Nghiên cứu áp dụng phương pháp gia keo kiềm tính cho quá trình sản xuất giấy và các tông bao gói

1
BỘ CÔNG THƯƠNG
TỔNG CÔNG TY GIẤY VIỆT NAM
CÔNG TY TNHH - VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY & XENLUYLÔ
**************&************









BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2011


NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIA KEO KIỀM TÍNH
CHO QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT GIẤY VÀ CÁC TÔNG BAO GÓI





Cơ quan chủ quản: BỘ CÔNG THƯƠNG
Cơ quan chủ trì: CÔNG TY TNHH - VIỆN CN GIẤY & XENLUYLÔ
Chủ nhiệm đề tài: Đỗ Thanh Tú
Kỹ sư công nghệ giấy

9024



HÀ NỘI 01/2012


2
MỤC LỤC

TT Nội dung Trang

MỞ ĐẦU 1
I Tổng quan về nguyên liệu bao bì hòm hộp cũ (OCC) cho quá
trình sản xuất giấy và các tông bao gói, quá trình gia keo chống
thấm cho giấy và các tông bao gói từ nguyên liệu OCC.
4
1.1 Tổng quan về nguyên liệu bao bì hòm hộp cũ (OCC) cho quá
trình sản xuất giấy và các tông bao gói.
4
1.2 Quá trình gia keo chống thấm cho giấy và các tông bao gói từ
nguyên liệu bao bì hòm hộp cũ (OCC)
7
1.2.1 Quá trình gia keo bằng keo nhựa thông 7
1.2.2 Quá trình gia keo kiềm tính (AKD) 9
Kết luận và định hướng nghiên cứu 19

II Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứ
u 21
2.1 Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị nghiên cứu 21
2.2 Phương pháp nghiên cứu 23
III Kết quả nghiên cứu và thảo luận 24
3.1 Khảo sát thực trạng sử dụng nguyên liệu OCC (bao bì hòm hộp
cũ) trong sản xuất giấy và các tông bao gói có gia keo chống
thấm bằng keo AKD (keo chống thấm kiềm tính)
24
3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng pH và mức dùng keo đến
hiệu quả quá trình gia keo chống thấm bằng keo AKD (keo
chống thấm kiềm tính) trong quá trình sản xu
ất giấy và các tông
bao gói.
25
3.2.1 Ảnh hưởng của pH và mức dùng keo AKD đến hiệu quả quá
trình gia keo
26
3.2.2 Ảnh hưởng của pH đến tính chất cơ lý của giấy 27
3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của chủng loại nguyên liệu và quá trình
xử lý nguyên liệu (quá trình rửa bột giấy) đến hiệu quả quá trình
gia keo.
28
3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình tuần hoàn nước trắng đến
hiệu quả của quá trình gia keo chống thấ
m bằng keo AKD (keo
chống thấm kiềm tính) trong quá trình sản xuất giấy và các tông
bao gói.
29
3.4.1 Ảnh hưởng của lượng nước trắng tuần hoàn trong vòng tuần 30

3
hoàn ngắn (vòng tuần hoàn hoàn trên hình 1.2) đến hiệu quả
của quá trình gia keo.
3.4.2 Ảnh hưởng của lượng nước trắng tuần hoàn trong vòng tuần
hoàn dài (vòng tuần hoàn hoàn trên hình 1.2) đến hiệu quả
của quá trình gia keo.
31
3.4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của các ion kim loại trong nước trắng
đến hiệu quả quá trình gia keo
32
3.5 Nghiên cứu so sánh một số loại keo AKD (keo chống thấm kiềm
tính) thương phẩm đang lưu hành đến hiệu quả gia keo trong sản
xuấ
t giấy và các tông bao gói.
34
3.6 Kết luận 34
3.7 Sản xuất thử nghiệm giấy và các tông bao gói gia keo chống
thấm bằng keo AKD (keo chống thấm kiềm tính)
35
3.7.1 Quy trình sản xuất thử nghiệm 35
3.7.2 Sản xuất thử nghiệm giấy bao gói gia keo chống thấm bằng
keo AKD
36
3.8 Ước tính chi phí nguyên nhiên liệu trực tiếp cho quá trình sản
xuất 1 tấn giấy bao gói gia keo chống thấm bằng keo AKD.
37

Kết luận và kiến nghị 39

4
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng Nội dung Trang
Bảng 1.1 Tỷ lệ một số thành phần chính trong các tông sóng Châu Á và
Mỹ
5
Bảng 1.2 Ảnh hưởng của độ dài gốc R tới hiệu quả gia keo AKD 10
Bảng 2.1 Thành phần bột giấy từ nguyên liệu OCC 21
Bảng 2.2 Tính chất cơ lý của bột giấy từ nguyên liệu OCC 21
Bảng 2.3 Một số thông số kỹ thuật của các loại keo AKD 22
Bảng 2.4 Một số thông số kỹ thuật c
ủa tinh bột cation 22
Bảng 3.1 Kết quả khảo sát tại một số cơ sở sản xuất giấy và các tông bao
gói
25
Bảng 3.2 Ảnh hưởng của mức dùng keo AKD và pH đến độ hút nước
Cobb
60
26
Bảng 3.3 Ảnh hưởng của pH đến tính chất cơ lý của giấy 27
Bảng 3.4 Ảnh hưởng của chủng loại nguyên liệu và quá trình xử lý

nguyên liệu đến hiệu quả quá trình gia keo
28
Bảng 3.5 Ảnh hưởng của lượng nước trắng tuần hoàn trong vòng tuần
hoàn ngắn đến hiệu quả quá trình gia keo
31
Bảng 3.6 Ảnh hưởng của lượng nước trắng tuần hoàn trong vòng tuần
hoàn dài đến hiệu quả
quá trình gia keo
32
Bảng 3.7 Ảnh hưởng của chủng loại keo AKD đến hiệu quả quá trình gia
keo
34
Bảng 3.8 Độ hút nước và độ dẫn nước trắng của giấy bao gói sản xuất thử
nghiệm
36
Bảng 3.9 Ước tính chi phí nguyên nhiên liệu trực tiếp cho sản xuất 1 tấn
giấy bao gói
37



5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình Nội dung Trang
Hình 1.1 Phản ứng biến tính nhựa thông bằng axít furmaríc 8
Hình 1.2 Phản ứng tổng hợp keo AKD 10
Hình 1.3 Phản ứng của AKD với nhóm OH của xenluylô 12
Hình 1.4 Phản ứng của keo AKD với H

2
O 12
Hình 1.5 Các giai đoạn của quá trình gia keo AKD 13
Hình 1.6 Phản ứng tạo thành muối Keton khi có mặt Ca
2+
, Al
3+
17
Hình 1.7 Ảnh hưởng của ion Al
3+
lên hiện tượng hồi keo AKD 18
Hình 1.8 Sơ đồ khối dây chuyền công nghệ sản xuất giấy và các tông bao
gói từ giấy loại (OCC)

Hình 1.9 Sơ đồ khối dây chuyền lớp mặt, lớp lót và lớp đế của Công ty Cổ
phần giấy Lam Sơn

Hình 3.1 Ảnh hưởng của ion kim loại đến độ hút nước Cobb
60
33









6

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt Tên tiếng anh Tên tiếng việt
AKD
Alkyl Ketene Dimer Keo AKD
ASA
Alkyl Succinic Anhydrides Keo ASA
PCC
Precipitated Cancium Carbonate Bột đá can xi cacbonat kết tủa
GCC
Ground Cancium Carbonate Bột đá canxi cacbonat nghiền
ppm
Part per Million Phần triệu
HST
Hercules Size Test Phương pháp đo hiệu quả gia keo
KTĐ
Khô tuyệt đối
TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam
CS
Cationic starch Tinh bột cation
DS
Degree of Substitution Độ thế của tinh bột
OCC
Old Corrugated Containers Bao bì hòm hộp cũ

