Chương 5 BAO BÌ GIẤY - BAO BÌ VẬN CHUYỂN HÀNG HÓA

Như vậy phải cắt gỗ sao cho không phá vỡ sợi cellulose để làm giấy được tốt, bên cạnh đó lignin phải được loại bỏ đi để có thể thu được sợi cellulose và giúp chúng sắp xếp song songkhi l

Chương 5

BAO BÌ GIẤY - BAO BÌ VẬN CHUYỂN HÀNG HÓA

(BAO BÌ ĐƠN VỊ GỞI ĐI)

5.1 GIỚI THIỆU BAO BÌ VẬN CHUYỂN HÀNG HÓA

5.1.1 Gỗ

Từ cổ xưa, người ta đã dùng gỗ làm vật liệu để đóng kiện với số lượng hàng hóa lớn để để vận chuyển Lúc đó, lượng hàng hóa được vận chuyển thương mại còn thấp, gỗ được tiêu dùng với số lượng không cao, chưa gây thiệt hại cho rừng và chưa ảnh hưởng lớn đến môi trường Thương mại hàng hóa càng ngày càng phát triển, nhu cầu về bao bì vận chuyển càng tăng cao cùng với việc khai thác rừng vượt mức để dùng cho rất nhiều mục đích như xây dựng đã khiến cho nhu cầu về gỗ tăng cao nên không thể có đủ gỗ để đáp ứng nhu cầu,

do đó bắt đầu có những vật liệu khác cạnh tranh với gỗ Đây là điều nổi bật đáng quan tâm của giấy bìa gợn sóng vì tính nhẹ hơn gỗ rất nhiều, giúp cho chi phí vận chuyển giảm thấp Tuy nhiên, hiện nay vẫn còn một số ít trường hợp hàng hóa vẫn được đóng kiện bằng thùng gỗ do tính chất cơ lý của gỗ cao Những đặc tính của thùng bằng gỗ chứa hàng hóa chuyên chở phân phối tùy thuộc vào loại gỗ được dùng Đặc tính quan trọng yêu cầu đối với thùng gỗ là chịu được tải trọng và chịu va chạm cơ học Gỗ của những cây tùng, bách hay gỗ thân mềm thì có tính chịu của áp lực cao nhưng chịu tải trọng thấp hơn loại gỗ cứng; so với gỗ cứng thì gỗ thân mềm có thể bị vỡ ra khi đóng đinh

Việc khai thác gỗ để sản xuất thùng chứa đựng hàng hóa càng lúc càng tốn chi phí quá cao và càng tiến sâu vào sự phá hoại môi trường Trung bình chỉ có 65% thân cây được tạo thành thùng gỗ Với khuynh hướng tăng sự hữu dụng của vật liệu gỗ cho việc đóng thùng chứa hàng đã hình thành công nghệ sản xuất gỗ ghép và gỗ dán Gỗ dán được dùng nhiều để sản xuất các thùng bằng gỗ hình tròn đựng chất lỏng mà ngày nay vẫn còn dùng để chứa rượu vang Phương pháp ghép nối những tấm ván thành những thùng chứa đựng

được cho thấy ở hình 5.1

Hình 5.1: Thùng chứa đựng được cấu tạo bởi gỗ ghép

5.1.2 Bao bì vận chuyển bằng plastic

Hiện nay bao bì vận chuyển hay bao bì ngoài bằng vật liệu HDPE như các két được dùng để chứa đựng chai thủy tinh, chứa bia hoặc nước ngọt có gas đang rất phổ biến và tiện lợi có khối lượng nhỏ hơn gỗ rất nhiều và tính tái sử dụng cao

Hình 5.2: Két bằng HDPE chứa chai nước ngọt hoặc chai bia để vận chuyển

phân phối

Nguyên liệu HDPE chế tạo két được phối trộn HDPE phế thải với tỷ lệ cao khoảng 80÷90% và HDPE mới khoảng 10÷20% trên tổng nguyên liệu sử dụng; với điều kiện là nguyên liệu tái sinh không bị nhiễm bẩn làm giảm tính bền cơ của bao bì

