Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất giấy bao gói chất lượng cao

hần không cần thiết đối với sự hình thành tờ giấy chất lượng tốt. Do vậy trong quá trình chế biến ta cố gắng loại bỏ lignin; lignin làm cho tờ giấy có màu tối, biến chất khi bảo quản. Bột xenluloza chủ yếu được sản xuất từ gỗ, đây là nguyên liệu khá dồi dào xơ sợi xenlulo. Hiện tại gỗ cung cấp 93 á 95% nhu cầu xơ sợi xenlulo cho sản xuất giấy. Ngoài bột xenlulo từ gỗ, giấy còn được sản xuất từ các nguồn khác như: rơm, rạ, tre, nứa, vầu, ... và giấy loại (ở Việt nam hàng năm thu hồi khoảng 150. 000 tấn giấy loại tương ứng với sản lượng gỗ khai thác 100 nghìn ha rừng). Đây cũng là một hướng đáng chú ý hiện nay khi mà nguồn gỗ thiên nhiên đang dần cạn kiệt và vấn đề môi trường càng trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết, nó có tác động đến giá thành giấy sản xuất ra. Để xơ sợi có ích cho việc làm giấy, chúng phải được sử lý để thích nghi với quá trình sản xuất tức là khả năng làm thành tờ giấy đồng đều, phát triển các mối liên kết bền vững giữa các xơ sợi, giữa các điểm tiếp xúc. Quá trình nghiền và đánh bột có thể loại bỏ những thành phần có hại cho quá trình sản xuất giấy (được trình bày ở phẩn lý thuyết nghiền). Cho phép xơ sợi xenlulo được hydrat hoá, trương nở, tăng tính mềm dẻo và khả năng liên kết của chúng. Ngoài tính năng tự nhiên, xơ sợi xenlulo còn đóng một vai trò quan trọng là: Quá trình hình thành giấy xảy ra trong môi trường nước, xơ sơi được hấp thụ nước nhanh và phân tán dễ dàng trong huyền phù bột nước, khi xơ sợi ướt được nhóm lại với nhau trong lúc vận hành để hình thành tờ giấy thì mối liên kết được xúc tiến bằng cách thu hút các phân tử nước lại với nhau và đối với nhóm OH- bề mặt của xenlulo liên kết với nhau bằng liên kết hydro trong khi các xơ sợi riêng lẻ có độ bền kéo cao thì các thông số độ bền giấy phụ thuộc vào liên kết giữa các xơ sợi, sự nghiền bột, đánh bột có xu hướng làm giảm độ bền liên kết. Hầu hết các sản xuất giấy đều sử dụng chất phụ gia phi xenlulo thì khả năng hấp thụ và giữ lại nhiều thứ nguyên liệu thay đổi là rất quan trọng: Khả năng xơ sợi hấp thụ và hút bám các chất phụ gia tan phụ thuộc vào di lực của xơ sợi và sự liên kết các phụ gia trên xơ sợi. Quá trình làm giấy là quá trình biến đổi gỗ, tre, nứa, ... thành xơ sợi. Hay nói cách khác là làm đứt các liên kết trong cấu trúc gỗ. Công việc này có thể thực hiện bằng các phương pháp khác nhau: cơ học, hoá học, nhiệt cơ hoặc phối hợp các phương pháp đó. 1. Bột cơ học. Bột cơ học được sản xuất từ rất lâu bằng phương pháp cơ học thông thường nhất là công nghệ bột mài khối gỗ hoặc khúc gỗ được ép theo chiều dọc, tỳ vào lô đá mài nhám quay, xơ sợi bị xé ra khỏi gỗ được mài và rửa ra khỏi lô bằng nước, hỗn hợp xơ sợi và các đoạn xơ loãng được sàng để loại bỏ các mảnh sợi và các cụm xơ quá kích thưóc. Sau đó được cô đặc để loại bỏ nước và tạo thành dung dịch bột phù hợp cho việc sản xuất giấy. Để sản xuất ra bột chất lượng tốt, đồng đều và có hiệu quả cao thì đòi hỏi phải khống chế cẩn thận độ nhám bề mặt lô dao mài, áp lức tỳ, nhiệt độ nước rửa và tốc độ quay. Trong thời gian gần đây sản xuất bột cơ học là xe và nghiền gỗ được thực hiện dưới các đĩa nghiền quay của thiết bị nghiền đĩa, dưới tác dụng của hoá chất hoặc nghiền làm mềm sơ bộ mảnh gỗ để thay đổi nhu cầu năng lượng và các tính chất bột thành phẩm, còn gọi là bột cơ nhiệt. Ưu điểm của phương pháp sản xuất giấy từ bột cơ học là biến đổi được 95% gỗ thành bột, loại bột này có độ đục cao (hàm lượng lignin gần như còn nguyên), tính chất in tốt, nhưng giấy kém bền và dễ mất mầu khi bảo quản hay đưa ra ánh nắng mặt trời. Để đạt được tờ giấy có độ bền (Xé, kéo, chịu lực, tăng độ trẵng) thì cần phải pha thêm bột hoá học sợi dài vào bột cơ học. Hiện nay do vấn đề môi trường và phương pháp sản xuất bột nghiền cơ đang phát triển, các bột nghiền cơ mới hoàn toàn thoả mãn đầy đủ, thay thế các loại bột hoá học hạn chế sự ô nhiễm môi trường. 