NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ PHỐI TRỘN CÁC LOẠI BỘT VÀ CaCO3 ĐẾN ĐỘ ĐỤC CỦA GIẤY IN ĐỊNH LƯỢNG 58gm2

Nhưng nó phải được sử dụng trong một mức giới hạn nào đó, vì khi sử dụng chất độn không hợp lý và không đúng loại giấy thì gây ra những mặt tiêu cực như làm giảm đi các đặc tính quan trọ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ PHỐI TRỘN CÁC LOẠI BỘT VÀ CaCO3 ĐẾN ĐỘ ĐỤC CỦA

GIẤY IN ĐỊNH LƯỢNG 58g/m2

Họ và tên sinh viên: TRẦN THỊ HƯƠNG Ngành: CÔNG NGHỆ GIẤY VÀ BỘT GIẤY Niên khóa: 2006-2010

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ PHỐI TRỘN CÁC LOẠI BỘT VÀ

Giáo viên hướng dẫn ThS LÊ TIỂU ANH THƯ

Tháng 07 năm 2010

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian nghiên cứu tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp với nội dung: Nghiên cứu sự ảnh hưởng sự phối trộn các loại bột và chất độn CaC03 đến độ đục của giấy in định lượng 58 g/m2

Qua đề tài này, Tôi xin chân thành cảm ơn:

- Toàn thể quý thầy cô trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập tại nhà trường

- Th.s Lê Tiểu Anh Thư, giáo viên đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

- Ban giám đốc và toàn thể anh chị cán bộ công nhân viên của Công ty cổ phần Giấy Bình An đã tận tình giúp đỡ tôi trong thời gian thực tập tại công ty

- Ks Hồ Thị Thùy Dung, và các anh chị phòng thí nghiệm bộ môn công nghệ giấy và bột giấy trường đại học Nông Lâm Tp.HCM đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình tiến hành thí nghiệm

- Tất cả các thành viên lớp DH06GB đã góp ý chân thành, giúp tôi khắc phục một số nhược điểm của luận văn

- Và sau hết, xin dành lời cảm ơn chân thành đến người thân, gia đình là động lực thúc đẩy cho tôi, để tôi luôn cố gắng và phấn đấu hoàn thành nhiệm vụ học tập của mình

TP.HCM, ngày 22 tháng 03 năm 2010 Sinh viên thực hiện

Trần Thị Hương

TÓM TẮT

Đề tài “ Nghiên cứu ảnh hưởng của sự phối trộn các loại bột và chất độn CaC03đến độ đục của giấy in định lượng 58 g/m2 ” đã được tiến hành tại trung tâm phân tích chế biến lâm sản, giấy và bột giấy trường Đại Học Nông Lâm Tp.HCM Thời gian thực hiện từ 22/03/2010 đến 22/06/2010

Nội dung nghiên cứu là khảo sát ảnh hưởng sự phối trộn các loại bột và mức dùng chất độn CaC03 đến độ đục của giấy in Nguyên liệu thí nghiệm là chất độn GCC, bột hóa xớ dài, xớ ngắn và bột CTMP của nhà máy giấy Bình An, thí nghiện được thực hiện bằng cách giữ cố định độ nghiền của các loại bột ( bột CTMP nghiền

1500 vòng, bột hóa xớ dài nghiền 7000 vòng, hóa xớ ngắn 6500 vòng), sau đó xác định độ đục và độ bền cơ lý của mẫu giấy thông qua sự thay đổi mức dùng CaC03 theo

tỉ lệ: 0%; 10%; 20%; 30%; và thay đổi tỉ lệ phối trộn bột cơ theo tỉ lệ: 10%: 20%: 30%: 40%: 50%: 60%: 70%: 80: 90% Từ đó xác định sự ảnh hưởng của sự phối trộn bột và CaC03 ở các mức dùng khác nhau đến độ đục của giấy in Từ đó rút ra tỉ lệ phối trộn bột và mức dùng CaC03 tối ưu cho độ đục của giấy in

Kết quả thu được: Khi tỉ lệ bột cơ trong thành phần bột tăng từ 10 % đến 90 % thì độ đục của tờ giấy tăng từ 80,77 %ISO đến 94,31 %ISO Nhưng độ bền kéo lại giảm từ 2,98 kN/m đến 1,19 kN/m Tỉ lệ bột cơ tăng từ 10 % đến 70 % thì độ bền kéo của tờ giấy giảm ít hơn so với giai đoạn tỉ lệ bột cơ từ 70 % đến 90 % Khi mức dùng của chất độn CaCO3 trong thành phần bột tăng từ 0 % đến 30 % thì độ đục của tờ giấy tăng từ 91,42 %ISO đến 93,06 %ISO Ngược lại chiều dài đứt giảm từ 4,52 m đến 2,82

m và độ bền xé giảm từ 482 m.N đến 324 m.N Mức dùng CaCO3 trong khoảng 0 % –

10 % thì chiều dài đứt và độ bền xé cao hơn khoảng 10 % – 20% và thấp hơn khoảng

20 % – 30 % Khi tỉ lệ phối trộn chất độn từ 10% đến 20% thì độ đục tăng mạnh và khi tỉ lệ phối trộn chất độn từ 20 % – 30% độ đục tăng chậm

MỤC LỤC

Trang

Trang tựa……… i

Lời cảm tạ………ii

Tóm tắt……… iii

Mục lục……… iv

Danh sách các chữ viết tắt……… vi

Danh sách các hình……… vii

Danh sách các bảng……… viii

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU……… 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài……… 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu……… 1

