NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ CHẾ ĐỘ NGHIỀN ĐẾN ĐỘ CHỊU KÉO VÀ ĐỘ BẢO LƯU CHẤT ĐỘN CỦA GIẤY

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH

************************

HUỲNH NGỌC HƯNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ CHẾ ĐỘ NGHIỀN
ĐẾN ĐỘ CHỊU KÉO VÀ ĐỘ BẢO LƯU
CHẤT ĐỘN CỦA GIẤY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT

Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 03/2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
************************

HUỲNH NGỌC HƯNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ CHẾ ĐỘ NGHIỀN
ĐẾN ĐỘ CHỊU KÉO VÀ ĐỘ BẢO LƯU
CHẤT ĐỘN CỦA GIẤY

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy thiết bị và công nghệ gỗ giấy
Mã số

: 60 52 24

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT

Hướng dẫn khoa học:
TS. PHAN TRUNG DIỄN

Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 03/2012


NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ CHẾ ĐỘ NGHIỀN ĐẾN ĐỘ
CHỊU KÉO VÀ ĐỘ BẢO LƯU CHẤT ĐỘN CỦA GIẤY

HUỲNH NGỌC HƯNG

Hội đồng chấm luận văn:
1. Chủ tịch:

PGS. TS. ĐẶNG ĐÌNH BÔI
Đại học Nông Lâm TP. HCM

2. Thư ký:

TS. PHẠM NGỌC NAM
Đại học Nông Lâm TP. HCM

3. Phản biện 1:

PGS. TS. HỒ XUÂN CÁC
Hội khoa học Lâm Nghiệp

4. Phản biện 2:

TS. HOÀNG XUÂN NIÊN
Đại học Lâm Nghiệp 2

5. Ủy viên:

TS. HOÀNG THỊ THANH HƯƠNG
Đại học Nông Lâm TP. HCM

i


LÝ LỊCH CÁ NHÂN
Tôi tên là Huỳnh Ngọc Hưng sinh ngày 26 tháng 01 năm 1986 tại huyện Đức
hòa, tỉnh Long an.
Tốt nghiệp PTTH tại trường THPT Đức hòa, tỉnh Long An năm 2004
Tốt nghiệp Đại học ngành Công nghệ sản xuất giấy và bột giấy, hệ chính quy
tại Đại học Nông lâm TP HCM
Công tác tại Khoa Lâm nghiệp, trường Đại học Nông lâm TP HCM, chức vụ:
giảng viên
Tháng 10 năm 2009 theo học Cao học ngành Kỹ thuật máy thiết bị và công
nghệ gỗ giấy tại trường đại học Nông Lâm, Thủ Đức, thành phố Hồ Chí Minh.
Địa chỉ liên lạc: Khoa Lâm nghiệp, trường đại học Nông lâm TP HCM
Điện thoại: 0933 915 640
Email:

ii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất cứ công trình nào khác.

Chữ ký của học viên

Huỳnh Ngọc Hưng

iii


CẢM TẠ
Sau một thời gian nghiên cứu tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp với tên
đề tài: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các chế độ nghiền đến độ chịu kéo và độ bảo
lưu chất độn của giấy.
Để có thể hoàn thành tốt luận văn, ngoài sự cố gắn của bản thân, tôi đã nhận
được sự giúp đỡ nhiệt tình của nhiều cơ quan, tổ chức, các nhà máy giấy và thầy cô
giáo,…
Nhân đây tôi xin chân thành cảm ơn:
- TS. Phan Trung Diễn, giáo viên trực tiếp hướng dẫn tôi trong suốt thời gian
thực hiện đề tài.
- Các thầy cô giáo trong khoa Lâm nghiệp và bộ môn Công nghệ giấy và bột
giấy trường đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh đã truyền đạt cho tôi kiến thức quí
báu trong suốt khóa học.
- Thầy Hoàng Văn Hòa, giám đốc trung tâm nghiên cứu giấy và bột giấy trường
ĐH Nông lâm TP HCM, đã tạo điều kiện cho tôi sử dụng phòng thí nghiệm trong
thời gian làm đề tài.
- Cô Trần Thị Kim Chi, người quản lý phòng thí nghiệm trung tâm nghiên cứu
giấy và bột giấy trường ĐH Nông lâm TP HCM đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt

thời gian thực hiện thí nghiệm.
- Ban chủ nhiệm khoa Lâm Nghiệp và ban giám hiệu trường đại học Nông Lâm
TP. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian thực hiện đề tài.
- Công ty giấy Tân Mai đã cung cấp các tài liệu tham khảo quí báu cho nội dung
nghiên cứu của đề tài.
- Công ty giấy Duy Hưng đã cho tôi sử dụng phòng thí nghiệm trong thời gian
làm đề tài.
Học viên thực hiện
Huỳnh Ngọc Hưng

