Nghiên cứu công nghệ sản xuất giấy chống gỉ dùng để bao gói các sản phẩm cơ khí làm từ sắt thép

Nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu xác lập quy trình công nghệ nấu bột giấy làm giấy đế + Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình nấu bột giấy cho sản xuất giấy đế mức dùng hóa c

BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY GIẤY VIỆT NAM VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY VÀ XENLUYLÔ

**************&************

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2010

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY CHỐNG GỈ DÙNG

ĐỂ BAO GÓI CÁC SẢN PHẨM CƠ KHÍ LÀM TỪ SẮT THÉP

Cơ quan chủ quản: BỘ CÔNG THƯƠNG

Cơ quan chủ trì: VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY VÀ XENLUYLÔ

Chủ nhiệm đề tài: Đỗ Thanh Tú

Kỹ sư công nghệ giấy

8235

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

I Tổng quan về giấy chống gỉ, ăn mòn và chất ức chế ăn mòn,

nguyên liệu sử dụng cho sản xuất giấy chống gỉ

3

1.1 Tổng quan về giấy chống gỉ 3

1.1.2 Khả năng cơ giới hóa và tự động hóa dây chuyền sản xuất giấy

chống gỉ

6

1.1.3 Khảo sát tình hình sử dụng giấy bao gói các sản phẩm cơ khí làm

từ sắt thép ở một số đơn vị trong nước

7

1.1.4 Xu thế sử dụng giấy chống gỉ bao gói các sản phẩm cơ khí làm

từ sắt thép

7

1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến ăn mòn trong khí quyển 10

1.3 Nguyên liệu sử dụng trong quá trình sản xuất giấy đế 19

Kết luận và định hướng nghiên cứu 24

2.2 Phương pháp nghiên cứu 25

III Kết quả nghiên cứu và thảo luận 29

3.1 Nghiên cứu xác lập quy trình sản xuất bột giấy từ cây luồng 29

3.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của mức dùng kiềm đến hiệu suất, tàn

kiềm và tính chất cơ lý của bột giấy từ cây luồng

29

3.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian bảo ôn đến hiệu suất, tàn

kiềm và tính chất cơ lý của bột giấy từ cây luồng

30

3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của độ nghiền bột giấy đến tính chất

cơ lý của bột giấy

32

3.3 Nghiên cứu xác lập quy trình sản xuất giấy chống gỉ bao gói

các sản phẩm cơ khí từ cây luồng

33

3.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch hóa chất ức chế ăn

mòn natri benzoat và natri nitrite đến hàm lượng chất ức chế có trong giấy

33

3.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch hóa chất ức chế

natri benzoat kết hợp với một số hóa chất ức chế đến hàm lượng chất ức chế có trong giấy

34

3.4 Kết luận 37 3.5 Sản xuất thử nghiệm bột giấy, giấy chống gỉ dùng bao gói các

sản phẩm cơ khí làm từ sắt thép

37

3.5.1 Sản xuất thử nghiệm bột giấy từ nguyên liệu cây luồng 38

3.6 Ước tính chi phí nguyên nhiên liệu trực tiếp cho quá trình sản

xuất 1 tấn giấy chống gỉ dùng để bao gói các sản phẩm cơ khí làm từ sắt thép

41

3.7 Đánh giá sơ bộ chất lượng chất chống gỉ dùng để bao gói các

sản phẩm cơ khí sản xuất thử nghiệm từ cây luồng

42 Kết luận và kiến nghị 44

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, thiệt hại gây nên bởi sự ăn mòn kim loại ngày càng lớn Thiệt hại sẽ còn lớn hơn nếu tính cả chi phí cho việc bảo dưỡng, thay thế vật liệu và hậu quả của ăn mòn làm ô nhiễm môi trường và mất cân bằng sinh thái Ăn mòn kim loại gây thiệt hại lớn cho nền kinh tế quốc dân Theo báo cáo của Ủy ban ăn mòn và bảo vệ Anh thì thiệt hại ăn mòn ở Anh chiếm khoảng 3,5% tổng sản lượng kinh tế quốc dân [8], Mỹ thì chi phí này vào năm 1982 được đánh giá khoảng 126 tỷ đô la mỗi năm [9] Ở Việt Nam, do khí hậu nóng, ẩm và tỷ lệ sử dụng kim loại trong công nghiệp còn rất lớn cho nên thiệt hại do ăn mòn còn có thể lớn hơn nữa

Ăn mòn còn gây lãng phí về nguồn tài nguyên Theo tính toán ở Anh cứ 90 giây thì có 1 tấn thép bị biến hoàn toàn thành gỉ [8] Hơn nữa với sự phát triển kinh tế ngày càng cao, nhu cầu sử dụng nguyên nhiên liệu hóa thạch ngày càng lớn mà nguồn nguyên liệu đang dần cạn kiện Do đó, trong quá trình phát triển kinh tế thì vấn đề ăn mòn và bảo vệ kim loại là rất quan trọng

Trong thực tế, có thể giảm ăn mòn bằng cách thay đổi bản chất hóa học của bề mặt vật liệu, hoặc thay đổi môi trường của vật liệu để làm giảm tốc độ của các phản ứng giữa bề mặt vật liệu và môi trường Một trong những cách thay đổi môi trường của vật liệu là bổ sung những lượng nhỏ các chất ức chế hóa học Chất ức chế là những chất hóa học khi đưa vào môi trường ăn mòn với lượng rất nhỏ nhưng có tác dụng làm chậm quá trình ăn mòn hoặc giảm tốc độ ăn mòn

Hiện nay, ở trong nước các cơ sở sản xuất gia công các sản phẩm cơ khí thường bao gói bảo quản bằng giấy bao gói thông thường, hoặc giấy bao gói có tráng parafin Tuy nhiên, các loại giấy bao gói này không có các hóa chất ức chế quá trình

ăn mòn bề mặt kim loại Do sử dụng nguồn nguyên liệu OCC (Old Corrugated Containers) có chất lượng thấp và công nghệ sản xuất lạc hậu nên sản phẩm giấy bao gói sản xuất trong nước có chất lượng thấp Hơn nữa, sản phẩm giấy bao gói thường, hoặc giấy bao gói có tráng parafin có chứa một số tạp chất có thể tạo điều kiện cho quá trình ăn mòn các sản phẩm cơ khí

Trước thực trạng nêu trên việc nghiên cứu công nghệ sản xuất giấy chống gỉ từ nguồn nguyên liệu trong nước để đạt yêu cầu bao gói các sản phẩm cơ khí làm từ sắt

thép là một việc làm cần thiết và có ý nghĩa thực tế Vì vậy, Viện Công nghiệp Giấy

và Xenluylô được Bộ Công Thương giao nhiệm vụ nghiên cứu khoa học công nghệ

năm 2010, thực hiện đề tài: “Nghiên cứu công nghệ sản xuất giấy chống gỉ dùng để bao gói các sản phẩm cơ khí làm từ sắt thép”

Mục tiêu đề tài:

- Xác lập chế độ công nghệ sản xuất giấy chống gỉ cho bảo quản các sản phẩm

cơ khí

Nội dung nghiên cứu:

- Nghiên cứu xác lập quy trình công nghệ nấu bột giấy làm giấy đế

+ Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình nấu bột giấy cho sản xuất giấy đế (mức dùng hóa chất, thời gian bảo ôn và ảnh hưởng của độ nghiền bột giấy đến tính chất cơ lý của bột giấy)

- Xác lập quy trình công nghệ sản xuất giấy chống gỉ cho bảo quản các sản phẩm cơ khí

+ Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại hóa chất trong quá trình sản xuất giấy chống gỉ

+ Xác định hàm lượng các chất ức chế quá trình oxy hóa, ăn mòn bề mặt kim loại trong giấy chống gỉ

- Sản xuất thử nghiệm bột giấy dùng để sản xuất giấy đế và sản xuất thử nghiệm 300 kg giấy chống gỉ dùng để bao gói các sản phẩm cơ khí

PHẦN I TỔNG QUAN VỀ GIẤY CHỐNG GỈ, ĂN MÒN VÀ CHẤT ỨC CHẾ ĂN MÒN NGUYÊN LIỆU SỬ DỤNG CHO SẢN XUẤT GIẤY CHỐNG GỈ

1.1 Tổng quan về giấy chống gỉ

Hầu hết các sản phẩm cơ khí sau khi gia công, chế tạo trước khi sử dụng đều được trải qua một thời gian nhất định trong quá trình lưu kho, thời gian vận chuyển Trong khoảng thời gian này, các sản phẩm cần thiết được bảo quản nhằm chống lại

sự xâm hại của môi trường, đặc biệt là các chi tiết có độ chính xác cao Việt Nam có khí hậu nóng ẩm, độ ẩm cao, nên các sản phẩm cơ khí chế tạo từ sắt thép rất nhanh bị han gỉ nếu không được bảo quản tốt Hiện nay, phần lớn các chi tiết cơ khí trong công nghiệp, quân trang vũ khí được lau sạch, phủ dầu, mỡ và được bọc một lớp giấy bao gói trước khi đưa vào lưu kho hay vận chuyển

Ăn mòn là quá trình mà kim loại bị hư hỏng hoặc bị phá hủy bởi các phản ứng hóa học xảy ra trong điều kiện môi trường Phần lớn kim loại bị ăn mòn bởi độ ẩm, nước, axít, muối và một số chất có mặt trong không khí Khi có mặt các khí bao gồm khí sunfua, hơi axít, khí NH3 thì kim loại bị hư hỏng hoặc bị phá hủy Giải pháp nhằm hạn chế sự ăn mòn kim loại là các sản phẩm kim loại được bao gói bằng giấy

có tẩm chất ức chế ăn mòn kim loại Khái niệm ăn mòn và gỉ thường hay được sử dụng Khái niệm gỉ thường dùng cho vật liệu bằng sắt, thép hoặc vật liệu kim loại có chứa sắt Tuy nhiên thuật ngữ ăn mòn dùng cho cả hai loại vật liệu kim loại chứa sắt hoặc không chứa sắt

Chất ức chế ăn mòn là những hợp chất khi đưa vào môi trường ăn mòn với một lượng rất nhỏ nhưng có tác dụng làm chậm xảy ra ăn mòn hoặc giảm tốc độ ăn mòn Khi sử dụng giấy bao gói có ngâm tẩm các chất ức chế ăn mòn dễ bay hơi VCI (Volatile Corrosion Inhibitor) thì ngăn chặn các phản ứng hóa học gây lên hiện tượng

ăn mòn trên bề mặt kim loại, vật liệu kim loại sẽ không phải bôi dầu, mỡ hay bất kỳ một hóa chất bảo vệ bề mặt kim loại [15]

Hiện nay, một số chất ức chế ăn mòn trực tiếp thường hay được sử dụng để bảo quản các chi tiết kim loại như dầu, mỡ v.v… Khi sử dụng các chất bảo quản này thì bề mặt kim loại sẽ được bảo vệ, tuy nhiên những phần bề mặt kim loại không được bôi dầu mỡ sẽ không được bảo vệ

Hiện tượng ăn mòn xảy ra khi có mặt của các chất điện ly (H2O, O2, …) trên

bề mặt kim loại Electrons sẽ di chuyển từ nơi có năng lượng cao đến nơi có năng lượng thấp trên bề mặt kim loại trong vùng có mặt các chất điện ly Quá trình ăn mòn kim loại bản chất là quá trình oxy hóa bề mặt kim loại Giấy có tẩm hóa chất ức chế

ăn mòn dễ bay hơi bao gói chi tiết kim loại làm chậm hoặc dừng các phản ứng oxy hóa bằng cách thụ động hóa bề mặt kim loại

Hiện nay, giấy chống gỉ có rất nhiều chủng loại khác nhau phụ thuộc vào yêu cầu người sử dụng và đặc tính của từng loại giấy chống gỉ Tùy thuộc vào bản chất của vật liệu như kim loại đen, kim loại mầu, hợp kim mà người ta tẩm các chất ức chế khác nhau lên giấy để bao gói bảo quản các chi tiết kim loại, sản phẩm cơ khí Hơn nữa, giấy chống gỉ sau khi được ngâm tẩm các chất ức chế có thể phủ lên một lớp màng polyme, lớp màng latex tổng hợp hoặc tráng lên một lớp parafin Việc phân loại giấy chống gỉ theo bản chất của chất ức chế như: chất ức chế ăn mòn trực tiếp các chi tiết kim loại đen và màu (sắt, kẽm, nhôm, niken, crôm, thiếc), chất ức chế ăn mòn dễ bay hơi cho các chi tiết kim loại đen và màu Thông thường chất ức chế dễ bay hơi (chất ức chế vô cơ, hoặc chất ức chế hữu cơ) thường hay được sử dụng trong giấy chống gỉ dùng để bao gói các chi tiết kim loại làm từ sắt thép

Hình 1.1 Hình ảnh một số loại giấy chống gỉ bao gói các các chi tiết kim loại

Quá trình ăn mòn vật liệu kim loại diễn ra nhanh hơn khi môi trường thay đổi lớn như độ ẩm, nhiệt độ v.v… trong quá trình vận chuyển hay bảo quản Khi các sản

phẩm cơ khí được vận chuyển bằng đường biển thì hơi nước có thêm muối làm tăng

tốc độ ăn mòn Chính vì vậy các sản phẩm cơ khí cần được bao gói bằng giấy chống

gỉ để bảo vệ sản phẩm khỏi sự ăn mòn như đã phân tích ở trên

1.1.1 Giới thiệu sơ lược về giấy đế

Hiện nay, trên thế giới thường sử dụng bột sunphát không tẩy trắng từ nguyên

liệu là gỗ kim (thông) cho sản xuất giấy đế Vì bột sunphát từ gỗ lá kim có xơ sợi dài,

độ bền cao thích hợp cho sản xuất giấy đế Để sản xuất giấy đế, thông thường yêu cầu

chất lượng bột giấy nấu theo phương pháp sunphát từ gỗ lá kim được đưa ra trong

bảng 1.1 [5]

Bảng 1.1 Tính chất cơ lý của bột giấy nấu theo phương pháp sunphát

không tẩy trắng từ gỗ lá kim

Hiệu suất nấu của bột sunphát không tẩy trắng để làm giấy bao bì từ gỗ lá kim

khoảng 48%, với hiệu suất này bột sunphát có chứa 5 ÷ 6% lignin và 10% pentozan

Khi nấu bột giấy với hiệu suất cao hơn đến 54% thì hàm lượng lignin trong bột khá

cao (7 ÷ 15%), hiệu suất bột sống tăng, bột giấy sunphát cứng hơn làm giảm độ bền

xé, độ bền gấp và làm giảm các tính chất sử dụng của giấy chống gỉ Ảnh hưởng của

hiệu suất cao là gây cho xenluylô có độ cứng cao hơn, diện tích bề mặt ngoài xơ sợi

nhỏ hơn (khoảng 1,5 ÷ 2 lần) và giảm lực liên kết giữa các xơ sợi khoảng 66 ÷ 75%

so với cùng một điều kiện nghiền bột giấy [5]