Bên cạnh đó tính chất cơ học của két càng thấp khi được sản xuất từ nhựa tái sinh nhiều lần, sẽ chóng lão hóa, dễ vỡ hơn theo thời gian sử dụng, không thể cải thiện bằng các phụ gia ổn định

Cần chú ý rằng két có thể bị nứt vỡ trên bề mặt do sự oxy hóa, sự nhanh chóng lão hóa vật liệu bởi sự tiếp cận tia cực tím Tùy thuộc vào thời gian phơi dưới ánh nắng mặt trời có thể ảnh hưởng đáng kể đến tính bền cơ học của két Thời gian sử dụng két bằng HDPE có thể là 10 năm hoặc 15 năm, hoặc có thể hơn tùy theo điều kiện áp dụng

5.2 CẤU TẠO BAO BÌ GIẤY - ỨNG DỤNG

5.2.1 Đặc tính

Ngày nay giấy chiếm hơn phân nửa trong tổng số nguyên liệu để làm bao

bì Nhờ tiến bộ của khoa học kỹ thuật, giấy các loại được sản xuất đại trà với giá thành thấp

Giấy được sử dụng phổ biến bởi một số tính chất đặc trưng như:

- Tính bền cơ học (tuy không cao như các loại vật liệu khác)

- Nhẹ

- Dễ hủy, không gây ô nhiễm môi trường

- Tái sinh dễ dàng

Bên cạnh đó giấy có những khuyết điểm như:

- Dễ rách, thấm nước, thấm khí, tính dễ xé rách càng cao khi hàm ẩm càng cao

- Độ ẩm cho phép đảm bảo tính bền của giấy là 6-7%

- Quy cách được quy định bởi trọng lượng trên một đơn vị diện tích giấy: g/m2

Để tăng độ bền cơ cho giấy, người ta thường ghép nhiều lớp giấy lại với nhau Các loại giấy có chất lượng khác nhau là do sự kết hợp với những loại nguyên liệu khác nhau Giấy là vật liệu bao bì lâu đời không gây hại môi trường, đã được xử lí để có thể tăng cường tính kháng hơi ẩm, chống oxy hóa,

kháng vi khuẩn, chống dính, khó cháy, chống thấm nước, bề mặt có độ trượt cao, độ bóng cao, chống thấm chất béo Giấy hiện nay có thể có hàng loạt các tính chất quang học và độ xốp mong muốn, và bằng cách sử dụng các lớp tráng kép trên một mặt; có thể tái tạo hình ảnh chính xác khi in ống đồng Ngoài ra, độ bền cơ học đã khiến cho giấy có khả năng chạy trên máy căng dãn theo chiều dọc của giấy mà không bị đứt hay xé rách

Giấy có thể làm từ nguyên liệu rơm rạ, gỗ vụn, vỏ cây, bột gỗ, giấy thải, gỗ thân mềm, gỗ thân cứng

Cấu tạo của nguyên liệu gỗ:

Chất lượng thành phẩm được quyết định bởi nguyên liệu cellulose ban đầu hơn là các hóa chất phụ gia, đó chính là chiều dài của cellulose Sự khác nhau giữa gỗ tỷ trọng cao và tỷ trọng thấp ảnh hưởng lớn đến cấu tạo của giấy

Thành phần chính của các tế bào gỗ

Cellulose: Cellulose là một polyme gồm 8000-10000 gốc glucose Tính

chất của sợi cellulose phụ thuộc độ dài mạch polyme, mức độ thẳng, sự sắp xếp song song bởi các mạch polyme Nó không bị hòa tan bởi kiềm, clorin, do đó giấy tẩy trắng chỉ có thể loại được lượng lignin mà không tổn thất cellulose, nhưng gây giảm đặc tính bền chắc của sợi cellulose

