6. Cấu trúc luận án
1.3.1. Khái quát về các giai đoạn nghiền
Sơ đồ tóm tắt tiến trình sản xuất giấy cơ bản đƣợc minh hoạ trên hình 1.3.
Hình 1.3. Một quy trình sản xuất giấy [3]
Nƣớc trắng
Xử lý cơ: Phương pháp nghiền,
nhiệt cơ, hóa nhiệt cơ
Nguyên liệu
(gỗ) Bột giấy thô
Xử lý hóa: Phương pháp kiềm, trung tính, axit (bột soda, sulphat, sulphit)
Tẩy trắng (Cl2,NaOCl ) Bột tẩy trắng Nghiền tinh Trộn phụ gia
Dịch đen (thu hồi hóa chất)
Giấy thành phẩm Gia keo bề mặt, cán, cuộn, cắt Xeo giấy, ép sấy
Nhƣ có thể thấy trên hình 1.3, một quá trình tổng quát để sản xuất giấy từ cây nguyên liệu đƣợc bắt đầu từ giai đoạn băm cây gỗ thành dạng dăm, mảnh [4]. Tiếp đó, dăm, mảnh gỗ đƣợc xử lý bằng phƣơng pháp hóa hoặc phƣơng pháp cơ nhằm thu đƣợc bột giấy thô. Bột thô này sẽ đƣợc tẩy trắng để đƣa vào giai đoạn nghiền tinh. Sản phẩm của giai đoạn nghiền tinh, nhƣ đã biết, là bột tinh, mịn. Bột giấy tinh đƣợc trộn thêm phụ gia, xeo, ép, sấy, gia keo bề mặt, cán, cuộn, cắt… để tạo thành giấy thành phẩm.
Trong công nghiệp giấy, việc sản xuất giấy từ cây nguyên liệu, sợi gỗ thƣờng đƣợc trải qua hai giai đoạn nghiền là giai đoạn nghiền sơ bộ và giai đoạn nghiền tinh. Hai giai đoạn này đƣợc minh hoạ trên hình 1.4.
Hình 1.4. Giai đoạn nghiền trong quá trình sản xuất giấy [22]
Giai đoạn nghiền sơ bộ (nghiền nồng độ cao - high consistency) thƣờng có nguyên liệu đầu vào là dăm, mảnh gỗ có kích thƣớc khoảng 25x25x2 mm. Hình 1.4 mô tả tóm tắt nguyên liệu và sản phẩm đầu ra của giai đoạn này. Dăm, mảnh gỗ đƣợc chế biến tại các nhà máy, phân xƣởng chuyên dụng, độc lập với nhà máy, phân xƣởng sản xuất giấy. Ở miền Bắc nƣớc ta, bột giấy thô chủ yếu đƣợc sản xuất từ cây keo (keo tai tƣợng, keo lá tràm) tại nhà máy An Hoà (Tuyên Quang) và nhà máy giấy Bãi Bằng (Việt Trì). Sản phẩm của quá trình này là bột thô, bao gồm các sợi gỗ có kích thƣớc chiều dài từ 1-3mm, đƣờng kính khoảng 10-30 μm (hình 1.5).
Hình 1.5. Nguyên liệu và sản phẩm của giai đoạn nghiền sơ bộ [41]
Giai đoạn nghiền tinh (thuật ngữ chuyên môn thƣờng gọi là nghiền nồng độ
thấp - low consistency) có nhiệm vụ nghiền bột thô đã đƣợc tẩy trắng (Hình 1.6).
Hình 1.6. Bột nguyên liệu dùng cho quá trình nghiền tinh
Mục đích của giai đoạn nghiền này là thay đổi hình thái của sợi gỗ, làm cho bột có các tính chất cơ, lý đáp ứng yêu cầu của sản phẩm giấy. Giai đoạn này có các nhiệm vụ chính là [23], [27], [31], [32], [43], [45]: 1) tách bề mặt phía trong của sợi thành nhiều sợi nhỏ (thƣờng gọi là chổi hoá nội vi); 2) chải các lớp ngoài của sợi thành các sợi nhỏ hơn (chổi hoá ngoại vi), tạo thêm nhiều sợi mịn và ngắn hơn. Thêm nữa, vách ngăn giữa các sợi đƣợc làm yếu đi, mềm ra và giảm độ dày nhờ có sự thâm nhập của các phân tử nƣớc trong quá trình nghiền. Các thay đổi cấu trúc sợi nói trên có tác dụng làm tăng khả năng liên kết sợi và độ bền của giấy thành phẩm. Hình 1.7 minh hoạ ảnh hƣởng của việc phân tơ, chổi hoá sợi đến đặc tính của giấy thành phẩm [54].
a) b)
Hình 1.7. Ảnh chụp cấu trúc phân bố sợi trong giấy thành phẩm [54] a) Tiết diện cắt ngang của một tờ giấy;
b) Sự xếp chồng và đan xen của các sợi trên mặt tờ giấy.
Nhƣ có thể thấy trên hình 1.7a, bề dày của một tờ giấy bao gồm nhiều lớp sợi xếp chồng lên nhau. Nói chung, độ dày của một tờ giấy thƣờng gấp từ năm đến mƣời lần đƣờng kính trung bình của một sợi bột giấy tinh [54]. Sau quá trình nghiền tinh và cán giấy, đƣờng kính các sợi giảm đáng kể, đồng thời các sợi đƣợc làm bẹt ra, làm tăng diện tích tiếp xúc khi chồng lên các sợi khác. Các sợi gỗ có đƣợc khả năng biến dạng này là nhờ một loạt tác động cơ học hữu ích xảy ra trong quá trình nghiền tinh. Các tác động này sẽ đƣợc phân tích kỹ trong phần 1.4 dƣới đây (phần nguyên lý nghiền tinh). Chính khả năng biến dạng mềm dẻo của sợi gỗ sẽ cho phép bề dày của tờ giấy của nó dù rất nhỏ nhƣng cũng chứa đƣợc năm đến mƣời lớp sợi đan xen, chồng lên nhau.
Rõ ràng, nghiền tinh là giai đoạn chế biến có ý nghĩa quyết định đến chất lƣợng sản phẩm giấy đƣợc tạo thành. Chính vì vậy, các chuyên gia ngành giấy thƣờng nói: “Giấy đƣợc hình thành từ trong máy nghiền”.