Với mục tiêu tăng thêm nguồn nguyên liệu sử dụng ngoài gỗ lá kim cho sản

xuất giấy đế đã có một số công trình nghiên cứu sử dụng nguyên liệu cây Tùng,

nhưng không mang lại kết quả khả quan Chất lượng bột giấy từ gỗ cây Tùng có độ

bền cơ lý (độ bền kéo, độ bền gấp) thấp hơn so với bột giấy từ cây Thông Để sản

xuất bột giấy cho sản xuất giấy đế không sử dụng gỗ lá rộng vì xơ sợi của loại

nguyên liệu này ngắn và độ bền cơ lý của bột giấy thấp hơn nhiều so với gỗ lá kim

Trong quá trình sản giấy đế thì giai đoạn nghiền bột giấy là một công đoạn

quan trọng trong công nghệ sản xuất giấy đế Chế độ nghiền và độ nghiền ảnh hưởng

đến tính chất cơ học, tính chất vật lý của tờ giấy đế, nó làm thay đổi một cách toàn

diện tính chất của xơ sợi, tạo điều kiện cho xơ sợi đồng nhất, sự phân tơ chổi hóa, sự

mềm dẻo của xơ sợi và khả năng liên kết với nhau trong cấu trúc hình thành tờ giấy

đế Điều chỉnh chế độ nghiền bột giấy có thể tạo nên các loại sản phẩm giấy có tính

chất khác nhau từ một loại nguyên liệu bột giấy

Bảng 1.2 Tính chất cơ lý của giấy đế

Thông thường nguyên liệu dùng cho sản xuất giấy chống gỉ thường sản xuất từ

bột nguyên thủy, không dùng bột giấy tái sinh Vì chất lượng bột giấy tái sinh như

(giấy loại OCC) không đảm bảo chất lượng

1.1.2 Khả năng cơ giới hóa và tự động hóa dây chuyền sản xuất giấy chống gỉ

Quá trình sản xuất giấy chống gỉ dùng để bao gói các sản phẩm cơ khí làm từ

sắt thép có thể cơ giới hóa và tự động hóa phần lớn các công đoạn bằng thiết bị máy

móc thông dụng trong ngành giấy Các giai đoạn chính trong quá trình sản xuất giấy

chống gỉ trên dây chuyền công nghiệp: Đánh tơi bột giấy, nghiền bột giấy, phối trộn

hóa chất, xeo giấy (sấy giấy, ngâm tẩm hóa chất ức chế, sấy giấy), cuộn giấy và bao

gói sản phẩm

Trên các dây chuyền sản xuất công nghiệp giấy chống gỉ trên thế giới như các

công ty Suzhou Keysun Packaging co.,Ltđ (China), GuangZhou Changjin Trading

co.,Ltđ (China), Gapura Surga (Indonesia) v.v… hếu hết các công đoạn trong quy

trình sản xuất đều được cơ giới hóa và tự động hóa Các giai đoạn như đánh tơi bột

giấy, nghiền bột giấy, phối trộn hóa chất, xeo giấy, ngâm tẩm hóa chất ức chế ăn

mòn, bao gói sản phẩm hoàn toàn có thể cơ giới hóa và tự động hóa bằng các phương

tiện thông dụng trong ngành công nghiệp giấy ở trong nước

1.1.3 Khảo sát tình hình sử dụng giấy bao gói các sản phẩm cơ khí làm từ sắt thép

ở một số đơn vị trong nước

Để tìm hiểu tình hình sử dụng giấy dùng để bao gói các sản phẩm cơ khí làm

từ sắt thép, các cán bộ của Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô đã được cử đi tham

quan, khảo sát ở một số cơ sở có sử dụng giấy bao gói các sản phẩm cơ khí, quân

trang vũ khí quân đội ở trong nước như công ty cơ khí Z25 Bộ quốc phòng (tiêu thụ

20 tấn giấy/năm), Công ty TNHH một thành viên cơ khí Z83 Bộ quốc phòng (tiêu thụ

30 tấn giấy/năm), Công ty cơ khí Z91 Bộ quốc phòng (tiêu thụ 10 tấn giấy/năm),

Trường Cao đẳng Công nghiệp quốc phòng (tiêu thụ 2 tấn giấy/năm) v.v…

Trên cơ sở tham khảo tài liệu và kết quả tham quan khảo sát thực tế tại một số

đơn vị ở trong nước cho thấy hầu hết các sản phẩm cơ khí được bao gói bằng giấy

bao gói thông thường, quân trang vũ khí quân đội được bao gói bằng giấy có tráng

parafin Các sản phẩm giấy bao gói thông thường và giấy có tráng parafin được sản

xuất trong nước, từ nguyên liệu OCC (Old Corrugated Containers), các sản phẩm cơ

khí sau khi bao gói được lưu kho, vận chuyển, đến nơi sử dụng, quân trang vũ khí

quân đội theo chu kỳ 06 tháng thay giấy bảo quản một lần

Bảng 1.3 Tính chất cơ lý của một số loại giấy bao gói sản phẩm cơ khí,

quân trang vũ khí ở một số đơn vị trong nước

1.1.4 Xu thế sử dụng giấy chống gỉ bao gói các sản phẩm cơ khí làm từ sắt thép

Qua các kết quả tham khảo tài liệu trong nước và trên thế giới cho thấy cùng

với sự phát triển của nền kinh tế, thiệt hại gây nên bởi sự ăn mòn kim loại ngày càng

lớn Ăn mòn còn gây lãng phí về nguồn tài nguyên Hơn nữa với sự phát triển kinh tế

ngày càng cao, nhu cầu sử dụng nhiên liệu hóa thạch ngày càng lớn mà nguồn nhiên

liệu đang dần cạn kiện Do đó, trong quá trình phát triển kinh tế thì vấn đề ăn mòn và bảo vệ kim loại là rất quan trọng

Các yếu tố khí hậu của môi trường khí quyển có tác động đến mọi hoạt động của con người cũng như đối với vật liệu, vật tư và máy móc, trang thiết bị kỹ thuật Hiện nay, rất nhiều các khu công nghiệp được xây dựng mới, đồng thời cũng phát sinh ra rất nhiều chất khí ô nhiễm như SO2, NOx, NH3, CO, CO2 v.v…Cùng với sự thay đổi khí hậu toàn cầu ngày càng gia tăng, làm gia tăng quá trình ăn mòn kim loại

Vì vậy, các sản phẩm cơ khí nhằm đảm bảo chất lượng khi vận chuyển và bảo quản thường được bao gói bảo quản bằng giấy chống gỉ nhằm hạn chế hiện tượng ăn mòn

bề mặt kim loại

Xu hướng nghiên cứu và triển khai sản xuất công nghiệp giấy chống gỉ đang tập trung vào nguồn nguyên liệu có thể dễ tái sinh, có trữ lượng dồi dào trong tự nhiên, không ảnh hưởng đến sức khỏe của con người khi sử dụng giấy chống gỉ và quan trọng nhất là khả năng ức chế quá trình ăn mòn kim loại

1.2 Ăn mòn kim loại và các chất ức chế ăn mòn

Ăn mòn kim loại là hiện tượng tự ăn mòn và phá hủy bề mặt dần dần của các vật liệu kim loại do tác dụng hóa học hoặc tác dụng điện hóa giữa kim loại với môi trường bên ngoài