Hemicellulose: phân tử lượng thấp gồm 100-200 gốc monomer của xylose,

mannose arabinose, galactose và axit uronic Hemicellulose tan trong dung dịch kiềm, có khả năng bị thủy phân và có thể liên kết với các hóa chất phụ gia

Lignin: là polyme nhiệt dẻo, có nhánh, nhân thơm alkyl, có kích thước

cũng như khối lượng phân tử không ổn định, gồm các monomer là phenyl propane tan trong kiềm và dung dịch nước clor cho dẫn xuất màu nâu đen và trở nên mềm dẻo ở 160oC pH 4

Gỗ thân mềm: loại gỗ này gồm 40-50% cellulose, 15-25%

hemicellulose, 26-30% lignin Thân gỗ mềm có sợi cellulose dài gấp 2,5 lần

so với thân gỗ cứng Thân gỗ cứng dùng để sản xuất ván, tấm phẳng mịn hơn nhưng kém bền cơ học hơn so với gỗ mềm Như vậy phải cắt gỗ sao cho không phá vỡ sợi cellulose để làm giấy được tốt, bên cạnh đó lignin phải được loại bỏ đi để có thể thu được sợi cellulose và giúp chúng sắp xếp song songkhi làm giấy Sợi cellulose có thể bị gãy nát tùy các công đoạn chế biến giấy Trong quá trình chế tạo giấy, các sợi cellulose được sắp xếp lại vị trí bằng áp suất rất lớn ép lên bề mặt để tạo dạng tấm, có thể dùng phụ gia như casein và protein đậu nành hoặc tinh bột để tạo lớp áo bên ngoài tấm giấy

- Chất màu vô cơ thường chiếm 70-90% chất khô của lớp áo giấy để tạo bề mặt khác biệt cho giấy bên trong, giúp lớp áo nâng cao tính phẳng, dễ in ấn, chất lượng in cao, tạo những tính chất đặc biệt theo yêu cầu, các chất tráng để áo giấy được dùng như kaolin, CaCO3, được dùng kết hợp với các khoáng chất khác để tạo nên độ bóng bề mặt giấy

Nhờ tiến bộ kỹ thuật mà vật liệu giấy được xử lý để tăng cường tính kháng hơi ẩm, khó cháy, ngăn được nước, độ trượt cao, độ bóng cao và có các lớp tráng chống thấm dầu Giấy hiện nay có thể có hàng loạt các tính chất quang học và độ xốp mong muốn và bằng cách sử dụng các lớp tráng thích hợp, có khả năng in ấn cao (như giấy của các tạp chí đắt tiền), ngoài ra độ bền cơ học cao và khả năng chịu lực kéo (theo chiều dọc) khi chạy trên máy khiến giấy không bị đứt hoặc rách

Bảng 5.1: Phân loại nguồn nguyên liệu làm giấy

(theo sự phân loại của Cộng hòa Liên bang Đức)

Loại Nguồn nguyên liệu

I Cellulose từ sợi cotton phế thải

II Cotton phế thải cộng với 50% cellulose từ gỗ hoặc rơm rạ

III Cellulose từ rơm rạ, bã mía (không có cellulose từ gỗ)

IV Cellulose từ gỗ ≤ 50%

V Cellulose từ gỗ > 50%

Loại Nguồn nguyên liệu tráng bề mặt giấy để chống thấm

Các loại vật liệu khác nhau được dùng để nâng cao chất lượng giấy cũng được đề cập dưới đây

1

Dầu hỏa được sản xuất từ dầu mỏ thô hoặc từ than nâu Dầu này có độ thấm cao và điểm nóng chảy nằm giữa 52-56 o C Nó được thấm vào giấy bằng cách ngâm giấy vào dầu dạng lỏng, hoặc phun nó lên bề mặt giấy (H.5.3)

2

Sáp hay parafin rắn là nguyên liệu có nguồn gốc từ công nghệ tinh lọc dầu hỏa được đun đến điểm nóng chảy trên 80 o C và thẩm thấu vào giấy hoặc phun lên giấy (H.5.3)