1.3 Ý nghĩa thực tiễn……… 2

1.4 Phạm vi nghiên cứu……… 2

CHƯƠNG 2: TỒNG QUAN……… 3

2.1 Tổng quan về ngành công nghiệp giấy và bột giấy……… 3

2.2 Các khái niệm về tính chất quang học của giấy……… 4

2.2.1 Độ trắng……… 4

2.2.2 Độ thấu sáng……… 4

2.2.3 Độ trong suốt……… 4

2.2.4 Độ đục……… 5

2.3 Tổng quan về các loại bột sản xuất giấy hiện nay……….5

2.3.1 Bột hóa……… 5

2.3.2 Bộ cơ……… 5

2.3.3 Bột bán hóa……….7

2.4 Tổng quan về chất độn……… 8

2.4.1 Khái niệm về chất độn……… 8

2.4.2 Một số loại chất độn thường dùng trong ngành giấy……… 9

2.4.5 Ảnh hưởng của chất độn đến cấu trúc và tính chất của giấy……… 12

2.4.6 Tổng quan về chất độn CaCO3 14

2.4.7 Sự bảo lưu chất độn……… 15

2.5 Tổng quan về giấy in……… 16

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18

3.1 Nguyên liệu và thiết bị 18

3.1.1 Nguyên liệu thí nghiệm 18

3.1.2 Thiết bị sử dụng 21

3.2 Nội dung nghiên cứu 27

3.2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 27

3.2.2 Mô tả trình tự các bước tiến hành thí nghiệm 28

3.3 Phương pháp nghiên cứu 29

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 32

4.1 Ảnh hưởng của sự phối trộn nguyên liệu đến độ đục của tờ giấy 32

4.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn các loại bột đến độ bền kéo của giấy……… 33

4.3 Tỉ lệ phối trộn tối ưu 33

4.4 Ảnh hưởng của sự thay đổi hàm lượng CaCO3 đến độ đục của tờ giấy 34

4.5 Ảnh hưởng của chất độn CaCO3 đến chiều dài đứt của giấy 36

4.6 Ảnh hưởng của chất độn CaCO3 đến độ bền xé của giấy 37

4.7 Tỉ lệ dùng CaCO3 tối ưu 38

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39

5.1 Kết luận 39

5.2 Kiến nghị 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 41

PHỤ LỤC 42

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BCTMP Bleached Chemi-Thermo- Mechanical Pulp

ISO International standards Organization

PPTMP Pressure / Pressure Thermo Mechanical Pulp

PRMP Pressureid Refiner Mechanical Pulp

PGW - S SupperPressure Groundwood Pulp

SCAN Scandinavian pulp, paper and board

GCC Grounding Calcium Carbonate

PCC Precipitated Calcium Carbonate

Handsheet Tờ giấy xeo tay

DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang

Hình 2.1: Nhu cầu tiêu dùng và sản xuất giấy tại Việt Nam từ 2005 đến 2010………3

Hình 2.2: Sơ đồ sản xuất GCC 14

Hình 2.3: Sơ đồ sản xuất PCC 16

Hình 3.1: Bột CTMP 18

Hình 3.2: Bột hóa xớ ngắn 19

Hình 3.3: Bột hóa xớ dài 20

Hình 3.4: Cân kỹ thuật 22

Hình 3.5: Cân định lượng giấy 22

Hình 3.6: Máy đánh tơi bột 22

Hình 3.7: Máy nghiền PFI 23

Hình 3.8: Máy đo độ nghiền 23

Hình 3.9: Máy xeo giấy tay 24

Hình 3.10: Máy đo độ bền kéo 24

Hình 3.11: Dao cắt mẫu giấy đo độ bền kéo 25

Hình 3.12: Tủ sấy 25

Hình 3.13: Sơ đồ khối bố trí thí nghiệm 26

Hình 4.1: Biểu đồ biểu diễn sự phụ thuộc của độ đục tờ giấy vào sự phối trộn các loại bột 32

Hình 4.2: Biểu đồ biểu diễn sự phụ thuộc của độ bền kéo tờ giấy vào sự phối trộn các loại bột 33

Hình 4.3: Biểu đồ biểu diễn sự phụ thuộc của độ đục và độ bền kéo tờ giấy vào sự phối trộn các loại bột 33

Hình 4.4: Biểu đồ biểu diễn sự phụ thuộc của độ đục tờ giấy vào CaCO3 34

Hình 4.5: Biểu đồ biểu diễn sự phụ thuộc chiều dài đứt vào Chất độn CaCO3 35

Hình 4.6: Biểu đồ biểu diễn sự phụ thuộc độ bền xé Chất độn CaCO3 36

Hình 4.7: Biểu đồ biểu diễn sự phụ thuộc của độ đục và chiều dài đứt tờ giấy chất độn

CaCO3 37

Hình 4.8: Biểu đồ biểu diễn sự phụ thuộc của độ đục và chiều dài đứt tờ giấy chất độn

CaCO3 37

DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang

Bảng 2.1: Điều kiện sản xuất và hiệu suất của một số loại bột cơ 7

Bảng 2.2: Tính chất cơ lý của bột TMP và CTMP từ nguyên liệu gỗ vân sam, CTMP xử lý ở pH = 9,5; 3 phút; 1250C 8

Bảng 2.3: Phân loại một số chất độn thông dụng và các chỉ tiêu kỹ thuật 10

Bảng 3.1: Đặc điểm kỹ thuật bột CTMP 18

Bảng 3.2: Đặc điểm kỹ thuật bột hóa xớ dài 19

Bảng 3.3: Đặc điểm kỹ thuật bột hóa xớ ngắn 20

Bảng 3.4: Đặc điểm kỹ thuật chất độn GCC 20

Bảng 3.5: Thời gian đánh tơi mỗi loại bột 28

Bảng 3.6: Các tỉ lệ phối trộn bột được bố trí trong thí nghiệm khi tiến hành thay đổi tỉ lệ phối trộn bột 29

