nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất giấy in sử dụng bột giấy khử mực từ giấy loại văn phòng

Đối tượng, hóa chất và thiết bị nghiên cứu 18 3.1 Khảo sát chất lượng bột khử mực của một số nhà máy sản xuất 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của độ nghiền bột khử mực từ giấy loại văn phòn

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

Cơ quan chủ quản: BỘ CÔNG THƯƠNG

Cơ quan chủ trì: CÔNG TY TNHH - VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY VÀ XENLUYLÔ Chủ nhiệm đề tài: LÊ THỊ QUỲNH HOA

Kỹ sư công nghệ giấy

9588

HÀ NỘI 12 / 2012

MỤC LỤC

Phần I TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT GIẤY IN, GIẤY VIẾT CÓ SỬ

DỤNG BỘTGIẤY KHỬ MỰC TỪ GIẤY LOẠI VĂN PHÒNG 3 1.1 Tình hình sử dụng bột giấy tái chế từ giấy loại trên thế giới và

1.2 Quá trình sản xuất giấy in có sử dụng bột khử mực từ giấy loại

1.2.2 Các hóa chất phụ gia sử dụng trong quá trình sản xuất giấy in 8

2.1 Đối tượng, hóa chất và thiết bị nghiên cứu 18

3.1 Khảo sát chất lượng bột khử mực của một số nhà máy sản xuất

3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của độ nghiền bột khử mực từ giấy loại

văn phòng trong quá trình sản xuất giấy in 22

3.3 Nghiên cứu tỉ lệ phối trộn bột khử mực từ giấy loại văn phòng

với bột giấy hóa học tẩy trắng nguyên thủy để sản xuất giấy in 24

3.4

Nghiên cứu mức dùng hóa chất phụ gia trong sản xuất giấy in trong sản xuất giấy in có sử dụng bột giấy khử mực từ giấy loại văn phòng

26

3.4.1 Ảnh hưởng của mức dùng CaCO 3 26

3.5

Thiết lập quy trình công nghệ sản xuất giấy in đạt tiêu chuẩn cấp B ( theo TCVN 6886 : 2001) sử dụng bột giấy khử mực từ giấy loại văn phòng

31

MỞ ĐẦU

Hiện nay, bột giấy tái chế là nguồn nguyên liệu thay thế quan trọng trong công nghiệp sản xuất giấy Giấy tái chế gồm hai loại chính là hòm hộp cũ cho sản xuất hòm hộp cacton và khử mực giấy báo cũ và giấy loại văn phòng sử dụng cho sản xuất giấy in báo, giấy vệ sinh hay giấy in, giấy viết Sử dụng bột giấy tái chế từ giấy loại hiệu quả sẽ giúp tiết kiệm chi phí hoá chất, vận hành và giảm thiểu được ảnh hưởng xấu tới môi trường do việc khai thác rừng và quá trình nấu và tẩy trắng bột giấy gây ra

Thông thường, bột giấy tái chế thu được sau quá trình khử mực giấy loại được sử dụng trong sản xuất các loại giấy như: giấy in báo, giấy vệ sinh và các lớp lót của giấy cactong duplex với tỉ lệ sử dụng tùy thuộc chủng loại và yêu cầu về chất lượng giấy Hiện nay, trên thế giới đã có một số nghiên cứu [5, 6] chỉ ra rằng có khả năng sử dụng bột giấy sau khử mực từ giấy loại văn phòng để sản xuất các loại giấy

có chất lượng cao hơn như giấy in, giấy viết và giấy in tạp chí

Ở Việt Nam, giấy in theo TCVN có 3 loại là cấp A, cấp B và cấp C Giấy in cấp A có hàm lượng bột giấy hóa học tẩy trắng là 100% và độ trắng trên 88% ISO Giấy in cấp B chỉ yêu cầu hàm lượng bột giấy hóa học tẩy trắng trên 70% và độ trắng trên 78% ISO, như vậy có thể thay thế bột giấy hóa học tẩy trắng bằng một phần bột giấy khử mực Sản phẩm giấy in cấp B thường được sử dụng cho in sách giáo khoa, truyện tranh … chiếm tỉ lệ hàng năm khá lớn ở Việt Nam, vì vậy trong sản xuất giấy in có thể tận dụng lượng đáng kể bột giấy khử mực từ giấy loại văn phòng Chính vì vậy, Công ty TNHH - Viện công nghiệp giấy và Xenluylo đã đề

xuất đề tài: “Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất giấy in có sử dụng bột giấy

khử mực từ giấy loại văn phòng” nhằm đưa ra một hướng sử dụng bột giấy tái chế

có hiệu quả, phù hợp với tình hình sản xuất và nhu cầu sử dụng hiện nay

Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm có:

- Đánh giá chất lượng bột giấy khử mực từ giấy loại văn phòng sản xuất trong nước: Công ty giấy Tissue Sông Đuống, công ty CP giấy Bãi Bằng, công ty cổ phần Diana

- Nghiên cứu tỉ lệ phối trộn bột giấy khử mực từ giấy loại văn phòng với bột giấy hóa học tẩy trắng nguyên thuỷ để sản xuất giấy in

- Nghiên cứu mức dùng hóa chất phụ gia trong sản xuất giấy in có sử dụng bột giấy khử mực