7
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây trên thế giới, đặc biệt là ở Việt Nam, bao bì hòm hộp
đã qua sử dụng là nguồn cung cấp xơ sợi tái sinh quan trọng cho nhu cầu tiêu dùng bao
bì trong công nghiệp đang gia tăng nhanh chóng. Xu hướng này có liên quan chặt chẽ
đến quá trình phát triển của kinh tế thế giới và trong nước, bao bì hòm hộp từ xơ sợi
thực vật đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ, vận chuyển các loại hàng hóa, thiết
bị
đến mọi nơi tiêu dùng.
Các loại giấy và các tông bao gói được sử dụng rộng rãi hiện nay chủ yếu được
sản xuất từ nguyên liệu xơ sợi thực vật, xơ sợi có tính ưa nước (có chứa nhiều nhóm ưa
nước – OH, COOH), đồng thời giấy có cấu trúc xốp (có các lỗ nhỏ trên bề mặt tờ giấy).
Vì vậy, nước và một số chất lỏng dễ dàng thấm vào trong t
ờ giấy làm cho tờ giấy bị
mủn ra. Việc chống thấm cho tờ giấy dựa trên hai nguyên tắc cơ bản là tạo cho giấy có
tính kỵ nước và bịt kín những lỗ nhỏ trên bề mặt tờ giấy làm cho nước và một số chất
lỏng không thấm vào bên trong tờ giấy.
Tương ứng với hai nguyên tắc trên trong sản xuất giấy có hai phương pháp đó là
gia keo nội bộ và gia keo bề mặt:
- Phương pháp gia keo nội bộ thường sử dụng những chất có tính kỵ nước như:
Keo nhựa thông, keo AKD (Alkyl ketene dimers), keo ASA (Alkenyl succinic
anhydrides) v.v… để bổ sung vào dòng huyền phù bột trước khi đưa bột giấy lên máy
xeo giấy. Trong phương pháp này, chất gia keo nội bộ có tính kỵ nước khi bám dính lên
bề mặt xơ sợi sẽ làm cho xơ sợi và tờ giấy mang tính kỵ nước.

- Phương pháp gia keo bề mặt thường sử dụng những chất tạo màng như: tinh
bột, keo polyvinylalcol v.v… để tráng phủ lên bề mặt tờ giấy. Trong phương pháp gia
keo này, chất tạo màng sẽ bịt kín đa số các lỗ trống trên bề mặt tờ giấy, làm giảm khả
năng thấm của nước và môt số chất lỏng vào bên trong tờ giấy. Phương pháp gia keo bề
mặt còn có thêm công dụng là làm cho giấy có độ bền bề mặt cao, không bị bong sợi
khi gặp ma sát trong quá trình in ấn.
Đối với các loại giấy cần độ bền bề mặt cao, trong quá trình sản xuất giấy
thường sử dụng cả hai phương pháp gia keo nội bộ và gia keo bề mặt. Tùy thuộc vào
mục đích sử dụng, in mực nước (in phun, in offset, in lưới…) và in mực khô (in laser,
photocopy…) mà sử dụng các chất keo và quy trình gia keo khác nhau.

8
Ưu điểm của gia keo chống thấm cho giấy và các tông bao gói bằng keo nhựa
thông là hiệu quả gia keo cao và tức thời, giấy đanh và cứng. Ngày nay, để tăng hiệu
quả chống thấm của keo nhựa thông, các thế hệ keo nhựa thông mới được nghiên cứu
và áp dụng thành công vào trong thực tế. Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất giấy và
các tông bao gói gia keo chống thấm bằng keo nhựa thông có một số nhược điểm: quá
trình khống chế pH gặp nhi
ều khó khăn (tốn nhiều phèn), hiệu quả tuần hoàn nước
trắng thấp, xuất hiện các đốm keo trên bề mặt giấy, dính chăn lưới, giá thành nhựa
thông cao. Hơn nữa, gia keo chống thấm bằng keo nhựa thông sinh nhiều bọt, làm thao
tác chạy máy gặp nhiều khó khăn, thất thoát lượng bột giấy theo bọt v.v…
Từ những năm 1980 cho đến nay, ngành công nghiệp sản xuất giấy và các tông
trên thế giới nói chung và ở trong nước nói riêng
đã có những chuyển đổi quan trọng về
công nghệ gia keo nội bộ trong môi trường axít sang gia keo trong môi trường kiềm.
Thực tế sản xuất trên thế giới và trong nước cho thấy công nghệ gia keo nội bộ trong
môi trường kiềm có những ưu điểm hơn so với công nghệ gia keo nội bộ trong môi
trường axít.
Những ưu điểm của gia keo nội bộ trong môi trường kiềm:

+ Quá trình nghiền bột dễ dàng hơ
n, giảm tiêu hao năng lượng cho quá trình
nghiền bột.
+ Giảm giá thành sản phẩm do nâng cao hàm lượng chất độn vô cơ trong giấy
+ Tiết kiệm lượng nước sạch cho sản xuất do sử dụng hiệu quả nước trắng trong
quá trình sản xuất.
+ Giấy có độ bền cơ học, độ trắng và độ đục cao hơn
+ Giảm chi phí khấu hao thiết bị nhờ sự giảm ăn mòn của các thi
ết bị trong quá
trình sản xuất.
+ Năng suất chạy máy cao hơn do ít xảy ra sự cố bám dính chăn lưới
Hiện nay, ở trong nước nguồn nguyên liệu chủ yếu sản xuất giấy bao gói và các
tông là sử dụng OCC (Old Corrugated Containners). Tuy nhiên, chất lượng OCC ngày
càng thấp do quá trình tái sinh nhiều lần và chứa nhiều các tạp chất như: mực in, tinh
bột, chất độn v.v… Hơn nữa, trong sản xuất để hạn chế nước th
ải, tiết kiệm nước công
nghệ các nhà máy thường sử dụng lượng nước tuần hoàn lớn và hạn chế quá trình rửa,
làm sạch, loại bỏ tạp chất trong giai đoạn chuẩn bị bột. Những yếu tố này ảnh hưởng
đến hiệu quả của quá trình gia keo, quá trình gia keo không ổn định, tăng mức dùng