Bảng 3.7: Khối lượng bột cần cân thực tế đối với mỗi loại bột 32

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Tính chất tạo giấy phụ thuộc nhiều vào bản thân của vật liệu xơ sợi Có nhiều cách để chọn sự phối trộn các loại xơ sợi khác nhau để sản xuất ra cùng một loại giấy, tuy nhiên điều này không có nghĩa là có thể sử dụng bất kì một loại bột nào để sản xuất ra một loại giấy với những tính chất đã định trước mà chỉ có thể sử dụng được sự phối trộn các loại bột thích hợp Bởi vì sự phối trộn các loại bột có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng giấy mà đặc biệt là độ đục của giấy in Việc lựa chọn sự phối trộn những loại bột nào tùy thuộc vào hai yếu tố chính, đó là những tính chất cần thiết của loại giấy sản xuất và giá thành của sản phẩm giấy sản xuất Thông thường mục tiêu là phải làm sao để sản phẩm giấy đạt chất lượng tốt nhất mà giá thành sản phẩm là thấp nhất

Ngày nay chất độn đã được sử dụng rộng rãi trong ngành giấy vì những đặc tính

ưu việt và lợi ích kinh tế cao của nó mang lại Nhưng nó phải được sử dụng trong một mức giới hạn nào đó, vì khi sử dụng chất độn không hợp lý và không đúng loại giấy thì gây ra những mặt tiêu cực như làm giảm đi các đặc tính quan trọng cần có của một loại giấy mà còn gây ra sự lãng phí Chẳng hạn như giấy carton không cần độ trắng mà chỉ cần các độ bền cơ lý cao thì không cần bổ sung chất độn, còn những loại giấy cần

độ trắng , độ đục cao như giấy in, giấy viết thì rất cần

1.2 Mục đích nghiên cứu

Thông qua việc tiến hành đo độ đục của những mẫu giấy được xeo từ sự phối trộn các loại bột khác nhau và những mẫu giấy được tạo thành từ sự thay đổi mức dùng chất độn CaC03 khác nhau để rút ra ảnh hưởng của sự phối trộn bột và chất độn CaC03 đến độ đục và độ bền cơ lý của mẫu giấy in định lượng 58 g/m2, từ đó tìm ra tỉ

lệ phối trộn bột và mức dùng chất độn tối ưu

1.3 Ý nghĩa thực tiễn

Đề tài có thể được dùng làm tài liệu tham khảo trong việc cải thiện nâng cao chất lượng sản phẩm giấy in mà đặc biệt là độ đục của giấy in

1.4 Giới hạn đề tài

Do sự hạn chế về thời gian cũng như những điều kiện tiến hành thí nghiệm nên

đề tài chỉ giới hạn ở việc thay đổi tỉ lệ phối trộn các loại bột là CTMP và bột hóa xớ ngắn, xớ dài của công ty giấy Bình An, và CaC03 để xem xét mức độ ảnh hưởng của

sự phối trộn bột, và các mức dùng CaC03 đến độ đục của giấy, không tiến hành phối trộn nhiều chất phụ gia như trong thực tế sản xuất tại nhà máy Chỉ xác định độ đục

và độ bền cơ lý để làm cơ sở cho việc tìm ra tỉ lệ phối trộn bột và mức dùng CaCO3 tối

ưu, chứ không xác định các tính chất khác

Thí nghiệm đã được tiến hành từ ngày 22/03/2010 – 22/06/2010 tại trung tâm phân tích chế biến lâm sản giấy và bột giấy trường Đại Học Nông Lâm Tp HCM

0 500000 1000000 1500000 2000000 2500000 3000000

2005 2006 2007 2008 2009 2010

Năm Tiêu dùng Sản xuất

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan về ngành công nghiệp giấy và bột giấy

Ngành giấy nước ta ngày càng được phát triển cả về số lượng lẫn chất lượng Qui mô sản xuất được mở rộng với nhiều dự án như: nhà máy sản xuất giấy bao bì công nghiệp Vina Kraft có công suất 150000 tấn/năm của tập đoàn SCG (Thái Lan), nhà máy sản xuất cactông lớp mặt cao cấp của Lee & Man công suất 420000 tấn bột/năm, dự án nhà máy bột giấy Phương Nam với công suất 100000 tấn bột/năm, dự

án Nhà máy giấy và bột giấy Thanh Hóa với công suất 100000 tấn bột/năm và từ

100000 đến 130000 tấn giấy/năm, dự án đầu tư mở rộng Công ty Giấy Bãi Bằng giai đoạn II có công suất 250000 tấn bột giấy tẩy trắng/năm, dự án sản xuất bột giấy Tân Mai - Quảng Ngãi có công suất 300000 tấn bột giấy và 220000 tấn giấy tráng phấn nhẹ một năm, cùng với dự án giấy Tân Mai - miền Ðông có công suất 150000 tấn giấy in báo một năm… Tuy nhiên, ngành giấy nước ta hiện nay vẫn chỉ đáp ứng được gần 60% nhu cầu sử dụng giấy trong nước và dự tính đến năm 2020 sẽ đáp ứng được 70%, phần còn lại vẫn phải nhập khẩu

Hình 2.1: Nhu cầu tiêu dùng và sản xuất giấy tại Việt Nam từ 2005 đến 2010

Năm 2007, Việt Nam phải nhập khẩu 958349 tấn giấy, tính riêng nhu cầu nhập khẩu các loại giấy công nghiệp như: giấy bao bì công nghiệp, giấy tráng phấn, giấy làm lớp mặt carton sóng, giấy làm carton sóng, giấy bao xi măng…là 495027 tấn

