2
BỘ CÔNG THƯƠNG
BÁO CÁO
TỔNG KẾT ĐỀ TÀI
Nghiên cứu nâng cao độ bền cho bột giấy phế liệu hòm hộp
làn sóng bằng phương pháp cơ học và phương pháp hóa học
Cơ quan chủ trì đề tài: Trường Cao đẳng nghề
Công nghệ Giấy và Cơ điện
Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Thị Thúy Liên
Khoa Công nghệ Giấy
9658
Phú Thọ, năm 2012
1
MỤC LỤC
3.2.4. Nghiên cứu sử dụng tinh bột cation và polyacrylamide cation để tăng
độ bền và cải thiện khả năng thoát nước bột OCC 49
3.2.5. Phương pháp xác định tính chất của bột giấy 50
3.2.6. Sản xu
ất thử nghiệm 50
2
Chương IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 52
4.1. Nghiên cứu tính chất của nguyên liệu ban đầu. 52
4.2. Thiết lập quy trình công nghệ phân tách sợi bằng sàng áp lực 52
4.2.1. Ảnh hưởng của phân tách sợi tới khả năng thoát nước của bột 53
4.2.2. Ảnh hưởng của phân tách sợi tới kích thước xơ sợi 53
4.2.3. Ảnh hưởng của quá trình phân tách sợi tới kích thước của xơ sợi sau
nghi
ền 54
4.2.4. Ảnh hưởng của quá trình phân tách sợi tới độ bền của bột OCC 55
4.2.5. Ảnh hưởng của quá trình phân tách sợi tới mức giảm tiêu hao năng
lượng nghiền 56
4.3. Nghiên cứu sử dụng tinh bột cation để tăng độ bền cho giấy sản xuất
từ bột OCC 59
4.3.1. Ảnh hưởng của mức dùng tinh bột cation tới
độ bền kéo 59
4.3.2. Ảnh hưởng của mức dùng tinh bột cation tới độ bền xé 60
4.2.3. Ảnh hưởng của mức dùng tinh bột cation tới độ chịu bục 60
4.3.4. Ảnh hưởng của mức dùng tinh bột cation tới độ bền nén vòng 60
4.4. Nghiên cứu sử dụng polyacrylamide cation để tăng độ bền cho giấy sản
xuất từ bột OCC 63
4.4.1. Ảnh hưởng của mức dùng C-PAM t
Hình 2.3 Cấu tạo của lớp mặt bìa cáctông sóng chất lượng cao 14
Hình 2.4 Cấu tạo của lớp mặt bìa cáctông sóng với nguyên liệu bột
tái chế
15
Hình 2.5 Ảnh hưởng của tái chế tới bột hóa 18
Hình 2.6 Ảnh hưởng của tái chế tới bột cơ 19
Hình 2.7 Hệ thống phân tách trong dây chuyền cung cấp bột giấy
OCC
21
Hình 2.8 Phân tách và so sánh giữa nghiền xơ sợi dài sau phân tách
và nghiền toàn bộ bột (không cần phân tách)
23
Hình 2.9 So sánh nghiền có phân tách và không có phân tách 23
Hình 2.10 Phân tách và phối trộn trong quá trình chế biến bột giấy
OCC
24
Hình 2.11 Phân tách và phối trộn xơ sợi làm tăng giá trị CMT 25
Hình 2.12 Phân tách và phối trộn bột làm tăng giá trị RCT 26
Hình 2.13 Phân tách và phối trộn bột cải thiện độ chịu bục 29
Hình 2.14 Hệ thống phân tách cho sản xuất lớp mặt cáctông 2 lớp 30
Hình 2.15 Hệ thống phân tách cho sản xuất lớp mặt cáctông 3 lớp 31
Hình 2.16 So sánh năng lượng tiêu hao cho nghiền bột có phân tách
và nghiền bột không phân tách
33
Hình 3.1 Quy trình công nghệ sản xuất giấy bao gói xi măng của
công ty giấy Hoàng Văn Thụ
50
Hình 4.1 Ảnh hưởng của phân tách sợi tới mức giảm tiêu hao năng
lượng nghiền (đối với bột OCC trong nước)
54
59
Hình 4.8 Ảnh hưởng của mức dùng tinh bột cation đến độ bền nén
vòng của giấy (Các mẫu bột có độ nghiền 38 - 40
