Hiện nay có rất nhiều cơ sở trong và ngoài nước sản xuất và cung cấp các loại keo ADK, tuy nhiên chất lượng của các loại keo trên của các Công ty khác nhau là rất khác nhau và đôi khi không ổn định. Thực tế tại một số Nhà máy sản xuất giấy in, giấy viết của Việt Nam cho thấy: Lượng dùng keo AKD cũng như tác dụng của chúng đối với việc điều chỉnh độ hút nước (độ Cobb60) có sự khác nhau đáng kể theo mỗi lô hàng.
38
CHƢƠNG II: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị sử dụng
2.1.1. Bột giấy
Bột giấy sử dụng trong nghiên cứu của đề tài gồm 04 loại:
- Bột giấy hóa học tẩy trắng sợi ngắn nhập khẩu từ Indonexia.
- Bột giấy hóa học tẩy trắng được sản xuất tại Nhà máy giấy - Tổng công ty giấy Việt Nam từ nguyên liệu gỗ bạch đàn & keo.
- Bột giấy hóa học tẩy trắng từ gỗ cứng nhập khẩu từ Indonexia. - Bột hóa nhiệt cơ tẩy trắng BCTMB nhập khẩu.
2.1.2. Keo AKD
Hiện nay trên thị trường phía Bắc Việt Nam có 04 nhà sản xuất và cung cấp keo AKD chính, bao gồm Công ty Đại Thịnh - Phú Thọ, Công ty Huy Hoàng - Bắc Ninh và Công ty Xương Giang - Bắc Ninh và Công ty Thuận Phát Hưng. Tuy nhiên dó các nguyên nhân khác nhau, keo AKD của Công ty Đại Thịnh hiện đang được sử dụng duy nhất tại Nhà máy giấy - Tổng công ty giấy Việt Nam, chính vì vậy keo AKD được chọn là đối tượng nghiên cứu chính của đề tài.
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của keo AKD do Công ty Đại Thịnh sản xuất
Tên chỉ tiêu Thông số
Hàm lượng rắn 14,5 - 15%
pH 2,5 - 3,5
Điện tích +
Độ nhớt 2- 30 Cp
Kích thước hạt nhũ bình quân 0,166 µm
Kết quả phân tích kích thước hạt nhũ của keo AKD Đại Thịnh được chỉ ra trong phần phụ lục.
39
2.1.3. Các hóa chất phụ gia khác
Các hóa chất phụ gia khác dùng trong nghiên cứu bao gồm:
* Tinh bột cation: Đề tài nghiên cứu sử dụng tinh bột cation của Công ty Đại Thịnh * Bột đá: Sử dụng bột đá loại GCC của Công ty bột đá Yên Bái, Công ty bột đá Canxit Phú Thọ, Công ty NVT Nghệ An.
* Chất trợ bảo lưu: Sử dụng chất trợ bảo lưu Cartaretin của nhà cung cấp Crariant.
* Bentonite: Sử dụng Bentonite của hãng Benhmayer.
2.1.4. Phƣơng pháp xác định tính chất của giấy
* Phương pháp đo độ nghiền theo tiêu chuẩn SCAN 19:65
* Phương pháp đo độ Cobb60: TCVN 6726:2007; SCAN P12:64 * Phương pháp xác định độ chịu xé: TCVN 3229:2007; SCAN P11:73 * Phương pháp xác định độ chịu kéo: TCVN 1862-1 2000; SCAN P16:76 * Phương pháp xác định độ chịu bục: TCVN 7631:2007; SCAN P22:77 * Phương pháp xác định độ tro: TCVN 1864:2001; SCAN P5:63
* Phương pháp xác định độ bền bề mặt: TCVN 6898:2001; TAPPI T459 - om - 93 * Phương pháp điều hòa mẫu giấy trong môi trường chuẩn: TCVN 6725:2007;
SCAN P2:75
* Phương pháp xác định định lượng của giấy: TCVN 1270:2000; SCAN P6:75
2.1.5. Thiết bị
* Thiết bị nghiền bột giấy: Valley Beater - VB21 của hãng Regmed. * Thiết bị xeo giấy Hand sheet cuả hãng L&W
* Thiết bị đo độ nghiền của hãng L&W
* Thiết bị sấy giấy thí nghiệm của hãng L&W * Thiết bị đo độ chịu xé cuả hãng L&W
40 * Thiết bị đo độ chịu bục cuả hãng L&W * Thiết bị đo độ Cobb60 cuả hãng L&W
* Thiết bị đo độ dẫn Metrohm 644 Conductometer * Thiết bị đo pH Model10
* Thiết bị đo mật độ phân bố cỡ hạt của bột đá: Metersizer * Thiết bị đo nhu cầu điện tích dương Mutex PCD PH03 * Thiết bị chụp SEM của Trung tâm Polyme - ĐHBK Hà Nội
* Thiết bị đo kích thước hạt nhũ tương keo AKD - LS Particle Size Analyzer 3.00.40 COULTER của Trường ĐH Khoa học tự nhiên - ĐH Quốc gia Hà Nội.
