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



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


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 4
DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG 6
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ 8
ĐẶT VẤN ĐỀ 9
Chương I: TỔNG QUAN 11
1.1. Giới thiệu chung về sản xuất giấy từ nguyên liệu tái chế 11
1.2. Những lợi ích của OCC 12
1.3. Mục đích nghiên cứu 13
1.4. Nội dung nghiên cứu 13
Chương II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14
2.1. Cấu trúc của bìa cáctông sóng 14
2.2 Thành phần của bìa cáctông sóng 15
2.3 Ảnh hưởng của tái chế tới tính chất xơ sợi 18
2.4. Các phương pháp nâng cao độ bền của giấy tái chế 20
2.4.1. Phương pháp cơ học 20
2.4.2. Phương pháp hóa học 36
2.5. Tình hình sản xuất gi
ấy cáctông sóng tại việt nam 41
Chương III: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 44
3.1. Nguyên vật liệu 44
3.1.1. Nguyên liệu 44
3.1.2. Hóa chất 44
3.1.3. Dụng cụ và thiết bị sử dụng cho nghiên cứu 44
3.2. Phương pháp tiến hành thực nghiệm 46
3.2.1. Phân tách sợi bằng sàng áp lực 46
3.2.2. Nghiên cứu sử dụng tinh bột cation để tăng độ b
ền cho giấy sản xuất
từ bột OCC 47
3.2.3. Nghiên cứu sử dụng polyacrylamide để tăng độ bền cho giấy sản xuất
từ bột OCC 48

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

ới độ bền kéo 63
4.4.2. Ảnh hưởng của mức dùng C-PAM tới độ bền xé 64
4.4.3. Ảnh hưởng của mức dùng C-PAM tới độ chịu bục 65
4.4.4. Ảnh hưởng của mức dùng C-PAM tới độ bền nén vòng 66
4.5. Nghiên cứu sử dụng polyacrylamide cation để cải thiện khả năng thoát
nước cho bột OCC 67
4.6. Nghiên cứu sử dụng tinh bột cation và polyacrylamide cation để tăng độ
bền và cải thiện khả năng thoát nước cho bột OCC 68
4.7. Đánh giá sơ bộ hiệu quả kinh tế 70
4.8. Thiết lập quy trình công nghệ nâng cao độ bền cho bột OCC và giấy sản
xuất từ bột OCC 70
4.9. Sản xuất thử nghiệm 73
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75
Kết luận 75
Kiến nghị 76
Tài liệu tham khảo 77
Phụ lục 1: Phương pháp đo kích thước xơ sợi bằng kính hiển vi 79
Phụ lục 2: Bảng tổng hợp kết quả quá trình thực nghiệm 79


3



4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình Nội dung Trang
Hình 2.1 Cấu trúc bìa cáctông một lớp sóng 13
Hình 2.2 Cấu trúc bìa cáctông hai lớp sóng 14

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



5
Hình 4.2 Ảnh hưởng của phân tách sợi tới mức giảm tiêu hao năng
lượng nghiền (đối với bột OCC Mỹ)
54
Hình 4.3 Ảnh hưởng của phân tách sợi tới độ bền của bột OCC
trong nước (các mẫu bột có độ nghiền là 38 - 40
o
SR)
55
Hình 4.4 Ảnh hưởng của phân tách sợi tới độ bền của bột OCC Mỹ
(các mẫu bột có độ nghiền là 38 - 40
o
SR)
55
Hình 4.5 Ảnh hưởng của mức dùng tinh bột cation đến độ bền kéo
của giấy (Các mẫu bột có độ nghiền 38 - 40
o
SR)
57
Hình 4.6 Ảnh hưởng của mức dùng tinh bột cation đến độ bền xé
của giấy (Các mẫu bột có độ nghiền 38 - 40
o
SR)
58
Hình 4.7 Ảnh hưởng của mức dùng tinh bột cation đến độ chịu bục
của giấy (Các mẫu bột có độ nghiền 38 - 40
o
SR)