iv


TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các chế độ nghiền đến độ
chịu kéo và độ bảo lưu chất độn của giấy” được tiến hành tại trường đại học Nông
lâm TP HCM từ 16/03/2011 đến 16/09/2011. Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng mối
quan hệ của một số chế độ nghiền bột giấy và độ chịu kéo của giấy tạo thành, từ đó
tìm ra chế độ nghiền bột tối ưu cho độ chịu kéo; xây dựng mối quan hệ của một số
chế độ nghiền bột và độ bảo lưu chất độn CaCO3 của giấy, từ đó tìm ra chế độ
nghiền tối ưu cho độ bảo lưu chất độn; xây dựng mối quan hệ đa mục tiêu của chế
độ nghiền đến độ chịu kéo và độ bảo lưu chất độn của giấy cacton.
Đề tài nghiên cứu đã xây dựng được phương trình hồi qui độ chịu kéo Y1 của
giấy với các chế độ nghiền gồm 3 yếu tố ở dạng mã hóa: thời gian nghiền X1, nồng
độ bột X2 và độ pH của bột X3 và ở dạng thực là:
Y1 = 2,25033 + 0,0503049 X1 + 0,401032 X2 + 0,169149 X3 + 0,0925 X1X2
- 0,15 X1X3 + 0,14 X2X3 - 0,179793 X12 – 0,282542 X22 – 0,147905 X32
S = - 3,8008 + 1,54383 T + 0,168948 C + 2,22539 P + 0,023125 CT
- 0,075 T P + 0,0175 CP – 0,121847 T2 – 0,0172332 C2 – 0,10027 P2
Độ chịu kéo cực đại là S = 2,53 kN/m với thời gian nghiền T = 3,95 phút, nồng độ

bột C = 13,84% và độ pH = 12,11
Xây dựng được phương trình hồi qui độ bảo lưu chất độn Y2 của giấy với các
chế độ nghiền gồm 3 yếu tố ở dạng mã hóa: thời gian nghiền X1, nồng độ bột X2 và
độ pH của bột X3 và ở dạng thực là:
Y2 = 63,3028 + 8,48675 X1 + 4,31227 X2 + 5,17413 X3 - 4,32811 X12
R = - 82,1626 + 44,2954 T + 1,16606 C + 2,85 C – 4,47608 T2
Độ bảo lưu cực đại là R = 83,4% thời gian nghiền T = 4,98 phút, nồng độ bột
C = 16,72%, độ pH = 13,36.
Chế độ nghiền tối ưu đa mục tiêu cho độ chịu kéo và độ nghiền là: thời gian
nghiền T = 4,02 phút, nồng độ bột C = 14,04%, độ pH = 12,20

v


ABSTRACT
Research project "Research on the effects of the grinding modes to the
strength and the filler retention property of paper" was conducted at the University
of Agriculture and Forestry, Ho Chi Minh City from 16/03/2011 to 16/09/2011.
Research objectives are: To build a relationship of the grinding modes and the
strength property of paper, then find the optimal grinding mode for the strength
property; to build a relationship of the grinding modes and the retention property of
CaCO3 filler, then find the optimal grinding mode for the filler retention; to build
multi-target relationship of the grinding modes, the strength and filler retention
properties of paper.
Project has built a regression equation of the strength Y1 with the grinding
modes of three factors in encrypted form: grinding time X1, concentration of pulp
X2 and pH of pulp X3 is:
Y1 = 2,25033 + 0,0503049 X1 + 0,401032 X2 + 0,169149 X3 + 0,0925 X1X2
- 0,15 X1X3 + 0,14 X2X3 – 0,179793 X12 – 0,282542 X22 – 0,147905 X32
S = - 3,8008 + 1,54383 T + 0,168948 C + 2,22539 P + 0,023125 CT

- 0,075 T P + 0,0175 CP – 0,121847 T2 – 0,0172332 C2 – 0,10027 P2
The maximum strength is S = 2,53kN/m, grinding time T = 3,95 minutes,
concentration of pulp C = 13,84% and pH = 12,11
The regression equation of the filler retetion Y2 with the grinding modes of
three factors in encrypted form: grinding time X1, concentration of pulp X2 and pH
of pulp X3 is:
Y2 = 63,3028 + 8,48675 X1 + 4,31227 X2 + 5,17413 X3 - 4,32811 X12
R = - 82,1626 + 44,2954 T + 1,16606 C + 2,85 C – 4,47608 T2
The maximum retention is R = 83,4%, grinding time T = 4,98 minutes,
concentration of pulp C = 16,72%% and pH = 13,36.
The optimal grinding mode of the multi- target equation for the strength anh
filler retention properties is: grinding time T = 4,02 minutes, concentration of pulp
C = 4,14% and pH = 12,20

vi


MỤC LỤC
TRANG
Trang chuẩn y ............................................................................................................... i
Lý lịch cá nhân ............................................................................................................ii
Lời cam đoan ............................................................................................................. iii
Cảm tạ ........................................................................................................................ iv
Tóm tắt ........................................................................................................................ v
Mục lục......................................................................................................................vii
Danh sách các chữ viết tắt ........................................................................................... x
Danh sách các hình..................................................................................................... xi
Danh sách các bảng ................................................................................................. xiii