- Thiết lập quy trình công nghệ sản xuất giấy in đạt tiêu chuẩn cấp B có sử dụng bột giấy khử mực từ giấy loại văn phòng

PHẦN I TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT GIẤY IN CÓ SỬ DỤNG BỘT GIẤY KHỬ

MỰC TỪ GIẤY LOẠI VĂN PHÒNG 1.1 Tình hình sử dụng bột tái chế từ giấy loại văn phòng trên thế giới và Việt Nam

Hiện nay, tái chế giấy loại và các sản phẩm từ giấy đang được các nhà máy bột giấy và giấy hết sức quan tâm Do ý thức bảo vệ môi trường đã được cải thiện và những quy định chặt chẽ trong sản xuất, ngành công nghiệp giấy thế giới cũng như ở Việt Nam đang nỗ lực thu hồi và tái chế ít nhất 40 % tất cả các sản phẩm giấy đã qua sử dụng Ví dụ như Nhật Bản, Hoa Kỳ, Trung Quốc đã sử dụng đến 61%; 62%

và 65% lượng bột tái chế từ giấy loại Các quốc gia trong khu vực Đông Nam Á như Indonexia, Malaixia, Philippin… có mức sử dụng giấy loại lên đến 60% Ở Châu

Âu, đây cũng là một vấn đề được chú trọng và thực hiện một cách nghiêm ngặt Điển hình ở Đức, gần 100% giấy bao gói được thu hồi và mức độ tái sử dụng có hiệu quả đạt 70% Ở Phần Lan đã thu hồi được 75% giấy loại và 53% trong số đó được sử dụng có hiệu quả Các quốc gia khác như Pháp, Bỉ, Thuỵ Điển cũng có mức

độ thu hồi giấy loại lên đến 75% Sử dụng bột giấy loại hiệu quả sẽ giúp tiết kiệm chi phí hoá chất, vận hành và giảm thiểu được ảnh hưởng xấu tới môi trường do việc khai thác rừng và quá trình nấu bột gây ra

Bảng 1.1 Sử dụng giấy thu hồi để sản xuất giấy theo khu vực giai đoạn 2005 –

2010 (1000 tấn)

Năm Khu vực

2005 2006 2007 2008 2009 2010

Tỉ lệ so với thế giới năm

2010, % Châu Á 70 344 72 127 79 027 76 724 79 213 82 698 37,78

Trên thế giới, sử dụng giấy thu hồi cho sản xuất đã tăng 3% trong giai đoạn

2005 – 2010 do giá bột giấy tăng liên tục Châu Á là nơi sử dụng giấy thu hồi nhiều nhất, chiếm gần 40% so với toàn thế giới Lượng giấy thu hồi và tỉ lệ sử dụng giấy thu hồi cho sản xuất giấy trong thời gian gần đây đã được thống kê trong bảng 1.1.[1]

Ngoài lượng lớn giấy bao bì và cactong cũ thì giấy loại văn phòng, giấy báo

cũ (ONP) và giấy tạp chí cũ cũng được thu hồi đáng kể Năm 2010, tỉ lệ thu gom giấy loại văn phòng và giấy báo loại ONP trên thế giới đạt 67,8% Dự kiến đến năm

2015, con số này sẽ đạt 69%, cung cấp nguồn nguyên liệu đáng kể cho sản xuất giấy

Thông thường, bột giấy tái chế thu được sau quá trình khử mực giấy loại được sử dụng trong sản xuất các loại giấy như: giấy in báo, giấy vệ sinh, giấy in và giấy viết, các lớp lót của giấy cactong duplex… Đối với giấy in báo, lượng bột khử mực từ giấy in báo loại được sử dụng chiếm từ 40 – 100% Lượng bột khử mực từ giấy loại văn phòng sử dụng trong sản xuất giấy in và giấy viết là 10 – 50%, trong sản xuất giấy vệ sinh là 20 – 100% Giấy bao gói tái sử dụng 5- 40% bột giấy khử mực Đặc biệt bột giấy khử mực dùng trong lớp lót của giấy cactong duplex có thể lên đến 100% [6]

Theo xu hướng chung trên thế giới, Việt Nam cũng rất quan tâm đến vấn đề

sử dụng giấy loại Hiện nay, bột giấy sản xuất trong nước chỉ đáp ứng được khoảng 26,09 % nhu cầu sản xuất giấy, còn lại là bột giấy nhập khẩu chiếm 9,92 % và bột sản xuất từ giấy loại tái chế chiếm 63,99 % Tuy nhiên, lượng giấy thu hồi ở Việt Nam mới chỉ đạt 27 % trong năm 2010 Mức độ thu hồi, sử dụng giấy loại trong sản xuất giấy ở Việt Nam được chỉ ra trong bảng 1.2 [1]

Bảng 1.2 Giấy loại thu hồi qua các năm ở Việt Nam (tấn)