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 2.3 Tăng độ bền bằng phân tách với sàng khe 29
Bảng 2.4 Sử dụng sàng lỗ phân tách để tăng độ bền 32
Bảng 3.1 Hóa chất sử dụng cho nghiên cứu 42
Bảng 3.2 Các thiết bị, dụng cụ phục vụ cho nghiên cứu 43
Bảng 3.3 Các chế độ phân tách sợi 43
Bảng 3.4
Nghiên cứu sử dụng tinh bột cation để tăng độ bền cho
giấy sản xuất từ bột OCC
45
Bảng 3.5
Nghiên cứu mức dùng polyacrylamide cation để tăng độ
bền cho giấy sản xuất từ bột OCC
46
Bảng 3.6
Nghiên cứu sử dụng tinh bột cation và polyacrylamide
cation để tăng độ bền cho giấy và cải thiện khả năng thoát
nước cho bột OCC
47
Bảng 3.7 Các phương pháp xác định tính chất của bột giấy 48
Bảng 4.1 Các tính chất ban đầu của bột 50
Bảng 4.2 Độ thoát nước của bột OCC trong nước sau khi phân tách 51
Bảng 4.3 Độ thoát nước của bột OCC Mỹ sau khi phân tách 51
Bảng 4.4
Ảnh hưởng của phân tách sợi tới kích thước của bột OCC
trong nước
52
Bảng 4.5
Ảnh hưởng của phân tách sợi tới kích thước của bột OCC
Mỹ
52

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

Bảng 4.13
Mức tăng độ bền của giấy và tăng khả năng thoát nước đối
với bột qua phân tách sợi, bổ sung tinh bột và
polyacrylamide
68
Bảng 4.14
Chế độ công nghệ nâng cao độ bền cho giấy sản xuất từ
bột OCC
71
Bảng 4.15 Kết quả sản xuất thử nghiệm 71











8
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ

Tên Chú thích
ACC Accept
Bột hợp cách
Bột Kraft Bột nấu theo phương pháp sunphát
CMT
Concora Medium Test

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




9
ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong những năm gần đây, khi nhu cầu sử dụng các sản phẩm từ giấy của
con người ngày càng tăng cao, việc tìm ra những nguồn nguyên liệu mới đáp
ứng nhu cầu cho công nghiệp sản xuất bột giấy và giấy càng trở nên bức thiết.
Việc sử dụng nguyên liệu giấy tái chế đã góp phần quan trọng giải quyết
nhu cầu nguyên liệu cho ngành giấy, hạn chế sức ép từ hoạt động sản xuất giấy
tới nguồn tài nguyên rừng và những tác động xấu tới môi trường. Khi tiến hành
sản xuất giấy tái chế có thể giảm tới 95% khí thải ô nhiễm. Khí thải gây ô nhiễm
trong quá trình sản xuất giấy như nấu bột, không có trong quá trình sản xuất giấy
tái chế. Bên cạnh đó khi sản xuất giấy tái chế có thể tiết kiệm 30 đến 55% năng
lượng so với giấy sản xuất từ xơ sợi nguyên thủy.
Bột giấy tái chế được sử dụng phổ biến để sản xuất các loại giấy cáctông,
giấy bao bì… Bột giấy tái chế là nguyên liệu có giá thành thấp hơn so với bột
giấy nguyên thủy tuy nhiên do được tái sử dụng nhiều lần nên chất lượng bột
giấy tái chế thấp hơn so với bột nguyên thủy.
Chất lượng của bột giấy tái chế phụ thuộc rất lớn vào số lần tái chế. Xơ
sợi tái chế thường ngắn, kém mềm mại và thường chứa nhiều xơ sợi mịn hơn so
với xơ sợi nguyên thủy do đó khi sản xuất giấy khả năng liên kết bị giảm. Chính
những điều này làm cho chất lượng sản phẩm giấy và bìa sản xuất từ bột tái chế
giảm đáng kể so với sản xuất từ xơ sợi nguyên thủy.
Việc nghiên cứu nhằm tìm ra các giải pháp công nghệ để nâng cao chất
lương xơ sợi của bột giấy tái chế, hạn chế tối đa các tác động xấu tới môi trường
và giảm giá thành sản phẩm là việc làm có ý nghĩa thực tiễn vô cùng cần thiết
Xuất phát từ những ý tưởng trên, được sự nhất trí của Bộ Công Thương,
trường Cao đẳng nghề Công nghệ Giấy và Cơ điện tiến hành thực hiện đề tài
"Nâng cao độ bền cho bột giấy phế liệu hòm hộp làn sóng bằng phương pháp cơ
học và phương pháp hóa học".
Đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, tạo tiền đề cho việc cải tiến