3

Màng polyethylen hay polypropylen phủ lên bề mặt giấy hoặc thẩm thấu dạng nhựa lỏng Loại giấy được nâng cao tính chống thấm bằng nhựa thường được dùng trong sản xuất giấy bìa gợn sóng và giấy bìa cứng để làm những bao bì vận chuyển

Những vật liệu plastic khác như là polyvinyl chloride, polyvinyl acetat, polyvynyl acrylate, cellulose, ete, latex, thường được dùng để làm các bao bì đẹp mắt Những vật liệu này thường được phủ lên mặt giấy và được ép nhiệt (H.5.4) Giấy được xử lý như vậy gọi là giấy tráng bề mặt, có tính không thấm nước hay ẩm

4 Lá nhôm cũng thường được dùng cùng với giấy Ví dụ như giấy cải tiến được

làm thành ba lớp: lớp thứ nhất thường là giấy; lớp giữa là AI và lớp thứ ba là lớp polyethylene Cuối cùng sản phẩm là một vật liệu bền chắc có thể chống thấm hơi nước và hơi gas và rất thích hợp cho bao bì thực phẩm

Loại nguyên liệu V là loại chất lượng cao vì lượng sợi cellulose từ gỗ có đặc tính bền cơ cao, và thường sử dụng sợi cellulose mới từ gỗ thường từ gỗ thân mềm Sợi cellulose từ vải sợi phế thải hay từ giấy phế thải, được xử lý, tái sinh nhiều lần sẽ bị ngắn mạch, độ bền cơ kém

5.2.2 Các loại giấy bao gói: thành phần và tính chất ứng dụng

Giấy dùng để bao gói được chia thành các nhóm theo thành phần phối liệu: Giấy làm bao bì thực phẩm thường là dạng bao bì hở vì giấy có tính thấm khí hơi rất cao Chỉ trường hợp giấy được tráng phủ các màng plastic hoặc màng plastic với Al lá chống thấm khí hơi rất cao ở mặt trong lẫn mặt ngoài nhằm ngăn cản hoàn toàn tác động của môi trường ngoài lên thực phẩm được chứa đựng và tác động gây hư hỏng bao bì Do đó lượng giấy sử dụng trong ngành thực phẩm rất lớn, trong đó loại giấy bì cứng, giấy kraft làm carton gợn sóng chiếm lượng cao nhất, còn lượng giấy gói thực phẩm chỉ ở lượng thấp đối với các quốc gia phát triển cũng như đang phát triển Chỉ riêng Nhật Bản sử dụng một lượng lớn giấy thường là giấy từ nguyên liệu rơm rạ, đay, cối vừa để gói bánh truyền thống từ ngũ cốc, vừa để trang trí; họ đã dùng giấy phân bố như sau:

- Giấy bìa cứng làm hộp (bao bì ngoài) để đựng bánh

- Túi, giỏ xách quà bằng giấy bìa cứng Tất cả đều được in ấn trang trí đẹp

Giấy được sử dụng nhiều như thế nhưng sẽ được tái sinh dễ dàng không gây ô nhiễm môi trường, vừa tận dụng nguồn cellulose của đất nước (đay, cối, rơm rạ, bột gỗ, gỗ vụn từ ngành xây dựng dân dụng), giảm đi một lượng khá lớn plastic làm các loại bao bì trong cũng như bao bì ngoài cho loại bánh bảo quản ngắn ngày

Dưới đây là ký hiệu loại nguyên liệu giấy để bao gói:

AP1 100% hỗn hợp các loại giấy phế liệu

AP2 30% của AP1 + ; 70% giấy phế liệu chất lượng cao hơn

AP3 25% sợi cellulose loại 2 và 75% giấy phế liệu chất lượng cao,

hoặc 100% giấy phế liệu chất lượng cao

AP4 30% sợi cellulose thuần khiết và 70% giấy vụn chất lượng cao

hơn hoặc 100% giấy phế liệu chất lượng cao nhất

ZP1 100% sợi cellulose từ mắt gỗ (và có thể đến 30% giấy phế liệu) ZP2 100% sợi cellulose loại 2 tẩy bằng sulphite (và có thể phối đến