Tiêu dùng giấy thu hồi 546 310 629 118 771 928 767 696 880 420 1 003 955

Thu gom trong nước 411 370 433 546 507 490 500 953 663 456 734 212

Nhập khẩu 134 940 195 572 264 438 266 743 216 946 269 743

Tỷ lệ thu hồi, % 31,0 28,0 27,0 25,1 30,0 32,0

Dự báo đến năm 2015, chính sách về thu hồi và tái chế giấy đã qua sử dụng vẫn chưa được ban hành, do vậy tỉ lệ thu gom giấy loại trong nước hằng năm cũng

chỉ tăng thêm khoảng 1 % và đạt khoảng 35 % Để nâng cao hiệu quả sản xuất giấy, chủ động nguồn bột nhiều công ty đã đầu tư vào các dây chuyền khử mực như công

ty cổ phần giấy Sài Gòn 20 tấn/ngày; công ty cổ phần giấy Trúc Bạch 6000 tấn/năm; công ty Newtoyo 60 tấn/ngày; công ty giấy Tissue Sông Đuống 20 000 tấn/năm; công ty cổ phần giấy Diana công suất 25 000 tấn/năm, công ty cổ phần giấy Bãi Bằng công suất 50 000 tấn/năm nhằm cung cấp bột giấy cho dây chuyền sản xuất trong công ty Tuy nhiên, do chất lượng bột khử mực chưa cao và sự mất cân đối giữa dây chuyền khử mực và dây chuyền sản xuất giấy nên các dây chuyền khử mực chưa hoạt động hết công suất, lượng bột khử mực không được sử dụng hết trong sản xuất của nhà máy đã được đưa ra thị trường Chính vì vậy, đã có một số nghiên cứu nhằm mở rộng phạm vi sử dụng bột khử mực từ giấy loại văn phòng, trong đó có hướng bổ sung thay thế một phần bột hóa học nguyên thủy bằng bột tái chế trong quá trình sản xuất giấy in Điều này cũng giúp các công ty có hướng điều chỉnh dây chuyền công nghệ sản xuất bột khử mực có chất lượng phù hợp cho sản xuất giấy in

1.2 Quá trình sản xuất giấy in có sử dụng bột giấy khử mực từ giấy loại văn phòng

1.2.1 Nguyên liệu và tính chất của giấy in

Giấy in được làm từ bột giấy hóa học tẩy trắng, hoặc hỗn hợp của bột giấy hóa học tẩy trắng với các loại bột giấy tẩy trắng khác như bột giấy cơ học, bột giấy bán hóa học… với tỉ lệ phụ thuộc vào sản phẩm cuối Giấy in đặc biệt có định lượng thấp yêu cầu có độ đục, độ bền cơ lý cao, độ thấm hút mực tốt để có thể in trên trên các máy in

có tốc độ cao

1.2.1.1 Độ đục

Độ đục của giấy phản ánh khả năng nhìn từ phía bên này không thấy được hình ảnh, chữ viết ở phía mặt bên kia của tờ giấy Các loại giấy cần có độ đục cao là giấy in, giấy viết, giấy photocopy, giấy làm phong bì…

Độ đục của giấy phụ thuộc vào bản chất các loại bột sử dụng để sản xuất giấy

Về bản chất, xenluylo là polyme không màu và trong suốt, xơ sợi thực vật có màu nâu trắng hay màu nâu tối là do có chứa lignin, nhựa và các chất khác Muốn để tăng độ đục, các chất độn vô cơ và phẩm màu thường được sử dụng Thông thường, nếu sự khác biệt giữa hệ số khúc xạ ánh sáng của chất độn vô cơ và xơ sợi xenluylo càng cao

thì độ đục của giấy càng cao Hệ số khúc xạ của xơ sợi xenluylo, nước, không khí và

một số chất độn vô cơ và gia keo hữu cơ được giới thiệu trong bảng 1.3

Bảng 1.3 Hệ số khúc xạ của một số nguyên liệu, phụ gia thông dụng trong ngành

Từ bảng 1.3 cho thấy, giấy có khả năng độ đục cao nhất nếu sử dụng chất độn là

oxit titan Không khí có hệ số khúc xạ ánh sáng thấp hơn nhiều so với xơ sợi xenluylo,

do đó các túi khí có trong giấy sẽ làm tăng độ đục của giấy vì sự có mặt của chúng làm

giảm tính đồng nhất quang học của môi trường Do đặc tính này nên trong quá trình sản

xuất một số loại giấy có độ trong suốt cao thường được ngâm tẩm với một hóa chất dầu

mỡ có hệ số khúc xạ gần với xenluylo nhằm loại bỏ hết không khí xuất hiện trong quá

trình sản xuất giấy Ngược lại, các loại giấy có yêu cầu cao về độ đục thường được sản

xuất với độ chặt tương đối thấp, nhằm giữ lại các túi khí trong giấy Các chất độn thông

dụng và có tính kinh tế cao như canxi cacbonat và cao lanh có hệ số khúc xạ tương tự

như xenluylo nhưng thực tế thì canxi cacbonat cũng như các chất độn khác có tác dụng

làm tăng độ đục cho giấy, bởi vì sự có mặt của các hạt canxi cacbonat sẽ làm tăng sự

hình thành các túi khí trong giấy

Độ nghiền bột cũng là một yếu tố công nghệ có ảnh hưởng quan trọng đến độ

đục của giấy, các loại giấy trong suốt thường được nghiền đến độ nghiền rất cao ( 70 –

