POLYACRYLAMIDE CATION ĐỂ TĂNG ĐỘ BỀN VÀ CẢI THIỆN KHẢ NĂNG THOÁT NƯỚC CHO BỘT OCC
Các thí nghiệm được tiến hành với sự kết hợp tinh bột cation và C-PAM với mức dùng tinh bột là 1% (bột OCC trong nước) và 0,8% (bột OCC Mỹ), C-PAM là 0,4 kg/tấn cho cả 2 loại bột, kết quả là xơ sợi bị kết bông quá mạnh và bám dính lưới xeo, vì vậy mức dùng C-PAM phải giảm đi. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của phân tách sợi, sử dụng tinh bột cation và C-PAM tới độ
bền của giấy và khả năng thoát nước đối với bột OCC trong nước được đưa ra trong Bảng 4.11 và đối với bột OCC Mỹđược đưa ra ở Bảng 4.12.
Từ các kết quả nghiên cứu trên tinh bột cation được lựa chọn là chất tăng bền vì nó có khả năng tăng độ bền cho giấy cao hơn, còn C-PAM dược lựa chọn là chất trợ thoát nước do nó có khả năng tăng khả năng thoát nước tốt. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi giảm mức dùng C-PAM xuống tới 0,1 kg/tấn thì thời gian thoát nước là thấp nhất và độđồng đều của giấy cao.
69
Bảng 4.11. Ảnh hưởng của phân tách sợi, sử dụng tinh bột cation và C-PAM tới độ bền của giấy và khả năng thoát nước của bột OCC trong nước
Độ bền cơ lý Mức dùng tinh bột (%) Mức dùng C-PAM (kg/tấn bột KTĐ) Thời gian thoát nước (giây) Chỉ số bền kéo (mN/g) Chỉ số bền xé (N.m2/ g) Chỉ số chịu bục (kPa.m2/g) Độ bền nén vòng (N) 0,0 0,0 444 20,2 5,9 1,7 23,1 1 0,0 432 25,6 7,0 1,94 26,2 1 0,05 408 25,7 7,2 1,95 26,2 1 0,1 372 25,3 7,0 1,95 26,0 1 0,2 390 21,5 5,7 1,9 24,5 1 0,3 - - - - - Bảng 4.12. Ảnh hưởng của phân tách sợi, sử dụng tinh bột cation và C-PAM
tới độ bền của giấy và khả năng thoát nước của bột OCC Mỹ
Độ bền cơ lý Mức dùng tinh bột (%) Mức dùng C-PAM (kg/tấn bột KTĐ) Thời gian thoát nước Chỉ số bền kéo (mN/g) Chỉ số bền xé (N.m2/g) Chỉ số chịu bục (kPa.m2/g) Độ bền nén vòng (N) 0,0 0,0 390 33,3 10,1 2,5 34,7 0,8 0,0 371 38,5 11,0 2,8 38 0,8 0,05 315 38,5 11,1 2,8 38 0,8 0,1 300 38,5 11,0 2,8 38 0,8 0,2 320 35,5 9,9 2,5 36,2 0,8 0,3 - - - - - Kết quả trên cho thấy nếu kết hợp tinh bột cation với C-PAM thì mức dùng C-PAM giảm đi khá nhiều mà vẫn tăng đáng kể khả năng thoát nước và cải thiện độ bền cho bột OCC.
Tổng hợp các kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng sàng tách sợi với tỷ lệ đã lựa chọn ở mục 4.2, bổ sung tinh bột cation với tỷ lệ đã lựa
chọn ở muc 4.3 và polyacrylamide với tỷ lệ đã lựa chọn ở mục 4.4 ta có các giá trị ở Bảng 4.13.