9
keo. Trước thực trạng nêu trên, việc nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả quá
trình gia keo kiềm tính AKD và đưa ra quy trình gia keo kiềm tính thích hợp là một
việc làm rất cần thiết. Vì vậy, Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô được Bộ Công
Thương giao nhiệm vụ nghiên cứu khoa học công nghệ năm 2011, thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu áp dụng phương pháp gia keo kiềm tính cho quá trình sản xuất giấy và
các tông bao gói”.
Mục tiêu củ
a đề tài:
Đưa ra giải pháp sử dụng hiệu quả quá trình gia keo kiềm tính trong quá trình

sản xuất giấy và các tông bao gói.
Nội dung nghiên cứu:
+ Khảo sát thực trạng sử dụng nguyên liệu OCC (bao bì hòm hộp cũ) trong quá
trình sản xuất giấy và các tông bao gói có gia keo chống thấm bằng keo AKD (keo
chống thấm kiềm tính).
+ Nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng pH đến hiệu quả quá trình gia keo chống
thấm bằng keo AKD (keo chống thấm kiềm tính) trong quá trình sản xuấ
t giấy và các
tông bao gói.
+ Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình tuần hoàn nước trắng đến hiệu quả quá
trình gia keo chống thấm bằng keo AKD (keo chống thấm kiềm tính) trong quá trình
sản xuất giấy và các tông bao gói.
+ Nghiên cứu, so sánh một số loại keo AKD (keo chống thấm kiềm tính) thương
phẩm đang lưu hành đến hiệu quả gia keo trong sản xuất giấy và các tông bao gói.
+ Sản xuất thử nghiệm 700 kg sản phẩm giấy bao gói đạt độ hút nướ
c Cobb
60

nhỏ hơn 30 g/m
2
.
+ Tính toán được hiệu quả kinh tế







10

PHẦN I
TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU BAO BÌ HÒM HỘP CŨ (OCC) CHO QUÁ TRÌNH
SẢN XUẤT GIẤY VÀ CÁC TÔNG BAO GÓI, QUÁ TRÌNH GIA KEO CHỐNG THẤM
CHO GIẤY VÀ CÁC TÔNG BAO GÓI TỪ NGUYÊN LIỆU OCC.
1.1 Tổng quan về nguyên liệu bao bì hòm hộp cũ (OCC) cho quá trình sản xuất
giấy và các tông bao gói.
Sử dụng xơ sợi tái sinh trong ngành công nghiệp giấy và các tông bao gói được
triển khai rất hiệu quả từ những năm 60 của thế kỷ XX. Đặc biệt từ năm 2005 cho đến
nay, mức tiêu thụ loại nguyên liệu này trên thế giới tăng trung bình 3%/năm[1]. Dự báo
giai đoạn 2011 – 2015 tổng sản lượng giấy thu hồi của thế
giới tăng bình quân 4,4
%/năm. Châu Á sử dụng giấy thu hồi nhiều nhất, gần 40% so với thế giới, Châu Á nhập
khẩu gần 2/3 lượng giấy thu hồi thương mại, Châu Âu nhập khẩu khoảng 25% lượng
giấy thu hồi thương mại, còn lại chỉ nhập khẩu khoảng 7% giấy thu hồi thương mại trên
toàn cầu.
Trên thế giới, bột giấy thu hồi tái chế từ giấy và bao bì hòm hộ
p cũ chiếm nhiều
nhất trong số các loại bột giấy để sản xuất giấy và các tông bao gói chiếm 54,09 % so
với tổng sản lượng bột giấy (bột hóa, bột giấy thu hồi, bột phi gỗ). Ở trong nước, năm
2010 tổng sản phẩm giấy sản xuất trong nước là 1.298.700 tấn, trong đó sản xuất giấy
làm bao bì là 825.000 tấn, chiếm khoảng 63,53 % so với tổng lượng giấy các loại s
ản
xuất. Hiện nay, thu gom giấy thu hồi trong nước đạt 734.212 tấn, chiếm 32 % so với
tổng lượng tiêu dùng giấy thu hồi, nhập khẩu 269.743 tấn chiếm khoảng 26,87 % so với
tổng lượng tiêu dùng giấy thu hồi. Dự báo đến năm 2011, tổng lượng giấy tiêu dùng là
2.566.600 tấn, thu gom giấy thu hồi trong nước là 840.000 tấn, nhập khẩu giấy thu hồi
khoảng 355.000 tấn[1].
Nhìn chung, chất lượng của bao bì hòm hộp cũ (OCC) thay đổi rấ
t lớn tùy thuộc
vào đặc thù địa lý của khu vực sản xuất loại này. Ở các nước Châu Âu và Châu Mỹ bột

kraft gỗ mềm không tẩy trắng (xơ sợi dài) luôn chiếm tỷ lệ cao trong bao bì hòm hộp cũ
(OCC). Trong khi đó ở Châu Á tỷ lệ xơ sợi dài từ gỗ mềm là không đáng kể mà thay
vào đó là hỗn hợp xơ sợi có nguồn gốc từ gỗ mềm và gỗ cứng không tẩy tr
ắng, từ bao
bì, hòm hộp tái sinh, từ một số loại nguyên liệu phi gỗ như tre, nứa, bã mía, rơm rạ
v.v… Sự khác biệt về các thành phần[4] chính trong OCC Châu Á và Mỹ được đưa ra
trong bảng 1.1.

11
Bảng 1.1 Tỷ lệ một số thành phần chính trong các tông sóng Châu Á và Mỹ[4]
Tên nước Tạp chất
(%)
Tro
(%)
Tinh bột
(%)
Xơ sợi
vụn, (%)
Chiều dài
xơ sợi,
(mm)
Hiệu
suất thu
hồi, (%)
Châu Á (trung bình) 1,08 7,93 6,60 19,7 1,53 76,5
Nhật Bản 1,43 7,03 4,77 18,60 1,52 79,50
Đài Loan 1,57 6,77 4,48 19,30 1,61 80,20
Indonexia 0,87 4,60 8,20 17,80 1,43 76,40
Trung Quốc 0,92 14,90 8,16 20,70 1,45 68,90
Hồng Kông 1,10 12,50 5,80 18,30 1,60 72,00

Thái Lan 1,16 4,04 8,02 17,90 1,51 79,30
Hàn Quốc 1,42 10,60 3,90 21,00 1,46 77,10
Malaixia 0,13 7,93 9,50 23,70 1,69 78,40
Mỹ 1,00 1,70 2,00 15,0 2,20 85,30
Các số liệu trong bảng 1.1 cho thấy hàm lượng tạp chất (đinh gim, băng dính,
keo v.v…) trung bình trong OCC có nguồn gốc từ Châu Á (1,08%) và Mỹ (1%) tương
đương nhau. Tuy nhiên, hàm lượng các thành phần khác lại rất khác nhau:
+ Độ tro của các mẫu OCC Châu Á biến đổi trong khoảng rất rộng từ 4% đến
15%, trong khi giá trị tương ứng của mẫu OCC Mỹ là 1,7%. Các mẫu OCC của Hồng
Kông và Trung Quốc chứa nhiều tro nhất (12,5% và 14,9%). Độ tro của OCC từ Hồng
Kông và Trung Quốc cao là do s
ử dụng một lượng tương đối lớn rơm rạ và các loại
nguyên liệu phi gỗ khác để sản xuất lớp sóng, thậm chí cả lớp mặt của các tông sóng.
+ Hàm lượng xơ sợi vụn có xu hướng biến đổi tương tự như độ tro: các mẫu
OCC từ Châu Á mà đặc biệt là Trung Quốc có tỷ lệ xơ sợi vụn rất cao (20,7%). Mẫu
OCC từ Mỹ có chiều dài xơ sợ
i trung bình và hiệu suất thu hồi lớn nhất, lớn hơn rất
nhiều so với các mẫu OCC Châu Á.
Kết quả phân tích từ các tài liệu tham khảo cho thấy chiều dài xơ sợi và hiệu suất
thu hồi của Châu Á khá thấp (tương tự OCC Việt Nam) chứa nhiều xơ sợi vụn và các
tạp chất phi xơ sợi. Do vậy, chất lượng OCC, các tạp chất và xơ sợi vụn này ảnh hưởng
đến hi
ệu quả của quá trình gia keo kiềm tính (AKD) trong sản xuất giấy và các tông bao
gói.