Cấu tạo của kim loại có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình ăn mòn kim loại Ở điều kiện bình thường kim loại và hợp kim đều ở trạng thái rắn, có ánh kim, dẫn nhiệt, dẫn điện v.v… kim loại có cấu tạo mạng tinh thể, các nguyên tử được xắp xếp theo một thứ tự nhất định, giữa chúng có khoảng cách Các ion nguyên tử trong kim loại không chuyển động hỗn loạn mà nó chỉ dao động xung quang một vị trí cân bằng Mối liên kết giữa các ion nguyên tử trong kim loại về bản chất thì giống mối liên kết cộng hóa trị Nhưng có điểm khác là các điện tử hóa trị trong kim loại không chỉ dùng riêng cho một cặp liên kết đứng gần nhau dùng chung cho toàn bộ khối kim loại Các điện tử hóa trị sau khi tách khỏi nguyên tử kim loại thì chuyển động hỗn loạn, nó đi từ quỹ đạo của nguyên tử này sang quỹ đạo của nguyên tử khác tạo thành lớp mây điện tử Mối liên kết đặc biệt đó gọi là liên kết kim loại Tuy nhiên, trong kim loại còn tồn tại liên kết cộng hóa trị, hai dạng liên kết này có khả năng chuyển hóa cho nhau[8]

Sự ăn mòn kim loại trong môi trường axit thường tạo ra các cation hydrat hóa hoặc ở dạng phức trong dung dịch Các ion hòa tan sẽ khuếch tán dễ dàng từ bề mặt kim loại vào trong lòng dung dịch Sự có mặt các ion này nói chung ít ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn

Trong môi trường trung tính hoặc kiềm, đôi khi trong môi trường axit, các sản phẩm ăn mòn ít hòa tan và kết tủa ở trên bề mặt kim loại dưới dạng hydroxyt hoặc muối Các lớp màng bề mặt này ít sít chặt hoặc xốp, thường không bảo vệ được kim loại nhưng nó làm giảm tốc độ ăn mòn Các lớp màng sít chặt này, thường là các oxyt tạo lên lớp ngăn cách giữa kim loại và môi trường, do đó bảo vệ được kim loại nên được gọi là màng thụ động

Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao, trong điều kiện ăn mòn khô, các cation và anion khuếch tán dễ dàng qua lớp màng sít chặt Lớp màng sẽ tăng liên tục với tốc độ bằng với tốc độ ăn mòn

Sản phẩm của quá trình ăn mòn thép cacbon là: FeSO4, γFeOOH và Fe3O4theo các phản ứng sau:

1.2.1 Phân loại các dạng ăn mòn kim loại

1.2.1.1 Phân loại theo cơ chế ăn mòn

a Ăn mòn điện hóa:

Ăn mòn điện hóa là sự ăn mòn kim loại trong môi trường điện ly, trong đó sự oxy hóa kim loại và sự khử các chất oxy hóa không chỉ xảy ra trong một phản ứng trực tiếp mà nhờ sự dẫn điện, quá trình oxy hóa khử còn xảy ra trong phạm vi rộng, phức tạp hơn

b Ăn mòn hóa học (ăn mòn trong môi trường không khí):

Ăn mòn hóa học là sự ăn mòn kim loại trong không khí, do đó còn gọi là ăn mòn khô, xảy ra do phản ứng hóa học của kim loại với môi trường khí xung quanh có chứa các chất xâm thực như: O2, H2O, S2, Cl2 v.v…

c Cơ chế ăn mòn có liên quan đến tác động cơ học:

+ Ăn mòn trong môi trường nước ngọt

+ Ăn mòn trong môi trường nước biển

+ Ăn mòn trong môi trường đất

+ Ăn mòn trong kim loại lỏng

1.2.1.3 Phân loại theo phạm vi ăn mòn

1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến ăn mòn trong khí quyển

Ăn mòn trong khí quyển là dạng ăn mòn xảy ra trong môi trường không khí trên bề mặt kim loại có màng nước (nhìn thấy hoặc không) hoặc giọt nước Hầu hết các chi tiết máy, các công trình kinh tế, văn hóa nghệ thuật đều làm việc trong môi trường khí quyển, do đó quá trình ăn mòn kim loại trong môi trường khí quyển rất đáng được quan tâm và có nhiều điểm khác với ăn mòn điện hóa (trong dung dịch điện ly) Ăn mòn khí quyển liên quan đến nồng độ oxy, hơi nước mà trong đó các chất ô nhiễm là động lực trực tiếp của quá trình ăn mòn

1.2.2.1 Ảnh hưởng của độ ẩm

Trong không khí luôn có một độ ẩm xác định tùy thuộc vào nhiệt độ và điều kiện tự nhiên của từng vùng Hàm lượng oxy và độ ẩm trong không khí được đặc trưng bằng áp suất riêng phần của oxy và hơi nước Các giá trị áp suất riêng phần của hơi nước thay đổi theo thời gian và địa điểm, do đó người ta phải đánh giá qua độ ẩm tương đối

Độ ẩm tương đối là tỷ số giữa lượng ẩm chứa trong 1m3 khí ở điều kiện khảo sát và lượng ẩm trong 1 m3 không khí bão hòa hơi nước (cùng áp suất và nhiệt độ) Ở các nước Châu Âu, độ ẩm tương đối vào khoảng 70%, ở Việt Nam có độ ẩm cao hơn: mùa hè vào khoảng 80 – 90%, có ngày lên tới 95% ở khu vực Hà Nội [7]

1.2.2.2 Ảnh hưởng của các chất ô nhiễm

Các chất ô nhiễm làm gia tăng ăn mòn trong khí quyển do tăng tính chất dung dịch điện ly và tăng độ ổn định của lớp màng nước ngưng tụ từ khí quyển

Hình 1.2 Ảnh hưởng của khí SO 2 đến tổn thất khối lượng ăn mòn của kim loại

SO2 là một chất ô nhiễm thường gặp, khi chất khí này hấp thụ trong lớp nước

bề mặt sẽ tạo ra H2SO4 làm tăng đáng kể tốc độ ăn mòn của thép cácbon trong khí quyển

Khi không có SO2, lớp sản phẩm ăn mòn có tính bảo vệ nên tốc độ ăn mòn thấp Khi có mặt SO2 lớp màng có tính bảo vệ kém nên tổn thất khối lượng sẽ tăng theo thời gian Do đó các chất gây ô nhiễm như SO2, NO2, Cl-, F- v.v khi hòa tan vào lớp nước trên bề mặt sẽ tạo môi trường axit và gây ra hiện tượng ăn mòn kim loại

Hình 1.3 Ảnh hưởng của độ ẩm không khí đến độ tăng khối lượng ăn mòn của

kim loại

Trong khí quyển chứa 0,01% SO2, tốc độ ăn mòn thép cácbon tăng nhanh khi

độ ẩm lớn hơn độ ẩm tới hạn (60%) Tốc độ ăn mòn vẫn thấp khi không có SO2 dù hút ẩm đạt gần 100%

Hiện tượng này là do sản phẩm ăn mòn FeSO4 tạo thành có tính chất hút ẩm,

sẽ hấp thụ nước khi độ ẩm tương đối vượt quá mức độ ẩm tới hạn Các sản phẩm ăn mòn hút ẩm và các muối khác kết tủa từ khí quyển, sẽ làm giảm độ ẩm tương đối cần thiết để gây ra ngưng tụ nước Sự có mặt của màng nước này dẫn đến tăng thời gian thấm ướt và làm tăng mức độ ăn mòn Chỉ khi độ ẩm tương đối thấp hơn giá trị tới hạn ứng với mỗi loại muối thì sự tạo thành màng nước mới bị loại trừ và sự ăn mòn giảm đến mức thấp nhất