Hiện nay, nước ta chỉ có vài nhà máy giấy có thể chủ động được nguồn nguyên liệu sản xuất bột giấy và giấy như: Bãi Bằng, Tân Mai, Công ty giấy Sài Gòn Trong khi đó, đa phần các nhà máy giấy khác không chủ động được nguồn bột giấy rơi vào tình trạng thiếu nguyên liệu

Do ngành giấy chưa đầu tư được một nhà máy sản xuất bột giấy lớn để cung cấp cho toàn ngành Nước ta phải nhập khẩu bình quân 130000-150000 tấn bột mỗi năm

Bên cạnh đó, hiện nay ngành giấy nước ta đang phải đối mặt với một nghịch lý

là trong khi ngành giấy lâm vào tình trạng thiếu hụt nguyên liệu nhưng nguyên liệu gỗ nước ta lại xuất khẩu sang nước ngoài với số lượng hàng trăm nghìn tấn mỗi năm Nguyên nhân dẫn đến nghịch lý này là do gỗ xuất khẩu sẽ thu được giá cao hơn so với bán cho ngành giấy

Đây chính là một khó khăn lớn cho ngành giấy hiện nay Do đó, việc nghiên cứu để tìm ra nguồn nguyên liệu mới với chu kỳ khai thác ngắn và giá nguyên liệu có thể thấp hơn gỗ là điều cần thiết để có thể giải quyết phần nào những vấn đề khó khăn

mà ngành giấy đang gặp phải

2.2 Các khái niệm về tính chất quang học của giấy (Nguồn: Cao Thị Nhung, 2005) 2.2.1 Độ trắng của giấy

Được biểu thị bằng tỉ số giữa cường độ tia phản xạ so với tia tới, cường độ tia

phản xạ càng cao thì độ trắng của giấy càng cao Độ trắng là tính chất quan trọng của giấy in,giấy viết, giấy văn phòng

2.2.2 Độ thấu sáng của giấy

Là khả năng cho ánh sáng đi qua Được xác định bằng cường độ của tia khúc xạ khi ánh sáng đi qua tấm giấy Tia khúc xạ càng lớn thì độ thấu sáng của giấy càng lớn

2.2.3 Độ trong suốt của giấy

Là khả năng nhìn thấy được hình ảnh đặt ở bên mặt kia của tấm giấy,và được xác định bằng sự đồng nhất về hướng của tia khúc xạ

2.2.4 Độ đục của giấy

Là khả năng từ phía bên này của tấm giấy không nhìn thấy được hình ảnh đặt ở bên kia của tấm giấy Độ đục là tính chất rất quan trọng của các loại giấy in, giấy viết, giấy photocopy…

Độ đục của giấy phụ thuộc vào loại bột dùng để sản xuất giấy, độ nghiền, sự có mặt của các chất màu,chất độn và đặc điểm bề mặt giấy

Những loại bột giấy có độ đục cao nhất là bột cơ, bột hóa từ gỗ lá rộng, bột từ rơm rạ Nguyên nhân là trong các loại bột này, thành phần các chất không phải là xenlulo cao, xơ sợi ngắn, do vậy làm tăng sự không đồng nhất về hướng của tia khúc

xạ và tăng độ đục của giấy

2.3 Sơ lược về các loại bột sản xuất giấy hiện nay

2.3.1 Bột hóa (chemical pulp): (Nguồn: Cao Thị Nhung, 2003)

Là loại bột được sản xuất bằng phương pháp nấu dăm mảnh gỗ với với hóa chất

để loại bỏ lignin và giữ lại xenlulo để sản xuất giấy Có hai loại bột hóa thông dụng:

- Bột hóa nấu bằng phương pháp sulphat hay kraft: hóa chất nấu là NaOH và

Na2S

- Bột hóa nấu bằng phương pháp sulphit: hóa chất nấu là H2SO3 và các muối

SO32-

Bột hóa có hiệu suất bột thấp, khoảng < 50 % so với khối lượng gỗ KTĐ nhưng

ưu điểm là xơ sợi bột dài có độ bền cao, độ trắng của bột cao, độ hồi màu của bột thấp

Bột hóa thường được sử dụng phối trộn với các loại bột giấy khác để làm tăng

độ bền của giấy, hoặc được sử dụng một mình để sản xuất một số loại giấy đặc biệt có

độ bền cao

2.3.2 Bột cơ ( mechanical pulp):

Là sản phẩm thu được bằng cách xử lý gỗ bằng phương pháp cơ học do vậy trong thành phần bột cơ chứa đầy đủ các thành phần giống như của gỗ và hàm lượng lignin cao hơn hẳn so với bột hóa, vì vậy giấy làm từ bột cơ có đặc điểm là cứng và giòn hơn hẳn so với giấy làm từ xơ sợi bột hóa (Cao Thị Nhung, 2004)

- Phương pháp mài: các khúc gỗ được áp sát vào bề mặt lô đá mài, khi lô đá mài quay sẽ mài mòn gỗ và tạo thành bột, sản phẩm thu được gọi là bột gỗ mài (Cao Thị Nhung, 2004)

- Phương pháp nghiền: gỗ được chặt nhỏ thành dăm mảnh rồi được ngâm rửa bằng nước hoặc hóa chất sau đó được nghiền trong máy nghiền đĩa, sản phẩm thu

được gọi là bột cơ nghiền (Cao Thị Nhung, 2004)

Xơ sợi bột cơ ngắn hơn hẳn so với xơ sợi bột hóa, bột cơ thì không thể tẩy trắng đến độ trắng bằng độ trắng của bột hóa