12
Ưu điểm nổi bật của OCC so với các chủng loại giấy loại khác là hiệu suất thu
hồi xơ sợi rất cao[5]:
+ OCC, giấy bao gói : 90 – 95%
+ Giấy vẽ, đồ họa : 65 – 85%

+ Giấy vệ sinh : 60 – 75%
+ Giấy đặc chủng : 70 – 95%
+ Bột khử mực thương phẩm : 60 – 85%
Chi phí nguyên liệu khá thấp, công nghệ tương đối đơn giản, hiệu suất thu hồi xơ
sợi cao từ nguyên liệu OCC và quá trình s
ản xuất giấy và các tông bao gói từ loại
nguyên liệu này ít gây ô nhiễm môi trường chính là những động lực căn bản thúc đẩy
việc nâng cao tỷ lệ sử dụng xơ sợi tái sinh trong sản xuất giấy và các tông. Nhìn chung,
quá trình tái chế OCC nhằm thu hồi xơ sợi cho sản xuất giấy và các tông bao gói chủ
yếu sử dụng các phương pháp cơ học. Xơ sợi trong OCC được phân tách và loại bớt tạp
chất với một s
ố các công đoạn chính như: đánh tơi, sàng chọn, lọc cát sơ bộ, nghiền,
sàng tinh và lọc cát tinh trước khi đi xeo thành phẩm trên máy xeo giấy các tông bao
gói. Sự giảm sút hiệu suất trong quá trình chế biến OCC chủ yếu là do một số tạp chất
như kim loại, nhựa, chất độn v.v đã được loại bỏ trong các quá trình đánh tơi, sàng
chọn và lọc cát.
Trong thời gian gần đây, để tăng giá trị sử d
ụng của OCC, các thiết bị phân tách
xơ sợi dài và xơ sợi ngắn từ nguyên liệu này được nghiên cứu và áp dụng công nghiệp
thành công. Xơ sợi thớ dài sau khi phân tách thường được sử dụng cho sản xuất giấy và
các tông lớp mặt, xơ sợi thớ ngắn được sử dụng để sản xuất lớp sóng cho các tông sóng,
lớp đệm, lớp đế cho các tông nhiều lớp v.v…
Do OCC thường có chứa rất nhiều t
ạp chất, đặc biệt là các tạp chất có khả năng
kết dính cao (stickies) gây ra nhiều khó khăn cho quá trình sản xuất như: làm rách giấy,
kết dính trên chăn lưới, trục ép, lô sấy v.v… nên các công đoạn xử lý cơ nhiệt để loại
bỏ các tạp chất này cũng được các nhà sản xuất nghiên cứu áp dụng trong công nghiệp
trong thời gian gần đây.
Tuy nhiên, một vấn đề nảy sinh quan trọng đang làm ảnh hưởng t
ới quá trình tái

sinh từ OCC là chất lượng xơ sợi giảm do sau mỗi lần tái sinh. Các kết quả nghiên
cứu[5] cho thấy bột giấy sản xuất theo các phương pháp hóa học trải qua quá trình sấy,
thủy hóa lặp lại sẽ bị xơ cứng hay còn gọi là “sừng hóa” (hornification) và giảm đáng

13
kể về chiều dài xơ sợi cũng như khả năng tạo liên kết. Các sản phẩm giấy và các tông
bao gói từ xơ sợi này sau một số lần tái sinh không đạt được chất lượng yêu cầu.
Hiện tượng sừng hóa xuất hiện trong mạng các vách tế bào của xơ sợi hóa học.
Trong quá trình ấy, các vách tế bào đã phân lớp một phần (chổi hóa trong quá trình
nghiền) liên kết chặt chẽ với nhau b
ằng các liên kết hydro. Khi đánh tơi và nghiền trong
môi trường nước, xơ sợi tái sinh khó phân lớp hơn do một số liên kết hydro tạo ra
không phân hủy được. Xơ sợi tái sinh trở nên cứng và giòn hơn so với xơ sợi mới. Hơn
nữa, do một phần liên kết hydro tạo ra giữa các vi sợi trong quá tình sấy giấy không
phân hủy được mà xơ sợi không hoàn toàn duỗi thẳng trong khi đánh tơi và nghiền làm
cho kích thước xơ sợi tái sinh không
đạt được kích thước ban đầu của xơ sợi mới.
1.2 Quá trình gia keo chống thấm cho giấy và các tông bao gói từ nguyên liệu bao
bì hòm hộp cũ (OCC)
1.2.1 Quá trình gia keo bằng keo nhựa thông
Quá trình chống thấm theo phương pháp gia keo bằng keo nhựa thông cho giấy
và các tông bao gói là kết quả của sự tương tác giữa 3 cấu tử chính: Xơ sợi xenluylô,
các hạt keo nhựa thông và phèn nhôm. Do xơ sợi và các hạt keo đều mang điện tích âm
nên trong huyền phù xơ sợi và các hạt keo sẽ không trực ti
ếp liên kết được với nhau.
Phèn nhôm khi hòa tan trong nước sẽ tạo thành ion nhôm đa hóa trị mang điện tích
dương. Trong quá trình gia keo, phèn nhôm sẽ đóng vai trò hỗ trợ quá trình kết tủa các
hạt keo nhựa thông lên trên bề mặt xơ sợi và tạo thành muối nhựa nhôm kết tủa trên bề
mặt xơ sợi.
1.2.1.1 Các loại keo nhựa thông sử dụng trong sản xuất giấy và các tông bao gói

Quá trình sản xuất keo nhựa thông truyền thống (không biến tính) theo phương
pháp nấu colophan với dung dịch xút hoặc natri cacbonat. Với mục đích biến tính
colophan là làm giảm xu hướng kết tinh và năng cao mức độ hoạt tính của các sản
phẩm keo điều chế từ nguồn nguyên liệu này. Keo nhựa thông điều chế từ colophan
biến tính có độ ổn định và hiệu quả gia keo cao hơn so với keo điều chế theo phương
pháp truyền thống.
Keo nhựa thông xút hóa:
Colophan là chất rắn k
ỵ nước, không tan trong nước, để có thể tan được trong
nước cần tiến hành xút hóa colophan với dung dịch xút hoặc natri cacbonat ở nhiệt độ
từ 95
0
C đến 98
0
C trong khoảng thời gian từ 3h đến 5h. Colophan sau khi xút hóa được

14
gọi là keo nhựa thông xút hóa hay keo nhựa thông xà phòng hóa. Nhìn chung hiệu quả
gia keo và tính ổn định chất lượng của loại keo nhựa thông này thấp hơn so với keo
nhựa thông biến tính.
Keo nhựa thông phân tán:
Keo nhựa thông phân tán được sản xuất dưới dạng huyền phù chứa 30% đến
40% chất khô. Thành phần của keo nhựa thông phân tán có chứa 75% đến 90% axít
nhựa chưa được xà phòng hóa. Keo nhựa thông phân tán có quy trình sản xuất phức tạp,
có tính ổn định chất lượng không cao.
Keo nhự
a thông biến tính:
Nhằm tăng hiệu quả của quá trình gia keo chống thấm cho giấy và các tông bao
gói bằng keo nhựa thông, các axít nhựa trong nhựa thông (hai thành phần chính của hỗn
hợp axít nhựa trong colophan là axít abietic và axít pimaric) được biến tính bằng cách

cho phản ứng với malêic anhyđríc hoặc axít fumaríc sản phẩm tạo thành là axít
tricarboxylic. Phản ứng lập thể ứng dụng cho rất nhiều hợp chất dien (phản ứng cộng
vòng Diels-Alder) và chỉ có thể áp dụng cho đồng phân dạ
ng axít abietic có cặp nối đôi
liên hợp, sản phẩm được gọi là keo nhựa thông biến tính. Hai nhóm các-bô-xyl thêm
vào có tính axít mạnh hơn so với nhóm các-bô-xyl ban đầu. Điều này có nghĩa là đặc
tính âm điện mạnh hơn (phân cực tốt hơn) làm cho khả năng phân tán keo tốt hơn, kích
thước hạt keo nhỏ hơn, nên hiệu quả quá trình gia keo được cải thiện. Mặt khác, khi
tính ainon của dung dịch keo nhựa thông biến tính tăng lên thì hiệu quả phản ứ
ng của
keo với phèn nhôm nhằm tạo ra rêsinát nhôm cũng tăng lên dẫn tới hiệu quả gia keo
nhựa thông tốt hơn.