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

xuất xảy ra, tác động trực tiếp đến các ngành công nghiệp. Việc sử dụng các sản
phẩm tái chế để sản xuất giấy nói chung và giấy bìa hòm hộp sóng nói riêng
xuất phát từ sự tiết kiệm nguyên, nhiên vật liệu của các nhà máy và xí nghiệp
sản xuất bột giấy và giấy nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất, giảm giá thành
sản phẩm, đồng thời tránh lãng phí các vật liệu sản xuất quý giá.
Ngành công nghệ sản xuất giấy phát triển qua nhiều thời kỳ, từ những
năm đầu khi chưa phát minh ra bột cơ học, việc tái sử dụng lại nguyên liệu cho
sản xuất giấy chủ yếu được thực hiện ở việc tận thu lại rẻ rách, sợi vải để sản
xuất ra những ch
ủng loại giấy chất lượng thấp hơn, từ khi ngành giấy chuyển
sang sử dụng nguyên liệu thực vật và với sự phát triển của bột cơ học và bột hóa
học thì khái niệm tái chế giấy loại mới thực sự được ra đời.
Trong suốt những năm gần đây, đã có nhiều nghiên cứu để cố gắng nâng
cao chất lượng cho xơ sợi giấ
y tái chế. Với lý do bảo vệ tài nguyên, môi trường
và giảm giá thành sản phẩm, việc sử dụng xơ sợi tái chế làm nguyên liệu để sản
xuất các loại giấy và bìa ngày càng được quan tâm nhiều hơn. Chất lượng của
bột giấy tái chế phụ thuộc vào số lần tái chế. Xơ sợi tái chế sẽ trở lên kém mềm,
kém xốp, ngắn hơn và thường chứa đựng nhiều xơ s
ợi mịn hơn so với xơ sợi
nguyên thủy và khả năng liên kết bị giảm. Chính những điều này làm cho độ bền
xơ sợi giảm và dẫn tới chất lượng sản phẩm giấy và bìa bị giảm đáng kể.
Vấn đề lớn nhất với xơ sợi tái chế là chất lượng xơ sợi thấp dẫn đến chất
lượng sả
n phẩm thấp. Phân tách xơ sợi có khả năng nâng cao chất lượng cũng
như năng suất sản xuất giấy và bìa. Khi phân tách, xơ sợi dài và xơ sợi ngắn sẽ
được tách riêng để cải thiện tính chất. Xơ sợi dài có thể sử dụng để tăng độ bền
cho giấy, còn xơ sợi ngắn có thể sử dụng để cải thiện tính chất quang học và tính
chất bề
mặt của giấy. Sau khi phân tách có thể trộn lẫn xơ sợi với nhau theo tỷ lệ