1.2.2.3 Sự ăn mòn khí quyển trong các tiểu vùng khí hậu khác nhau

a Khí quyển nông thôn

Khí quyển nông thôn các sản phẩm cơ khí làm từ sắt thép ít bị ăn mòn vì khí quyển sạch và ít tạp chất Trong khí quyển nông thôn, những mái tôn (thép tráng kẽm nóng) có thể bền trong vòng 20 năm cho đến khi lớp kẽm bị hòa tan hoàn toàn Còn trong khi khí quyển thành phố, nó chỉ bền trong vài năm cho nên cần được bảo vệ bằng lớp sơn

b Khí quyển thành phố và khu công nghiệp

Tạp chất chủ yếu là SO2 do đốt dầu và than, có SO2 thì nước bị axit hóa, pH có thể đạt tới 3,5 tốc độ ăn mòn tăng (theo qui định nếu nước mưa có pH = 5,5 thì được gọi là “mưa axit”)

Ở Việt Nam tổn thất trọng lượng của thép CT3 tính bằng công thức thực nghiệm của Viện Nhiệt Đới (1992) [9]:

Pt.l = atb , (g/m2)

Trong đó: t: thời gian, (năm)

a và b thay đổi theo địa phương như sau:

Các chất ức chế ăn mòn thường được so sánh trên cơ sở hiệu quả bảo vệ, đó là phần trăm giảm tốc độ ăn mòn khi có mặt chất ức chế so với khi không có chất ức chế

Hiệu quả bảo vệ Z tính theo [8]:

Theo từ điển Bách khoa Việt Nam quyển 1, trang 422, xuất bản năm 1995 thì chất ức chế được định nghĩa là “chất làm chậm lại, thậm chí làm ngừng lại các quá trình hóa học, ví dụ quá trình ăn mòn kim loại” Theo đó, chất ức chế ăn mòn được hiểu là chất có tác dụng làm giảm tốc độ ăn mòn, thậm chí làm ngừng lại quá trình ăn mòn của kim loại trong môi trường xâm thực

Về cơ bản, các chất ức chế thường là các hợp chất ion hoặc hợp chất phân tử, chúng hấp thụ lên bề mặt kim loại bị ăn mòn nhờ lực hút tĩnh điện, lực hút Vandecvan hay lực hút hóa học

Trong quá trình sản xuất giấy để chống thấm cho giấy thông thường có hai phương pháp gia keo Phương pháp gia keo nội bộ thường sử dụng những chất có tính kỵ nước như keo nhựa thông, keo AKD (Alkyl Ketene Dimer), keo ASA (Alkyl Succinic Anhydrie) v.v Phương pháp gia keo bề mặt thường sử dụng những chất tạo màng như keo tinh bột, keo polyvinylalcol, v.v…

Quá trình sản xuất giấy và cáctông bao gói nói chung và sản xuất giấy đế để sản xuất giấy chống gỉ dùng bao gói các sản phẩm cơ khí làm từ sắt thép nói riêng, để chống thấm cho giấy keo nhựa thông vẫn thường được sử dụng do khả năng chống thấm tốt, giấy đanh và cứng hơn Tuy nhiên, theo các tài liệu tham khảo[20,22,23,25], việc sản xuất giấy đế sử dụng gia keo nhựa thông trong môi trường axit, hoặc gia keo AKD trong môi trường kiềm, khi sử dụng các loại giấy này dùng để bao gói các sản phẩm cơ khí làm từ sắt thép làm tăng tốc độ ăn mòn Mục đích của việc gia keo nội

bộ làm tăng độ chống thấm cho giấy, là nhằm làm giảm khả năng thẩm thấu hóa chất

ức chế ăn mòn vào trong giấy đế

Hơn nữa, hiện nay trên thế giới các máy xeo có xu hướng vận hành với tốc độ rất cao (hơn 1000 m/phút) nhằm tăng năng suất và giảm giá thành sản phẩm Vì thế, với việc máy xeo chạy với tốc độ cao làm giảm khả năng thẩm thấu hóa chất ức chế

ăn mòn vì thời gian giấy đế qua dung dịch hóa chất ức chế ăn mòn rất ngắn Do vậy,

để làm tăng hiệu quả hàm lượng chất ức chế có trong giấy chống gỉ thì giấy đế phải

có độ xốp, độ thấm hút cao

Trên thế giới, chất ức chế ăn mòn đã được nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng

từ những năm đầu của thế kỷ 20 Tuy nhiên, trong những năm gần đây các chất ức chế ăn mòn được sản xuất với quy mô lớn, được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực chống ăn mòn kim loại do các vấn đề về ăn mòn ngày càng nghiêm trọng

Theo các tài liệu tham khảo và kết quả nghiên cứu cho thấy một số chất hóa học ngâm tẩm vào giấy có khả năng ức chế ăn mòn kim loại thường là các chất ức chế dễ bay hơi Thông thường các chất ức chế hay sử dụng cho sản xuất giấy chống gỉ: muối nitrite, cacbnat, benzoat, ethylendiamin, ethanolamin, diclohyxylamin, cylohexylamin, hexamethylenamin, benzo triazole, dicyclohexyl ammonium nitrite, diisopropyl ammonium nitrite v.v… Khi sản phẩm cơ khí được bao gói bằng giấy chống gỉ có ngâm tẩm các hóa chất ức chế ăn mòn, hóa chất ức chế khi tiếp xúc với với kim loại, hơi của chất ức chế sẽ bị ngưng tụ, bị thủy phân do ẩm trong môi trường

và giải phóng trong môi trường ẩm và giải phóng các ion nitrit, benzoat hoặc bicacbonat có khả năng làm thụ động sắt thép (ức chế ăn mòn)

Trong rất nhiều loại hóa chất có khả năng ức chế ăn mòn trên, do một số yêu cầu về giá thành, phương pháp áp dụng, hiệu quả, tính năng chống ăn mòn nên chỉ có một số ít hóa chất được áp dụng rộng rãi đưa vào thực tế sản xuất Những hóa chất ức chế gốc nitrite, gốc benzoat v.v… thường có giá thành rẻ, dễ sản xuất, có khả năng chống ăn mòn cao, ít gấy độc hại với người sử dụng và môi trường nên là những hóa chất tiếp tục sử dụng với số lượng lớn và là một trong những hóa chất ức chế quan trọng hiện nay

Chất ức chế có thể được chai thành hai nhóm là chất loại trừ tác nhân ăn mòn

và chất ức chế ở bề mặt tiếp xúc pha

Hình 1.4 Sơ đồ phân loại chất ức chế ăn mòn của kim loại

1.2.3.1 Chất ức chế loại trừ tác nhân ăn mòn

Ăn mòn có thể được khống chế bằng cách loại trừ tác nhân gây ăn mòn Trong dung dịch trung tính hoặc kiềm, tác nhân gây ăn mòn thường gặp là oxy hòa tan

Chất ức chế trong pha lỏng được phân thành chất ức chế anốt, chất ức chế catốt hoặc chất ức chế hỗn hợp tùy thuộc vào việc chúng ức chế các phản ứng điện hóa ở anốt, catốt hay cả hai

* Chất ức chế anốt:

Chất ức chế anốt thường được sử dụng trong các dung dịch gần trung tính, khi

đó sẽ tạo thành các sản phẩm ăn mòn ít tan như oxyt, hydroxyt hoặc muối Chất ức chế sẽ tạo thành hoặc thúc đẩy sự tạo thành một lớp màng thụ động ức chế phản ứng anốt hòa tan kim loại Do đó chất ức chế anốt còn được gọi là chất ức chế thụ động