Bảng 4.13. Mức tăng độ bền của giấy và tăng khả năng thoát nước đối với bột qua phân tách sợi, bổ sung tinh bột và polyacrylamide
Loại bột Mức tăng độ bền kéo (%) Mức tăng độ bền xé (%) Mức tăng độ chịu bục (%) Mức tăng độ bền nén vòng (%) Mức tăng khả năng thoát nước (%) Bột OCC trong nước 31 27 21 24 20 Bột OCC Mỹ 32 22 24 23 30 4.7. ĐÁNH GIÁ SƠ BỘ HIỆU QUẢ KINH TẾ
Bên cạnh việc quan tâm đến chất lượng sản phẩm, mối quan tâm hàng
đầu của các doanh nghiệp là hiệu quả kinh tế. Với công nghệ nâng cao độ bền như trên doanh nghiệp phải thêm chi phí đầu tư, chi phí vận hành cho sàng phân tách sợi và các thiết bị phụ trợ cho quá trình phân tách sợi cũng như chi phí cho các chất phụ gia nhưng doanh nghiệp sẽ thu được các lợi ích sau: - Giảm chi phí cho năng lượng nghiền
- Tăng tốc độ chạy máy do tăng khả năng thoát nước của bột trên lưới vì vậy có thể tăng năng suất máy xeo
- Sản phẩm có độ bền cao hơn, chất lượng tốt hơn vì vậy có thể nâng cao hiệu quả kinh tế và tăng tính cạnh tranh trên thị trường.
4.8. THIẾT LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ NÂNG CAO ĐỘ BỀN CHO BỘT OCC VÀ GIẤY SẢN XUẤT TỪ BỘT OCC
Tổng hợp các kết quả nghiên cứu ở trên cho thấy nếu kết hợp tinh bột và polyacrylamide thì độ thoát nước của bột tăng cao hơn và độ bền của giấy cải thiện nhiều hơn nếu chỉ dùng riêng một loại. Tuy nhiên mức tăng độ bền khi sử dụng polyacrylamide là không nhiều do vậy trong sự kết hợp này tinh bột cation được sử dụng như một chất tăng bền và nó được bổ sung vào huyền phù bột đặc trước khi pha loãng bột, còn polyacrylamide cation được sử dụng như
một chất trợ bảo lưu vì vậy nó được bổ sung vào huyền phù bột sau khi pha loãng chuẩn bị lên lưới xeo.
71
Giấy lề OCC được đánh tơi và loại bỏ các tạp chất cát, sạn, ni lon… được tách sợi bằng sàng áp lực thành hai loại sợi ngắn và sợi dài. Phần bột sợi dài
được đem nghiền rồi phối trộn lại với sợi ngắn theo tỷ lệ ban đầu, tiếp đó tinh bột cation và polyacrylamide cation được bổ sung vào huyền phù bột theo tỷ lệ
thích hợp. Bột thu được có độ thoát nước tăng 20 – 30%, năng lượng nghiền giảm 34 – 44% và cho sản phẩm giấy có độ bền cao hơn 21 – 32%,
4.8.2. ĐẶC ĐIỂM QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Quy trình công nghệđược xây dựng dựa trên lý thuyết và thực tiễn công nghệ sản xuất giấy giấy từ nguyên liệu tái sinh, các kết quả nghiên cứu về ứng dụng công nghệđể nâng cao độ bền cho bột giấy tái chế trên thế giới và ở Việt Nam.
Quy trình đã đưa ra các thông số công nghệ phù hợp được lựa chọn từ các kết quả nghiên cứu. Nguyên liệu sử dụng là nguyên liệu tái sinh, giảm ô nhiễm môi trường và tiêu hao năng lượng. Thiết bị sử dụng là thiết bị chế tạo trong nước, dễ thay thế, sử dụng. Các hóa chất sử dụng là các hóa chất sản xuất trong và ngoài nước có độ tin cậy cao, đã được dùng trong công nghệ sản xuất giấy. Quy trình có thể áp dụng ở quy mô vừa và nhỏ đạt hiệu quả kinh tế, có thể thay thế công nghệ sản xuất giấy bao gói truyền thống.