2.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu
Để tiến hành nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình gia keo AKD, phương pháp nghiên cứu như sau: Tiến hành nghiền bột, điều chỉnh pH của bột trước khi gia keo, bổ sung các chất phụ gia như: tinh bột cation, bột đá CaCO3, hóa chất trợ bảo lưu, bentonite sau đó tiến hành xeo giấy trên máy xeo tay với định lượng 60, 70 và 80 g/m2.
Giấy được sấy khô trên máy sấy giấy thí nghiệm của phòng Kỹ thuật - Tổng công ty giấy Việt Nam.
Mẫu giấy sau khi sấy khô được điều hòa ở nhiệt độ 25 ± 1 0C, độ ẩm 50% sau đó xác định các tính chất cơ lý của giấy như: Độ hút nước Cobb60, chỉ số bền kéo, chỉ số bền xé, độ bền bề mặt (chỉ số nến), độ tro.
Việc xác định tính chất của mẫu giấy thí nghiệm được tiến hành tại phòng thí nghiệm đạt chuẩn Quốc gia Vilas 325 - phòng Kỹ Thuật - Tổng công ty giấy Việt Nam.
2.2.1. Ảnh hƣởng của độ pH đến hiệu quả gia keo
41
trình gia keo AKD, phương pháp nghiên cứu sử dụng như sau:
Nghiền bột trên máy nghiền kiểu Hà Lan tới độ nghiền 35 0SR, điều chỉnh pH của bột trước khi gia keo bằng dung dịch NaOH. Mức điều chỉnh pH: 7,5; 8,0; 8,5; 9,0.
Tinh bột cation được bổ sung sau khi điều chỉnh pH, mức dùng tinh bột cation là 1% so với bột khô tuyệt đối. Thời điểm bổ sung là cuối quá trình nghiền bột ở nồng độ 1,57% và khi độ nghiền đạt 32 - 330SR.
Sau khi kết thúc quá trình nghiền bổ sung keo AKD và các hóa chất chất phụ gia khác theo trình tự như sau: keo AKD, bột đá CaCO3, chất trợ bảo lưu cartaretin, bentonite. Keo AKD được gia vào giấy ở nồng độ bột 1,57%, các hóa chất khác được gia khác được bổ sung vào huyền phù bột ở nồng bột loãng 0,6%.
* Loại bột sử dụng:
- 100% bột Sunfat tẩy trắng được sản xuất từ dây chuyền bột của Nhà máy giấy từ nguyên liệu gỗ bạch đàn + keo.
- 85% bột Sunfat tẩy trắng được sản xuất từ dây chuyền bột của Nhà máy giấy từ nguyên liệu gỗ bạch đàn + keo & 15% bột sợi ngắn nhập khẩu.
* Mức dùng các hóa chất phụ gia:
- Tinh bột cation: 1,0 % so với bột KTĐ
- Keo AKD: 0,05 %; 0,10%; 0,15%; 0,20% so với bột KTĐ - Bột đá CaCO3: 15 % so với bột KTĐ
- Cartaretin: 0,03 % so với bột KTĐ - Bentonite: 0,4 % so với bột KTĐ
* Trình tự bổ sung các chất phụ gia: Tinh bột cation - Keo AKD - Bột đá CaCO3 - Cartaretin – Betonite
2.2.2. Ảnh hƣởng của độ kiềm đến hiệu quả gia keo
42
(HCO3-). Phản ứng giữa keo AKD với xơ sợi xenluloza được xúc tiến khi có mặt ion bicacbonat. Để đánh nghiên cứu ảnh hưởng của ion bicacbonat đến hiệu quả quá trình gia keo AKD tiến hành nghiên cứu như sau:
- Loại bột sử dụng: 85% bột Sunfat tẩy trắng được sản xuất từ dây chuyền bột của Nhà máy giấy từ nguyên liệu gỗ Bạch đàn + Keo & 15% bột sợi dài.
- Độ nghiền sau cùng: 35 0SR - Độ pH: 8,0
* Độ kiềm điều chỉnh trước khi gia keo AKD bằng dung dịch Na2CO3 : 50; 150; 250; 400; 500 ppm.
* Mức dùng các hóa chất phụ gia:
- Tinh bột cation: 1,0 % so với bột KTĐ - Bột đá CaCO3: 15 % so với bột KTĐ - Keo AKD: 0,10% so với bột KTĐ - Chất trợ bảo lưu: 0,03% so với bột KTĐ - Bentonite: 0,40% so với bột KTĐ
* Trình tự bổ sung các chất phụ gia: Tinh bột cation - keo AKD - bột đá CaCO3 - Chất trợ bảo lưu cartaretin - bentonite.