Khi phối trộn thêm bột cơ vào giấy thì làm giảm độ bền cơ lí của giấy, giảm độ nhẵn bề mặt giấy, giảm độ chặt và độ bền thời gian của giấy, giấy mau bị ngả vàng Nhưng bột cơ làm tăng được độ xốp, độ thấm hút nước và khả năng bắt mực in của giấy, tăng độ đục của giấy và điều quan trọng nhất là hiệu suất bột cơ rất cao ( thường khoảng 80 - 95 %) giá thành rẻ hơn so với bột hóa (Cao Thị Nhung, 2004)

Với các ưu điểm trên bột cơ thường được sử dụng để sản xuất giấy in báo, cho sản phẩm giấy có tính chất in tốt, sản xuất các loại giấy vệ sinh hoặc được sử dụng phối trộn với các loại bột khác để sản xuất một số loại giấy có chất lượng cao như giấy

in, giấy viết,…(Cao Thị Nhung, 2004)

Các loại bột cơ học phổ biến hiện nay:

- Bột SWG: Là bột gỗ mài dưới áp suất khí quyển

- Bột PWG: Là bột gỗ mài có áp lực, mài ở nhiệt độ < 1000C

- Bột PWG - S: Là bột gỗ mài có áp lực, mài ở nhiệt độ trên 1000C

- Bột TGW: Là bột mài ở áp suất khí quyển, mài ở nhiệt độ > 80 oC

- Bột RMP: Nghiền ở áp suất khí quyển, không có xử lý trước

- Bột TRMP: Nghiền có gia nhiệt, xông hơi dăm mảnh trên 1000C và nghiền ở áp suất thường

- Bột PPTMP: Bột nghiền cơ nhiệt có áp suất Giai đoạn 1 nghiền ở > 1000C và giai đoạn 2 nghiền ở > 1000C

- Bột PRMP: Bột nghiền cơ có áp lực không xông hơi Giai đoạn 1 nghiền ở >

1000C và giai đoạn 2 nghiền ở > 1000C

- Bột TMP: Xông hơi dăm mảnh trên 1000C Giai đoạn 1 nghiền ở >1000C và giai đoạn 2 nghiền ở áp suất thường

(Nguồn: Gary A Smook, 1992; Vũ Tiến Hy, 2006)

Bảng 2.1: Điều kiện sản xuất và hiệu suất của một số loại bột cơ

Điều kiện sản xuất Loại bột

Áp suất (bar) Nhiệt độ nước tưới (oC)

Hiệu suất (%)

2.3.3 Bột bán hóa (bột hóa cơ)

Bột có hiệu suất từ 50 – 90 % được ngâm vào hóa chất rồi dùng phương pháp

cơ học để tách xơ sợi

Các loại bột hóa cơ phổ biến hiện nay:

- Bột CMP: Gỗ được xử lý sơ bộ với hóa chất rồi mới tiến hành nghiền

- Bột TCMP: Dăm mảnh được xông hơi xử lý với hóa chất trên 1000C Xử lý hóa

chất ở áp suất thường, nghiền ở áp suất thường

- Bột CRMP: Dăm mảnh được xử lý hóa học ở áp suất thường, nhiệt độ thấp và

nghiền ở áp suất thường

- Bột CTMP: Dăm mảnh được xử lý hóa học và xông hơi ở trên 1000C Giai đoạn

1 nghiền ở >1000C (thường là hơi nóng ở nhiệt độ 105 – 115 0C, hoặc hơi quá nhiệt ở

130 0C), giai đoạn 2 nghiền ở áp suất thường

- Bột BCTMP: công nghệ tương tự như sản xuất bột CTMP nhưng có bổ sung

giai đoạn tẩy trắng sau giai đoạn nghiền

- Bột LFCMP hay CTLF: công nghệ tương tự như sản xuất bột CTMP, bổ sung

thêm công đoạn tách bột thớ dài ra riêng, sau đó xử lý bằng hóa chất và nghiền

(Nguồn: Gary A Smook, 1992; Đặng Thị Thanh Nhàn, 2008)

Loại bột hóa nhiệt cơ không tẩy trắng thích hợp cho sản xuất các loại giấy bao

bì, làm hộp carton làn sóng Ưu điểm của loại bột này là xơ sợi có chiều dài lớn hơn

bột cơ nghiền, không sử dụng hóa chất nên độ bền cơ lý cao hơn, giấy làm từ bột hóa

nhiệt cơ có độ cứng cao Nhược điểm của loại bột này là có màu sẫm hơn so với bột cơ nghiền không sử dụng hóa chất (do lignin tác dụng với hóa chất tạo thành hợp chất có màu sẫm) (Cao Thị Nhung, 2004)

Loại bột hóa nhiệt cơ tẩy trắng thường được sử dụng để phối trộn với bột hóa trong sản xuất một số loại giấy như giấy in, giấy viết, giấy vệ sinh, giấy bao gói thực phẩm nhằm mục đích hạ giá thành, tăng cường tính chất in và tăng độ đồng đều cho giấy Ưu điểm của bột cơ tẩy trắng là độ trắng đạt khoảng 70 – 75 %, độ đục tương đối cao, độ xốp cao, độ biến dạng giảm Nhược điểm của bột cơ tẩy trắng là nó mau bị ngả màu vàng do thành phần lignin dễ bị hồi màu dưới tác dụng của nhiệt và ánh sáng mặt trời (Cao Thị Nhung, 2004)

Do sự đòi hỏi ngày càng cao về chất lượng các sản phẩm giấy nên công nghệ bột cơ và bột cơ hóa đã có những thay đổi, đáng chú ý là loại bột CTMP cho chất lượng bột tốt hơn như: tỷ lệ xơ sợi dài cao hơn, độ bền của bột được cải thiện đáng kể