MỞ ĐẦU ................................................................................................................. 1

Tính cấp thiết của đề tài .............................................................................................. 1
Mục đích của đề tài ..................................................................................................... 2
Mục tiêu của đề tài ...................................................................................................... 2
Phạm vi đề tài .............................................................................................................. 3

Chương 1 TỔNG QUAN.................................................................................. 4
1.1 Các tác động của nghiền lên xơ sợi....................................................................... 4
1.2 Ảnh hưởng của nghiền lên tính chất giấy ............................................................. 5
1.2.1 Đối với tính chất cơ học của giấy ...................................................................... 5
1.2.1.1 Tính kháng gấp ................................................................................................ 5
1.2.1.2 Tính kháng xé .................................................................................................. 6
1.2.1.3 Tính kháng bục ................................................................................................ 6
1.2.1.4 Khả năng liên kết sợi....................................................................................... 7
1.2.1.5 Sức căng của tờ giấy ....................................................................................... 8
1.2.2 Ảnh hưởng lên tính chất quang học của giấy ..................................................... 8
1.2.2.1 Độ đục của tờ giấy .......................................................................................... 8

vii


1.2.2.2 Khả năng phân tán ánh sáng ........................................................................... 9
1.2.2.3 Độ trắng ISO ................................................................................................... 9
1.3 Diễn tiến của quá trình nghiền ............................................................................ 10
1.3.1 Bột trong các dao nghiền.................................................................................. 10
1.3.2 Các giai đoạn sợi bị nghiền .............................................................................. 11
1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền........................................................ 11
1.4.1 Vật liệu xơ sợi ban đầu..................................................................................... 12
1.4.2 Về thiết bị ......................................................................................................... 12
1.4.3 Các chế độ nghiền ............................................................................................ 13
1.5 Sự bảo lưu chất độn ............................................................................................. 20

1.5.1 Khái niệm về sự bảo lưu ................................................................................. 20
1.5.2 Các cơ chế bảo lưu của chất độn ...................................................................... 20
1.5.3 Các thông số bảo lưu phổ biến ......................................................................... 23
1.6 Các nghiên cứu trên thế giới ............................................................................... 25

Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........ 28
2.1. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 28
2.2 Phương pháp nghiên cứu..................................................................................... 28
2.2.1 Phương pháp lý thuyết ..................................................................................... 28
2.2.2 Phương pháp thực nghiệm ............................................................................... 29
2.2.2.1 Vật liệu ......................................................................................................... 29
2.2.2.2 Dụng cụ đo .................................................................................................... 29
2.2.2.3 Phương pháp đo ............................................................................................ 33
2.2.2.4. Phương pháp bố trí thí nghiệm..................................................................... 33
2.2.2.5 Cơ sở lựa chọn các thông số thí nghiệm ....................................................... 25
2.2.2.6 Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm ....................................................... 38
2.2.3 Sơ đồ tiến hành thí nghiệm .............................................................................. 41
2.2.4 Mô tả quá trình tiến hành thí nghiệm ............................................................... 42

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................. 46
3.1 Độ bền kéo của giấy ............................................................................................ 46

viii


3.1.1 Xeo tờ handsheet ............................................................................................. 46
3.1.2 Đo độ bền kéo của giấy .................................................................................... 47
3.2 Độ bảo lưu chất độn của giấy .............................................................................. 49
3.2.1 Độ tro của bột CTMP và chất độn CaCO3 ....................................................... 49
3.2.2 Hàm lượng chất độn trong giấy và độ bảo lưu chất độn. ................................. 51