o
SR)
60
Hình 4.9 Ảnh hưởng của mức dùng C-PAM tới độ bền kéo của giấy 62
Hình 4.10 Ảnh hưởng của mức dùng C-PAM tới độ bền xé của giấy 63
Hình 4.11 Ảnh hưởng của mức dùng C-PAM tới độ chịu bục của
giấy
63
Hình 4.12 Ảnh hưởng của mức dùng C-PAM tới độ bền nén vòng
của giấy
64
Hình 4.13 Ảnh hưởng của mức dùng C-PAM tới khả năng thoát
nước của bột OCC (Bột qua phân tách sợi)
65
Hình 4.14 Sơ đồ sản xuất thực nghiệm giấy làm vỏ bao xi măng định
lượng 70 g/m
2
70
6
DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG
Tên Nội dung Trang
Bảng 2.1 Thành phần và chất lượng xơ sợi của một số loại bột OCC 16
Bảng 2.2 Thành phần của một số loại bột OCC 17
Bảng 4.6 Ảnh hưởng của phân tách sợi tới chiều dài sợi sau nghiền 53
Bảng 4.7
So sánh các giá trị độ bền của bột và tiêu hao năng lượng
nghiền của bột có phân tách và bột không phân tách sợi
56
7
Bảng 4.8
Ảnh hưởng của việc phân tách sợi và bổ sung tinh bột
cation tới độ bền của giấy sản xuất từ bột OCC trong nước
61
Bảng 4.9
Ảnh hưởng của việc phân tách sợi và bổ sung tinh bột
cation tới độ bền của giấy sản xuất từ bột OCC của Mỹ
61
Bảng 4.10
Ảnh hưởng của phân tách sợi và sử dụng C-PAM tới độ
bền của giấy và khả năng thoát nước của bột
66
Bảng 4.11
Ảnh hưởng của phân tách sợi, sử dụng tinh bột cation và
C-PAM tới độ bền của giấy và khả năng thoát nước của
bột OCC trong nước
67
Bảng 4.12
Ảnh hưởng của phân tách sợi, sử dụng tinh bột cation và
C-PAM tới độ bền của giấy và khả năng thoát nước của
bột OCC Mỹ
67
Độ chịu nén Concora của lớp sóng
CSF
Canadian Standard Freeness
Độ thoát nước theo tiêu chuẩn Canada
KTĐ Khô tuyệt đối
LF
Long fiber
Xơ sợi dài
OCC
Old Corrugated Container
Giấy phế liệu hòm hộp làn sóng
PAM Polyacrylamide
RCT
Ring Crush Test
Độ bền nén vòng
REJ
Reject
Bột không hợp cách
SCAN Scandinavian Pulp, Paper and Board Testing Committee
SF
Short Fiber
Xơ sợi ngắn
o
SR
Schopper Riegler Degree
Chỉ số đo độ nghiền của bột giấy
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
công nghệ sản xuất giấy bao gói từ nguyên liệu hòm hộp làn sóng cũ ở nước ta,
áp dụng công nghệ cải tiến nâng cao độ bền cho bột OCC, giảm tiêu hao năng
lượng nghiền đạt hiệu quả kinh tế và cải thiện chất lượng sản phẩm.
Kết quả nghiên cứu sẽ là tài liệu tham khảo phục vụ giảng dạy và nghiên
cứu trong lĩnh vực sản xuất bột giấy, giấy đồng thời có thể áp dụng để sản xuất
các loại giấy bao gói, hòm hộp làn sóng có độ bền cao. Ngoài ra với sự tham gia
tích cực của đông đảo cán bộ giảng dạy và nghiên cứu của Nhà trường (Cơ quan
chủ trì đề tài), việc thực hiện thành công đề tài sẽ góp phần nâng cao kiến thức
10
chuyên môn, năng lực nghiên cứu cho cán bộ và sinh viên, mở rộng hợp tác
nghiên cứu khoa học công nghệ với các cơ quan, đơn vị đào tạo và nghiên cứu
khác, tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển định hướng nghiên cứu khoa học và
chuyển giao công nghệ của Nhà trường.
