a. Tẩy trắng bằng H2O
3.4. Nghiên cứu ứng dụng bột P-RC-APMP từ hỗn hợp nguyên liệu Tràm cừ và gỗ Keo lai Nam bộ cho sản xuất giấy in, giấy viết
gỗ Keo lai Nam bộ cho sản xuất giấy in, giấy viết
Đối với các sản phẩm giấy in, giấy viết nguyên liệu dùng cho sản xuất thường sử dụng là bột hóa học tẩy trắng và bột hóa nhiệt cơ tẩy trắng có độ trắng cao. Tùy thuộc vào yêu cầu của khách hàng, tiêu chuẩn của sản phẩm và giá thành mà nhà sản xuất sẽ phối trộn tỷ lệ các loại bột giấy này một cách phù hợp và hiệu quả nhất.
Bột giấy hóa học tẩy trắng thường chứa chủ yếu là xenluloza nên có độ trắng rất cao, tính chất cơ lý vượt trội và thường được sử dụng nhiều trong các sản phẩm giấy, song loại bột này thường có độ đục thấp và tiêu hao nguyên liệu gỗ rừng lớn, chi phí sản xuất cao đồng thời cũng gây một sốảnh hưởng nhất định tới môi trường. Còn đối với bột hóa nhiệt cơ tẩy trắng, đặc biệt là khi áp dụng các công nghệ hiện đại thì chất lượng bột thu được cũng tương đối tốt, độ đục cao, độ thấm hút nước và khả năng bắt mực in tăng, hiệu suất thu hồi bột lớn nên tiêu hao nguyên liệu gỗ giảm, giá thành hạ hơn so với bột hóa học tẩy trắng. Mặc dù vậy bột giấy cơ học có một số nhược điểm là độ trắng của bột thấp, nhanh bị ố vàng dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời và môi trường xung quanh. Để hài hòa các ưu nhược điểm của hai loại bột giấy trên trong quá trình sản xuất giấy in, giấy viết các nhà sản xuất thường thử nghiệm xác định các tỷ lệ phối trộn hợp lý nhất nhằm vừa đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật, chất lượng cũng như hiệu quả kinh tế trong quá trình sản xuất.
Thành phần xơ sợi, chất lượng xơ sợi quyết định tới các tính chất cơ lý của tờ giấy (độ chịu kéo, độ chịu gấp, độ chịu bục, độ chịu xé...) song để tờ giấy có khả năng chống thấm nhất thiết phải sử dụng các hợp chất chống thấm. Ngày nay phần lớn các sản phẩm giấy trắng thường được sản xuất trong môi trường kiềm với keo chống thấm là AKD (alkyl keten dimer). Trong dung dịch huyền phù bột giấy vòng lacton trong phân tử AKD phản ứng với nhóm OH của xơ sợi xenluloza tạo thành β- keton-ester theo phản ứng (3.1). Phản ứng này làm cho AKD được giữ lại trên bề mặt xơ sợi, ngoài ra cũng còn có phản ứng không mong muốn: phản ứng thủy phân tạo thành β-keton-axit theo phản ứng (3.2)
75 R1 CH C CH R2 O C O Cell OH R1 CH2 C O CH R2 C O O Cell R1 CH2 C CH2 R2 O CO2 (3.1) (3.2)
Về cơ chế của phản ứng của AKD với xenluloza: đầu tiên các hạt keo AKD phân tán và bám trên bề mặt xơ sợi nhờ lực hút tĩnh điện do xơ sợi tích điện âm còn hạt keo tích điện dương nhờ các cation tinh bột bám lên trên bề mặt hạt keo do vậy trong quá trình gia keo trong môi trường kiềm nhất thiết phải sử dụng tinh bột cation. Khi huyền phù bột đi qua bộ phận hình thành, bộ phận hút chân không, các cơ cấu ép, băng giấy ướt sẽđi vào bộ phận sấy. Tại đây các hạt keo có kích thước nhỏ sẽ bị nóng chảy phủ lên bề mặt xơ sợi tạo điều kiện tốt cho các phản ứng giữ nhóm OH của xơ sợi với nhóm chức của phân tử AKD. Quá trình này đồng thời cũng cho tạo điều kiện để các liên kết hydro giữa các nhóm OH của xenluloza liên kết với nhau tạo độ bền cho tờ giấy. Gần cuối quá trình sấy và sau quá trình sấy sẽ diễn ra quá trình định hướng của các phân tử AKD sao cho phần hydrocacbon là phần kỵ nước hướng ra ngoài bề mặt giấy, còn phần nhóm chức thì tạo thành liên kết với xơ sợi làm cho hạt keo AKD dính chặt vào bề mặt xơ sợi. Nhờ định hướng này mà độ chống thấm của giấy tăng lên (giấy sau sản xuất độ chống thấm chỉ đạt 75 - 80%, để sản phẩm giấy sau một thời gian 7 – 14 ngày thì độ chống thấm mới đạt 100%).