Có hai loại chất ức chế thụ động: chất ức chế có tính oxy hóa như cromát (CrO4-), nitrit (NO2-), nitrat (NO3-) thụ động bề mặt thép khi không có mặt oxy và chất không oxy hóa như natri benzoat, polyphotphat, natri cinamat, tungstenat, molybdat, cần phải có mặt oxy để thụ động thép

Cơ chế thụ động thép của cromát là do sự kết hợp của hấp phụ tạo thành màng oxyt trên bề mặt thép Sự hấp phụ làm anốt bị phân cực về điện thế đủ để tọa thành lớp Fe2O3.H2O rất mỏng có tính bảo vệ Ngoài ra phản ứng khử cromát sẽ tạo ra

Cr2O3, do đó lớp oxyt trên bề mặt thép là hỗn hợp oxyt sắt và oxyt crôm Cơ chế hoạt động của nitrit và nitrát cũng tương tự như cromát

Các chất thụ động không oxy hóa như natri benzoat, polyphotphat, natri cinamat v.v… chỉ gây thụ động khi có mặt oxy hòa tan trong dung dịch Các chất này

sẽ thúc đẩy sự hấp thụ oxy trên anốt dẫn đến sự phân cực về vùng thụ động

* Chất ức chế catốt:

Chất ức chế catốt khống chế ăn mòn bằng cách giảm tốc độ phản ứng khử catốt hoặc kết tủa chọn lọc trên khu vực catốt (kết tủa catốt) Khi có mặt chất ức chế catốt thì độ dốc của đường cong phân cực anốt không đổ nhưng độ dốc của đường cong phân cực catốt sẽ thay đổi

b Chất ức chế trong pha hơi

Các chất ức chế trong pha hơi là các hợp chất lưu thông trong một hệ kín đến các vị trí ăn mòn bằng cách bay hơi từ một nguồn nào đó Các hợp chất này ức chế ăn mòn do tạo môi trường kiềm

Trong nồi hơi, các hợp chất kiềm dễ bay hơi như morpholin hoặc etylen diamin sẽ lưu thông cùng với hơi nước để ngăn ngừa ăn mòn trong các ống ngưng tụ bằng cách trung hòa CO2 có tính axit Trong các không gian hơi kín, như các khoang tàu, các chất rắn dễ bay hơi thường dùng như muối nitrit, cacbonat, benzoat, dicyclohyxylamin, cyclohexylamin và hemxamethylenamin v.v Cơ chế ức chế của các hợp chất này thì chưa được biết rõ, nhưng các thành phần hữu cơ của phân tử chủ yếu để làm tăng tính dễ bay hơi

Khi tiếp xúc với bề mặt kim loại, hơi của chất ức chế sẽ ngưng tụ, bị thủy phân

do hơi ẩm trong môi trường và giải phóng ra các ion nitrit, benzoat hoặc bicacbonat

Do có mặt oxy dư, ion nitrit và benzoat có khả năng thụ động sắt, thép như trong dung dịch lỏng

Các chất ức chế trong pha hơi cần phải tạo hiệu quả ức chế nhanh chóng và có ảnh hưởng kéo dài Do đó chúng phải thay đổi độ bay hơi cao để bão hòa tất cả không gian hơi càng nhanh càng tốt Tuy nhiên, nếu độ bay hơi quá cao thì chúng dễ bị tổn thất nhanh chóng qua các kẽ hở của chi tiết, thiết bị kim loại Áp suất hơi tối ưu của các chất này là áp suất vừa đủ để duy trì nồng độ chất ức chế trên tất cả các bề mặt kim loại

Các chất ức chế sử dụng trong thực tế ít khi ở dạng nguyên chất, mà ở dạng hỗn hợp Một hỗn hợp chất ức chế thương mại ngoài thành phần hoạt tính có tính ức chế còn có những hóa chất khác như chất hoạt động bề mặt, chất khử nhũ hóa, chất mang (dung môi) và chất diệt khuẩn

Thành phần hoạt tính của các chất ức chế hữu cơ thường chứa một hoặc nhiều nhóm chức (nhóm liên kết) chứa một hoặc nhiều nguyên tố như N, O, S, P, Se mà qua đó chất ức chế gắn kết vào bề mặt kim loại

Trên thế giới chất ức chế ăn mòn đã được nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng từ những năm đầu thế kỷ 20, tuy nhiên trong khoảng 30 năm lại đây việc nghiên cứu cũng như sử dụng mới thực sự trở nên phổ biến do các vấn đề về ăn mòn ngày nghiêm trọng Một số loại chất ức chế hay dùng hiện nay là: chất ức chế vô cơ (crômat, silicat, cacbonat, phôtphat, axêtat v.v…) và chất ức chế hữu cơ (amin, heterocylicnitrogen, các sulfua như: thioete, thioacol, thioamid, thioure và hydrazin) Các chất ức chế thể khí hay dùng cho sắt thép là: các muối crômat (Na2CrO4),

Na hoặc K là chất ức chế rất hiệu quả khi áp suất riêng phần của chúng trong môi trường đủ lớn Các chất ức chế hữu cơ như: cyclohyxylamin (C6H11NH2), dicyclohyxylamin ((C6H11)2NH) và monoetanolamin (H2NCH2CH2OH) Tuy nhiên, các amin này có nhược điểm là bay hơi nhanh, áp suất riêng phần quá lớn, cho nên chỉ dùng được một lần Nếu không được bảo quản tốt thì chất ức chế amin dễ bị mất tác dụng

Chất ức chế bảo quản được dùng phổ biến hiện nay cho các chi tiết kim loại là natri benzoat được tẩm lên giấy với hàm lượng chất ức chế có trong giấy ≥ 10 g/m2thời gian bảo quản lớn hơn 1 năm Người ta cũng có thể tẩm chất ức chế (dicyclohexylamin nitrit, hỗn hợp dung dịch: 5% natri benzoat + 0,3% nitrit natri + 25% ethylen glycol) lên giấy bao gói chi tiết kim loại với hàm lượng chất ức chế có trong giấy từ 0,2 đến 2 g/m2 có thể bảo quản được khoảng 5 năm ở nhiệt độ 23 0C, còn ở nhiệt độ 75 0C thì chỉ bảo quản được 3 tháng [8]

1.3 Nguyên liệu sử dụng trong quá trình sản xuất giấy đế

1.3.1 Giấy loại OCC

Trên thế giới, OCC là vật liệu được thu hồi và tái chế nhiều nhất trong số các sản phẩm giấy và cáctông đã qua sử dụng (khoảng 49-51% so với lượng giấy và cáctông thu hồi được) Hiện nay OCC chủ yếu được sử dụng làm nguyên liệu trong quá trình sản xuất giấy bao gói, cáctông lớp mặt (kraft liner), lớp sóng cho cáctông sóng (corrugated medium) và các lớp đệm, lớp đế cho cáctông nhiều lớp (multi-plyboard) Tỷ lệ sử dụng xơ sợi OCC có thể thay đổi từ mức tương đối thấp (< 20%) trong giấy bao gói và kraft liner, đến rất cao (khoảng 80%) trong test liner, thậm chí

tới 100% trong một số chủng loại sản phẩm giấy và cáctông chất lượng thấp [6]

Công nghệ tái chế OCC nhằm thu hồi xơ sợi cho sản xuất giấy và cáctông bao gói chủ yếu sử dụng các phương pháp cơ học, qua một số công đoạn đánh tơi, sàng chọn, lọc cát sơ bộ, nghiền, sàng tinh và lọc cát nồng độ thấp trước khi xeo tạo thành sản phẩm