Cơ quan chủ trì đề tài và nhóm nghiên cứu xin chân thành cám ơn các cơ
quan chức năng của Bộ Công Thương đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho việc
triển khai thực hiện đề tài, chân thành cám ơn công ty cổ phần giấy Hoàng Văn
Thụ, Viện Công nghịêp Giấy và Xenluylô, Tổng công ty giấy Việt Nam và các
cơ quan khác đã giúp đỡ và hợp tác góp phần thực hiện thành công đề tài.
11
Chương I
TỔNG QUAN
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SẢN XUẤT GIẤY TỪ NGUYÊN LIỆU TÁI
CHẾ
Công nghệ tái chế giấy loại thực sự được quan tâm trong những năm đầu
thế kỷ 20 khi vấn đề ô nhiễm môi trường sống và sự cạn kiệt về nguyên liệu sản
nhất định để tạo ra bột phù hợp với tính chất của giấy theo yêu cầu về độ bền và
độ nhẵn.
Từ những năm cuối của thập kỷ 50, nhu cầu sử dụng giấy trên thế giới
ngày càng đa dạng và phong phú, chính vì vậy ngành giấy ngày càng tập trung
vào nghiên cứu công nghệ tái chế gi
ấy loại áp dụng với các loại sản phẩm giấy
mới. Việc đa dạng hóa các sản phẩm giấy mới là động lực lớn nhất để tái chế
12
ngày càng phát triển hơn, trước đây bột tái chế thường chỉ được sử dụng để sản
xuất giấy in báo và giấy tạp chí, nhưng ngày nay bột giấy tái chế đã được sử
dụng cho hầu hết các loại giấy khác nhau.
Hiện nay, các nước phát triển trên thế giới đều có hệ thống thu hồi giấy và
quá trình tái chế giấy loại rất hiện đại và chuyên nghiệp, giấy loại
được thu gom,
phân loại thành những nhóm riêng biệt, một phần nguồn giấy loại này phục vụ
cho nền công nghiệp giấy trong nước, một phần có thể đem xuất khẩu sang các
nước khác. Quy trình tái chế giấy loại ngày càng được cải tiến, hiện đại hóa, tự
động hóa hoàn toàn.
Tại Việt Nam, nhu cầu tiêu thụ giấy cả nước năm 2012 khoảng 2,9 triệu
tấn giấy các loại. Trong đó, giấy in, giấy vi
ết khoảng 585 ngàn tấn, giấy in báo
70 ngàn tấn, giấy bao bì công nghiệp gần 2 triệu tấn, giấy tissue 83 ngàn tấn…
dự kiến sẽ phải nhập khẩu trên 1 triệu tấn giấy các loại mới đáp ứng đủ nhu cầu
trong nước [1].
Nguồn nguyên liệu sản xuất giấy ở Việt Nam phần lớn là giấy thu hồi. Tỷ
lệ giấy đã qua sử dụng dùng làm nguyên liệu trong tổng nguyên liệu s
ản xuất
giấy ở Việt Nam là 70%, ở các nước khác như Malaixia là 87%, Philippines
ng độ cách nhiệt.
- Nó được sản xuất từ nguồn tài nguyên tự nhiên có khả năng phục hồi và
có thể tái chế được. Tại một số nước châu Âu hơn 70% của bìa sóng bao gói đã
được thu gom và tái chế.
- Nó linh hoạt và có thể sử dụng đáp ứng nhiều loại yêu cầu đóng gói của
những ngành công nghiệp khác nhau. Nó có thể mang hình ảnh in ấn chất lượng
cao. Có thể sử dụng đối với dây chuyề
n đóng gói tự động hóa.