80 oSR), trong khi giấy có yêu cầu cao về độ đục thường được nghiền ở độ nghiền thấp

hơn

1.2.1.2 Tính chất của giấy in

Tính chất in là khái niệm tương đối rộng, liên quan đến nhiều chỉ tiêu chất lượng của giấy Thông thường các kĩ thuật in khác nhau có yêu cầu khác nhau về chất lượng của giấy, mặt khác ngay cả khi đã xác định được một kĩ thuật in cụ thể thì các tính chất khác của giấy in cũng không thể biểu thị bằng một vài chỉ tiêu chất lượng nào đó Một

số chỉ tiêu chất lượng của giấy có ảnh hưởng đến các tính chất in mà không phụ thuộc vào kĩ thuật in là:

*Độ đồng đều của tờ giấy

Độ đồng đều của tờ giấy là chỉ tiêu quan trọng cho phép đảm bảo đạt được chất lượng in cao (các nét in sắc nét, đồng đều, liên tục) Độ đồng đều của giấy liên quan đến quá trình hình thành giấy trên lưới xeo và chủng loại bột giấy sử dụng Sử dụng nhiều bột sợi ngắn sẽ làm tăng độ đồng đều của tờ giấy

*Khả năng bắt mực in của giấy

Khả năng bắt mực in của giấy là cần thiết, nhất là trong quá trình in nhiều màu

Ở đây mực có màu sắc khác nhau được in, lớp mực in này nằm trên lớp mực in kia để nhận được độ sắc nét, độ sáng bóng nhất định mà không bị nhòe Để tăng khả năng bắt mực in thì giấy cần phải có cấu trúc tương đối thấp (khối lượng thể tích tương đối thấp)

và có sức hút của các mao dẫn cao Giấy được sản xuất từ các loại bột giấy hiệu suất cao hay bột giấy khử mực thường đáp ứng tốt được các chỉ tiêu này

*Độ nhẵn của giấy

Độ nhẵn của giấy là một chỉ tiêu chất lượng cần thiết đối với tất cả các kĩ thuật

in Độ nhẵn của giấy ảnh hưởng đến mật độ in và màu in Một tờ giấy có mật độ in cao

và phạm vi màu rộng có yêu cầu rất cao về độ nhẵn

*Độ đục

Để đảm bảo chất lượng in, nhất là in màu, giấy phải có độ đục cao (≥ 85%) Bột giấy hiệu suất cao từ gỗ lá rộng, bột sản xuất từ rơm rạ và bột khử mực từ giấy loại do trong thành phần có chứa những chất không phải xenluylo cao, xơ sợi ngắn, vì vậy làm tăng sự không đồng nhất về hướng của các tia khúc xạ Sử dụng các loại bột này làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất giấy thì sẽ cho giấy có độ đục cao

1.2.1.3 Độ bền cơ lý của giấy

Độ bền cơ lý của giấy biểu thị khả năng của giấy chịu được các lực tác dụng từ bên ngoài lên giấy Các chỉ tiêu cơ bản về độ bền cơ lý của giấy in chủ yếu là độ bền

kéo và độ bền xé Đây là hai chỉ tiêu quan trọng giúp cho giấy không bị đứt, rách khi giấy đi qua máy in tốc độ cao và tạo ra độ bền trong quá trình sử dụng các ấn phẩm sau

này

Độ bền kéo phụ thuộc nhiều nhất vào liên kết giữa các xơ sợi, tiếp đó là độ bền của bản thân xơ sợi và chiều dài xơ sợi Do vậy, trong giai đoạn đầu của quá trình nghiền, độ bền kéo của giấy tăng khi tăng độ nghiền của bột giấy, vì khi đó xơ sợi được chổi hóa nhiều hơn, làm tăng lực liên kết giữa các xơ sợi Độ bền kéo của giấy đạt cực đại khi độ nghiền đạt giá trị tùy thuộc vào từng loại bột giấy, sau đó nếu tiếp tục nghiền thì xơ sợi sẽ bị phá hủy và cắt ngắn rõ rệt, do vậy độ bền kéo sẽ giảm

Độ bền xé của giấy phụ thuộc chủ yếu vào chiều dài xơ sợi và khả năng chịu giãn của giấy Giấy làm từ bột xơ sợi dài thường có độ chịu xé cao hơn giấy làm từ bột

xơ sợi ngắn Nếu giấy làm từ hỗn hợp bột có cả sợi ngắn và sợi dài thì khi tăng tỉ lệ bột sợi dài sẽ làm tăng độ bền xé của giấy Xơ sợi xenluylo gỗ mềm có chiều dài cao hơn xenluylo xơ sợi gỗ cứng Do đó nếu trong thành phần nguyên liệu có bổ sung thêm một phần xơ sợi xenluylo gỗ mềm thì sẽ làm tăng độ bền xé của giấy Khi tăng độ nghiền bột, lúc mới nghiền thì độ bền xén tăng một chút, nhưng nếu tiếp tục tăng độ nghiền thì