3.3 Kết quả thực nghiệm và thống kê ở ma trận bậc I .............................................. 54
3.3.1 Hàm độ chịu kéo Y1 ......................................................................................... 55
3.3.2 Hàm độ bảo lưu Y2 ........................................................................................... 55
3.4 Kết quả thực nghiệm và thống kê ở ma trận bậc II ............................................. 56
3.4.1 Hàm độ chịu kéo Y1 ......................................................................................... 57
3.4.1.1 Phân tích sự ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào đến độ chịu kéo ................. 57
3.4.1.2 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của các yếu tố nghiên cứu đến độ chịu kéo . 60
3.4.2 Hàm độ bảo lưu Y2 ........................................................................................... 62
3.4.2.1 Phân tích sự ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào đến độ bảo lưu chất độn .... 62
3.4.2.2 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của các yếu tố nghiên cứu đến độ bảo lưu . 64
3.5 Kết quả tính toán tối ưu hoá ................................................................................ 66
3.5.1 Khái niệm thông số tối ưu và chỉ tiêu tối ưu .................................................... 66
3.5.2 Các bài toán tối ưu .......................................................................................... 66
3.5.2.1 Tối ưu hóa hàm mục tiêu Y1 ......................................................................... 67
3.5.2.2 Tối ưu hóa hàm mục tiêu Y2 ......................................................................... 68
3.5.2.3 Tối ưu hóa hàm đa mục tiêu Y1 và Y2 .......................................................... 68
3.6. Nhận xét và đánh giá .......................................................................................... 70

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ............................................................................. 72
Kết luận ..................................................................................................................... 72
Đề nghị ...................................................................................................................... 73

TÀI LIÊU THAM KHẢO ............................................................................... 74
PHỤ LỤC .............................................................................................................. 76

ix


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CTMP

Chemi-Thermo Mechanical Pulp

Bột hóa nhiệt cơ

FPR

First Pass Retention

Độ bảo lưu đầu

GCC

Grounding Calcium Carbonate

Bột canxi cacbonat nghiền

Handsheet

the sheet maked by hand

Tờ giấy xeo tay

KTĐ

Khô tuyệt đối

MR

Machine Retention

Độ bảo lưu máy

PCC

Precipitated Calcium Carbonate

Bột canxi cacbonat kết tủa

pH

Than đo độ axit

S

Strength

Độ chịu kéo

SR

Schopper Reigler

Độ nghiền (Độ giữ nước)

SR

System Retention

Độ bảo lưu hệ thống

R

Retention

Sự bảo lưu

VPPA

Vietnam Pulp and Paper Association

Hiệp hội giấy Việt Nam

TAPPI:

Technical Association Of The Pulp And Paper Industry

x


DANH SÁCH CÁC HÌNH
TRANG
Hình 1.1: Nghiền bột gỗ cứng nấu theo phương pháp Kraft...................................... 4
Hình 1.2: Tính kháng gấp và năng lượng nghiền ....................................................... 5
Hình 1.3: Tính kháng xé và năng lượng nghiền hữu hiệu.......................................... 6
Hình 1.4: Độ kháng bục và năng lượng nghiền ......................................................... 7
Hình 1.5: Khả năng liên kết sợi và năng lượng nghiền .............................................. 7
Hình 1.6: Sức căng và năng lượng nghiền ................................................................. 8
Hình 1.7: Năng lượng nghiền và độ đục .................................................................... 8
Hình 1.8: Khả năng phân tán ánh sáng và năng lượng nghiền................................... 9

Hình 1.9: Độ trắng ISO .............................................................................................. 9
Hình 1.10: Bột trong các dao nghiền ....................................................................... 10
Hình 1.11: Các giai đoạn sợi bị nghiền .................................................................... 11
Hình 1.12: Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả nghiền ............................................. 11
Hình 1.13: Kết quả nghiền bột ở nồng độ cao và thấp ............................................. 14
Hình 1.14: Mối liên hệ giữa tốc độ quay của rotor và năng lượng nghiền .............. 15
Hình 1.15: Cấu tạo một xec-măng, gồm có ............................................................ 16
Hình 1.16: Mối liên hệ giữa lực cắt riêng SEL và năng lượng nghiền tiêu thụ ....... 17
Hình 1.17: Độ nghiền và năng lượng nghiền riêng .................................................. 18
Hình 1.18: Góc tiếp xúc giữa hai dao....................................................................... 19
Hình 1.19: Đồ thị thể hiện tác động của năng lượng nghiền lên lực kéo sợi ........... 19
Hình 1.20: Sự thoát nước và bảo lưu theo cơ chế bẩy cơ học................................. 21
Hình 1.21: Bảo lưu chất độn theo cơ chế hóa học ................................................... 23
Hình 2.1: Cân định lượng giấy ................................................................................. 29
Hình 2.2: Máy đánh tơi bột giấy .............................................................................. 29
Hình 2.3: Máy nghiền bột giấy ................................................................................ 30
Hình 2.4: Máy xeo giấy tay ...................................................................................... 31

xi


Hình 2.5: Thiết bị cắt mẫu đo độ chịu kéo của giấy ................................................ 31
Hình 2.6: Máy đo độ chịu kéo của giấy ................................................................... 32
Hình 2.7: Lò nung xác đinh độ tro ........................................................................... 32
Hình 2.8: Bài toán hộp đen....................................................................................... 34
Hình 2.9: Xơ sợi không xử lý xút ở độ nghiền 30SR .................................................. 37
Hình 2.10: Xơ sợi có xử lý xút ở độ nghiền 30SR ....................................................... 37
Hình 2.11: Sơ đồ tiến hành thí nghiệm .................................................................... 41
Hình 3.1: Tờ handsheet đạt tiêu chuẩn ..................................................................... 47
Hình 3.2: Mẫu giấy đo độ chịu kéo .......................................................................... 48