1.3. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu để tăng độ bền cho bột giấy phế liệu hòm hộp làn sóng (bột
OCC) đồng thời cải thiện khả năng thoát nước và giảm năng lượng nghiền cho
nguyên liệu tái chế quan trọng này. Cụ thể là:
- Tăng các tính chất cơ lý chính của bột.
- Giảm năng lượng nghiền bột OCC.
- Tăng khả năng thoát n
ước của bột OCC.
1.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu quy trình phân tách bột OCC làm 2 loại: Xơ sợi ngắn và xơ
sợi dài bằng sàng áp lực.
- Nghiên cứu sử dụng tinh bột cation để tăng độ bền của bột OCC cho sản
xuất giấy bao gói.
- Nghiên cứu sử dụng chất polyacrylamide để tăng độ bền, cải thiện khả
năng thoát nước của bột OCC cho sản xuất giấy bìa.
- Xây dự
ng quy trình công nghệ nâng cao độ bền cho bột OCC bằng
phương pháp cơ học và hóa học.
- Tiến hành sản xuất thử nghiệm sản phẩm giấy bao gói theo quy trình đã
lựa chọn tại Công ty Cổ phần Giấy Hoàng Văn Thụ.
15
Hình 2.2. Cấu trúc bìa cáctông hai lớp sóng
2.2 THÀNH PHẦN CỦA BÌA CÁCTÔNG SÓNG
Cáctông sóng có thể bao gồm lớp mặt ngoài, lớp mặt trong và lớp sóng
giữa. Lớp mặt ngoài và lớp mặt trong thường bao gồm hai lớp là lớp mặt và lớp
đế. Lớp mặt có thể được làm từ nhiều loại nguyên liệu khác nhau. Nguyên liệu
bột nguyên thủy thì xơ sợi có độ bền cao, do đó được sử dụng làm lớp mặt của
hòm hộp làn sóng chất lượng cao (kraftliner). Cấu tạ
o của lớp mặt của hòm hộp
làn sóng chất lượng cao được chỉ ra như ở Hình 2.3 [2].
Lớp mặt
Lớp đế Hình 2.3. Cấu tạo của lớp mặt bìa cáctông sóng chất lượng cao
Tùy theo yêu cầu chất lượng sản phẩm, nguyên liệu để sản xuất các lớp có
thể bao gồm các loại bột sau:
+ Lớp mặt:
xuất hòm hộp làn sóng với nguyên liệu bột tái chế sử dụng cấu trúc 4 lớp có
nhiều ưu điểm hơn so với cấu trúc 2 lớp. Do khả năng thoát nước của nguyên
liệu tái chế không cao, do đó rấ
t khó thoát nước trên lưới xeo nếu lớp đế quá
dày. Sự thoát nước sẽ dễ dàng hơn rất nhiều nếu ta tách lớp đế ra thành 2 - 3 lớp
mỏng. Cấu tạo của lớp mặt của hòm hộp làn sóng với nguyên liệu là bột tái chế
được chỉ ra ở Hình 2.4 [2].