30% giấy phế liệu chất lượng cao hơn)

ZP3 100% cellulose loại 2 tẩy bằng sulphite có thể phối đến 30% gỗ

hoặc 30% giấy phế liệu chất lượng cao hơn)

ZP4 65% cellulose thuần khiết đã dược tẩy trắng bằng sulphite và

được phối trộn với 35% gỗ

ZP5 100% sợi cellulose thuần khiết

NaP1: 100% sợi cellulose thuần khiết đã sulphite hóa

NaP2: 50% lượng NaP1 phối trộn với 50% giấy kraft phế liệu

Ghi chú:

- Giấy phế thải chất lượng cao: giấy văn phòng, giấy tập học sinh đã sử dụng

- Sợi cellulose loại 2: cellulose từ gỗ vụn hoặc cellulose còn lẫn hàm lượng khá lớn của hemicellulose hoặc lignin

- Giấy phế liệu chất lượng cao nhất: giấy phế thải từ quy trình sản xuất giấy chất lượng cao, cắt rìa, cắt theo kích thước chưa in ấn hay nhiễm bẩn

- Sợi cellulose thuần khiết là cellulose không lẫn hemicellulose hay lignin Giấy được cuộn đi qua bể sáp hoặc parafin rắn đã được nấu chảy Giấy sau khi được thấm sáp hoặc parafin được cho qua bể nước làm nguội và được sấy khô, cuộn lại

Hình 5.3: Công nghệ tráng sáp lên giấy

Hạt plastic được gia nhiệt chảy lỏng và được qua máy đùn thổi thành màng và ghép lên bề mặt giấy

Giấy kraft làm bao bì: là loại giấy có màu hơi nâu, làm từ sợi cellulose được

xử lý với muối natrium sulfat (sulfat hóa) và không tẩy trắng bằng phương pháp sulphite Giấy kraft dùng để làm các loại bao to để đựng ngũ cốc hay ximăng thường nặng từ 70-75g/m2; Giấy kraft mỏng nhất là 6-7g/m2; giấy kraft để chế tạo bìa gợn sóng làm thùng chứa, bao bì đơn vị gởi đi, có khối lượng 85÷180g/m2 Giấy kraft có thể tẩy được, nhưng khi bị tẩy độ dai của nó sẽ giảm đi Hơn 60% sản lượng giấy kraft dùng để làm giấy bìa cứng, giấy bìa gợn sóng (hoặc carton gợn sóng)

Hình 5.4: Công nghệ phủ (tráng) plastic lên bề mặt giấy

5.3 GIẤY BÌA GỢN SÓNG - CẤU TẠO BAO BÌ VẬN CHUYỂN

Với tiến bộ kỹ thuật hiện nay, bao bì carton gợn sóng có thể có hầu hết các tính chất cơ học cần thiết như: chịu sự đè nén, va chạm, áp lực trong các điều kiện môi trường có độ ẩm cao, do tạo nên các lớp sóng, tăng cường số các lớp giấy bìa thành 3,5 hoặc 7 lớp Ngoài ra có thể tăng cường độ bền cơ học của các thùng chứa bằng cách gia cường các góc, các bề mặt đạt độ ma sát thích hợp, để không trượt lên nhau giúp ổn định thùng trên pallet Để tăng cường tính cách nhiệt cho thùng có thể đưa polyurethan xốp vào các rãnh sóng Để bảo vệ an toàn cho các kho hàng, cũng có thể xử lý thích hợp để hạ thấp tính bốc cháy của thùng xuống 60%