Hình 1.1 Phản ứng biến tính nhựa thông bằng axít furmaríc

15
1.2.1.2 Tình hình sử dụng keo nhựa thông cho sản xuất giấy và các tông bao gói ở
trong nước.
Trong thực tế sản xuất, một số nhà máy sản xuất giấy và các tông bao gói vẫn sử
dụng keo nhựa thông xút hóa như: Công ty Cổ phần giấy Lửa Việt, Công ty Cổ phần
giấy Thanh Long. Tuy nhiên, chất lượng nhựa thông xút hóa thường không ổn định và
phụ thuộc vào kinh nghiệm của người nấu nhựa thông. Hơn nữa, mức dùng keo nhựa
thông xút hóa cao t
ừ 1% đến 5% so với bột khô tuyệt đối, tăng chi phí sản xuất do giá

thành của nhựa thông hiện nay là khá cao.
Một số Công ty khác đã chuyển sang sử dụng keo nhựa thông biến tính để gia
keo chống thấm cho sản xuất giấy và các tông bao gói như: Công ty Cổ phần giấy Mỹ
Hương, Công ty Cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ và một số Công ty giấy ở khu vực phía
Nam. Hiệu quả gia keo nhựa thông biến tính cho giấy và các tông bao gói cao và tức
thời, giấy đanh và cứng.
Tuy nhiên, nguồn nguyên liệu chủ yếu được sử dụng để sản xuất tại các công ty
là OCC (bao bì hòm hộp cũ). Nguồn nguyên liệu này có chất lượng ngày càng thấp do
quá trình tái sinh nhiều lần. Trong quá trình sản xuất giấy và các tông gói từ nguồn
nguyên liệu OCC nhằm tiết kiệm nước công nghệ và hạn chế nước thải ra môi trường
nên trong nước tuần hoàn của dây chuyền chứa rất nhiều tạ
p chất. Vì vậy, quá trình
khống chế pH gặp nhiều khó khăn (tốn nhiều phèn), xuất hiện các đốm keo trên bề mặt
giấy, tăng thời gian dừng máy để vệ sinh do dính chăn, dính lưới. Gia keo chống thấm
cho giấy và các tông bao gói bằng keo nhựa thông sinh nhiều bọt khi máy xeo chạy,
làm thao tác chạy máy gặp rất nhiều khó khăn, thất thoát một lượng lớn bột giấy theo
bọt. Hơn nữa, hiện nay giá thành của nhựa thông thươ
ng phẩm rất cao (70 – 75 triệu
đồng/1 tấn nhựa thông), làm giá thành sản phẩm tăng.
1.2.2 Quá trình gia keo kiềm tính (AKD)
1.2.2.1 Điều chế và nhũ tương hóa keo AKD
AKD là một Keton không no có công thức cấu tạo như hình 1.2, trong đó R là
một gốc hydrocacbon có chứa từ 14 - 22 nguyên tử cacbon trong mạch. Vòng ketene
dimer lactone giúp cho phân tử keo AKD có khả năng phản ứng với nhóm OH trong
phân tử xenluloza để tạo thành một liên kết este.
Độ dài của gốc hydrocacbon R ảnh hưởng tới khả năng phả
n ứng của keo AKD.
Trong thực tế keo AKD thương phẩm thường được sản xuất từ hỗn hợp của axít

16

panmetic và axít stearic. Sự tạo thành nhóm ketene và nhóm dimer được tiến hành bởi
các axít béo dẫn xuất clorua trong một dung môi hữu cơ, sau đó là phản ứng ngưng tụ
vòng Lacton.









Hình 1.2 Phản ứng tổng hợp keo AKD
Trong phản ứng điều chế trên, axit béo thường dùng ở dạng sáp, là hỗn hợp của
ít nhất 5 axít béo khác nhau trở lên (R chứa từ 14 - 22 nguyên tử cacbon). Trong keo
AKD, một trong các axít chiếm tỷ lệ lớn nhất là axít palmitic, axít stearic.
Bảng 1.2 Ảnh hưởng c
ủa độ dài gốc R tới hiệu quả gia keo AKD[9]
Chiều dài gốc R Độ gia keo (s)
(HST to 80% Reflectance)
Chú thích
Hỗn hợp C
14
- C
16
786
R = C
16
825
Hỗn hợp C

16
-C
20
700
Giấy 65 g/m
2
; 0,1% keo
AKD
AKD thương mại thường được điều chế từ axit stearic (R = C
14
- C
16
), sản phẩm
thu được ở dạng sáp, không tan trong nước, nhiệt độ nóng chảy khoảng 50
0
C. Hiệu quả
gia keo của AKD phụ thuộc vào số nguyên tử C trong gốc R, khi số lượng nguyên tử C
tăng từ 8 đến 14, tuy nhiên khi số lượng nguyên tử C trong gốc R tăng lên trên 20 thì
hiệu quả gia keo của AKD lại giảm.
Để sử dụng keo AKD làm keo chống thấm cho giấy thì cần phải tiến hành làm
nóng chảy keo AKD sau đó phân tán chúng vào trong nước có chứa các thành các hạt

17
polyme mang điện tích dương (thường là tinh bột cation), hạt keo tạo thành có kích
thước nhỏ (khoảng 0,1 - 2,0 µm). Các hạt polyme cation bám lên các hạt keo AKD làm
cho chúng tích điện dương, điều này làm tăng khả năng bảo lưu keo AKD trên xơ sợi
trong quá trình xeo giấy.
Keo AKD có nhiệt độ nóng chảy thấp, điều này cho phép nó dễ dàng dàn đều lên
bề mặt xơ sợi trong quá trình nâng nhiệt độ sấy giấy.
Keo AKD dạng vảy nến được phân tán vào trong dung dịch nước

đun nóng tới
nhiệt độ khoảng 75 - 90
0
C đã có chứa các chất phụ gia khác (gồm chất ổn định nhũ
tương: tinh bột cation; chất hoạt động bề mặt: Lignin suphonat natri ). Sau khi sáp
AKD tan hết thì nén ép dung dịch này chảy qua màng có lỗ khoảng 0,5 – 2 µm rồi làm
nguội để thu được nhũ tương AKD. Một lượng nhỏ chất phân tán là tinh bột cation
dạng mạch ngắn có độ tích điện cao cùng với một lượng nhỏ chất diệt khuẩn cần cho
thêm vào nhũ tươ
ng để làm tăng thời gian bảo quản nhũ tương AKD. Các loại keo
AKD thương mại thường được nhũ hóa hóa sẵn, kích thước hạt nhũ khoảng 0,1 - 2,0
µm và hàm lượng chất rắn khoảng 6 - 21%.
Để hạn chế thời gian thủy phân của phân tử AKD trong quá trình bảo quản người
ta phải hạ pH của nhũ tương xuống trong khỏang 2,5 – 3,5 bằng axít H
2
SO
4
hoặc axít
HCl. Nếu pH > 6 thì phân tử AKD dễ tham gia phản ứng mở vòng lactone làm giảm
hiệu quả gia keo AKD trên xơ sợi. Vì pH của nhũ tương là môi trường axít nên thiết bị
chứa hay xử lý AKD trước khi gia vào bột giấy phải làm bằng vật liệu chống ăn mòn.
Do keo AKD có thể phản ứng với nước giống như với xenluylô nên thời gian
bảo quản keo AKD là giới hạn. Để ổn định nhũ tương keo AKD trướ
c khi sử dụng,
người ta thường tiến hành bảo quản keo AKD ở nhiệt độ phòng (20 - 25
0
C). Khi bảo
quản nhũ tương AKD ở nhiệt độ thường thời gian bảo quản cho phép là một tháng đến
ba tháng và đặc biệt nếu bảo quản ở nhiệt độ thấp thời gian bảo quản có thể tới một
năm.