Hình 3.3: Mẫu bột CTMP ........................................................................................ 50
Hình 3.4: Kích thước mẫu giấy nung xác định độ tro .............................................. 52
Hình 3.5: chuẩn bị mẫu nung ................................................................................... 52
Hình 3.6: Ảnh hưởng của các hệ số hồi qui đến độ chịu kéo của giấy .................... 59
Hình 3.7: Đồ thị Y1 – X1 – X2 .................................................................................. 60
Hình 3.8: Đồ thị Y1 – X1 – X3 .................................................................................. 61
Hình 3.9: Đồ thị Y1 – X2 – X3 .................................................................................. 61
Hình 3.10: Sự ảnh hưởng của các hệ số hồi qui đến độ bảo lưu chất độn ............... 63
Hình 3.11: Đồ thị Y2 – X1 – X2 ................................................................................ 64
Hình 3.12: Đồ thị Y2 – X1 – X3 ................................................................................ 65
Hình 3.13: Đồ thị Y2 – X2 – X3 ................................................................................ 65

xii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
TRANG
Bảng 1.1 Các thông số kỹ thuật với loại máy nghiền đĩa đôi Voith Sulzer ............. 13
Bảng 1.2: Chiều dài và số lượng các xec-măng trong máy nghiền .......................... 16
Bảng 1.3 : Kích thước của các thành phần trong huyền phù bột.............................. 22
Bảng 2.1: Ma trận thí nghiệm trực giao bậc I dạng mã hóa ..................................... 35
Bảng 2.2: Giá trị thực của các mức thí nghiệm ........................................................ 37
Bảng 2.3: Các giá trị thực của các mức thí nghiệm ở các cánh tay đòn................... 39
Bảng 2.4: Bảng ma trận thí nghiệm bậc II dạng bất biến quay ................................ 39
Bảng 3.1: Kết quả đo độ chịu kéo của giấy .............................................................. 48
Bảng 3.2: Độ tro của bột CTMP và của chất độn CaCO3 ........................................ 51
Bảng 3.3: Hàm lượng chất độn trong mẫu nung và độ bảo lưu chất độn ................. 53
Bảng 3.4: Kết quả thực nghiệm theo bố trí trực giao bậc I ...................................... 54
Bảng 3.5: Kết quả thực nghiệm theo bố trí trực giao bậc II ..................................... 56
Bảng 3.6: Kết quả tối ưu hóa của hàm Y1 ................................................................ 67

Bảng 3.7: Kết quả tối ưu hóa của hàm Y2 ................................................................ 68
Bảng 3.8: Kết quả tối ưu hóa của hàm YC ................................................................ 69

xiii


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài

Trong quá trình sản xuất giấy các nhà máy thường sử dụng khả năng thoát
nước của bột trên lưới xeo gọi là độ nghiền để đánh giá chất lượng bột nhưng thực
tế cho thấy rằng bột giấy có cùng một độ nghiền như nhau nhưng được nghiền ở
các chế độ nghiền khác nhau như: thời gian nghiền, nồng độ bột trong máy nghiền,
pH của bột, khoảng cách dao nghiền…thì tính chất của xơ sợi bột cũng khác nhau
dẫn đến các đặc tính cơ lý của giấy khác nhau, sự hình thành và cấu trúc tờ giấy
cũng khác nhau dẫn đến khả năng bảo lưu của chất độn và các thành phần mịn cũng
khác nhau. Mặt khác nghiền cũng là khâu tiêu tốn nhiều năng lượng nhất trong quá
trình sản xuất giấy. Vì vậy việc xác định ra một chế độ nghiền tối ưu về mặt kỹ
thuật là rất cần thiết (Batchelor, 1999).
Vấn đề khó khăn nhất đối với ngành giấy trong nước là nguồn nguyên liệu
gỗ ngày càng giảm, giá thành của nguyên liệu từ gỗ tự nhiên thường cao nên giá
thành sản phẩm cũng cao, làm giảm tính cạnh tranh và hiệu quả sản xuất. Từ đó,
vấn đề sử dụng chất độn để nâng cao hiệu quả sản xuất là rất cần thiết bởi ngoài
việc giảm được chi phí sản xuất, hạ giá thành sản phẩm vì giá thành của chất độn rẽ
hơn nhiều so với giá của bột giấy, ngoài ra chất độn còn có khả năng cải thiện được
một số tính chất của giấy, đặc biệt là tăng độ trắng, tính chất rất quan trọng đối với
giấy viết. Tuy vậy việc sử dụng chất độn trong sản xuất giấy cũng gặp một số khó
khăn. Ngoài việc ảnh hưởng không tốt đến tính chất cơ lý của giấy thì khả năng giữ
lại chất độn trong kết cấu của tờ giấy cũng bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố công
nghệ, đặc biệt là tính chất của xơ sợi sau nghiền, làm ảnh hưởng đến độ đồng đều