Lớp mặt
Lớp dưới mặt
Lớp giữa Lớp đế
Hình 2.4. Cấu tạo của lớp m
ặt bìa cáctông sóng với nguyên liệu bột tái chế
17
Nguyên liệu để sản xuất các lớp như sau:
+ Lớp mặt:
- OCC
- Bột gỗ cứng tẩy trắng
- Bột gỗ mềm tẩy trắng
- Bột gỗ mềm không tẩy
Xơ sợi vụn
(%)
Nhật Bản
Đài Loan
1,43
1,57
7,03
6,77
1,52
1,61
18,6
19,3
18
Indonexia
Trung Quốc
Thái Lan
Hàn Quốc
Mỹ
0,87
0,92
1,16
1,42
1,08
4,60
14,9
4,04
10,6
1,7
trắng (%)
Bột bán
hóa từ gỗ
lá rộng
(%)
Bột
gỗ
mài
(%)
Bột
phi
gỗ
(%)
Nhật Bản
Đài Loan
Indonexia
Trung quốc
Thái Lan
Hàn Quốc
Bắc Mỹ
14
14
15
11
12
20
63
27
16
20
1
0
2.3 ẢNH HƯỞNG CỦA TÁI CHẾ TỚI TÍNH CHẤT XƠ SỢI
Việc tái chế bột hóa hiệu suất thấp làm cho xơ sợi không còn thích hợp để
làm giấy do xơ sợi tái chế không có tính chất mong muốn như xơ sợi nguyên
thủy. Xơ sợi trở nên kém mềm dẻo và ngắn hơn xơ sợi nguyên thủy. Kết quả là
độ bền giảm và liên kết giữa xơ sợi với nhau kém hơ
n, do vậy giấy hay bìa làm
ra sẽ kém bền và chất lượng kém hơn [4]. So với xơ sợi nguyên thủy, xơ sợi tái
chế có những nhược điểm sau đây:
1. Giảm độ thoát nước
2. Giảm chiều dài và tăng hàm lượng xơ sợi mịn
19
3. Tăng tỷ trọng biểu kiến
4. Giảm độ bền
5. Giảm khả năng liên kết
6. Giảm độ trương nở
7. Giảm độ mềm dẻo
8. Giảm liên kết giữa các lớp
9. Giảm khả năng phân tơ của xơ sợi
Ảnh hưởng của tái chế khác nhau giữa bột hóa và bột cơ. Với bộ
t hóa, tái
chế làm giảm mạnh chiều dài đứt, độ chịu bục và độ bền gấp, trong khi đó tỷ
trọng biểu kiến và độ giãn dài giảm ít hơn. Tuy nhiên độ bền xé, độ cứng, hệ số
tán xạ, độ đục, và khả năng thấu khí tăng. Tái chế lần đầu làm tính chất xơ sợi
thay đổi nhiều nhất [5]. Đa số tính chất vật lý của xơ sợi
ổn định hơn sau 4 lần
tái chế. Việc đánh tơi bột làm giảm đáng kể khả năng thoát nước của bột [6].
được sấy khô. Sừng hóa cũng được cho là nguyên nhân làm giảm khả năng liên
kết, giảm chiều dài và diện tích bề mặt riêng của xơ sợ
i [20].
Với bột cơ, tái chế dẫn tới chiều dài đứt, độ bục và tỷ trọng tăng một chút,
trong khi hệ số tán xạ ánh sáng giảm, xem Hình 2.6 [7]. Lý giải cho sự tăng độ
bền và tỷ trọng được cho là do cải thiện độ mềm dẻo và tính chất bề mặt, tính
chống dẹt của xơ sợi. Xơ sợi phẳng hơn, mềm dẻo hơn sẽ liên kết t
ốt hơn và
mang lại tờ giấy mỏng hơn, chặt hơn [6].
Hình 2.6. Ảnh hưởng của tái chế tới bột cơ
Xơ sợi mịn đóng vai trò quan trọng trong tái chế bột cơ. Hệ số tán xạ ánh
sáng sẽ giảm nhưng độ bền và tỷ trọng sẽ tăng bởi tăng hàm lượng xơ sợi mịn
[7].
2.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO ĐỘ BỀ
N CỦA GIẤY TÁI CHẾ
2.4.1. PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC
2.4.1.1. Phân tách xơ sợi
a. Sàng áp lực
Sàng áp lực thường được sử dụng trong nhà máy bột giấy và giấy để loại
bỏ tạp chất từ giấy bìa đã qua sử dụng. Người ta cũng dùng sàng áp lực để phân
tách xơ sợi theo đặc tính như là chiều dài xơ sợi và độ mềm dẻo. Kiểu tách loại
bao gói và giấy bìa đối với nguyên liệu tái chế. Trong trường hợp sản xuất giấy
in từ xơ sợi tái chế, phân tách cũng có thể đưa vào trong quá trình sản xuất [9].
Phân tách bằng sàng áp lực có nhiều mục đích khác nhau. Trong trường hợp
chung nhất là tách xơ sợi làm hai loạ
i khác nhau về chiều dài xơ sợi và tách tạp
chất có kích thước lớn [10].