1.2.2.2 Khả năng phản ứng và cơ chế phản ứng của keo AKD
Khả năng phản ứng của keo AKD:
Keo AKD có khả năng phản ứng v
ới các nhóm hydroxyl. Vòng lactone của
AKD có thể mở ra phản ứng với nhóm OH của xenluylo trong quá trình sấy giấy tạo
thành β keton este (hình 1.3).
Các AKD (dimer alkyl keten) cũng phản ứng với nước để tạo thành axit β keton

18
không bền và nó sẽ decarboxyl để tạo ra các keton tương ứng (hình 1.4).







Hình 1.3 Phản ứng của AKD với nhóm OH của xenluylô







Hình 1.4 Phản ứng của keo AKD với H
2
O
Cơ chế phản ứng của keo AKD với xơ sợi xenluylô:
Hiện nay, cơ chế phản ứng của keo AKD với xơ sợi xenluylô có hai thuyết khác

nhau về cơ chế phản ứng của AKD với xơ sợi xenluylô. Thuyết thứ nhất cho rằng cơ
chế phản ứng của AKD với xơ sợi xenluylô dựa trên thuyết liên kết mạnh/liên kết yếu
(strong bond/weak bond) và thuyết thứ hai dự
a trên cơ sở hình thành liên kết este β
keton[9].
Theo thuyết liên kết mạnh/liên kết yếu, phản ứng của AKD trong quá trình gia
keo bao gồm 02 giai đoạn:
+ Giai đoạn 1: Phản ứng của keo AKD với xơ sợi xenluylo để tạo thành liên kết
este β keton là một sản phẩm phụ. Kết luận này dựa trên kết quả phân tích phát hiện
liên kết este trong giấy gia keo AKD. Khả năng triết tách tới 80% lượng AKD có trong

19
giấy và cuối cùng do khả năng dịch chuyển AKD bởi sự tăng nhiệt độ.
+ Giai đoạn 2: AKD là một keo liên kết yếu, chính các phần tử AKD và các phần
không phải là xenluloza phản ứng với keo AKD tạo ra khả năng gia keo cho giấy.
Trong khi đó theo thuyết thông dụng nhất thì cơ chế phản ứng của phản ứng giữa
keo AKD vơi xơ sợi Xenluloza gồm 4 giai đoạn (hình 1.5):












Hình 1.5 Các giai

đoạn của quá trình gia keo AKD
+ Giai đoạn 1: Những hạt keo phân tán được ổn định bằng điện tích dương trước
hết sẽ được hấp thụ trên xơ sợi bằng lực hút tĩnh điện. Mức dùng AKD phụ thuộc nhiều
vào thời gian gia keo cho tới khi lên lưới (diện tích bể chứa bột, bơm, mực lưu chất
trong thùng đầu ), việc thêm tinh bột cation chính là để hỗ trợ cho s
ự bảo lưu AKD. Vị
trí gia keo AKD vào dòng bột là từ bể chứa đầu máy đến bơm quạt hoặc hòm điều tiết.
+ Giai đoạn 2: Khi băng giấy được sấy khô, các hạt keo AKD được hấp thu sẽ
nóng chảy và dàn đều lên bề mặt xơ sợi nhờ nhiệt độ ở bộ phận sấy tạo điều kiện tốt
cho phản ứng giữa các nhóm OH của xơ
sợi với nhóm chức của phân tử AKD.
+ Giai đoạn 3: Phản ứng hóa học giữa AKD với nhóm OH của xenluloza. Phản
ứng này chỉ diễn ra ở nhiệt độ cao khi phần lớn nước trong tấm giấy đã được bay hơi
nghĩa là ở cuối giai đọan sấy. Trong quá trình này, nhóm anhydride trong phân tử keo

20
AKD phản ứng với nhóm OH trong phân tử xenluloza tạo thành một liên kết hóa trị bền
vững.
+ Giai đoạn 4: Diễn ra quá trình định hướng của các phân tử AKD sao cho phần
hydrocacbon là phần kỵ nước thì chĩa ra ngoài bề mặt tờ giấy, phần nhóm chức tạo
thành liên kết với xơ sợi làm cho các phân tử AKD dính chặt lên bề mặt xơ sợi, nhờ
định hướng này mà độ chống thấm tăng lên. Sự đị
nh hướng này không chỉ xảy ra trong
quá trình sấy mà còn tiếp tục trong khoảng thời gian ngắn sau khi giấy được sấy xong,
nghĩa là độ chống thấm vẫn tiếp tục tăng.
1.2.2.3 Một số yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến gia keo kiềm tính (AKD)
Ảnh hưởng của pH và độ kiềm:
Độ pH: Độ pH trong dòng huyền phù bột giấy trước khi xeo giấy ảnh hưởng tới
hiệu quả gia keo, keo AKD dùng hiệu quả
trong khoảng pH = 7,5 - 8. Phản ứng của keo

AKD với xơ sợi thuờng được xúc tác bằng các ion bicarbonat HCO
3
-
, do vậy người ta
thường dùng một lượng nhỏ NaHCO
3
hoặc Na
2
CO
3
vào dòng bột giấy vừa để thúc đẩy
phản ứng giữa keo AKD với xơ sợi, vừa để điều chỉnh pH trong khoảng 7,5 - 8.
Độ kiềm tính: Độ kiềm tính là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng tới sự
phân bố của AKD lên xơ sợi xenluylô và giúp cho tốc độ phản giữa keo AKD và xơ sợi
xenluylô xảy ra nhanh hơn. Độ kiềm tính là nồng độ ion HCO
3
-
có trong dòng bột giấy,
các ion HCO
3

-
có trong dòng bột do hai lý do:
+ Do bổ sung Na
2
CO
3
hoặc NaHCO
3
quá nhiều.

+ Do dùng bột Canxi cacbonat kết tủa (PCC) làm chất độn, trong PCC có chứa
tạp chất Ca(OH)
2
bởi trong quá trình điều chế PCC, Ca(OH)
2
chưa phản ứng hết với khí
CO
2
để tạo thành CaCO
3
.
Với tác dụng của ion bicacbonat HCO
3
-
ảnh hưởng của các ion Al
3+
, Ca
2+
, Na
+

trong dòng bột tới keo AKD có thể được giảm tới mức tối thiểu.
Tuy nhiên, theo một số nghiên cứu nếu độ kiềm tính của dòng huyền phù bột quá
cao (trên 400 ppm) sẽ làm tăng phản ứng thủy phân keo AKD để tạo thành Keton dẫn
tới làm giảm độ chống thấm cho giấy, phản ứng này diễn ra chậm, dẫn đến tính chống
thấm của giấy bị giảm dần sau khi tờ giấy đượ
c sản xuất - gọi là hiện tượng hồi keo.
Một số nghiên cứu cho thấy khi gia keo AKD sử dụng chất độn cácbonat kết tủa, nếu
tăng độ kiềm từ 100 – 1000 ppm, độ chống thấm của giấy giảm mạnh, có thể mất tác
dụng chống thấm trong vòng 7 ngày sau khi sản xuất[9,10].