của sản phẩm và giảm hiệu quả sử dụng của chất độn (Cao Thị Nhung, 2003).

-1-


Quá trình sản xuất giấy có sử dụng chất độ CaCO3 tại các nhà máy có độ bảo
lưu thấp từ 40% đến 60%. Nếu tăng lượng hóa chất trợ bảo lưu để tăng khả năng sử
dụng chất độn thì độ bền cơ lý của giấy không đạt yêu cầu, và tiêu tốn nhiều hóa
chất, tăng giá thành sản phẩm.
Các nghiên cứu trên thế giới chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu sự ảnh hưởng
của từng yếu tố riêng lẽ đến độ chịu kéo hoặc độ bảo lưu chất độn của giấy như:
thời gian nghiền, nhiệt độ nghiền, nồng độ bột hoặc pH của dòng bột… trong khi
một chế độ nghiền bột là tổng hợp của các yếu tố trên thì chưa được nghiên cứu trọn
vẹn. Các nghiên cứu trên thế giới đã đề cập đến sự ảnh hưởng của quá trình nghiền
bột đến một đặc tính của giấy tạo thành như độ chịu kéo, độ chịu bục hoặc độ bảo
lưu…, trong khi độ chịu kéo và độ bảo lưu chất độn là hai yếu tố cần phải được
quan tâm trong cùng một chế độ nghiền vì đây là hai tính chất có quan hệ mật thiết
với nhau, khi độ bảo lưu chất độn càng tăng cao thì độ chịu kéo của giấy càng giảm.
Vì vậy đề tài “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các chế độ nghiền đến tính chịu
kéo và khả năng bảo lưu chất độn của giấy” có ý nghĩa thực tiễn và lý thuyết quan
trọng, đặc biệt là trong điều kiện ngành giấy của nước ta còn quá non trẻ so với thế
giới và chưa có nhiều nghiên cứu về các quá trình nghiền bột.
Mục đích của đề tài
Mục đích của đề tài là thiết lập ra một chế độ nghiền tối ưu cho quá trình sản
xuất giấy cacton định lượng 160g/m2 từ nguyên liệu bột CTMP chưa tẩy trắng.
Mục tiêu của đề tài
Xác định độ chịu kéo của các mẫu giấy xeo từ các mẫu bột được nghiền ở
các chế độ nghiền khác nhau từ đó xây dựng mối quan hệ của các chế độ nghiền đến
độ chịu kéo của giấy.
Xác định độ tro của bột CTMP và độ tro của chất độn CaCO3 từ đó xác định

mức độ phân hủy của chất độn trong điều kiện nung mẫu giấy để xác định độ tro
của giấy.

-2-


Xác định độ tro của các mẫu giấy có sử dụng chất độn xeo từ các mẫu bột
được nghiền ở các chế độ nghiền khác nhau từ đó xác định hàm lượng chất độn
CaCO3 bảo lưu trong giấy.
Xây dựng mối quan hệ của độ chịu kéo và độ bảo lưu chất độn của giấy với
các chế độ nghiền từ đó tìm ra chế độ nghiền tối ưu cho độ chịu kéo và độ bảo lưu
chất độn cũng như chế độ nghiền tối ưu chung cho cả hai chỉ tiêu.
Phạm vi đề tài
Đề tài giới hạn ở việc nghiên cứu quá trình nghiền bột bằng máy nghiền
trong phòng thí nghiệm – máy nghiền PFI, bột giấy được chọn để nghiên cứu là bột
CTMP chưa tẩy trắng của công ty giấy Tân Mai, chất độn được sử dụng là bột đá
nghiền CaCO3. Định lượng giấy là 160g/m2.