Trong quá trình sản xuất giấy, để tăng độ đục, độ trắng, độ mịn bề mặt giấy, độ chặt của tờ giấy cũng như giảm giá thành sản xuất. Khi xeo giấy trong môi trường kiềm chất độn thường được xử dụng là CaCO3, loại nghiền hoặc loại kết tủa. Tuy nhiên để tăng độ bảo lưu chất độn, xơ sợi mịn một số hợp chất trợ bảo lưu đã được sử dụng như polyacrylamit cation, vi hạt silic...
Trong các nghiên cứu về khả năng sử dụng bột cơ học tẩy trắng P-RC-APMP trong sản xuất giấy in, giấy viết thì bột giấy cơ học dùng để nghiên cứu sẽ được sản xuất từ hỗn hợp gỗ keo lai 5 tuổi trồng Đồng Nai và gỗ Tràm cừ 7 tuổi trồng tại Long
76 An với các điều kiện về công nghệ đã được nghiên cứu và lựa chọn từ các kết quả nghiên cứu trên.
Bột giấy P-RC-APMP thu được từ các điều kiện công nghệ đã được lựa chọn được sử dụng cho các nghiên cứu tiếp theo.
Thành phần xơ sợi trong quá trình sản xuất giấy có ảnh hưởng rất lớn tới độ bền cơ lý của tờ giấy. Mặt khác chúng chiếm phần lớn trong chi phí sản xuất nên việc nghiên cứu lựa chọn các nguồn xơ sợi mới, giá rẻ có khả năng thay thế luôn luôn được các nhà nghiên cứu và nhà sản xuất tiến hành không ngừng nhằm hạ giá thành và nâng cao sức cạnh tranh của sản phẩm.
Với các ưu thế của bột giấy cơ học tẩy trắng về giá thành cũng như một số chỉ tiêu kỹ thuật nên hiện tại và trong tương lai, chúng sẽ dần là nguồn nguyên liệu thay thế một phần của bột giấy hóa học tẩy trắng trong sản xuất một số mặt hàng giấy trắng chất lượng cao.
Mục tiêu của mục nghiên cứu này là thay thế tối đa bột giấy hóa học tẩy trắng sơi ngắn bằng bột cơ học tẩy trắng, song vẫn đảm bảo các tiêu chuẩn về giấy in, giấy viết theo TCVN 6886:2001 và TCVN 5899:2001.
Nhìn chung, xơ sợi của bột P-RC-APMP là xơ sợi ngắn, độ mềm mại của xơ sợi thấp đặc biệt là được sản xuất từ các nguyên liệu gỗ cứng, do vậy tỷ lệ phối trộn vào cơ cấu xơ sợi trong sản xuất giấy chỉ có giới hạn và phụ thuộc khá nhiều vào định lượng giấy, tốc độ máy xeo, độ trắng của sản phẩm giấy cũng như thời gian lưu kho và thời gian tiêu thụ sản phẩm do bột cơ học rất dễ bị hồi màu theo thời gian dưới tác dụng của ánh sáng và nhiệt độ môi trường. Bột BSKP và BHKP trong thành phần chứa chủ yếu là xenluloza, kích thước xơ sợi mảnh và dài (đặc biệt là BSKP). Trong quá trình nghiền bột, xơ sợi có khả năng phân tơ chổi hóa cao tạo được nhiều liên kết hydro, tăng cường khả năng liên kết hóa học của xơ sợi, hơn nữa do xơ sợi dài, mảnh nên khả năng đan dệt của xơ sợi trong quá trình hình thành băng giấy tốt hơn, vì vậy tính chất cơ lý của tờ giấy thành phẩm được nâng lên rất nhiều.