4.8.3. SƠĐỒ CÔNG NGHỆ
Nguyên liệu sử dụng là lề OCC được đánh tơi bằng thiết bị đánh tơi thủy lực, bột được bơm lên sàng thô để loại bỏ các tạp chất: ni lon, băng dính, xốp… và qua lọc cát để loại bỏ cát sạn, đinh gim…
Bột được phân tách thành 2 loại sợi ngắn và sợi dài bằng sàng áp lực, sợi ngắn tách ra được đưa về bể chứa, còn sợi dài được nghiền rồi đưa về bể phối trộn để phối trộn với sợi ngắn, độ nghiền sau khi phối trộn đạt 38 – 40 0SR. Tinh bột cation được bổ sung vào bể phối trộn để phối trộn với huyền phù bột, sau đó bột được pha loãng rồi qua giai đoạn sàng và làm sạch tinh. C – PAM
được bổ sung vào huyền phù bột sau khi qua gia đoạn làm sạch tinh và trước khi bột vào hòm phun. Sơđồ công nghệđược thể hiện ở hình 4.14.
Hình 4.14: Quy trình công nghệ nâng cao độ bền cho bột OCC Các chếđộ công nghệđược lựa chọn ở Bảng 4.14. ĐÁNH TƠI THỦY LỰC SÀNG THÔ SÀNG TÁCH SỢI SỢI NGẮN SỢI DÀI NGHIỀN BỂ TRỘN HÒM PHUN LỌC CÁT SÀNG TINH LỀ OCC TINH BỘT CATION POLYACRYLAMIDE LỌC CÁT
73
Bảng 4.14. Chếđộ công nghệ nâng cao độ bền cho giấy sản xuất từ bột OCC
Loại bột Bột OCC trong nước Bột OCC Mỹ
Chiều dài trung bình sợi (mm) 1,26 2,12 Tỷ lệ tách sợi ngắn - sợi dài
(% khối lượng) 70 - 30 50 - 50
Mức dùng tinh bột (%) 1,0 0,8
Mức dùng C-PAM (kg/tấn) 0,1 0,1
4.9. SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM
Từ những kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu tiến hành áp dụng các kết quả đó trên dây chuyền sản xuất thực tế tại Công ty Cổ phần Giấy Hoàng Văn Thụ. Sản phẩm thử nghiệm là giấy làm vỏ bao xi măng sản xuất theo sơ đồ đang thực hiện tại công ty có bổ sung thêm công
đoạn sàng phân tách sợi, bổ sung tinh bột cation và polyacrylamide cation. Hiện tại công ty đang sản xuất giấy bao gói xi măng định lượng 70 g/m2 nguyên liệu sử dụng là 85% lề OCC trong nước và 15% lề OCC Mỹ theo quy trình công nghệ ở Hình 3.1. Quá trình sản xuất thử nghiệm được thực hiện trong 1 ca sản xuất tại công ty theo quy trình công nghệở Hình 4.14 với các chếđộđánh tơi, nghiền, làm sạch… tương tự với các chếđộđang thực hiện tại công ty và có bổ sung thêm các công đoạn sau:
- Phân tách sợi: Tỷ lệ tách sợi ngắn - sợi dài: 70 - 30%
- Bổ sung chất phụ gia: + Tinh bột cation: 1% so với bột KTĐ + C-PAM: 0,1 kg/tấn bột KTĐ
Các mẫu giấy được lấy trong quá trình sản xuất và kiểm tra tính chất cơ
lý, kết quảđược chỉ ra ở Bảng 4.15. Bảng 4.15. Kết quả sản xuất thử nghiệm Loại giấy Giấy sản xuất thực tế tại nhà máy Giấy sản xuất thử nghiệm Mức tăng (giảm) (%) Dọc 35,5 46,2 30 Chỉ số bền kéo (N.m/g) Ngang 27,8 35,5 28
Dọc 6,6 7,9 20 Chỉ số bền xé (mN.m2/g) Ngang 7,1 8,6 21 Dọc 25,3 30,5 20,5 Độ bền nén vòng (N) Ngang 22,7 27,0 19 Chỉ số chịu bục (kPa.m2/g) 2,7 3,2 19 Năng lượng nghiền tiêu hao
(kWh/tấn bột KTĐ) 155 110 (40)
Kết quảở trên cho thấy với sơ đồ công nghệ sản xuất thử nghiệm cho sản phẩm có độ bền cơ lý cao hơn 19 - 30%, tiêu hao năng lượng tính riêng cho nghiền giảm 40%. Tuy nhiên ở cùng mức dùng các chất phụ gia thì mức tăng