Bảng 2.2: Tính chất cơ lý của bột TMP và CTMP từ nguyên liệu gỗ vân sam, CTMP

Chất độn là những chất bột mịn, màu trắng, không tan trong nước được sử dụng

để tăng độ trắng, độ đục cho giấy, chúng thường là những chất khoáng có sẵn trong tự nhiên như bột đá vôi (CaCO3), bột đất sét (cao lanh = Al2O3.SiO2), bột talc, hoặc bột

nhân tạo như dioxit titan (TiO2)…( Nguồn Cao Thị Nhung, 2003 Công nghệ sản xuất bột giấy và giấy)

2.4.2 Một số loại chất độn thường dùng trong ngành giấy

- Cao lanh (Al 2 O 3 SiO 2 )

Cao lanh là một khoáng chất có nhiều trong tự nhiên, là sản phẩm phân hủy của alumina silicat kiềm, thành phần hóa học chủ yếu của cao lanh là SiO2 (45 – 47 %),

Al2O3 (35 – 38 %), Fe2O3, K2O, TiO2 Cao lanh có cấu trúc hai lớp, một lớp tứ diện silicat, một lớp bát diện alumina

Một vài thuận lợi có được từ Cao lanh

- Giá cả hợp lý

- Độ trắng tương đối cao

- Bền trong môi trường hóa học

Thành phần hóa học chủ yếu của bột talc là cilicat magie ngậm nước

(MgO.SiO.3nH2O) Bột talc được sản xuất bằng cách nghiền quặng talc, sau đó tuyển nổi và phân loại theo kích thước hạt

Bột talc có đặc điểm nổi bật là rất mềm, kỵ nước nhất trong số các loại chất độn

sử dụng trong ngành giấy, do vậy nó thường được sử dụng làm chất hấp phụ các tạp chất kỵ nước, hạt nhựa cây mịn lẫn trong dòng bột Khi sử dụng bột talc làm chất độn

dễ gặp hiện tượng tạo bọt trong dòng bột do tính kỵ nước của nó gây ra

Bột talc có độ trắng cao nên thường được sử dụng trong các loại giấy cần độ trắng như giấy in, giấy viết

- Bột dioxit titan (TiO 2 )

Dioxit titan thường là sản phẩm tổng hợp nhân tạo Có hai dạng được sử dụng trong ngành giấy là anatase và rutile, trong đó rutile thì bền và chặt hơn Bột talc có độ trắng, độ phản xạ và độ tán xạ ánh sáng cao, hạt nhỏ, mịn nên chúng là loại chất độn

có chất lượng cao Nhưng giá đắt và độ bảo lưu thấp nên ít được sử dụng trong ngành giấy

- Bột hydroxit nhôm (Al(OH) 3 )

Bột hydroxit nhôm là sản phẩm nhân tạo khi chế biến quặng boxit ở điều kiện nhiệt độ 2000C và áp suất 20 at

Bột hydroxit nhôm có độ trắng cao, kích thước hạt nhỏ, hình dạng dẹt, vừa được sử dụng làm chất độn vừa là chất tráng phủ bề mặt để tăng độ trắng, độ bóng cho giấy

( Nguồn Cao Thị Nhung, 2003 Công nghệ sản xuất bột giấy và giấy)

Bảng 2.3: Phân loại một số chất độn thông dụng và các chỉ tiêu kỹ thuật

Tên chất độn Thành phần hoá

học

Hệ số phản

xạ

Kích thước hạt (μm)

Độ trắng (độ ISO)

Bề mặt riêng (m2/g)

Cao lanh Al2O3.2SiO2.H2O 1,56 0,5 - 1 70 – 90 7,5

Bột Talc 3MgO.4SiO2.H2O 1,57 1 - 10 70 – 90

CaCO3 kết tủa CaCO3 1,56 0,2 - 0,5 95

Dioxit Titan TiO2 2,55 0,2 - 0,5 98 – 99 9

( Nguồn Cao Thị Nhung, 2005 Các yếu tố công nghệ và tính chất các loại giấy)

2.4.3 Yêu cầu và tính chất của chất độn

 Yêu cầu của chất độn

Chất độn được coi là lý tưởng khi nó mang những tính chất sau:

- Phản xạ lại 100% ánh sáng ở tất cả các bước sóng nhìn thấy (nghĩa là độ trắng đạt 100%)

- Hệ số khúc xạ ánh sáng phải cao để đảm bảo tối đa độ đục cho giấy, nhất là khi

- Chất độn cần có khả năng bảo lưu tốt trong cấu trúc giấy

Trong thực tế không có loại chất độn nào thỏa mãn tất cả các yêu cầu của chất độn

lý tưởng trên Vì vậy ta phải lựa chọn loại chất độn cho thích hợp với yêu cầu của từng loại giấy và môi trường sử dụng nó khi xeo giấy

( Nguồn Cao Thị Nhung, 2003 Công nghệ sản xuất bột giấy và giấy)

xạ ánh sáng tốt hơn hạt dẹt

( Nguồn Nguyễn Thị Ngọc Bích, 2004 Kỹ thuật Xenlulo và giấy)

Kích thước và hình dạng của hạt chất độn ảnh hưởng đến độ bóng của giấy, độ bền cũng như tính chất in của giấy

( Nguồn Cao Thị Nhung, 2003 Công nghệ sản xuất bột giấy và giấy)

Tính tan của chất độn phụ thuộc nhiều vào môi trường sử dụng nó, đặc biệt là pH

và nhiệt độ

( Nguồn Cao Thị Nhung, 2003 Công nghệ sản xuất bột giấy và giấy)

2.4.4 Vai trò của chất độn trong sản xuất giấy

- Lắp đầy khoảng trống giữa các xơ sợi trong cấu trúc tờ giấy, giảm sự biến dạng của tờ giấy khi gặp ẩm làm tăng độ trắng, độ đục, độ nhẵn cho giấy