Phân tách OCC là quá trình cần thiết cho sản xuất giấy làm sóng, giấy
cáctông chịu gấp làm hộp, lớp mặt của giấy cáctông. Trong quá trình sản xuất,
phần chuẩn bị bột đối với giấy tái chế thường gồm các công đoạn sau: Bột sau
khi được đánh tơi trong máy nghiền thủy lực thì được làm sạch sơ bộ và đưa vào
sàng thô.
Đĩa sàng ở sàng thô thường có đục lỗ và thường không cần phải là
sàng áp lực Công đoạn phân tách xơ sợi sử dụng sàng lỗ được thể hiện như
Hình 2.7. Dòng bột sau khi qua sàng thô thì được đi tiếp tới 1 hoặc 2 giai đoạn
sàng nữa phụ thuộc vào sản lượng hay yêu cầu chất lượng. Độ rộng của của khe
sàng này thường rất nhỏ và được lựa chọn tùy theo điều kiệ
n sản xuất thực tế.
Dòng bột hợp cách với chủ yếu xơ sợi ngắn thường đạt được độ sạch cao sau
phân tách được cô đặc và đưa vào bể chứa để dùng cho sản xuất lớp mặt cáctông
sóng[6]. Dòng bột sợi dài cũng có chứa một phần tạp chất hay cục bột bị vón lại.
Do vậy cần thiết phải sử dụng sàng trung gian. Nếu giấy tái chế ch
ứa sáp thì ta
dùng thiết bị làm sạch để loại tạp chất có khối lượng riêng thấp. Xơ sợi dài nên
được xử lý bằng thiết bị phân tán sau khi cô đặc. Phần bột không hợp cách từ
sàng có thể đi qua sàng bột thải, thường là sàng lỗ và thường không cần phải là
sàng áp lực. Chức năng của sàng bột thải là để tối thiểu hóa lượng xơ sợi mất
mát. Quá trình xử lý xơ sợi dài đượ
c hoàn tất sau khi qua máy nghiền để cải
thiện độ bền. Bột được chuẩn bị phù hợp cho sản xuất lớp mặt bên trong (mặt
đáy) của sản phẩm hòm hộp làn sóng [10].
lỗ
Phân tách
nồng độ
trung bình
(1 hoặc 2
giai đoạn)
Cô đặc
Sàng
trung
gian
Lọc cát
(tách tạp
chất nặng;
2 hoặc 3
giaiđoạn)
Sàng
nồng
độ
thấp
Sàng
bột
thải
Lọc cát
(tách tạp
chất nhẹ;
2 hoặc 3
giai đoạn)
Ở sàng phân tách tỷ lệ này (dòng xơ sợi
dài) cao hơn tùy thuộc vào yêu cầu phân tách, thường khoảng 30 - 40% [12].
c. Quy trình phân tách và phối trộn
Để phối trộn, ta lấy dòng bột sợi dài sau phân tách rồi trộn với dòng bột
sợi ngắn. Kết quả của phần nghiền riêng rẽ Hình 2.8 cho thấy dòng bột sợi dài
nghiền riêng rồi phối trộn trở lại với dòng bột sợi ngắn có độ dài đứt tăng 10%,
chỉ số
chịu bục tăng 7% so với nghiền toàn bộ bột mà không phân tách (cả 2 loại
sau nghiền đều có cùng độ thoát nước) [9].
Nồng độ bột (%) 4 3 6 - 4 4
Độ thoát nước (
o
SR) 34 56 21 27 42 42
Độ thoát nước (CSF) 360 170 590 450 280 280
Chiều dài đứt (m) 3.500 3.500 3.800 4.500 4.100 3.700
Chỉ số chịu bục (kPa. m
2
/g) 3,1 2,3 2,3 32 3,0 2,8
Độ thấu khí (ml/min) - 558 187 1.100 400 260
Dòng bột vào
Phân tách
Xơ sợi ngắn sau phân tách
Xơ sợi dài
sau phân tách
Nghiền
Nghiền bột
không qua
phân tách
Chiều dài
đứt
Độ chịu bục
CMT
Bột nghiền không qua phân tách
% tăng thêm
Copyright: Tài liệu đại học ©