-3-


Chương 1
TỔNG QUAN
1.1 Các tác động của nghiền lên xơ sợi (Cao Thị Nhung, 2005)
Hai quá trình chính xãy ra trong quá trình nghiền bột là quá trình chổi hoá xơ
sợi và quá trình cắt ngắn xơ sợi. Xơ sợi được cấu tạo từ các bó vi xơ, khi chịu tác
động nghiền, các vi xơ này được giải phóng một đầu khỏi bó xơ, đầu còn lại vẫn
liên kết với nhau trên xơ sợi, đây là hiện tượng sợi bị chổi hoá. Sợi bị chổi hoá
nhiều thì tăng được diện tích tiếp xúc với nước và với các xơ sợi khác.

Hình 1.1: Nghiền bột gỗ cứng nấu theo phương pháp Kraft
Trái ngược với sự chổi hóa là sự cắt ngắn sợi. Khi hai cạnh dao tiếp xúc
nhau, áp lực tạo ra do chuyển động quay của dao nghiền tải trên một diện tích nhỏ
sẽ gây ra áp suất rất lớn, có thể cắt các đám sợi nằm trong khe nghiền theo chiều
dọc, chiều ngang, trong đó cắt ngắn sợi theo chiều ngang là chủ yếu.
Ngoài ra, khi lớp tường thứ cấp ít hút nước bị tách ra khỏi sợi, các xơ sợi bên
trong hút nước mạnh hơn làm cho xơ sợi trở nên mềm và trương nở. Sự hòa tan hay
sự lọc của một số thành phần trong dung dịch: trong sợi có các thành phần tan vô cơ
như muối có thể tan được trong nước, khi nghiền, chúng bị tách ra khỏi sợi và bị
hoà tan vào hỗn hợp bột - nước. Sự phân bố lại hemixenlulo từ bên trong ra bên

-4-


ngoài sợi: hemixenlulo có kích thước nhỏ hơn xenlulo, chúng có thể bị tách hẳn
khỏi sợi hay tách không hoàn toàn, trở thành các nhánh trên sợi ban đầu, giống như
bị chổi hoá. Sự mài mòn bề mặt sợi ở mức độ phân tử: do các lớp sợi chà xát với
nhau và với dao nghiền tạo ra các bề mặt nhớt hơn.
1.2 Ảnh hưởng của nghiền lên tính chất giấy
1.2.1 Đối với tính chất cơ học của giấy
Các tính chất cơ học của tờ giấy như độ kháng đứt, độ kháng gấp tăng lên khi
tăng năng lượng nghiền. Tuy nhiên sự tăng lên này chỉ diễn ra đến một mức nhất
định nào đó, khi đó nếu tiếp tục tăng năng lượng nghiền thì các tính chất cơ lý sẽ
giảm xuống đáng kể vì năng lượng nghiền tăng sẽ gây cắt ngắn sợi ở giai đoạn cuối
của quá trình nghiền, làm cho các lực liên kết sợi trong tờ giấy cũng bị yếu đi, tính
kháng đứt và kháng gấp chịu ảnh hưởng bởi chiều dài sợi nên từ đó cũng giảm theo.
1.2.1.1 Tính kháng gấp (Finland, 1998)
Tính kháng gấp là khả năng chống lại việc gập đôi tờ giấy. Tính kháng gấp
được tính bằng số lần một mẫu giấy được cắt theo tiêu chuẩn và bị gấp liên tục với
một tần số nhất định cho đến khi mẫu giấy bị đứt. Tính chất này rất quan trọng đối

với các loại giấy mà khi sử dụng chúng bị gấp đi gấp lại nhiều lần như giấy viết,
giấy tiền, các giấy bao bì,…

Hình 1.2: Tính kháng gấp và năng lượng nghiền, (Finland, 1998)

-5-


1.2.1.2 Tính kháng xé
Tính kháng xé là khả năng chống lại lực xé tờ giấy tại nơi bị rách. Mẫu giấy
được cắt theo kích thước tiêu chuẩn và được cắt trước một vết, độ chịu xé của giấy
được tính bằng lực kéo làm cho mẫu giấy bị xé ra hoàn toàn tại vị trí có vết cắt
trước. Tính kháng xé là chỉ tiêu đánh giá độ bền tờ giấy đối với các lực cơ học, thể
hiện khả năng liên kết giữa các thành phần trong tờ giấy. Tính chất này rất quan
trọng đối với các loại giấy chịu lực như túi xách, giấy gói hàng.