- Giảm giá thành của sản phẩm vì hầu hết các loại chất độn đều rẻ hơn bột giấy từ

gỗ

( Nguồn Cao Thị Nhung, 2003 Công nghệ sản xuất bột giấy và giấy)

2.4.5 Ảnh hưởng của chất độn đến cấu trúc và tính chất của giấy

- Ảnh hưởng của chất độn đến tính chất cơ lý của giấy

khi tăng tỉ lệ sử dụng chất độn sẽ làm giảm độ bền cơ lý của giấy, nhất là độ chịu kéo Vì độ bền cơ lý của tờ giấy phụ thuộc vào liên kết giữ các xơ sợi, chất độn không có khả năng hình thành liên kết, mà còn hạn chế sự liên kết của xơ sợi làm số lượng liên kết trên một đơn vị diện tích tờ giấy giảm

( Nguồn Nguyễn Thị Ngọc Bích, 2004 Kỹ thuật Xenlulo và giấy)

Độ chịu lực của giấy giảm do các ứng suất hình thành trong cấu trúc tờ giấy như ở các lổ, các chổ rạn Khi xơ sợi được thay bằng chất độn thì số lượng xơ sợi trên một đơn vị thể tích sẽ giảm vì thế khả năng chiu lực của giấy cũng giảm

( Nguồn Fapet, Finland, 1998 Paper making science and technology- book 16)

Khi tỉ lệ sử dụng chất độn thấp trong khoảng 2% - 3% thì độ bền cơ lý của giấy hầu như không thay đổi so với giấy không sử dụng chất độn Khi tỉ lệ chất độn cao hơn và càng tăng thì độ bền cơ lý càng giảm

( Nguồn Cao Thị Nhung, 2005 Các yếu tố công nghệ và tính chất các loại giấy)

- Ảnh hưởng của chất độn đến tính chất quang học của giấy

Chất độn làm tăng độ trắng cho giấy, do chất độn có độ trắng cao hơn xơ sợi Chất độn làm tăng độ đục của giấy, do chất độn làm cho số lượng các lổ trống trong tờ giấy tăng lên, làm tăng mức độ khúc xạ của ánh sáng vì thế độ đục của giấy cũng được cải thiện đáng kể

Tỉ lệ sử dụng chất độn càng cao thì độ thấu sáng của giấy càng đều vì khi đó kích thước của các lỗ trống trong kết cấu của tờ giấy trở nên đồng đều hơn so với kích thước của các lỗ trống trong tờ giấy không sử dụng chất độn

Ngoài ra chất độn còn có khả năng làm giảm độ hồi màu của giấy, đặc biệt là giấy làm từ bột cơ

( Nguồn Fapet, Finland, 1998 Paper making science and technology- book 16)

- Ảnh hưởng của chất độn đến cấu trúc của tờ giấy

Chất độn làm tăng độ xốp cho giấy do các hạt chất độn làm cản trở sự tiến lại gần nhau của các xơ sợi Độ xốp của tờ giấy càng tăng khi kích thước của hạt chất độn càng lớn

Chất độn làm ổn định kích thướt của giấy khi gặp ẩm do chất độn làm giảm liên kết giữa các xơ sợi

( Nguồn Cao Thị Nhung, 2005 Các yếu tố công nghệ và tính chất các loại giấy)

Khi sử dụng chất độn làm tăng tính chất hai mặt của tờ giấy Điều này được giải thích là khi tờ giấy được hình thành trên bộ phận lưới, quá trình thoát nước và lực hút chân không làm cho các thành phần mịn và các hạt chất độn bị hút về phía bề mặt tiếp xúc với lưới tạo nên tính hai mặt của tờ giấy Tính hai mặt của tờ giấy được khắc phục bằng cách xeo giấy bằng máy xeo lưới đôi, khi đó quá trình thoát nước diễn ra ở

cả hai mặt, làm giảm sự khác biệt ở hai mặt của tờ giấy

( Nguồn Nguyễn Thị Ngọc Bích, 2004 Kỹ thuật Xenlulo và giấy)

- Bột canxicacbonat nghiền (GCC)

GCC là sản phẩm thu được khi nghiền từ ba loại đá phấn, đá vôi, đá hoa

Đá phấn là đá trầm tích có kết cấu mềm, xốp, thành phần chủ yếu là CaCO3 ở dạng calcite và aragonite

Đá vôi là đá trầm tích có kết cấu rắn, chắc, đá vôi cứng hơn và có độ xốp kém hơn đá phấn

Đá hoa thường có nhiều tạp chất, đặc biệt là oxyt sắt, vì vậy đá hoa thường có màu hơi vàng hoặc đỏ

Hình 2.2: Sơ đồ khối quá trình sản xuất chất độn GCC

GCC được sản xuất bằng cách nghiền quặng tự nhiên Vì vậy có độ tinh khiết và độ mịn kém nhưng giá rẽ và phổ biến

- Bột canxicacbonat kết tủa (PCC)

PCC là sản phẩm nhân tạo tổng hợp PCC được sản xuất công nghiệp bằng cách nghiền, phân hủy CaCO3 tự nhiên tạo ra CaO, sau đó xút hóa CaO tạo Ca(OH)2rồi cho kết tủa tạo CaCO3 tinh khiết bằng khí CO

Đóng gói

Nghiền mịn Tuyển nổi Ly tâm

Nghiền mịn Phân loại

Hình 2.3: Sơ đồ khối quá trình sản xuất chất độn PCC

PCC có độ mịn, độ trắng, độ đục và độ tinh khiết cao hơn hẵn GCC, nhưng giá thành cao nên chỉ được dùng để sản xuất các loại giấy có độ trắng cao