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

79%, Thái Lan 72%, Đài Loan 70%, Trung Quốc 65%, Nhật Bản 65%. Các loại
giấy thu hồi là giấy cáctông (OCC), giấy báo (NP) tạp chí (OMG), giấy lề (phế
thải trong gia công)… được nhập vào Việt Nam từ nhiều nước, chủ yếu từ Mỹ,
Nhật, New Zealand. Giấy thu hồi dùng để sản xuất giấy in/viết chất lượng trung
bình. Gần 100% giấy bao bì, 90% giấy tissue và 60% giấy in báo đều làm t
ừ
giấy thu hồi [1].
Trước năm 1990 việc tái chế giấy loại ở Việt Nam hình thành ở những
nhà máy giấy địa phương nhỏ lẻ, hoặc là những nơi không đủ khả năng sản xuất
bột giấy cũng như không đủ điều kiện kinh phí để nhập khẩu bột giấy từ các nhà
máy khác hoặc từ nước ngoài. Từ năm 1990 đến nay ngành công nghiệp giấy tái
chế mới có sự quan tâm và tương đối phát triển đặc biệt là giấy tái chế từ nguyên
liệu OCC. Tuy nhiên, do điều kiện kinh tế chậm phát triển, chuyên môn ngành
giấy phát triển chưa cao, tái chế giấy loại ở Việt Nam cần được quan tâm nhiều
hơn nữa.
1.2. NHỮNG LỢI ÍCH CỦA OCC
OCC là giấy bìa sóng đã qua sử dụng. OCC rất hiệu quả trong việc sử
dụng làm nguyên liệu thô cho bìa phẳng và lớp sóng gi
ữa. Tại nhiều nước, có
những quy định nghiêm ngặt trong việc sử dụng tối đa nguyên liệu tái chế. Sản
phẩm giấy bìa sóng thân thiện với môi trường và khả năng tái chế giúp cho


13
chúng có khả năng cạnh tranh đối với nhiều nguyên liệu bao gói khác. Các loại
giấy bìa sóng được làm từ nguyên liệu OCC có nhiều đặc tính ưu việt như sau:
- Giấy bìa sóng có độ cứng cao tính theo tỷ trọng. So với những nguyên
liệu đóng gói cứng khác, bìa sóng có độ cứng cao với mức giá thấp.
- Nó cũng có khả năng chống lại những tác động mạnh với đặc điểm mềm
mại, thoáng khí trong cấu trúc sóng làm tă

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.




14
CHƯƠNG II
CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. CẤU TRÚC CỦA BÌA CÁCTÔNG SÓNG
Bìa cáctông sóng thông thường có thể phân chia thành những nhóm sau:
- Bìa cáctông 1 mặt
- Bìa cáctông 1 lớp sóng
- Bìa cáctông 2 lớp sóng
- Bìa cáctông 3 lớp sóng
Bìa cáctông 1 mặt (Hình 2.1) có một lớp thẳng và một lớp giấy sóng được
kết dính với nhau. Với cấu trúc này nó giữ cho lớp sóng chắc chắn và khó bị kéo
phẳng.
Bìa cáctông một lớp sóng (Hình 2.1) bao gồm mỗi mặt của lớp sóng giữa
liên kết với một lớp bìa phẳng. Lớp sóng được sử dụng để mang l
ại độ bền và độ
cứng cho giấy bìa và cũng có những chức năng như làm mềm.


Hình 2.1. Cấu trúc b
ìa cáctông một lớp sóng

Bìa cáctông có hai lớp sóng (Hình 2.2) bao gồm 2 lớp bìa sóng và 3 lớp
giấy phẳng, một trong 3 lớp giấy phẳng đó nằm ở giữa của hai lớp bìa sóng. Bìa
cáctông có 2 lớp sóng được sử dụng khi cần độ cứng cao và độ bền nguyên liệu
cao.

Lớp bìa phẳng Lớp bìa sóng Keo Bìa cáctông 1 mặt
Bìa cáctông 1 mặt Lớp bìa mặt sau Keo Bìa cáctông 1 lớp sóng



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:

- Bột gỗ cứng tẩ
y trắng
- Bột gỗ mềm tẩy trắng
Lớp bìa cáctông 1
mặt số 1
Lớp bìa cáctông 1
mặt số 2
Lớp bìa mặt sau
ẳ
Bìa cáctông 2 lớp
sóng