độ bền xé của giấy lại giảm, vì khi đó xơ sợi bị cắt ngắn

Thực tế sản xuất cho thấy, độ bền xé còn phụ thuộc vào điều kiện công nghệ trong quá trình sấy giấy Khi giấy đạt độ khô 60 – 85 % thì không nên kéo chăn giấy quá căng, vì sẽ làm giảm khả năng chịu co giãn của giấy và kết quả là làm cho độ bền

xé của giấy giảm

1.2.2 Các hóa chất phụ gia sử dụng trong quá trình sản xuất giấy in [10, 11]

Trong quá trình sản xuất giấy in, ngoài nguyên liệu cơ bản là bột giấy, một số hóa chất còn được cho thêm vào trong huyền phù bột giấy trước khi xeo nhằm tăng cường một số chỉ tiêu chất lượng của giấy hoặc giúp sản phẩm giấy có được những tính chất đặc biệt mà bột giấy không mang lại cho giấy Các chất phụ gia thường được phân loại theo tác dụng của chúng thành những nhóm chất sau đây:

1.2.2.1 Chất chống thấm

Hầu hết các loại giấy (trừ giấy vệ sinh và một số loại giấy đặc biệt khác) đều cần mang tính chất thấm nước ở một mức độ nhất định Ngày nay, với xu hướng xeo giấy trong môi trường trung tính và kiềm do những ưu điểm vượt trội so với xeo giấy trong môi trường axit (như có thể sử dụng chất độn CaCO3 thay cho cao lanh để làm tăng độ

trắng của giấy, máy móc thiết bị làm việc trong môi trường trung tính và kiềm yếu ít bị

ăn mòn hơn trong môi trường axit…) mà chất chống thấm ankyl keten dimer (AKD) được sử dụng phổ biến hơn cả

Đối với các loại giấy in, việc sử dụng một tỉ lệ hợp lý chất chống thấm sẽ giúp giấy có tính chất in tốt Tùy từng phương pháp in khác nhau sẽ yêu cầu giấy có mức độ chống thấm khác nhau Giấy có độ chống thấm thấp mang tính hiếu nước, chỉ cần một thời gian ngắn là đã ổn định độ ẩm của giấy, dễ dàng đạt được độ mềm mại, dễ trung hòa điện (nếu trong quá trình in tốc độ cao dễ phát sinh sự tích điện) Loại giấy này có thể sử dụng cho cả hai trường hợp mực in gốc nước và mực in gốc dầu, nghĩa là có thể

in theo phương pháp in lõm (mực in gốc nước) hoặc phương pháp in nổi (mực in gốc dầu) Nhược điểm của loại giấy này là dễ bị biến dạng khi gặp ẩm nên không dùng trong phương pháp in offset Đối với các loại giấy có độ gia keo chống thấm cao thì giấy mang tính kị nước, giấy ít bị biến dạng khi gặp ẩm, khả năng bắt mực in gốc nước kém nhưng khả năng bắt mực in gốc dầu tốt Vì vậy, loại giấy này thích hợp với phương pháp in offset và in mực lito (mực in gốc dầu) Tuy nhiên loại giấy này mất nhiều thời gian để ổn định độ ẩm trước khi in, lâu đạt được độ mềm mại, khó khử tĩnh điện khi in

Đối với giấy in cấp B (TCVN), mức chống thấm thể hiện qua độ hút nước Cobb60 (g/m2), yêu cầu không nhỏ hơn 27 g/m2 Do vậy, tùy nguyên liệu đầu vào mà có quá trình nghiên cứu sử dụng tỉ lệ chất chống thấm phù hợp

1.2.2.2 Chất độn

Chất độn là những chất dạng bột mịn, màu trắng, không tan trong nước Chúng thường là những khoáng chất có trong tự nhiên như bột đá vôi (CaCO3), cao lanh (Al2O3.SiO2), bột talc hoặc bột nhân tạo như bột titandioxit (TiO2), bột đá vôi kết tủa (PCC), bột đá nghiền Công dụng của chất độn là làm tăng độ trắng, độ đục và độ nhẵn của tờ giấy, giảm sự biến dạng của giấy nếu gặp nước

Các nghiên cứu về ảnh hưởng của chất độn lên tính chất in của giấy cho thấy: những hạt chất độn do có kích thước nhỏ nên lấp vào khoảng trống giữa các xơ sợi, làm tăng số lượng nhưng lại giảm kích thước lỗ mao dẫn, kết quả là làm tăng được khả năng thấm hút mực in Sự có mặt của chất độn còn làm giảm hiện tượng ngả vàng của giấy

có sử dụng bột cơ do lớp chất độn có tác dụng ngăn cản ánh sáng và nhiệt dẫn tới sự hồi màu của bột cơ

Trong số các chất độn thì canxicacbonat kết tủa (PCC hay bột đá nhẹ) là chất độn phổ biến nhất cho các loại giấy in vì nó giúp giấy có độ đục và độ trắng cao, không

bị ngả vàng, độ bền với thời gian cao hơn hẳn so với sử dụng chất độn bột cao lanh và giá thành vừa phải

Tỉ lệ sử dụng chất độn tùy thuộc vào chủng loại giấy in với những yêu cầu về độ trắng, độ nhẵn, khả năng bắt mực in và độ bền cơ lý của giấy Tỉ lệ dùng chất độn trong giấy thể hiện qua độ tro của giấy Độ tro của giấy in cao cấp thường nằm trong khoảng