21
Ảnh hưởng của chất độn, xơ sợi vụn và hóa chất trợ bảo lưu:
Chất độn và xơ sợi vụn keo theo sự gia tăng lượng keo AKD cần thiết cho quá
trình gia keo cho giấy và các tông bao gói để có được cùng một mức độ gia keo, hiện
tượng này được giải thích trước hết là do: sự tăng diện tích bề mặt cần gia keo, bề mặt
hóa học của chất độn, cấu trúc bề mặ
t của chất độn, chất phân tán dùng để phân tán chất
độn, độ bảo lưu của chất độn v.v… Ngoài ra xơ sợi vụn tham gia vào phản ứng với keo
AKD, do đó lượng keo AKD cần thiết cho quá trình gia keo tăng lên.
Có hai yếu tố làm giảm hiệu quả của quá trình gia keo trên phần ướt của máy
xeo giấy. Yếu tố thứ nhất là do sự thất thoát của xơ sợi vụn và chất độn kéo theo sự thất
thoát AKD do h
ấp thụ lên đó. Yếu tố thứ hai là hệ thống các chất trợ bảo lưu làm đông
tụ chất độn cùng với AKD hấp thụ lên bề mặt chất độn tạo thành những khối có kích
thước tương đối lớn, AKD được kéo vào phía bên trong của các khối đó mà không
được trải đều lên bề mặt xơ sợi.
Tuy nhiên, khi dùng chất trợ bảo lưu một cách thích hợp thì không những làm
tă
ng được độ bảo lưu của các hạt mịn mà còn làm tăng được khả năng thoát nước trong
quá trình xeo giấy. Cả hai điều này rất có ích trong quá trình xeo giấy, vì vậy việc dùng
chất trợ bảo lưu trong quá trình xeo giấy là rất quan trọng và cần thiết để đạt chất lượng
giấy cao, tiết kiệm các chất phụ gia và làm giảm ô nhiễm môi trường.
Hơn nữa, khi keo AKD được bổ sung vào dòng huyền phù bột/chất
độn, các hạt
keo AKD sẽ hấp thụ lên bề mặt chất độn nhanh hơn so với hấp thụ lên bề mặt xơ sợi,
điều này được lý giải là do diện tích bề mặt của chất độn lớn hơn nhiều so với bề mặt
của xơ sợi.
Tỷ lệ chất độn: Thông thường tỷ lệ chất độn cao thì kéo theo sự tăng lượng dùng
keo AKD, vì chấ

t độn hấp thụ nhiều keo. Do đó trong công nghệ thường tiến hành quá
trình gia keo trước khi gia chất độn.
Với công nghệ gia keo trong môi trường trung tính hoặc kiềm tính, chất độn
thường sử dụng là canxi cacbonat kết tủa (PCC) hoặc canxi cacbonat nghiền (GCC).
Bột PCC sử dụng thường có kích thước hạt từ 1,1 – 1,8 µm trong khi bột đá nghiền
thường có kích thước từ 0,8 – 2,0 µm và cỡ hạt có mức độ đồng nhất không cao bằng
chất độn PCC.
Đối với chất độn PCC giá trị pH thường ở mức 8 - 8,5 và với chất độn GCC giá
trị pH thường ở mức 7. Trong chất độn PCC luôn tồn tại lượng Ca(OH)
2
dư, do đó pH

22
của dòng bột luôn cao và chính điều này làm tăng tốc độ thủy phân của keo AKD trong
dòng bột cũng như trong giấy.
Việc sử dụng chất độn canxi cacbonat có thể dẫn tới hiện tượng hồi keo do sự
tạo thành liên kết giữa AKD với ion Ca
2+
trong nước.
Ảnh hưởng của tinh bột cation:
Khi gia keo AKD cho giấy và các tông bao gói thì tinh bột cation có tác dụng
nâng cao sự bảo lưu làm tăng hiệu quả của quá trình gia keo. Bởi đối với xơ sợi
xenluylô thì điện tích zeta khoảng 20 – 30 µV (điện tích âm), tùy thuộc vào chủng loại
xơ sợi, cách xử lý hóa học và độ nghiền v.v… Hơn nữa, điện thế của bột giấy còn ảnh
hưởng bởi chất độ
n sử dụng. Các hạt mang cùng một điện tích thì đẩy nhau cho nên
điện thế zeta có ảnh hưởng rất lớn đến độ kết tụ và bám dính của bột giấy. Lực đẩy này
có thể được trung hòa nếu như trên bề mặt của các hạt được gắn các nhóm mang điện
tích dương hay còn gọi là cation hóa. Các phân tử tinh bột cation hút các hạt mang điện
tích âm, vì vậy các xơ sợi bột giấy có thể kế

t tụ lại và các xơ sợi mịn cũng như chất độn
sẽ dính lên bề mặt bột giấy. Sự hấp phụ của tinh bột cation phụ thuộc vào độ thế DS của
chúng. Quá trình hấp phụ tinh bột cation lên bề mặt xơ sợi vẫn tiếp tục diễn ra cho tới
khi bề mặt xơ sợi đã được bao phủ hoàn toàn bởi tinh bột hoặc điện tích bề
mặt của xơ
sợi đã được trung hòa. Tinh bột cation dùng trong công nghiệp sản xuất giấy thường có
độ thế từ 0,035 - 0,047.
Tinh bột cation dùng trong sản xuất giấy thường chứa các nhóm amin bậc 3 hoặc
amin bậc 4 trong phân tử. Đối với các amin bậc 3, khi pH của dung dịch tăng thì dẫn tới
sự giảm điện tích dương của chúng. Tuy nhiên, với các amin bậc 4 khi pH của dung
dịch tăng từ 7,5 - 8,5 điện tích củ
a chúng không thay đổi[11].
Theo một số nghiên cứu, sự hấp thụ của tinh bột cation lên bề mặt xơ sợi
xenluloza giảm mạnh khi độ dẫn điện riêng của huyền phù bột tăng. Sự ảnh hưởng này
tùy thuộc vào đặc trưng của cation ion kim loại và nồng độ của chúng. Các ion kim loại
hóa trị 2 như Ca
2+
, Mg
2+
có tác dụng gấp 10 lần so với các ion kim loại hóa trị một như
Na
+
trong việc làm giảm sự hấp phụ của tinh bột cation lên bề mặt xơ sợi. Các polymer
sẽ nhả hấp phụ nếu sự có mặt của các ion kim loại làm giảm điện tích của bề mặt hấp
phụ. Các ion kim loại hóa trị 2 không chỉ ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ của tinh bột
cation lên xơ sợi bởi hiệu ứng che chắn điện tích mà còn bở
i sự tương tác giữa các
cation trên với các nhóm cacboxylat COO
-
.