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học

kỹ thuật, để tăng giá trị sử dụng OCC các thiết bị phân tách xơ sợi dài, xơ sợi ngắn từ nguyên liệu này đã được nghiên cứu và áp dụng vào trong công nghiệp Xơ sợi dài sau khi tách thường được dùng cho sản xuất lớp mặt của cáctông sóng Có thể nói,

với quy trình sản xuất tương đối đơn giản, giá nguyên liệu thấp hơn nhiều so với bột nguyên thuỷ, nên OCC ngày càng có vị trí quan trọng trong công nghiệp sản xuất giấy và cáctông

Mặc dù OCC có nhiều ưu điểm như vậy nhưng một vấn đề quan trọng nảy sinh làm ảnh hưởng tới quá trình tái sử dụng loại nguyên liệu này: chất lượng của xơ sợi từ OCC giảm đi sau mỗi lần tái sinh, đặc biệt là các chỉ tiêu liên quan đến độ bền nén, độ bền xé và khả năng thoát nước OCC thường chứa rất nhiều tạp chất đặc biệt

là các tạp chất có khả năng kết dính cao gây nhiều khó khăn cho quá trình sản xuất như làm rách giấy, dính lên chăn và lưới, trục ép, lô sấy.v.v nên bột từ OCC thường được xử lý cơ nhiệt nhằm loại bớt các tạp chất này [6]

Các kết quả nghiên cứu cho thấy trải qua nhiều lần sử dụng và tái sinh, các quá trình sấy, thuỷ hoá lặp đi lặp lại sẽ làm cho xơ sợi bị xơ cứng (sừng hoá) và giảm

đi đáng kể về chiều dài cũng như khả năng tạo liên kết

Hiện tượng sừng hoá xuất hiện trong mạng các vách tế bào của xơ sợi hoá học Trong quá trình sấy giấy, các vách tế bào đã phân lớp một phần (chổi hoá trong quá trình nghiền) liên kết chặt chẽ với nhau bằng liên kết hyđrô Khi đánh tơi và nghiền trong môi trường nước, xơ sợi khó phân tán hơn do một số liên kết hyđrô tạo ra không phân huỷ được Xơ sợi tái sinh trở nên cứng và giòn hơn xơ sợi mới Mặt khác, do một phần liên kết hyđrô tạo ra giữa các xơ sợi trong quá trình sấy không phân huỷ được nên xơ sợi không hoàn toàn duỗi thẳng khi đánh tơi và nghiền làm cho kích thước xơ sợi tái sinh không đạt được kích thước ban đầu của xơ sợi mới Như vậy, sau mỗi lần tái sinh, xơ sợi không còn giữ được độ bền và một số tính chất cơ lý ban đầu Việc sử dụng các phương pháp xử lý hoá học và cơ học nhằm phục hồi các tính năng tạo giấy của xơ sợi tái sinh là giải pháp hiện đang được các nhà khoa học quan tâm và nghiên cứu Tuy nhiên, hiện tại nhằm đảm bảo tính ổn định tính chất cơ lý của sản phẩm giấy, cáctông, giấy bao gói trong quá trình sản xuất vẫn phải phối trộn một lượng nhất định với bột kraft vào hỗn hợp bột OCC

1.3.2 Bột giấy kraft

Ngoài phương pháp nấu bột sunphát gián đoạn truyền thống, để sử dụng một cách hiệu quả nguồn nhiệt lượng trong quá trình sản xuất, phương pháp nấu bột sunphát liên tục cũng đã được đưa vào áp dụng công nghiệp từ rất sớm Kể từ giữa

những năm 80 của thế kỷ 20, để giảm chi phí sản xuất, tăng khả năng cạnh tranh của sản phẩm, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, các công ty sản xuất thiết bị, các nhà máy bột giấy và giấy đã liên tục áp dụng những thành tựu của khoa học kỹ thuật hiện đại vào sản xuất công nghiệp nhờ đó nhiều công nghệ nấu bột sunphát cải tiến lần lượt xuất hiện Công nghệ nấu bột sunphát gián đoạn cải tiến (nấu RDH, nấu Superbatch, nấu Enerbatch) Công nghệ nấu bột sunphát liên tục cải tiến (nấu sunphát liên tục cải tiến MCC, nấu sunphát liên tục cải tiến tăng cường EMCC v.v… )

Các công nghệ nấu bột cải tiến này đều dựa trên nguyên lý điều chỉnh nồng độ kiềm hoạt tính trong suốt quá trình nấu Ưu điểm chủ yếu của các cải tiến này là tăng tính lựa chọn của quá trình tách loại lignin: bột thu nhận được có trị số kappa thấp hơn trong khi hiệu suất bột và độ bền cơ lý của bột tương đương với bột nấu theo phương pháp sunphát truyền thống Ngoài ra, hiệu quả kinh tế của phương pháp nấu bột sunphát cải tiến cao hơn so với phương pháp nấu bột sunphát truyền thống do nhiệt lượng được sử dụng tiết kiệm hơn và tận dụng các hóa chất nấu dư trong quá trình nấu bột giấy

Tuy nhiên, có thể khẳng định rằng bản chất hóa học của quá trình nấu bột sunphát rất ít thay đổi trong các phương pháp nấu cải tiến so với nấu truyền thống Hơn nữa, chất lượng của bột giấy nấu theo phương pháp truyền thống hoàn toàn không thấp hơn so với nấu cải tiến Do đó, phương pháp nấu bột sunphát gián đoạn truyền thống vẫn thường được các phòng thí nghiệm trên thế giới áp dụng cho các quá trình nghiên cứu nấu bột giấy

1.3.2.1 Nguyên liệu gỗ sử dụng trong sản xuất bột giấy kraft

Trên thế giới hiện nay nguyên liệu xơ sợi thực vật đang được sử dụng để sản xuất bột giấy là gỗ rừng trồng như: gỗ thông, gỗ keo các loại, gỗ mỡ, bồ đề, bạch đàn, tre nứa, luồng v.v… Thông thường, ở trong nước nguyên liệu dùng để sản xuất bột hóa học cho giấy bao gói chất lượng cao là nguyên liệu xơ sợi dài như: thông, tre nứa, luồng Gỗ thông có ưu điểm là cho xơ sợi dài, chất lượng bột giấy tốt Tuy nhiên, theo các kết quả nghiên cứu[1] cho thấy rất ít loại thông và vùng trồng thích hợp cho sản xuất nguyên liệu giấy, chủ yếu là các tỉnh phía nam do có điều kiện khí hậu phù hợp Hơn nữa, thông có chu kỳ khai thác từ 15 – 20 năm nên thu hồi vốn trồng rừng lâu, hiệu quả kinh tế không cao

