc Cobb60 Như vậy, với giấy in, giấy viết mức dùng bột BCTMP hợp lý 15% để đảm bảo độ hút nước mẫu giấy đạt tiêu chuẩn TCVN 5899:2001 TCVN 6886:2001 TCCS01:2008/GBB, TCCS02:2008/GBB 57 Bảng 3.8: Sự thay đổi nhu cầu điện tích dƣơng theo mức dùng bột BCTMP Tỷ lệ bột BCTMP (%) 10 20 30 40 Nhu cầu điện tích dƣơng huyền phù bột xeo giấy (meq/l) 14 20 35 45 90 Khi nghiên cứu ảnh hưởng bột hóa gỗ cứng tẩy trắng nhập (sản xuất từ gỗ dương) với mức dùng khác so với bột bạch đàn keo tự sản xuất cho thấy, pH = mức dùng keo AKD 1,0% cho thấy: Với mức dùng loại bột từ 0% đến 10% nhìn trung khơng thấy có khác biệt với mẫu giấy sử dụng 100% bột hóa tẩy trắng sản xuất từ gỗ bạch đàn, keo Khi tỷ lệ sử dụng bột gỗ cứng tẩy trắng nhập tăng 10% độ hút nước Cobb60 mẫu giấy bắt đầu có tăng (giá trị Cobb60 tăng bình quân - gH2O/m2) so với mẫu giấy sử dụng 100% bột bạch đàn keo Nhà máy tự sản xuất Kết phân tích độ nhớt 02 loại bột ảnh chụp SEM mẫu bột hóa gỗ cứng nhập (hình 3.10) mẫu bột hóa sản xuất Nhà máy cho thấy (hình 3.11) cho thấy thành phần xơ sợi mịn mẫu bột hóa gỗ cứng nhập cao nhiều so với mẫu bột Nhà máy tự sản xuất, điều phù hợp với kết phân tích độ nhớt bột hóa gỗ cứng (500 cm3/g) độ nhớt bột Nhà máy tự sản xuất từ gỗ bạch đàn & keo (520 cm3/g) Như vậy, tăng lượng dùng bột hóa gỗ cứng nhập làm cho độ hút nước mẫu giấy tăng lên Hiện nay, lực sản xuất bột Nhà máy giấy - Tổng công ty giấy Việt Nam (73.000 - 75.000 tấn/năm) thấp so với lực sản xuất giấy 120.000 - 125.000 tấn/năm nên ngồi bột hóa sợi dài tẩy trắng Tổng công ty phải bổ sung thêm bột BCTMP bột hóa gỗ cứng sợi ngắn vào trình sản xuất giấy Chính điều phân ảnh hưởng tới hiệu gia keo AKD, để đảm bảo việc gia keo AKD đạt hiệu cao, độ hút nước Cobb60 mẫu giấy đạt tiêu 58 chuẩn giấy in, giấy viết với mức dùng keo 1% tỷ lệ bột hóa gỗ cứng sử dụng nên trì mức 30% 36 Độ hút nƣớc Cobb60 (g/m2) 34 32 30 28 Sau sấy 26 Sau ngày 24 22 20 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Tỷ lệ hóa gỗ cứng nhập (%) Hình 3.9: Ảnh hƣởng bột hóa gỗ cứng lên hiệu gia keo Hình 3.10: Mẫu chụp SEM bột gỗ cứng nhập 59 Hình 3.11: Mẫu chụp SEM bột Nhà máy tự sản xuất 3.6 Nghiên cứu ảnh hƣởng ion kim loại nƣớc trắng Kết nghiên cứu hình 3.12 cho thấy; độ dẫn nước trắng tăng lên làm tăng độ hút nước mẫu giấy, nhiên ảnh hưởng muối ion kim loại khác lên hiệu gia keo lại khác Đối với muối ion Ca2+, độ hút nước mẫu giấy thực ảnh hưởng độ dẫn nước trắng lớn 520 µS/cm biến thiên độ hút nước Cobb60 mẫu giấy sau sấy sau lưu ngày lớn Trong với muối chứa ion Al3+, độ dẫn nước trắng tăng 300 µS/cm độ hút nước mẫu giấy rõ ràng Thực tế trình sản xuất Nhà máy giấy - Tổng cơng ty giấy Việt Nam không dùng PAC làm chất bắt anion, nhiên hệ thống nước trắng chứa nhiều ion kim loại Ca2+ Al3+ Ion Ca2+ vào hệ thống trình sản xuất giấy có sử dụng bột đá CaCO3 ion Al3+ vào hệ thống xử lý thô cấp nước cho cơng nghệ có dùng Al2(SO4)3 Trong chất lượng nước trắng tuần hồn q trình sản xuất Nhà khơng kiểm