- Mục đích sử dụng

Chất độn CaCO3 được dùng với mục đích là tạo ra lợi ích kinh tế lớn, tăng độ

đục và độ trắng cho giấy, giảm độ biến dạng ẩm của giấy

Tuy nhiên, vì các hạt chất độn không có khả năng liên kết với xơ sợi nên làm giảm độ bền cơ lý của giấy, ngoài ra hàm lượng chất độn cao sẽ làm tăng độ nhám bề mặt của giấy

2.4.7 Sự bảo lưu chất độn

( Nguồn Nguyễn Thị Ngọc Bích, 2004 Kỹ thuật Xenlulo và giấy)

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

Độ bảo lưu chất độn là tỉ lệ % lượng chất độn còn lại trên tờ giấy so với lượng chất độn đã cho vào huyền phù bột Đối với chất độn sử dụng là CaCO3 thì hàm lượng của nó trong tờ giấy có thể được xác định thông qua khối lượng tro của giấy khi nung

Chất độn có thể được bảo lưu trong giấy theo hai tác động chính là “tác động cơ học” và “tác động hóa học”

- Tác động cơ học

Các xơ sợi đan kết với nhau tạo nên lớp đệm lọc, khi nước thoát ra, chất độn được các xơ sợi giữ lại trong cấu trúc của tờ giấy Hiện tượng này xảy ra khi lớp đệm sợi trên lưới xeo đạt được một độ dày nhất định khi đó phần tử mịn sẽ được giữ lại ở những khoảng trống trong cấu trúc của lớp đệm sợi

- Cơ chế hóa học

Chất độn và các thành phần mịn khác được giữ lại trong tờ giấy nhờ các chất trợ bảo lưu Các chất trợ bảo lưu thường được sử dụng là các chất vô cơ như phèn nhôm (Al2(SO4)3) hoặc các chất hữu cơ thiên nhiên như các polyme polyacryamid (PAM), polyetylenimin (PEI), polyamin, polyamidoamin…hay tinh bột biến tính Chất độn và xơ sợi đều mang điện tích âm, các polyme này có vai trò là cầu nối giữa chất độn và xơ sợi, vì thế chất độn được giữ lại trong tờ giấy

là vô cùng cần thiết, bởi vì độ rõ nét của bản in phụ thuộc rất lớn vào sự tiếp xúc giữa

bề mặt giấy và khuôn in

Khi in nhiều màu, độ chính xác về màu sắc của hình ảnh và sự trùng khớp với bản gốc chỉ có thể đạt được khi in trên tờ giấy có đủ độ trắng cần thiết Để tăng độ sáng quang học, người ta bổ sung các chất tẩy trắng quang học và các loại phẩm ánh tím và ánh xanh để ngăn ngừa tông màu vàng do xơ sợi mang lại

Một trong những tính chất quan trọng của giấy in nữa đó là độ đục Độ đục của giấy in đặc biệt quan trọng khi in hai mặt Để tăng độ đục thì chất độn là phương pháp được áp dụng phổ biến hiện nay

- Độ bóng: cũng là một trong những tính chất quang học quan trọng Độ bóng là

kết quả phản xạ của ánh sáng rọi lên bề mặt giấy Tính chất này phụ thuộc vào bề mặt

Chất lượng giấy in cũng phụ thuộc nhiều vào tính chất bề mặt của giấy như độ nhẵn, độ mềm mại

- Độ mềm mại của giấy liên quan đến cấu trúc của nó, đó là độ chặt và độ rỗng Loại giấy rỗng như giấy in báo có thể bị biến dạng khi nén đến 28%, còn đối với giấy tráng phấn có độ chặt lớn, mức độ biến dạng không vượt quá 6 - 8% Đối với giấy in chất lượng cao sự biến dạng phải gần như bằng 0, để sau khi “dỡ bỏ” tải trọng, giấy trở

về trạng thái hình dạng ban đầu Nếu khác đi, trên bản in sẽ hiện rất rõ vết của hình dập

- Tính chất hấp thụ của giấy in

Một trong những tính chất quan trọng của giấy in là khả năng hút nước Xác định đúng khả năng hút nước của giấy ta sẽ chọn lựa được mực in, để kết quả thu nhận được là một bản in chất lượng tốt Khả năng hút nước của giấy trước tiên phụ thuộc vào cấu trúc của giấy

( Nguồn Cao Thị Nhung, 2005 Các yếu tố công nghệ và tính chất các loại giấy)

Qua những phần trình bày trong chương này, ta thấy rằng:

Việc lựa chọn loại bột giấy và tỉ lệ phối trộn các loại bột để tạo ra giấy có những tính chất theo yêu cầu mà giá thành sản phẩm thấp nhất là rất quan trọng

Đồng thời thấy được tầm quan trọng vô cùng to lớn của chất độn với các ưu điểm

mà nó mang lại, đáp ứng được các đặc tính cần thiết của giấy in Và chất độn CaCO3

là một chất phụ gia được lựa chọn để nghiên cứu trong đề tài này vì các ưu điểm nổi trội của nó

Chương 3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Nguyên liệu và thiết bị

3.1.1 Nguyên liệu thí nghiệm

Chất độn CaCO3 Bột hóa xớ dài, xớ ngắn nhập từ Newzealand và bột CTMP của Tân Mai, mẫu thí nghiệm được lấy ở nhà máy giấy Bình An Bột hóa xớ dài, xớ ngắn khi nhập về đã được sấy khô, còn bột CTMP của nhà máy Tân Mai có độ khô khá thấp nên được xé nhỏ và để khô tự nhiên ở nhiệt độ phòng trong 2 tuần nhằm ổn định độ khô của bột trước khi tiến hành thí nghiệm

- Bột hóa xớ dài

Bảng 3.2: Đặc điểm kỹ thuật bột hóa xớ dài

Bột hóa xớ dài có độ bền cao, độ trắng cao, độ hồi màu thấp nhưng nhược điểm