16
- Bột gỗ mềm không tẩy
Đối với lớp mặt cáctông sóng chất lượng cao, cả lớp mặt và lớp đế thông
thường đều được sản suất từ bột kraft có độ bền cao (kraftliner). Tuy nhiên bột
để sản xuất lớp bên trong (lớp đế) thường là bột nấu hiệu suất cao hơn so với bột
để sản xuất lớp bên ngoài (lớp mặt). Đối với bột sử d
ụng cho lớp bên trong
thường chỉ cần được nghiền sơ bộ để đạt được các đặc tính về độ bền và độ cứng
theo yêu cầu. Lớp mặt ngoài cùng được làm từ bột được nghiền kỹ hơn nhằm
đạt được bề mặt nhẵn, độ chặt và độ bền tốt hơn cho tờ bìa.
+ Lớp đế
- Bột gỗ mềm không tẩy
- OCC
- Giấ
y rách
Đối với lớp mặt cáctông sóng sử dụng nguyên liệu là bột tái chế (testliner)
thường phổ biến với cấu trúc 4 lớp, nó bao gồm phần lớn là xơ sợi tái chế. Sản

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

+ Lớp lót:
- OCC
- Bột khử mực
- Giấy in thu hồi
+ Lớp giữa:
- OCC
- Giấy loại trộn
- Giấy rách
+ Lớp đế:
- OCC
Đối với giấy làm lớp sóng thường
được sản xuất từ bột tái chế chất lượng
tốt và bột bán hóa. Từ giấy làm sóng sẽ tạo cấu trúc sóng và kẹp vào giữa 2 lớp
mặt của hòm hộp làn sóng để làm cáctông sóng nhiều lớp. Loại bìa này phải
cứng, chặt, không đắt và có khả năng chống nén cao.
Tuy nhiên bột OCC có nguồn gốc khác nhau có thành phần khác nhau.
Các kết quả nghiên cứu tại trung tâm giấy tái sinh ở Kent, Mỹ đã chỉ ra sự khác
nhau về thành phầ
n và chất lượng xơ sợi giữa các loại bột OCC có nguồn gốc từ
châu Á hay châu Mỹ. Thành phần chất bẩn và độ tro của một số loại bột OCC
được đưa ra trong Bảng 2.1 [3].
Bảng 2.1. Thành phần và chất lượng xơ sợi của một số loại bột OCC
Tên nước
Tạp chất
(%)
Độ tro
(%)
Chiều dài trung
bình của xơ sợi
(mm)

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

1,43
1,45
1,51
1,46
2,2
17,8
20,7
17,9
21,0
15,0
Trong thành phần của bột OCC châu Á tỷ lệ bột kraft gỗ lá kim chiếm
một lượng nhỏ hơn nhiều so với bột kraft gỗ lả rộng. Trong khi đó thành phần
gỗ lá kim ở bột OCC châu Mỹ và châu Âu là khá cao. Ở Việt Nam và một số
nước châu Á ngoài các thành phần trên trong bột OCC còn có thành phần bột
phi gỗ (tre, nứa, rơm rạ). Bảng 2.2 chỉ ra thành phần của một số loại bột OCC
[3].
Bảng 2.2. Thành phần c
ủa một số loại bột OCC
Tên nước
Bột kraft
gỗ lá kim
tẩy trắng
(%)
Bột kraft
gỗ lá rộng
tẩy trắng
(%)
Bột kraft
gỗ lá rộng
không tẩy

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

12
19
25
15
37
35
41
38
52
28
17
3
6
10
4
8
4
0
18
29
11
16
6
22
5
1
0
3
19
3

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].

Hình 2.5 chỉ ra sự thay đổi các tính chất của bột hóa sau quá trình tái chế.




Độ bền xé

Độ cứng



Tỷ trọng biểu kiến
Độ dãn dài
Chiều dài đứt


Độ bền gấp
Độ chịu bục
Số lần tái chế

Hình 2.5. Ảnh hưởng của tái chế tới bột hóa
% tha
y
đổi


20
Sự thay đổi tính chất của bột hóa được cho là do sự “sừng hóa”
(hornification). Đây là hiện tượng không phục hồi được sự trương nở của xơ sợi
dẫn đến xơ sợi cứng hơn, kém thích hợp hơn khi giấy ướt và giòn hơn khi giấy