sốt, tiến hành xả bỏ nước trắng sản xuất sản phẩm giấy có tiêu mầu khác Kết 60 phân tích độ dẫn nước trắng q trình sản xuất Nhà máy tháng & năm 2010 cho thấy có thời điểm độ dẫn nước trắng lên tới 650 - 700 µS/cm Như vậy, để đảm bảo ion kim loại Ca2+ Al3+ nước trắng không ảnh hưởng tới hiệu gia keo Nhà máy cần tiến hành việc phân tích kiểm soát nồng độ hai ion hệ thống nước trắng tiến hành xả bỏ tiến hành bổ xung nước để không ảnh hưởng tới hiệu gia keo AKD Mức dùng keo AKD 1%) 34 33 Độ hút nƣớc Cobb60 (g/m2) 32 31 30 ion Ca2+ (sau sấy) 29 28 ion Ca2+ (sau ngày) 27 26 ion Al3+ (sau sấy) 25 24 ion Al3+ (sau ngày) 23 22 21 20 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 Độ dẫn huyền phù bột xeo giấy (µS/cm) Hình 3.12: Ảnh hƣởng ion kim loại lên độ hút nƣớc 3.7 Nghiên cứu ảnh hƣởng tinh bột cation Kết nghiên cứu bảng 3.9 cho thấy ảnh hưởng mức dùng tinh bột cation lên hiệu gia keo AKD Ở mức dùng keo AKD 1,0% AKD tinh bột có độ DS = 0,025, tăng mức dùng tinh bột độ hút nước mẫu giấy giảm dần, với mức dùng tinh bột 1,0% 1,5% số độ Cobb60 mẫu giấy khơng có thay đổi nhiều Trong đó, tinh bột cation sử dụng có độ DS = 0,030; với mức dùng 61 0,5% hiệu gia keo rõ ràng, tiếp tục tăng mức dùng tinh bột có DS = 0,032 lên 1,5% thay đổi độ hút nước mẫu giấy không lớn Bảng 3.9: Kết ảnh hƣởng tinh bột ction lên độ hút nƣớc Cobb60 Độ pH Độ Mức dùng tinh bột so với bột KTĐ (%) 8,0 - 8,0 0,025 8,0 Mức dùng AKD so với bột KTĐ (%) Cobb60 (gH2O/m2) Sau 24 Sau 48 Sau tuần 1,0 27,5 26,7 27 0,50 1,0 26,0 27,0 26,0 0,032 0,50 1,0 24,0 23,0 23,0 8,0 0,025 0,10 1,0 24,5 24,3 24,0 8,0 0,032 0,10 1,0 23,0 21,0 21,6 8,0 0,025 0,15 1,0 23,8 23,0 23,0 8,0 0,032 0,15 1,0 22,5 21,0 20,5 Như để đạt hiệu gia keo tốt với mức dùng keo 1%, tinh bột cation có độ 0,025 mức sử dụng tinh bột hợp lý 1,0% so với bột KTĐ với tinh bột có độ 0,032 mức sử dụng tinh bột cation thích hợp 0,5% so với bột KTĐ 62 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trên sở kết nghiên cứu, đƣa kết luận sau: Quá trình gia keo AKD sản xuất giấy in, giấy viết môi trường gia keo thích hợp pH = 7,5 - 8,0 Mơi trường gia keo AKD có độ kiềm 100 - 150 ppm có tác dụng thúc đẩy nhanh phản ứng keo AKD với xơ sợi xenluloza Khi tăng mức dùng bột đá hiệu gia keo tính chất lý giấy giảm, Khơng nên sử dụng lượng bột đá CaCO3 20% hiệu gia keo giảm theo thời gian Hiệu gia keo AKD phụ thuộc vào mật độ phân bố kích hạt keo Mức dùng keo thích hợp cho sản xuất giấy viết (khi khơng sử dụng bột BCTMP) từ 1,0 - 1,2% so với bột KTĐ với giấy in 0,8 - 1,0% so với bột KTĐ Việc sử dụng bột BCTMP 25% bột hóa gỗ cứng (sản xuất từ gỗ dương) với tỷ lệ 30 % làm giảm hiệu gia keo AKD Độ dẫn điện nước trắng xeo có ảnh hưởng đến hiệu gia keo AKD, với ion kim loại Ca2+ độ dẫn 1.000 µS/cm với ion Al3+ độ dẫn 450 µS/cm hiệu gia keo AKD giảm mạnh Độ tinh bột cation (DS) mức dùng tinh bột cation có ảnh hưởng tới hiệu gia keo AKD Với tinh bột cation có độ cao mức dùng thấp so với tinh bột có