Hình 1.3: Tính kháng xé và năng lượng nghiền hữu hiệu, (Finland, 1998)
Các tính chất khác như độ kháng bục, sức căng của tờ giấy, liên kết sợi bên
trong giấy, khả năng chống thấm nước đều tăng lên theo quá trình nghiền bột. Các
tính chất này chịu ảnh hưởng bởi khả năng liên kết của sợi, khi được nghiền sợi sẽ
phát triển khả năng đan kết với nhau, cải thiện các tính chất cơ lý của giấy thành
phẩm.
1.2.1.3 Tính kháng bục
Tính kháng bục là khả năng của tờ giấy chịu áp lực vuông góc với mặt phẳng
tờ giấy cho đến khi nó bị bục, rách. Phần đáy của túi xách làm bằng giấy chịu lực
lớn nhất, nếu độ chống bục thấp thì túi sẽ không bền. Với các túi xách làm bằng
giấy thì giấy đáy thường dày nhất.

-6-

Hình 1.4: Độ kháng bục và năng lượng nghiền (Cao Thị Nhung, 2005)
1.2.1.4 Khả năng liên kết sợi
Xơ sợi nhận được càng nhiều năng lượng từ khâu nghiền thì chúng càng dễ
dàng liên kết lại với nhau hơn do lớp tường thứ cấp đã bị tách ra, xơ sợi trở nên hút
nước và tạo được nhiều liên kết hơn với các xơ sợi kế cận.

Hình 1.5: Khả năng liên kết sợi và năng lượng nghiền (Gullichson, 1998)

-7-


1.2.1.5 Sức căng của tờ giấy
Khi tờ giấy chịu lực kéo song song với mặt phẳng tờ giấy sẽ làm tờ giấy bị
căng giãn, sức căng của giấy càng lớn thì giấy càng ít bị co giãn và ít bị biến dạng.

Hình 1.6: Sức căng và năng lượng nghiền (Gullichson, 1998)
1.2.2 Ảnh hưởng lên tính chất quang học của giấy
Các tính chất quang học của tờ giấy làm từ bột được nghiền như độ đục, độ
trắng, khả năng phân tán ánh sáng đều giảm so với giấy làm từ bột không nghiền.
1.2.2.1 Độ đục của tờ giấy
Là khả năng làm che các hình ảnh được in lên một mặt của tờ giấy khi nhìn
từ mặt bên kia. Tính đục giảm do sợi bị cắt ngắn và nén ép khi nghiền, các lớp
tường bên ngoài bị bóc ra. Độ đục chịu ảnh hưởng bởi bề dày sợi nên cũng giảm.

Hình 1.7: Năng lượng nghiền và độ đục (Gullichson, 1998)

-8-

1.2.2.2 Khả năng phân tán ánh sáng
Hệ số phân tán ánh sáng giảm dần khi tăng năng lượng nghiền do sợi liên kết
với nhau chặt chẽ hơn, các bề mặt tự do của sợi giảm nên ít phân tán ánh sáng hơn.

Hình 1.8: Khả năng phân tán ánh sáng, năng lượng nghiền (Cao Thị Nhung, 2003)
1.2.2.3 Độ trắng ISO
Quá trình nghiền bột làm giảm độ trắng của sợi, do đó cần khống chế quá
trình nghiền để hạn chế giảm độ trắng của tờ giấy, hoặc cho thêm vào bột các loại
hoá chất làm tăng độ trắng.

Hình 1.9: Độ trắng ISO

-9-


1.3 Diễn tiến của quá trình nghiền
1.3.1 Bột trong các dao nghiền

Hình 1.10: Bột trong các dao nghiền (Cao Thị Nhung, 2005)
Ở nồng độ 2-6%, những sợi xơ không chuyển động độc lập với nhau mà theo
từng đám. Các đám sợi này liên tục bị phá vỡ trong suốt quá trình nghiền dưới tác
dụng của lực cắt và lực ép trong khu vực nghiền và trong các rãnh. Độ dày của đám
xơ sợi khoảng 1-5mm, khá dày so với kích cỡ của khe nghiền (ngang 1-5mm, sâu
2,5-5 mm). Do đó khả năng đám bột đi vào khe nghiền giữa hai dao khá thấp, thể
tích dòng bột “chui qua” rãnh dao thì nhiều hơn là đi vào khe nghiền. Điều này dẫn
đến kết quả là: một số sợi hoàn toàn không chịu tác động nghiền trong khi một số
sợi khác lại bị nghiền một cách mãnh liệt.
Nghiền bột là một quá trình phức tạp, các xơ sợi trong quá trình nghiền được
mô phỏng thành hai giai đoạn chính là giai đoạn tập hợp các xơ sợi vào khe nghiền
và giai đoạn xơ sợi bị chà khi các cạnh dao nghiền trượt lên nhau. Trong giai đoạn

tập hợp sợi, các đám sợi tập trung ở vùng lân cận dao nghiền, nồng độ bột thấp,
khoảng 3-5%, các đám sợi chứa chủ yếu là nước. Trong giai đoạn các xơ sợi bị chà

- 10 -