18 – 30%, giấy in offset là 10 – 15 %, giấy mỏng in từ điển là 25 – 35 % Thông thường trong sản xuất giấy luôn hướng đến sử dụng một lượng chất độn hợp lý nhất để vừa có thể tăng khả năng bắt mực in của giấy mà lại có thể giảm giá thành sản xuất

1.2.2.3 Chất tăng độ bền khô

Chất tăng độ bền khô là những chất làm tăng độ bền cơ lý của giấy khi tấm giấy

ở trạng thái khô Những chất thường được dùng để làm tăng độ bền khô cho giấy là:

- Tinh bột nguyên thủy, tinh bột cation

- Chất kết dính có nguồn gốc thực vật

- Carboxy metyl xenluylo (CMC)

- Một số keo tăng bền khô là polyme tổng hợp

Trong các chất làm tăng độ bền khô trên thì tinh bột cation là loại chất được sử dụng rộng rãi nhất trong thực tế Đó là do hiệu quả làm tăng độ bền khô và tính cạnh tranh về giá cao so với các chất khác Tỉ lệ sử dụng tinh bột cation so với bột giấy khô tuyệt đối dao động trong khoảng 0,2 – 2,5 % tùy theo yêu cầu mức độ tăng độ bền khô của giấy Khi trong thành phần của giấy có chất độn thì lượng dùng tinh bột phải tăng lên do một phần tinh bột cation hấp thụ lên trên bề mặt chất độn Tuy nhiên không nên tăng mức dùng tinh bột cation lên quá 2,5% vì dễ dẫn đến sự dư điện tích dương, làm giảm hiệu quả của các chất trợ bảo lưu Thông thường tỉ lệ sử dụng tinh bột từ 1 – 1,5

% so với bột giấy khô tuyệt đối cho hiệu quả bảo lưu tinh bột cao nhất

Tinh bột cation sử dụng để gia keo nội bộ thì làm tăng độ bền của giấy nhiều hơn so với khi sử dụng nó để gia keo bề mặt vì diện tích tiếp xúc của xơ sợi với keo tinh bột cation trong gia keo nội bộ lớn hơn nhiều so với khi gia keo bề mặt

1.2.2.4 Chất trợ bảo lưu

Sự bảo lưu là sự giữ lại các hạt mịn như xơ sợi mịn, các hạt chất độn, các hạt keo chống thấm trên tấm giấy trong quá trình thoát nước của huyền phù bột khi đi qua

bộ phận lưới của máy xeo Đối với một quá trình xeo giấy, sự bảo lưu tốt hay xấu được biểu thị bằng độ bảo lưu của các hạt mịn trong quá trình xeo

Độ bảo lưu được tính bằng tỉ lệ phần trăm về khối lượng của các hạt mịn còn giữ lại trong giấy đối với tổng khối lượng những hạt mịn này có trong dòng bột trước khi lên máy xeo Độ bảo lưu càng cao thì quá trình xeo đó càng hoàn thiện vì giữ lại được nhiều hạt mịn trong quá trình xeo Như vậy thì vừa nâng cao chất lượng giấy, vừa tiết kiệm hóa chất và ít gây ô nhiễm cho môi trường Độ bảo lưu thường tính riêng cho thành phần một hạt mịn nào đó có trong dòng bột, ví dụ như độ bảo lưu các xơ sợi mịn,

độ bảo lưu các chất độn, độ bảo lưu của chất keo chống thấm…

Để tăng hiệu quả độ bảo lưu nói chung của giấy in, trong quá trình sản xuất sử dụng chất trợ bảo lưu Chất trợ bảo lưu là các hóa chất khi tham gia vào bột giấy có khả năng làm tăng độ bảo lưu của các hạt mịn có trong tấm giấy Chất trợ bảo lưu thông dụng nhất trong quá trình xeo giấy là phèn nhôm và polyme cation tự nhiên hay tổng hợp Ngày nay người ta tìm ra được nhiều chất trợ bảo lưu có thể dùng một mình hoặc dùng kết hợp hai hay nhiều hóa chất với nhau để đạt được hiệu quả bảo lưu cao trong quá trình xeo giấy

1.2.2.5 Chất bắt tạp chất anion

Trong dòng bột thường có tạp chất anion, ví dụ như các phân tử nhựa cây, các ion Cl- …Trong bột cơ, bột tái chế và bột thu hồi thì tạp chất anion chiếm số lượng đáng kể Sự có mặt của các anion này làm tiêu tốn thêm một lượng cation polyme dùng làm trợ bảo lưu, làm giảm hiệu quả sử dụng của chất trợ bảo lưu Các nghiên cứu đều cho thấy, nếu bột được phối trộn trước với các cation có mật độ điện tích dương cao như phèn nhôm thì có thể giảm thiểu được tác hại của các anion tạp chất đối với quá trình sử dụng chất trợ bảo lưu Vì những chất cation này khi tham gia vào dòng bột sẽ kết hợp trước với tạp chất anion, tạo điều kiện cho chất bảo lưu sử dụng sau sẽ kết hợp tốt hơn với các anion không phải là tạp chất như các hạt chất độn và xơ sợi mịn, tăng cường hiệu quả sử dụng của chất trợ bảo lưu