độ bền khi sản xuất thực nghiệm hơi thấp hơn so với kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. Có nhiều nguyên nhân trong đó có thể do thời gian chạy thử
ngắn nên chưa ổn định và một số yếu tố khác như sự sử dụng lại nước trắng,
75
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
KẾT LUẬN
Từ những kết quả của quá trình nghiên cứu các phương pháp cơ học và phương pháp hóa học để nâng cao độ bền cho bột giấy phế liệu hòm hộp làn sóng có thể rút ra được một số kết luận sau:
1. Xây dựng được quy trình phân tách sợi bằng sàng áp lực với chế độ
công nghệ như sau (sử dụng sàng áp lực PS 50A):
- Nồng độ bột vào: 1,5%, kích thước khe sàng: 0,25 mm
- Tỷ lệ phân tách sợi ngắn - sợi dài: Bột OCC trong nước 70 - 30%, bột OCC Mỹ 50 - 50% khối lượng
Với chếđộ phân tách sợi như trên có thể giảm năng lượng nghiền tới 44%
đối với bột OCC trong nước và 34% đối với bột OCC Mỹ, độ bền cơ lý của bột tăng 7 - 12% đối với bột OCC trong nước và 9 - 15% đối với bột OCC Mỹ. 2. Xây dựng được quy trình công nghệ nâng cao độ bền cho bột OCC và giấy sản xuất từ bột OCC bằng phương pháp cơ học và hóa học: Với quy trình công nghệ bao gồm phân tách xơ sợi bằng sàng áp lực, bổ sung tinh bột cation và polyacrylamide cation với tỷ lệ và mức dùng như sau:
- Bột OCC trong nước: Tỷ lệ tách sợi ngắn- sợi dài : 70 - 30%, mức dùng tinh bột cation 1%, mức dùng C-PAM 0,1 kg/tấn so với bột khô tuyệt đối.
- Bột OCC Mỹ: Tỷ lệ tách sợi là 50 - 50%, mức dùng tinh bột cation là 0,8%, mức dùng C-PAM là 0,1 kg/tấn so với bột khô tuyệt đối.
Với sơ đồ công nghệ như vậy có thể tăng độ bền của giấy, tăng khả năng thoát nước của bột, giảm năng tiêu hao năng lượng tính riêng cho quá trình nghiền bột như sau:
- Bột OCC trong nước: Độ bền cơ lý tăng 21 - 31%, khả năng thoát nước tăng 20%, tiêu hao năng lượng tính riêng cho nghiền giảm 44%.
- Bột OCC của Mỹ: Độ bền cơ lý tăng 22 - 32%, khả năng thoát nước tăng 30%, tiêu hao năng lượng tính riêng cho nghiền giảm 34%.
3. Giấy làm vỏ bao xi măng định lượng 70 g/m2 sử dụng nguyên liệu 85% OCC trong nước và 15% OCC nhập khẩu từ Mỹ được sản xuất trên dây chuyền xeo giấy thực tế có ứng dụng công nghệ nâng cao độ bền như trên sẽ
cho sản phẩm có độ bền cơ lý cao hơn 19 - 30% và giảm 40% năng lượng tính riêng cho quá trình nghiền.
KIẾN NGHỊ
Sau khi nghiên cứu đề tài này nhóm nghiên cứu đã rút ra được một số
kết luận nhằm đóng góp vào việc cải tiến công nghệ sản xuất giấy bao gói truyền thống của nước ta: Nên áp dụng công nghệ phân tách xơ sợi bằng sàng áp lực và sử dụng tinh bột cation, polyacrylamide cation vào các nhà máy sản xuất giấy từ nguyên liệu OCC ở Việt Nam cũng như các dự án đang đầu tư xây dựng nhằm nâng cao độ bền sản phẩm, giảm tiêu hao năng lượng nghiền và tăng năng suất máy xeo. Điều này sẽđem lại những lợi ích kinh tế cho doanh nghiệp và góp phần nâng cao chất lượng, tính cạnh tranh của mặt hàng giấy bao gói ở nước ta.