Cây luồng có đường kính trung bình 7-8 cm, chiều cao từ 6-7 m, trọng lượng cây khoảng 15-18 kg, chu kỳ khai thác 3-4 năm Khi phân tích các thành phần hóa học cho thấy, hàm lượng xenluylô cao hơn hẳn so với các loại tre nứa thông thường

và các loại gỗ đạt tới 50%, chiều dài xơ sợi đạt mức trung bình 1,89-2,01 mm [1] Luồng sinh trưởng tốt các địa hình vùng đồi trên độ cao dưới 800m so với mặt biển, nơi đất bằng, chân đồi hoặc sườn thoải có độ dốc vừa phải (dưới 300m) Luồng thường được trồng trên đất feralit phát triển trên đá poocphia, đá vôi, phiến thạch, phillit, hoặc phù sa có độ sâu 50-150 cm hoặc cao hơn Thành phần cơ giới thường là sét pha nặng đến sét trung bình, độ ẩm 80-90%, màu đất vàng hoặc vàng đỏ, pH(H2O) = 4,6-7, hàm lượng P2O5 và K2O dễ tiêu thường nghèo, hàm lượng chất hữu

cơ trong đất thấp

Luồng có thể mọc tự nhiên hoặc trồng thành từng cụm phân tán ở các huyện ven sông Mã thuộc tỉnh Sơn La Các huyện phía tây tỉnh Thanh Hóa như Quan Hóa, Lang Chánh, Bá Thước, Ngọc Lạc là vùng trồng luồng tập trung nhất Tổng diện tích rừng trồng luồng của Thanh Hóa trên 50.000 ha Tới nay luồng đã được trồng ở một

số vùng như: Yên Bái, Nghệ an, Hòa Bình v.v… đều sinh trưởng và phát triển bình thường

Hiện nay, cây luồng đã được đưa vào danh sách cây chủ yếu cho trồng rừng sản xuất ở các vùng: Vùng Tây Bắc, vùng Trung Tâm, vùng Bắc Trung bộ (quyết định số 16/2005/QĐ-BNN và quyết định số 13/2005/QĐ-BNN ngày 15 tháng 03 năm 2005)

1.3.2.2 Phương pháp nấu sunphát (kraft)

Quá trình nấu bột hóa học dựa trên nguyên tắc phân hủy, hòa tan đủ lượng lignin và các tạp chất khác để xơ sợi xenluylô trong mảnh nguyên liệu có thể tách rời nhau mà không làm ảnh hưởng đến độ bền vật lý của chúng Có hai giai đoạn chính xảy ra trong quá trình nấu bột hóa học:

- Giai đoạn thẩm thấu hóa chất: Giai đoạn này mảnh được bão hòa bởi lượng dịch chứa hóa chất trước khi phản ứng tách loại lignin bắt đầu

- Giai đoạn nấu bột: Các phản ứng hóa học phân hủy, hòa tan lignin và một số hợp chất hữu cơ khác, phản ứng này chủ yếu xảy ra ở nhiệt độ tương đối cao (150 ÷

180 0C)

Các phương pháp nấu bột thông dụng nhất hiện nay là nấu sunphát (nấu bột kraft), nấu sunphít và nấu xút Phương pháp nấu xút được dùng chủ yếu để nấu các loại cây nguyên liệu hàng năm như: rơm rạ, bã mía Phương pháp nấu sunphít hóa chất nấu thông thường là hỗn hợp NaHSO3, SO2, H2SO3, Na2SO3 Tuy nhiên, nấu theo phương pháp sunphít có yêu cầu tương đối khắt khe về nguyên liệu đầu vào (không nấu được nguyên liệu nhiều nhựa), độ bền của bột tương đối thấp, ô nhiễm không khí do phát thải khí SO2 và các hợp chất của lưu huỳnh Do vậy, phương pháp nấu sunphít hiện nay rất ít được sử dụng trên thế giới So với phương pháp sunphít, công nghệ nấu bột sunphát có các ưu điểm:

- Có thể dùng nấu hầu như tất cả các loại nguyên liệu

- Thời gian nấu tương đối ngắn

- Chất lượng bột cao

- Hiệu quả thu hồi hóa chất cao

Ngày nay, công nghệ nấu kraft là công nghệ nấu bột chủ yếu và chiếm tới 80% tổng sản lượng bột giấy trên thế giới Chỉ có khoảng 10% tổng sản lượng bột giấy được sản xuất theo công nghệ nấu sunphít, 5% được sản xuất theo công nghệ nấu xút Lượng sản phẩm còn lại được sản xuất theo các công nghệ nấu bột khác

Hình 1.5 Sơ đồ khối quy trình sản xuất bột giấy theo phương pháp sunphát

Kết luận và định hướng nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu tổng quan cho thấy:

+ Hiện nay, ở trong nước giấy bao gói thông thường không ngâm tẩm các hóa chất ức chế ăn mòn hoặc giấy bao gói tráng parafin được sử dụng rất rộng rãi dùng để bao gói các sản phẩm cơ khí làm từ sắt thép Tuy nhiên, các loại giấy bao gói thông thường này không có khả năng ức chế quá trình ăn mòn kim loại

+ Ở trong nước giấy bao gói chủ yếu được sản xuất từ OCC Do tái chế sử dụng nhiều lần nên chất lượng bột giấy từ OCC giảm, không cho phép sản xuất được các loại giấy bao gói chất lượng cao đảm bảo cho bao gói các sản phẩm cơ khí làm từ sắt thép

+ Với mục tiêu sản xuất bột giấy có độ bền cao phù hợp cho sản xuất giấy chống gỉ từ nguồn nguyên liệu trong nước, nhóm đề tài tập trung nghiên cứu sản xuất bột giấy từ các loại nguyên liệu thông dụng ở nước ta là cây luồng Phương pháp công nghệ được sử dụng trong nghiên cứu là phương pháp nấu bột sunphát (Kraft) từ loại nguyên liệu trên

+ Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước, tiêu chuẩn giấy chống gỉ GOST 16295-93 (Nga), kết hợp với điều kiện thực tiễn ở Việt Nam, nhóm

đề tài lựa chọn hóa chất ức chế ăn mòn kim loại cho nghiên cứu: natri benzoat, natri nitrite, mono ethylene glycol Hơn nữa, nhóm đề tài hướng nghiên cứu và ứng dụng các hóa chất ức chế ăn mòn kim loại: đảm bảo khả năng ức chế ăn mòn, có giá thành hợp lý, không gây độc hại đến người sản xuất và sử dụng Quy trình công nghệ sản xuất đơn giản, chi phí sản xuất thấp, khả năng cung cấp nguyên liệu dồi dào, chất lượng bột giấy, giấy chống gỉ đạt yêu cầu đề ra sẽ được sử dụng trong nghiên cứu sản xuất thử nghiệm

PHẦN II NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nguyên liệu, hoá chất và thiết bị nghiên cứu

2.1.2 Hoá chất

Hoá chất sử dụng chính trong nghiên cứu là hoá chất công nghiệp: NaOH độ thuần 95-98%, Na2S độ thuần 60% Các hoá chất phân tích khác dạng tinh khiết

2.1.3 Thiết bị

- Nồi nấu bột thí nghiệm thể tích 4,5 lít gia nhiệt trực tiếp bằng điện

- Máy nghiền bột kiểu Hà Lan dung tích 4,5 lít (công suất động cơ 5,5 kw, vòng quay động cơ 960 vòng/phút, ∅ lô dao bay 190 mm)

- Máy xeo Rapid-Kothen, hãng PTI của Áo sản xuất

- Máy đo độ nghiền, hãng PTI của Áo sản xuất

- Máy đo độ chịu xé Elmendorf do hãng Frank PTI sản xuất

- Máy đo độ chịu bục do hãng PTI sản xuất

- Máy đo độ bền kéo và độ bền nén vòng Housfield sản xuất tại Anh

- Cân điện tử Metler độ chính xác ±0.0001g của Thụy Sĩ

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Mô tả phương pháp nghiên cứu

* Quá trình nấu bột giấy:

Các mẻ nấu được thực hiện trong nồi nấu thí nghiệm đứng dung tích 4,5 lít, gia nhiệt bằng điện Mỗi mẻ nấu sử dụng 700 g dăm mảnh khô tuyệt đối Mỗi loại nguyên liệu được tiến hành nấu 02 lần, kết quả lấy giá trị trung bình