77 Hầu hết các nhà máy giấy sản xuất giấy in, giấy viết có công suất lớn, chạy tốc độ cao đều sử dụng một tỷ lệ bột hóa học tẩy trắng sợi dài từ 10 – 15%, do vậy trọng nghiên cứu này hướng tới sử dụng cho các máy lớn nên tỷ lệ xơ sợi dài được chọn là 15%.
Bảng 3.16 Ảnh hưởng của tỷ lệ bột giấy P-RC-APMP tới tính chất của mẫu giấy
Các kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ bột P-RC-APMP từ hỗn hợp gỗ keo lai và gỗ tràm tới tính chất cơ lý và quang học của mẫu giấy được trình bày trong
bảng 3.16.
Từ các kết quả thí nghiệm đưa ra trong bảng 3.16 cho thấy, khi tăng mức tỷ lệ bột P-RC-APMP thay thế cho bột BHKP từ 20% lên 50% thì chiều dài đứt của các mẫu giấy có xu hướng giảm từ 5870 m xuống còn 4340 m. Điều này là do chiều dài xơ sợi và độ bền cơ lý của P-RC-APMP thấp hơn so với bột BHKP (4020 m so với 7649 m). Mặt khác xơ sợi của bột P-RC-APMP nhìn chung “thô, cứng” hơn do ngoài xenluloza thì phần lớn các thành phần như lignin, các chất trích ly vẫn còn rất lớn nên trong quá trình nghiền xơ sợi bị cắt ngắn nhiều hơn, khả năng phân tơ chổi hóa xơ sợi hạn chế nên số lượng các liên kết hydro tạo thành ít hơn. Song ở đây, dù đã sử dụng đến 50% bột P-RC-APMP (lượng bột hóa học còn lại: 15% BSKP + 35% BHKP) nhưng chiều dài đứt của các mẫu giấy vẫn còn rất cao, gấp hơn 1,74 lần so với yêu cầu của giấy in, giấy viết cấp B và gần gấp 1,58 lần cấp A theo TCVN 6886:2001 và TCVN 5899:2001 (cấp B: theo chiều dọc ≥3.200 m; theo chiều ngang ≥1.800 m và trung bình theo 2 chiều ≥ 2500 m; cấp A: theo chiều dọc là ≥3.500m,
Tỷ lệ (%) bột giấy P-RC-APMP/BHKP/BSKP Mẫu Chỉ tiêu 20/65/15 25/60/15 30/45/15 40/45/15 50/35/15 Chiều dài đứt, m 5870 5070 4990 4530 4340 Chỉ sốđộ bền xé, mN.m2/g 6,25 5,00 5,07 4,71 4,57 Độ trắng, %ISO 90,4 89,2 88,4 87,4 86,1 Độđục, % 86,4 87,2 87,9 88,5 89,2 Độ hút nước Cobb60, g/m2 30,4 28,8 27,0 27,9 27,6
78 theo chiều ngang ≥ 2.000m ). Như vậy, việc sử dụng các tỷ lệ phối trộn bột trên hoàn toàn có thể áp dụng cho sản xuất trên các máy xeo công nghiệp.
Ngoài chỉ tiêu về chiều dài đứt, các kết quả về chỉ số độ bền xé cũng rất cao. Kết quả về chỉ sốđộ bền xé đưa ra trong bảng 3.16 cũng cho thấy: chỉ sốđộ bền xé giảm dần khi tăng tỷ lệ bột P-RC-APMP từ 20% lên 50%. Tuy nhiên, thì với tỷ lệ P- RC-APMP ≤ 20% thì mới đáp ứng được tiêu chuẩn về giấy in cấp A (chiều dọc là≥ 5,6mN.m2/g, chiều ngang ≥ 6,0mN.m2/g). Đối với cấp B thì tỷ lệ thay thế 50% bột BHKP vẫn đáp ứng được (giấy in cấp B là 4,4 mN.m2/g và giấy viết cấp B là 4,3 mN.m2/g).
Các chỉ tiêu cơ lý trên rất quan trọng, nếu chiều dài đứt và độ bền xé thấp thì khi máy xeo chạy với tốc độ cao, lực kéo băng giấy lớn, dẫn đến đứt hoặc rách băng giấy, ảnh hưởng tới chất lượng và năng suất của máy xeo.