2.2.3. Ảnh hƣởng của chất độn CaCO3 đến hiệu quả gia keo AKD
Để tiến hành nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của lượng dùng bột đá CaCO3 và cấu trúc của các loại bột đá CaCO3 đến hiệu quả của quá trình gia keo AKD, phương pháp nghiên cứu được sử dụng như sau:
- Xác định cỡ hạt của bột đá, mật độ phân bố cỡ hạt và cấu trúc bề mặt các mẫu bột đá CaCO3 của các Công ty VNT, Bột đá Yên Bái, bột đá Canxit Phú Thọ. Tiến hành bổ sung bột đá vào dòng bột giấy cùng các chất phụ gia khác và xeo mẫu trên máy xeo tay.
43 * Loại bột sử dụng:
- 85% Bột Sunfat tẩy trắng được sản xuất từ dây chuyền bột của Nhà máy giấy từ nguyên liệu gỗ bạch đàn + keo & 15% bột sợi dài.
* Độ nghiền bột sau cùng: 35 0SR
* Mức điều chỉnh pH: 8,0 (dùng NaOH để điều chỉnh)
* Mức sử dụng bột đá CaCO3:10; 15; 20; 25 % so với bột KTĐ * Mức dùng các hóa chất phụ gia khác:
- Tinh bột cation: 1,0 % so với bột KTĐ
- Keo AKD: 0,10%; 0,15% so với bột KTĐ - Chất trợ bảo lưu: 0,03% so với bột KTĐ
- Bentonite: 0,4% so với bột KTĐ
* Trình tự bổ sung các chất phụ gia: Tinh bột cation - keo AKD - bột đá CaCO3 - chất trợ bảo lưu cartaretin - bentonit.
2.2.4 Ảnh hƣởng của mức dùng keo AKD đến hiệu quả gia keo
Để tiến hành nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của mức dùng keo AKD đến hiệu quả của quá trình gia keo AKD, phương pháp nghiên cứu được sử dụng như sau: Tiến hành lấy mẫu keo AKD của Công ty Đại Thịnh sau đó:
- Xác định kích thước hạt nhũ trong dung dịch keo AKD bằng phương pháp phân tích Lase.
- Tiến hành bổ sung keo AKD vào huyền phù bột theo các mức dùng khác nhau sau khi đã điều chỉnh pH.
* Loại bột sử dụng:
- 85% bột Sunfat tẩy trắng được sản xuất từ nguyên liệu gỗ bạch đàn + keo & 15% bột sợi dài.
44
* Mức điều chỉnh pH: 8,0 (bằng dung dịch NaOH) * Mức dùng các hóa chất phụ gia:
- Tinh bột cation: 1,0 % so với bột KTĐ - Keo AKD: 0,05%; 0,10%; 0,15% - Bột đá CaCO3: 15%; 20% so với bột KTĐ - Chất trợ bảo lưu: 0,03% so với bột KTĐ - Bentonit: 0,4% so với bột KTĐ
* Trình tự bổ sung các chất phụ gia: Tinh bột cation - keo AKD - bột đá CaCO3 - chất trợ bảo lưu cartaretin - bentonite.
2.2.5. Ảnh hƣởng của lƣợng dùng các loại bột tới hiệu quả gia keo AKD
Để tiến hành đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ bột cơ tới hiệu quả của quá trình gia keo AKD, tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu như sau:
- Tiến hành chụp ảnh SEM để phân tích cấu trúc bề mặt của các loại bột khác nhau.
- Tiến hành xeo giấy với tỷ lệ phối trộn khác nhau của các chủng loại bột trên. - Bột Sunfat tẩy trắng được sản xuất từ dây chuyền bột của Nhà máy giấy từ nguyên liệu gỗ bạch đàn + keo & bột BCTMP được phối trộn với các tỷ lệ: 95/5; 90/10; 80/20; 70/30; 60/40.
- Bột Sunfat tẩy trắng được sản xuất từ dây chuyền bột của Nhà máy giấy từ nguyên liệu gỗ bạch đàn + keo & bột hóa gỗ cứng được phối trộn với các tỷ lệ: 95/5; 90/10; 80/20; 70/30; 60/40.