Hiện nay bao bì carton dợn sóng đứng đầu trong các loại bao bì không gây hại môi trường, với tỷ lệ 75% số lượng nguyên liệu chế tạo là loại giấy kraft tái sinh (có thể đạt đến 100% nhưng chỉ nhằm mục đích thu nhặt lại) Tỷ lệ này được chấp nhận bởi qui định của EEC Vì vậy một bao bì riêng lẻ được sản xuất sẽ chứa 75% sợi giấy tái sinh và 25% sợi giấy nguyên chất Khi tính đến chất lượng thu được thì ta thấy đây là một tiến bộ kỹ thuật lớn đồng thời hiệu quả kinh tế lớn

5.3.1 Cấu tạo của bìa giấy gợn sóng - Bao bì vận chuyển

Giấy bìa gợn sóng thực hiện chức năng đặc biệt quan trọng đó là vật liệu tạo nên bao bì ngoài hình khối chữ nhật để chứa đựng một lượng lớn đơn vị bán lẻ, giúp thuận tiện trong phân phối vận chuyển, lưu kho và kiểm tra quản lý Quá trình cải tiến các nguyên liệu tạo nên, giấy bìa gợn sóng là một trong những bước tiến lớn nhất của thế kỷ 20 (giấy bìa gợn sóng được phát minh trong thế kỷ 19 và được sử dụng phổ biến, chế tạo bằng cơ giới vào đầu thế kỷ 20) Nó được sản xuất trên máy có tốc độ 50÷200m/phút, khổ rộng hơn 2m và có thể được ghép 3, 5 hoặc 7 lớp Những đặc tính về cường lực của nó tùy thuộc vào loại giấy được dùng, biên độ gợn sóng và chất lượng của keo Các dợn sóng có hình vòng cung nhằm mục đích tăng khả năng chịu lực lên cao nhất (như các giàn đỡ vòm, khung hình vòng cung trong kỹ thuật xây dựng dân dụng cũng như cầu đường) Hình 5.5 mô tả quy cách của các loại gợn sóng làm tăng cường độ chịu áp lực và tải trọng đối với giấy bìa gợn sóng làm bao bì vận chuyển hàng hóa (thùng chứa)

Hình 5.5: Các loại gợn sóng A, B, C, D

Hình 5.6: Các loại giấy bìa gợn sóng 5 lớp, 7 lớp

kết hợp các loại sóng khác nhau

Các loại giấy gợn sóng - tính chất

Tùy thuộc vào loại hàng và cách thức xếp hàng mà có những yêu cầu cường lực khác nhau Hình 5.7 mô tả sự va chạm và phương chịu lực của bìa gợn sóng

Hình 5.7: Loại lực tác động và phương chịu lực của giấy bìa gợn sóng

a) Phương chịu áp lực va chạm của giấy gợn sóng b) Phương chịu tải trọng của giấy gợn sóng

Loại gợn sóng A, có bước sóng dài và chiều cao sóng cao có đặc tính chịu

lực va chạm tốt nhất Giấy bìa gợn sóng loại A sẽ được dùng để đóng gói các loại hàng hóa có thể bị ảnh hưởng bởi va chạm cơ học

Loại gợn sóng B, có bước sóng ngắn và chiều cao sóng thấp cũng có khả

năng chịu được va chạm cơ học nhưng đặc biệt có khả năng chịu tải trọng nặng so với loại gợn sóng A, do đó giấy bìa gợn sóng kiểu B chủ yếu được dùng để đóng gói các hàng hóa có tải trọng cao như đồ hộp

Loại gợn sóng C, kết hợp những đặc tính của loại A và loại B nên có tính

năng chịu được tải trọng và va chạm

Loại gợn sóng D, có bước sóng ngắn chiều cao sóng rất thấp nên khả năng chịu

tải trọng cũng như va chạm đều rất kém vì thế chỉ được dùng làm bao bì thương mại bao gói các loại hàng hóa có trọng lượng nhỏ và ít chịu tác động cơ học

Dựa vào những đặc tính của loại gợn sóng để xác định phương cách tạo thùng chứa hình khối chữ nhật bằng giấy bìa gợn sóng, có khả năng chịu lực