Từ các số liệu về chiều dài đứt và chỉ sốđộ bền xé cho thấy có thể thay thế tới trên 50% bột hóa học tẩy trắng bằng bột P-RC-APMP mà độ bền cơ lý của tờ giấy vẫn đáp ứng được cấp B theo TCVN. Điều này cho thấy chất lượng bột P-RC-APMP từ hỗn hợp nguyên liệu gỗ keo lai và gỗ tràm vẫn có thể chấp nhận được.
Ngoài các chỉ tiêu trên thì để đáp ứng được yêu cầu của giấy làm giấy in, giấy viết thì mẫu giấy phải đảm bảo yêu cầu vềđộ trắng và độđục.
Các kết quả thí nghiệm cho thấy, do độ trắng của nguyên liệu xơ sợi khá cao: bột P-RC-APMP có độ trắng ≅ 80 %ISO, bột hóa học tẩy trắng có độ trắng >86 %ISO nên độ trắng của các mẫu giấy đều >86 %ISO, song để đạt cấp A đối với giấy in, giấy viết thì tỷ lệ thay thế bột P-RC-APMP ≤30%. Còn đối giấy in, giấy viết cấp B (>78 %ISO đối với giấy in và >70 %ISO đối với giấy viết) thì tỷ lệ thay thế bột BHKP tới 50% vẫn vượt chỉ tiêu (đạt 86,6%ISO), kể cả không dùng chất tăng trắng quang học (đạt 81,2%ISO).
Độ đục của tờ giấy là chỉ tiêu quan trọng, đặc biệt quan trọng đối với giấy in, giấy viết khi sử dụng cả hai mặt của tờ giấy. Đối với giấy in, giấy viết cấp A và cấp B theo TCVN thì độ đục phải đạt trên 85%. Do phần lớn độ đục của bột giấy hóa học tẩy trắng thấp, nên trong quá trình sản xuất giấy thường bổ sung một lượng nhất định
79 bột giấy cơ học tẩy trắng, chất độn và lựa chọn chếđộ nghiền thích hợp để đảm bảo độđục cho tờ giấy.
Với tỷ lệ bột P-RC-APMP là 20%, độ đục của tờ giấy đã đạt yêu cầu (86,4%). Khi tăng tỷ lệ bột P-RC-APMP lên 50% thì độ đục của tờ giấy đạt trên 89,2%. Điều này cho thấy ảnh hưởng của tỷ lệ bột cơ học tới độ đục của tờ giấy là khá lớn. Đây là điểm khác biệt và đặc trưng của bột giấy cơ học.
Đối với độ hút nước Cobb60thì các mẫu trên đều đạt 27,6 ÷ 30,4g/m2 đáp ứng yêu cầu cho giấy in (không nhỏ hơn 27 g/m2). Tuy nhiên để đáp ứng yêu cầu về giấy viết (độ hút nước Cobb60 không lớn hơn 23 g/m2) thì mức dùng keo AKD thương phẩm cần tăng lên 2,5% để độ hút nước đạt 20 – 22 g/m2.
Theo tiêu chuẩn TCVN 6886:2001 và TCVN 5899:2001 về giấy in, giấy viết cấp A thì không dùng bột giấy cơ học trong cơ cấu xơ sợi, song đây là tiêu chuẩn khuyến khích áp dụng nên nếu chất lượng giấy vẫn được khách hàng chấp nhận thì tỷ lệ sử dụng bột P-RC-APMP từ hỗn hợp gỗ keo lai và gỗ tràm nên ≤20%, còn đối với cấp B, tỷ lệ bột P-RC-APMP trong cơ cấu xơ sợi lấy tối đa là 50%. Các nghiên cứu tiếp theo sẽ chọn tỷ lệ bột P-RC-APMP là 50%.
Trước đây công ty cổ phần tập đoàn giấy Tân Mai cũng đã sử dụng tới 50% bột BCTMP có độ trắng 70 ÷75%ISO tự sản xuất dùng cho một số sản phẩm giấy in chất lượng và độ trắng trung bình (75%ISO, 84%ISO), song sử dụng một lượng khá lớn chất tăng trắng quang học (13,6 kg/tấn sản phẩm giấy cho phần phối trộn trước xeo và cho phần gia keo bề mặt)