- Độ nghiền sau cùng: 35 0SR - Độ pH: 8,0
* Mức dùng các hóa chất phụ gia:
45
- Keo AKD: 0,10% so với bột KTĐ - Bột đá CaCO3: 15 % so với bột KTĐ - Chất trợ bảo lưu: 0,03% so với bột KTĐ - Bentonit: 0,4% so với bột KTĐ
2.2.6. Ảnh hƣởng của các ion kim loại trong nƣớc trắng tới hiệu quả gia keo
Để tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của cac ion kim loại như Al3+, Ca2+ tác giả sử dụng dung dịch các muối vô cơ của các ion kim loại trên sau đó bổ sung vào dòng bột trước khi gia keo AKD, tiến hành đo và xác định độ dẫn của dòng bột.
- Độ dẫn của dung dịch huyền phù bột được điều chỉnh trước khi gia keo AKD bằng dung dịch CaCl2 và Al2(SO4)3 : 50; 150; 250; 400; 500 ppm.
- Loại bột sử dụng: 85% Bột Sunfat tẩy trắng được sản xuất từ dây chuyền bột của Nhà máy giấy từ nguyên liệu gỗ Bạch đàn + Keo & 15% bột sợi dài.
- Độ nghiền sau cùng: 35 0SR * Mức dùng các hóa chất phụ gia:
- Tinh bột cation: 1,0 % so với bột KTĐ - Bột đá CaCO3: 15 % so với bột KTĐ - Keo AKD: 0,10% so với bột KTĐ - Bentonite: 0,40% so với bột KTĐ - Chất trợ bảo lưu: 0,03% so với bột KTĐ
* Trình tự bổ sung các chất phụ gia: Tinh bột cation - keo AKD - bột đá CaCO3 - chất trợ bảo lưu cartaretin - bentonite.
2.2.7. Ảnh hƣởng của tinh bột cation
Tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của mức dùng tinh bột lên hiệu quả của quá trình gia keo, phương pháp nghiên cứu sau được sử dụng:
46
- Tiến hành xác định độ thế của tinh bột cation.
- Tiến hành hồ hóa tinh bột cation và bổ xung vào giấy theo các mức dùng khác nhau.
- Mức dùng tinh bột cation: 0; 0,5; 0,8; 1,0; 1,5 % so với bột KTĐ
- Loại bột sử dụng: 85% Bột Sunfat tẩy trắng được sản xuất từ dây chuyền bột của Nhà máy giấy từ nguyên liệu gỗ Bạch đàn + Keo & 15% bột sợi dài.
- Độ nghiền sau cùng: 35 0SR - Độ pH: 8,0
* Mức dùng các hóa chất phụ gia:
- Keo AKD: 0,10% so với bột KTĐ - Bột đá CaCO3: 15 % so với bột KTĐ - Chất trợ bảo lưu: 0,03% so với bột KTĐ - Bentonite: 0,40% so với bột KTĐ
* Trình tự bổ sung các chất phụ gia: Tinh bột cation - keo AKD - bột đá CaCO3 - chất trợ bảo lưu cartaretin - bentonite.
47
CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu ảnh hƣởng của pH tới độ hút nƣớc Cobb60
Sau khi tiến hành điều chỉnh pH của huyền phù bột bằng dung dịch NaOH 0,1N, tiến hành bổ sung các hóa chất phụ gia và tiến hành xeo giấy.
Các mẫu giấy xeo tay được sấy trên máy sấy giây thí nghiệm của hãng L&W sau đó tiếp tục được sấy ở nhiệt độ 103 ±2 0C trong 5 phút.
Việc điều hòa ẩm được thực hiện trong phòng thí nghiệm tiêu chuẩn Quốc gia Vilas325 của phòng Kỹ Thuật - Tổng công ty giấy Việt Nam theo tiêu chuẩn TCVN 6725:2007.
Độ gia keo được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 6726:2007. Kết quả xác định độ hút nước Cobb60 của các mẫu giấy được tiến hành gia keo ở các giá trị pH khác nhau trong bảng 3.1 cho thấy: ảnh hưởng của pH lên hiệu quả gia keo là rất rõ rệt, hiệu quả gia keo AKD tăng lên (giá trị độ Cobb60 giảm) khi pH của dòng huyền phù bột tăng từ 7,5 đến 8,5 sau đó lại giảm dần khi pH tăng tới 9,0. 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 nhóm OH trong sơ xợi xenluloza. Mặt khác do bề mặt sơ xợi xenluloza trở nên chương nở hơn khi độ pH của huyền phù bột tăng từ 7,5 - 8,5 và (bắt đầu giảm dần khi pH tăng lớn hơn 8,5) chính điều này làm cho các nhóm OH trong phân tử xenluloza trở nên linh động hơn và dễ dàng phản ứng với các nhóm keten dime trong phân tử keo AKD.
Bảng 3.1: Sự phụ thuộc độ hút nƣớc Cobb60 vào pH và mức dùng keo
Độ pH
Độ hút nƣớc Cobb60 (g/m2) Mức dùng keo AKD so với bột KTĐ (%)
0 0,5 0,8 1,0 1,5 2,0