Tuy nhiên trong phạm vi của đề tài, nhóm nghiên cứu chưa thể nghiên cứu sâu vềảnh hưởng của việc phân tách sợi và sử dụng các chất phụ gia khác nhau đến quá trình sản xuất giấy bao gói. Vì vậy nhóm nghiên cứu đề nghị Bộ
Công Thương quan tâm, tạo điều kiện để nhóm nghiên cứu mở rộng việc nghiên cứu về các thiết bị phân tách sợi, các loại hóa chất khác đối với các loại bột OCC khác nhau và các quy trình nâng cao độ bền khác nhau để có thể áp dụng rộng rãi trong thực tế. Phú Thọ, ngày 28 háng 12 năm 2012 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI ThS. Hồ Thị Thúy Liên
77
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Tạp chí Thông tin Khoa học và Công nghệ (STINFO), Số 9/2012.
2. Kiviranta, A., (2000), Papermaking Science and Technology, Book 18: Paper and Board Grades, Fapet Oy, Helsinki, Finland.
3. Tạp chí Công nghệ Giấy, Số 3/2003.
4. Abubakr, S., Scott, G., and Klungness, J., (1994), Fiber Fractionation as A Method of Improving Handsheet Properties after Repeated Recycling,
Recycling Symposium, Boston, USA, TAPPI Press, 309-312. 5. Mckee, R.C., (1971), Paper Trade Journal, 155, 5: 34.
6. Ackermann, C., Gottsching, L., and Pakarinen, H., (2000), Papermaking Potential of Recycled Fiber, Papermaking Science and Technology, Book 7: Secondary Fiber and Deinking, Fapet Oy, Helsinki, Finland.
7. Howard, R.C., and Bichard, W., (1992), The Basic Effects of Recycling on Pulp Properties, Journal of Pulp and Paper Science, 18, 4: 151.
8. Niinimaki, J., Dahl, O., Hautala, J., Tirri, T., and Kuopanportti, H., (1996),
Effect of Feed Construction on the Efficiency of Pressure Screening, Tappi Journal, 79, 11: 119-123.
9. Musselmann, W., (1993), Fractionation of Fibrous Stock, Secondary Fiber Recycling, TAPPI Press, Atlanta, USA.
10. Schwarz, M., (2000), Design of Recycled Fiber Processes for Different Paper and Board Grades, Papermaking Science and Technology, Book 7: Recycled Fiber and Deinking, Fapet Oy, Helsinki, Finland.
11. Moss, C.S., (1996), Recycled Fiber Fractionation: A Study of Three Methods, Recycling Symposium, New Orleans, USA, TAPPI Press, 387-415. 12. Holik, H., (2000), Unit Operations and Equipment in Recycled Fiber Processing, Papermaking Science and Technology, Book 7: Recycled Fiber and Deinking, Fapet Oy, Helsinki, Finland.
13. Kaminski, D.F., (1997), Best Practices in Fiber Fractionation among United States Recycled OCC Mills, Recycling Symposium, Chicago, USA, TAPPI Press, 483-492.
14. Leblanc, P., and Harrison, R., (1975), Fractionation of Secondary Fibers,
15. Repo, K., and Sundholm, J., (1995), The Effect of Rotor Speed on The Separation of Coarse Fibers in Pressure Screening with Narrow Slots, International Mechanical Pulping Conference. Ottawa, Canada, Canadian Pulp and Paper Association, 271-275.
16. Lindström, C., Persson, S., Pettersson, B., Backman, J., and Gustavsson, A., (1997), Upgrading of OCC by Fractionation, Recycling Symposium, Atlanta, USA, TAPPI Press, 381-387.
17. Kohrs, M., (1992), Applications for Fractionation Technology, Paper Technology, 33, 3: 10-12.
18. Carty, B., (1993), Conditioning of Secondary Fibers, Secondary Fiber