23
Tinh bột cation có mật độ điện tích thấp (DS ≈ 0,015) sẽ giảm mạnh khả năng
hấp thụ lên bề mặt của xơ sợi khi độ dẫn điện của huyền phù bột tăng (nồng độ của các
muối kim loại tăng), trong tinh bột cation với mật độ điện tích cao (độ thế DS cao) sẽ ít
bị ảnh hưởng hơn. Sự tăng nồ
ng độ các muối ion kim loại dẫn tới sự giảm về khối
lượng phân tử của các polymer tinh bột cation từ đó dẫn tới hiệu ứng che chắn giữa các
nhóm mang điện.
Ảnh hưởng của một số ion kim loại:
Trong quá trình gia keo AKD, sự có mặt của một số ion kim loại như Ca
2+
, Al
3+
,
Mg
2+
có thể làm giảm hiệu quả gia keo[12]. Nguyên nhân của sự làm giảm hiệu quả gia
keo AKD khi có mặt các ion kim loại trên được giải thích là do sự tạo thành muối keton
của các kim loại trên.
Hình 1.6 Phản ứng tạo thành muối keton khi có mặt Ca
2+
, Al
3+
Mặt khác, với sự có mặt của các ion kim loại trên sự hấp thụ của các phần tử tinh
bột cation lên bề mặt xơ sợi xenllulo bị giảm đi. Tùy thuộc vào độ thế (DS) của tinh bột
cation mà khả năng hấp thụ của chúng có thể tăng lên hay giảm đi khi có sự có mặt của
các ion Ca
2+
, Al

3+
, Mg
2+
. Sự có mặt của các ion trên được biểu thị thông qua độ dẫn
điện của dung dịch. Đối với tinh bột cation có độ thế thấp, khi độ dẫn điện đặc biệt thấp
thì khả năng hấp thụ của tinh bột cation lên bề mặt xơ sợi được cho là lớn nhất. Trong
khi đó với tinh bột cation có độ thế (DS) cao khi độ dẫn điện tăng lên khả n
ăng hấp thụ

24
của chúng lên bề mặt xơ sợi vẫn tốt.







Hình 1.7 Ảnh hưởng của ion Al
3+
lên hiện tượng hồi keo AKD
Theo một số nghiên cứu, tinh bột cation với độ thế DS = 0,015 sẽ giảm khả năng
hấp phụ rất nhanh khi trong dung dịch có sự tăng nồng độ của các muối Ca
2+
, Mg
2+
,
Al
3+
.

1.2.2.4 Xu hướng sử dụng keo chống thấm kiềm tính AKD
Gia keo trong phần ướt của máy xeo (gia keo nội bộ) là một giai đoạn quan trọng
của quá trình sản xuất giấy nói chung, giấy các tông bao gói nói riêng. Cho tới đầu
những năm 1980 gia keo nội bộ trong môi trường axít vẫn là công nghệ phổ biến trong
ngành công nghiệp giấy và các tông bao gói trên thế giới. Từ những năm 1980 cho đến
nay, ngành công nghiệp sản xuất giấy và các tông bao gói trên thế giới đã có những
chuyển đổi quan trọng về công nghệ gia keo nội bộ trong môi trường axít sang gia keo
trong môi trường kiềm. Trên thế giới, quá trình gia keo chống thấm trong môi trường
kiềm đã được nghiên cứu và áp dụng rất hiệu quả trong các nhà máy sản xuất giấy in,
giấy viết từ nguồn nguyên liệu: bột sợi ngắn tẩy trắng, bột sợi dài tẩy trắng và bột cơ
học tẩy trắng. Với các nhà máy sản xuất gi
ấy các tông bao gói việc sử dụng keo chống
thấm kiềm tính AKD cũng được đưa vào sử dụng hiệu quả với nguồn nguyên liệu chính
là bột kraft không tẩy trắng và một phần bao bì hòm hộp cũ (OCC).
Cho tới đầu những năm 1990, ở Việt Nam công nghệ gia keo nội bộ chủ yếu vẫn
sử dụng keo nhựa thông, gia keo trong môi trường axít cho các nhà máy sản xuất giấy
và các tông bao gói. Từ những năm 1990 cho đến nay gia keo trong môi trường ki
ềm
tính với những ưu điểm hơn hẳn so với công nghệ gia keo trong môi trường axít. Do
vậy, hầu như các nhà máy sản xuất giấy in, viết trong nước (Tổng Công ty giấy Việt
nam, Công ty Cổ phần Tập đoàn Tân Mai, Công ty bao bì Việt Thắng v.v…) đã chuyển

25
đổi công nghệ gia keo nội bộ trong môi trường axít sang gia keo trong môi trường
kiềm. Quá trình chuyển đổi này cho phép các nhà máy nâng cao được chất lượng và
giảm giá thành sản phẩm, nâng cao khả năng cạnh tranh của các loại sản phẩm này.
Ở trong nước, trước đây trong quá trình sản xuất giấy và các tông bao gói từ
nguyên liệu OCC, gia keo trong môi trường axít (keo nhựa thông) là công nghệ gia keo
phổ biến. Hiện nay, với những ưu điểm của công nghệ gia keo trong môi trường kiềm:
tiết kiệ

m nước sạch cho sản xuất do sử dụng hiệu quả nước trắng, quá trình nghiền bột
dễ dàng hơn, giảm tiêu hao năng lượng cho giai đoạn nghiền bột giấy, giảm chi phí
khấu hao thiết bị, năng suất chạy máy cao hơn do ít xảy ra sự cố bám dính chăn lưới.
Do vậy, một số nhà máy sản xuất giấy và các tông bao gói (Công ty Cổ phần giấy Lam
Sơn, Công ty Cổ phần giấy Tây
Đô, Công ty Cổ phần giấy Rạng Đông, một số cơ sở
sản xuất giấy ở Bắc Ninh v.v…) từ nguyên liệu OCC đã chuyển sang sử dụng công
nghệ gia keo kiềm tính. Việc áp dụng gia keo chống thấm cho các tông bao gói từ
nguyên liệu OCC đã giải quyết được các vấn đề kỹ thuật, đem lại hiệu quả gia keo và
hiệu quả kinh tế. Hơn nữa, gia keo kiềm tính cho giấy và các tông bao gói thao tác v
ận
hành đơn giản, giảm tối đa hiện tượng sinh bọt nên giảm thiểu số lần đứt giấy, giảm
cường độ làm việc của công nhân vận hành, tăng năng suất chạy máy.
Tuy nhiên, việc áp dụng công nghệ gia keo kiềm tính cho quá trình sản xuất giấy
và các tông bao gói sử dụng nguyên liệu OCC chưa thực sự ổn định và hiệu quả. Do
trong quá trình sản xuất giấy và các tông bao gói từ nguyên liệu OCC có chất l
ượng
thấp và chứa nhiều tạp chất, hơn nữa, nhằm sử dụng triệt để lượng nước tuần hoàn, hàm
lượng các tạp chất và ion kim loại trong nước tuần hoàn cao nên ảnh hưởng đến hiệu
quả gia keo. Các yếu tố công nghệ này ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình gia keo và
chất lượng sản phẩm giấy các tông bao gói như: mức dùng keo AKD lớn hơn để đạt
được cùng mộ
t mức độ chống thấm, xuất hiện hiện tượng hồi keo.
Kết luận và định hướng nghiên cứu:
+ Xu hướng sử dụng keo chống thấm kiềm tính (AKD) để chống thấm cho giấy
và các tông bao gói thay thế cho keo nhựa thông trong dây chuyền sản xuất đang ngày
càng phổ biến do giá thành của keo chống thấm kiềm tính thấp, khả năng tuần hoàn
nước trắng cao, giảm chi phí sản xuất.
+ Hiện nay, đa s
ố các dây chuyền sản xuất giấy và các tông bao gói có công suất

vừa và nhỏ sử dụng phần lớn nguyên liệu là OCC (bao bì hòm hộp cũ) nội và nhập