Ngoài các hóa chất trên, một số hóa chất khác như chất tăng trắng quang học, phẩm màu … cũng được sử dụng để tạo cho giấy những chỉ tiêu ngoại quan theo yêu cầu của khách hàng

1.2.3 Sử dụng bột khử mực từ giấy loại văn phòng trong sản xuất giấy in

1.2.3.1 Quá trình khử mực giấy văn phòng

Khử mực giấy loại nói chung và khử mực giấy loại văn phòng nói riêng tùy vào nguyên liệu và yêu cầu về bột thành phẩm mà có thể sử dụng các phương pháp khử mực khác nhau Nhìn chung, quá trình khử mực được tiến hành qua nhiều công đoạn như đánh tơi, ngâm ủ, làm sạch, khử mực, tẩy trắng… Công đoạn khử mực có thể tiến hành bằng các phương pháp sau:[3]

- Phương pháp rửa: Cơ chế hoạt động chủ yếu dựa vào kích cỡ hạt mực Hiệu quả đối với hạt mực có kích thước nhỏ hơn 15µm và mức loại mực đạt 94 – 98%, các tính chất cơ lý của bột thu hồi cao nhưng hiệu suất thấp, chỉ đạt 70 – 75% Trong quá trình này sẽ có sự bám dính trở lại của các hạt mực Do đó để hỗ trợ quá trình khử mực người ta dùng các chất hoạt động bề mặt để tách các hạt mực ra khỏi xơ sợi và phân tán chúng Trong trường hợp này dùng các chất háo nước Phương pháp này chỉ áp dụng ở các nhà máy có năng suất đầu tư và chi phí thấp

- Phương pháp tuyển nổi: Hiệu quả đối với hạt mực có kích thước khoảng 15

- 150µm Mức loại mực đạt 80 – 97% Tính chất bột sau khử mực cao, hiệu suất từ

75 – 97% Trong quá trình này cần tránh hiện tượng các hạt mực lắng đọng lại xơ sợi bằng cách cho thêm các chất kỵ nước để tạo hiện tượng keo tụ, sục khí sinh ra các bọt khí trong quá trình tuyển nổi Phương pháp này áp dụng cho các nhà máy có năng suất lớn và chi phí đầu tư cao, thông thường có sự kết hợp với phương pháp trên để dạt hiệu quả khử mực cao nhất

Quá trình khử mực giấy loại văn phòng thường tiến hành kết hợp cả hai phương pháp rửa và tuyển nổi, trong đó quá trình tuyển nổi được chú trọng hơn do loại bỏ được nhiều tạp chất, tận thu được cả xơ sợi vụn và chất độn mà lại tiết kiệm lượng nước tiêu thụ cho cả quá trình Công nghệ khử mực hiện nay ngày càng được cải tiến, chú trọng nhiều vào cải thiện hiệu quả của quá trình tuyển nổi vì đây là giai đoạn quan trọng, quyết định hiệu suất và tính chất của bột giấy sau khử mực Cơ chế tuyển nổi được minh họa ở sơ đồ sau:

Hình 1.1 Cơ chế khử mực bằng phương pháp tuyển nổi

Các hóa chất chính được sử dụng trong quá trình khử mực được trình bày trong bảng 1.4

Bảng 1.4 Hóa chất sử dụng trong quá trình khử mực

Chất hoạt động bề mặt Thu gom mực trong quá trình tuyển nổi

Tác nhân chelat hóa

H2O2: 0,6 – 1,5%; pH từ 9,5 – 12, điển hình nằm trong khoảng 10 – 11 Với mục đích nâng cao hiệu quả khử mực, một số tác nhân sinh học đã được sử dụng để thúc đẩy quá trình tách mực trước khi rửa và tuyển nổi Với mỗi loại giấy loại khác nhau

thì cần có quá trình nghiên cứu thử nghiệm trước khi đưa ra được phương pháp và quy trình khử mực thích hợp để hiệu suất và tính chất bột thu được là cao nhất.[7]

1.2.3.2 Tính chất và ứng dụng bột khử mực từ giấy loại văn phòng trong sản xuất giấy in

Bột thu được sau quá trình khử mực giấy loại văn phòng thường có độ trắng trong khoảng 75 – 87 %ISO tùy thuộc tính chất và chất lượng của nguyên liệu giấy loại ban đầu cũng như chế độ công nghệ của dây chuyền khử mực Do trong thành phần của giấy loại văn phòng chứa phần lớn bột hóa học tẩy trắng (≥ 70%) nên các tính chất cơ lý tương đối cao (chiều dài đứt > 3000 m, độ bền xé > 2,0 mNm2/g ) Hiệu suất bột sau khử mực phụ thuộc phần lớn vào mục đích sử dụng cuối cùng của bột Nếu như trong quá trình sản xuất bột giấy khử mực cho sản xuất giấy vệ sinh cần phải loại bỏ hết các chất độn để đảm bảo chất lượng giấy thì trong sản xuất giấy

in, bảo lưu một phần chất độn lại rất cần thiết để cải thiện tính chất quang học và độ nhẵn của giấy, tiết kiệm phụ gia trong quá trình sản xuất Bột giấy khử mực từ giấy loại văn phòng đã qua xử lý hóa chất như oxy, kiềm và peoxit khiếm xơ sợi trương

nở và quá trình nghiền trở nên dễ dàng hơn Đã có nghiên cứu [13] chỉ ra ở cùng một độ nghiền, bột giấy khử mực từ giấy loại văn phòng (với thành phần chủ yếu là 70% bột hóa học tẩy trắng và 30% bột cơ và bán hóa) có thể có chỉ số kéo cao hơn đáng kể so với bột giấy hóa học tẩy trắng sản xuất từ gỗ cứng và gỗ mềm (Minh họa ở hình 1.3)