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

xơ sợi này gọi là phân tách. Phân tách xơ
sợi cũng là công cụ tiên tiến để nâng
cao năng suất, chất lượng sản phẩm [8].
Tỷ trọng
Chiều dài đứt

Độ bục
Độ bền xé
Hệ số tán xạ
Số lần tái chế
% thay đổi


21
Sàng áp lực phân tách xơ sợi dựa trên sự khác biệt về kích thước, hình
dạng và khả năng biến dạng của xơ sợi, tạp chất. Sàng áp lực phân tách dòng bột
thành dòng xơ sợi ngắn (dòng hợp cách) và dòng xơ sợi dài (dòng không hợp
cách). Phần hợp cách là phần bột lọt qua lỗ hoặc khe sàng. Phần không hợp cách
là dòng xơ sợi dài và phần tạp chất có kích thước lớn hơn lỗ hoặc khe sàng nên
không lọt qua đượ
c. Dòng hợp cách cũng có thể có những tạp chất vụn kèm
theo. Khi phân tách bột, dòng hợp cách chứa phần lớn là xơ sợi ngắn và ít xơ
sợi dài. Dòng không hợp cách chứa phần lớn xơ sợi dài và xơ sợi vón cục. Bột
sau phân tách có thể xử lý tiếp theo nhiều cách khác nhau hoặc sử dụng luôn với
nhiều mục đích khác nhau. Đồng thời, bột sau phân tách có thể dùng làm các lớp
khác nhau của giấy bìa hay dùng trong toàn bộ sản phẩ
m bìa [8].
b. Phân tách xơ sợi trong sản xuất giấy và cáctông từ nguyên liệu tái
chế
Phân tách thường được dùng cho phần chuẩn bị bột trong sản xuất giấy

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].



22
















Hình 2.7. Hệ thống phân tách trong dây chuyền cung cấp bột OCC
Đánh
tơi
thủy
lực

Làm
sạch
thô

Sàng

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
giaiđoạn)

Sàng
nồng
độ
thấp
Sàng
bột
thải
Lọc cát
(tách tạp
chất nhẹ;
2 hoặc 3
giai đoạn)

Cô
đặc


Phân tán

Nghiền
SF
LF
Bể chứa
sợ ngắn
Bể
chứa

OCC


23
Có rất nhiều cách thức để cải thiện sự phân tách bằng sàng. Thứ nhất là
tăng nồng độ dòng bột cấp vào. Điều này làm giảm khả năng lọt qua lồng sàng
của xơ sợi. Tuy nhiên nó sẽ làm cho xơ sợi bện chặt lại với nhau hơn và dễ gây
tắc sàng. Để giảm hiện tượng này ta có thể tăng tốc độ quay cho roto để dòng
bột lưu thông tốt hơn và gi
ảm tắc sàng [11].
Phân tách thường sử dụng sàng với chỉ một vài sự khác biệt về thiết bị và
điều kiện vận hành. Lỗ sàng trong phân tách thường nhỏ hơn so với lỗ sàng
dùng trong loại bỏ tạp chất (sàng thô), đối với sàng khe thì khe sàng hẹp hơn
hoặc góc nghiêng bằng không. Điều kiện vận hành giữa sàng thường và sàng
cho phân tách khác nhau về khối lượng dòng phân tách. Ở sàng thường, tỷ lệ
dòng không hợp cách khoảng 5 - 25%.

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



24
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)
Với nguyên liệu xơ sợi tái chế sau khi phân tách, xơ sợi dài sẽ được
nghiền tới độ thoát nước theo yêu cầu và phối trộn trở lại với xơ sợi ngắn.
Không có sự khác biệt nhiều với chiều dài đứt nhưng độ chịu bục tăng 10%,
CMT tăng 12% (Hình 2.9). Quy trình phân tách và phối trộn được chỉ ra trong
Hình 2.10 [9].










Hình 2.9. So sánh nghiền có phân tách và không có phân tách

Chiều dài
đứt
Độ chịu bục

CMT
Bột nghiền không qua phân tách
% tăng thêm