độ thấp Mức dùng tinh bột cation thích hợp cho sản xuất giấy in, giấy viết từ 0,5 - 1,0% so với bột KTĐ Kiến nghị: Hiện trình sản xuất giấy in, giấy viết Tổng công ty giấy Việt Nam có số nguồn ảnh hưởng tới độ pH độ kiềm dung dịch nước trắng, cần kiểm sốt pH độ kiềm để q trình gia keo AKD đạt hiệu cao Tổng công ty sử dụng 03 nguồn bột đá khác cần có quy định mức dùng keo AKD riêng để đảm bảo sản phẩm giấy sản xuất có độ 63 hút nước ổn định, đạt chất lượng giấy in, giấy viết Cần tiến hành việc theo dõi xác định độ dẫn điện nước trắng, xác định hàm lượng Ca2+, Al3+ để có biện pháp thay nước trắng nồng độ ion đạt giới ảnh hưởng tới hiệu gia keo AKD Tỷ lệ bột BCTMP sử dụng để không nên 15% để đảm bảo hiệu gia keo độ bảo lưu tổng 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ian Thorn Wet end chemistry, Second Edition [2] Jerome M.Gess and Jose Rodriquez (2005), The Sizing of paper, Technology Park/Atlanta [3] Dr Michael J Kocurek (1992), Volume - Stock preparatio, Third Edition [4] Penny A.Patton (1998), Weting Mechanism of Alkyl Ketene Dimers on Cellulose Films, McGill University, Montreal, Canada [5] J.C Roberts (1996), Chemistry of Paper, UMIST Manchester [6] William J.Bat; Vol.77, No 12, TAPPI Journal [7] Rosa Mattsson, AKD Sizing - Dispersion Colloidal Stability - Spreading and Sizing with Pre - flocculated Dispersion, Luea University of Technology [8] Johan Gullichsen (2000), Papermaking Chemistry, Finnish Engineers’Association and Tappi [9] Johan Gullichsen (2000), Mechanical pulping, Finnish Engineers’ Association and Tappi [10] Johan Gullichsen (2000), Chemical Pulping, Finnish Engineers’ Association and TAPPI [11] Johan Gullichsen (2000), Papermaking Part1; Stock preparation and Wet end, Finnish Engineers’ Association and TAPPI [12 Johan Gullichsen (2000), Printing,Finnish Engineers’ Association and TAPPI 65 PHẦN PHỤ LỤC 66 DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM Máy xeo tờ (Hãng L & W) Máy sấy lô quay LEESON Bể nấu tinh bột cation Máy đo độ bền kéo (Hãng L & W) Máy nghiền Regmed VB - 21 Máy đo độ bền xé (Hãng L & W) Máy đo độ bục (Hãng L & W) Thiết bị đo độ hút nước (Hãng L&W) 67 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CỠ HẠT BỘT ĐÁ NGHIỀN 68 69 70 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH KÍCH THƢỚC HẠT NHŨ TƢƠNG AKD CÔNG TY ĐẠI THỊNH 71 ... trình gia keo AKD trình sản xuất giấy in, giấy viết giấy photocopy Nhà máy giấy - Tổng công ty giấy Việt Nam từ đưa gia giải pháp nhằm nâng cao hiệu trình gia keo AKD Quá trình nghiên cứu đề... nghiên cứu: Quá trình gia keo nội keo AKD sản xuất giấy in, giấy viết Nhà máy giấy - Tổng công ty giấy Việt Nam Phƣơng pháp nghiên cứu Để tiến hành nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình gia keo. .. chọn đề tài ? ?Nghiên cứu nâng cao hiệu gia keo AKD sản xuất giấy Tổng công ty giấy Việt Nam? ?? làm đề tài tốt nghiệp Thạc sỹ Cơ sở khoa học sở thực tiễn đề tài Trên giới, công nghệ gia keo môi trường