Hình 1.2 Ảnh hưởng của độ nghiền tới chỉ số kéo của bột khử mực từ giấy loại văn

phòng, bột hóa học sản xuất từ gỗ cứng và gỗ mềm

Tuy nhiên, điều đáng chú ý khi sử dụng bột giấy tái chế từ giấy loại văn phòng là độ bụi có trong bột Thông thường bột khử mực từ giấy loại văn phòng có

độ bụi (bao gồm cả diện tích hạt mực và các tạp chất khác) > 1700mm2/m2 [4], Sự

có mặt của các hạt mực này làm giảm độ trắng của giấy và ảnh hưởng đến tính chất quang học cũng như tính thẩm mỹ của sản phẩm giấy Hình 1.4 chỉ ra mối quan hệ giữa độ bụi và độ trắng của giấy là phi tuyến tính Trong quá trình sản xuất giấy, nếu

độ trắng của giấy yêu cầu càng cao thì độ bụi ảnh hưởng càng lớn Nếu như 0,1% bụi trong giấy in làm giảm 16 % độ trắng của giấy báo thì có thể làm giảm 35 % độ trắng của giấy làm từ bột giấy hóa học

Hình 1.5 cũng chỉ ra sự giảm độ trắng của giấy cũng chịu ảnh hưởng của kích thước hạt mực Nhiều hạt mực nhỏ có khả năng hấp thụ ánh sáng nhiều hơn so với một hạt mực lớn

Tuy nhiên hạt mực lớn ảnh hưởng nhiều tới sự đồng nhất của bột giấy khử mực, nếu lớn đến mức có thể nhìn thấy được bằng mắt thường sẽ ảnh hưởng tới sản phẩm cuối cùng Ngoài ra, độ bụi này cũng gây ảnh hưởng tới quá trình vận hành máy móc trong quá trình sản xuất giấy Một số nghiên cứu [12] đã chỉ ra mực in còn lại trong bột sau quá trình khử mực có thể gây ra hiện tượng đóng cặn ở thiết bị và kết tủa trên giấy trong phần ướt và ảnh hưởng tới thiết bị làm khô của quá trình sản

Hình 1.3 Ảnh hưởng của độ bụi tới độ trắng của giấy in báo

và giấy làm từ bột giấy hóa học

xuất giấy, làm giảm hiệu quả của quá trình sản xuất và giấy sản xuất ra kém chất lượng hơn

Mặc dù độ bụi có trong bột giấy sau khử mực gây ảnh hưởng xấu tới quá trình vận hành cũng như tính chất của sản phẩm giấy, nhưng không có cách nào có thể loại bỏ hoàn toàn lượng bụi này Nếu cố gắng giảm độ bụi thì thường phải tăng hóa chất sử dụng trong quá trình tuyển nổi và tẩy, làm giảm độ bền và hiệu suất của bột cũng như làm tăng chi phí sản xuất, ô nhiễm môi trường Do vậy, thông thường bột giấy sau khử mực chủ yếu sử dụng để sản xuất giấy có chất lượng thấp và không yêu cầu cao về độ trắng như giấy in báo, giấy vệ sinh, cactong … Muốn sử dụng cho các loại giấy có chất lượng và cần yêu cầu cao hơn về độ trắng và độ bụi thì cần phải

có quá trình nghiên cứu quá trình chuẩn bị bột cũng như tỉ lệ phối trộn với bột giấy hóa học tẩy trắng và phụ gia phù hợp nhằm hạn chế ảnh hưởng của độ bụi có trong bột giấy sau khử mực lên sản phẩm cuối cùng

Một trong những sản phẩm có thể sử dụng một phần bột giấy sau khử mực từ giấy loại văn phòng là giấy in cấp B (TCVN) do yêu cầu chất lượng không quá cao

và hàm lượng bột giấy hóa học tẩy trắng chỉ cần ≥ 70% Loại giấy này có thể được dùng để sản xuất các mặt hàng giấy thường được dùng thường xuyên, không cần bảo quản lâu và có sản lượng tiêu thụ tương đối lớn Sử dụng một phần bột giấy khử mực từ giấy loại văn phòng vừa giúp tiết kiệm chi phí nguyên liệu sản xuất, tận dụng một phần chất độn sẵn có, hạ giá thành sản phẩm, hạn chế được ô nhiễm môi trường Tuy nhiên, chất lượng bột giấy sau khử mực từ giấy loại văn phòng ở nước

ta chưa cao và chưa ổn định, phụ thuộc nhiều vào công nghệ và nguyên liệu giấy

Hình 1.4 Ảnh hưởng của kích thước hạt mực tới độ trắng bột

giấy