2. Bột hoá học. Bột hoá học thu được khi tách các loại lignin, một phần hemixenlulo, ... dưới tác dụng của hoá chất, áp suất và nhiệt độ, để loại hầu hết xenlulo hemixenlulo ở dạng nguyên dạng sợi. Dưới tác dụng của các tác nhân lignin được cắt nhỏ các phân tử có khối lượng phân tử nhỏ và hoà tan vào dung dịch dưới dạng muối phenolat. Trong thực tế các phương pháp sản xuất bột hoá học loại bỏ hầu hết lignin ra khỏi tế bào gỗ nhưng chúng phá huỷ một phần lượng xenlulo và hemixenlulo nhất định, nên hiệu suất sản xuất bột hoá thấp hơn bột cơ, thường chỉ khoảng 40 á 50% lượng gỗ ban đầu. Trong sản xuất bột hoá học, mảnh gỗ (chiều dài khoảng 25mm) được nấu với dung dịch hoá chất (NaOH, NaOH + Na2S hoặc H2SO3) ở t0 và áp suất cao. Nhìn chung trên thế giới có 2 phương pháp nấu chính: - Phương pháp nấu kiềm. - Phương pháp nấu axit. Phương pháp nấu kiềm có nhiều ưu điểm trong công việc thu hồi hoá chất và độ bền của bột sản xuất ra cao. Ngoài hai phương pháp trên một số dung môi hữu cơ đang được nghiên cứu để áp dụng vào quy trình nấu. Bột sau nấu được rửa sạch dịch đen (các chất hữu cơ tan trong dịch nấu dưới dạng muối) bằng phương pháp nấu như khuếch tán, lọc rửa chân không. Tiếp đó bột được qua công đoạn tẩy trắng bằng các chất có tính oxy hoá mạnh nhằm loại bỏ nốt phần lignin còn lại trong xơ sợi. Các chất thường dùng như clo, hypoclorit, peoxyt, ... Bột sau tẩy có màu trắng thích hợp cho sản xuất các loại giấy có độ trắng cao. 3. Bột bán hoá học. Là bột sản xuất phối hợp hai phương pháp hoá học và cơ học, thực chất các mảnh gỗ được làm mềm hoặc nấu cục bộ với hoá chất, sau đó được đưa vào máy nghiền thành bột, hiệu suất 85 á 90% tuỳ từng loại nguyên liệu. 4. Bột thứ cấp. Là loại bột thu được từ các phế liệu từ các sản phẩm bị đứt, bị rách ở máy xeo, bị xén ở phân xưởng hoàn thành, các loại giấy phế liệu, được phân loại đưa vào máy nghiền thuỷ lực qua các công đoạn tẩy mực (nếu có) và tuyển nổi các loaị bột này có độ bền cơ lý thấp hơn so với các loại bột trên, thường được dùng để sản xuất các loại giấy carton, sản phẩm xây dựng, giấy in báo và đơn thêm các loại bột hoá hay bột cơ để tăng hiệu quả kinh tế hạ giá thành sản phẩm. II. Nghiền bột xenlulo 1. Khái niệm chung. Nguyên liệu xơ sợi xenlulo sau khi được gia công bằng phương pháp hoá học, nhiệt, cơ, ... có thành phần chủ yếu là xenlulo, tồn tại ở dạng xơ sợi. Để có đủ tính chất hình thành các loại sản phẩm giấy, bột xenlulo cần được đưa qua nghiền. Quá trình nghiền bột giấy là quá trình dùng lực cơ học tác dụng lên xơ sợi xenlulo trong hỗn hợp bột nước, làm biến đổi về mặt cấu trúc hoá lý nhằm đáp ứng các chỉ tiêu chất lượng của mặt hàng giấy. 2. Tác dụng của nghiền tới xơ sợi. Bột giấy sau khi được qua nghiền, các thớ sợi sẽ bị đánh tơi theo chiều dài, cắt ngắn theo chiều ngang, hai đầu bị chổi hoá và trương nở mạnh. Kết quả làm bột giấy có chiều dài đồng đều, chiều ngang nhỏ hơn, tăng lực liên kết hyđro giữa các bề mặt xơ sợi khi hình thành tờ giấy. Nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc xơ sợi, trong quá trình nghiền bột người ta đã đưa ra nhiều giả thiết khác nhau như thuyết biến đổi hoá học của Giou và Paladen. Thuyết biến đổi vật lý, thuyết biến đổi hoá lý. Ngày nay người ta cho rằng, quá trình nghiền dưới tác dụng của lực cơ học các xơ sợi bị cắt ngắn và trương nở mạnh, phân tơ chổi hoá trở nên rất mềm dẻo. Do vậy các xơ sợi dễ đan dệt với nhau, tăng bề mặt tiếp xúc, tăng lực ma sát tạo điều kiện cho quá trình ra keo sau này, tăng độ bền cơ học, tờ giấy sẽ trở nên mềm dẻo, nhẵn phẳng và đồng đều hơn. Trong quá trình nghiền cơ học làm dập nát màng tế bào khó thấm nước tạo điều kiện cho nước thẩm thấu vào tế bào tiếp xúc với các phần tử xenlulo, làm cho xenlulo hấp thụ nước và trương nở trong nước. Chính nhờ quá trình này mà xenlulo giải phóng ra nhóm (OH-)tự do trên bề mặt đại phân tử của nó. Hình thành các liên kết kết cấu hydro giữa nhóm (OH) tự do của phân tử xenlulo này với nước, phân tử nước với xenlulo kia. Chính lực liên kết cầu nối này tạo nên độ bền ướt của tờ giấy. Cầu nối hydro được miêu tả như sau: * Sự trương nở của xenlulo qua hai giai đoạn: + Tạo vỏ solvat quanh đại phân tử, làm yếu liên kết (chưa đứt, năng lượng tạo thành giảm, DG < 0). Sự sắp xếp của hệ giảm DS giảm, dẫn đến quá trình toả nhiệt DH < 0. Bột xenlulo tiếp tục bị tác dụng đến lúc nào đó lực liên kết giảm nhanh, một số phân tử ở ngoài bị tách ra như pentozan tạo ra lớp màng keo trên bề mặt xenlulo làm cho độ nhớt dung dịch tăng lên. + Giai đoạn hydrat: Giai đoạn này giải phóng ra các nhóm OH- trên bề mặt xơ sợi, là cơ sở đầu tiên tạo ra liên kết giấy. Sau khi nghiền xơ sợi liên kết với nhau bằng liên kết hydro, trong quá trình sản xuất giấy được làm bay hết nước (sấy khô), dẫn đến xơ sợi bị xít lại gần nhau, đan dệt với nhau, giảm sức căng bề mặt. Độ bền của giấy do tổng liên kết hydro quyết định. Tóm lại: Nghiền là phương pháp cơ học tác động vào bó sợi xenlulo làm cho chúng thay đổi về mặt lý học (cát, xé, phân tơ, chổi hoá) và hoá học: tạo ra các nhóm OH- tự do, tạo liên kết hydro sau khi nghiền, tạo ra sợi mảnh, mềm mại (do làm bật lignin), trên bề mặt xơ sợi có độ nhớt nhất định. Bản chất của nghiền là: cắt, phân tơ, chổi hoá và trương nở tạo liên kết hydro. 3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền bột. Độ nghiền được đo bằng độ oSR: Đặc trưng cho khả năng thoát nước của xơ sợi. Kết quả quạn trọng nhất của quá trình nghiền là tạo ra các nhóm OH-tự do trên bề mặt xơ sợi, dẫn đến việc hình thành các cầu nối xenlulo với nhau tạo thành cấu trúc bền của tờ giấy. Việc giải phóng ra càng nhiều các nhóm OH- tự do càng xuất hiện nhiều cầu nối, và như vậy làm cho tờ giấy càng bền. Do vậy các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền cũng ảnh hưởng đến độ bền của tờ giấy. a. ảnh hưởng của áp lực nghiền. (Png) Đây là yếu tố quan trọng có tính quyết định trong quá trình nghiền bột. áp lực nghiền được tính bằng lực đè của dao bay và ứng lực của dao đế, áp lực nghiền ảnh hưởng trực tiếp đến quá trrình cắt và trương nở của xenlulo. áp lực nghiền lớn dẫn đến cắt lớn và trương nở giảm, ngược lại các áp lực nghiền nhỏ thì cắt nhỏ và trương nở tốt hơn. Đối với các loại giấy mỏng thì có độ bền cao, cần nghiền ở áp lực thấp và thay đổi áp lực nghiền một cách từ từ. Nói chung nghiền ở áp lực thấp làm cho tờ giấy có độ bền cơ lý cao hơn. Ngoài ra áp lực nghiền còn phụ thuộc vào loại thiết bị. Thường chọn nghiền áp lực nhỏ hơn áp lực cho phép và còn phụ thuộc vào dao và chất lượng làm dao. b. ảnh hưởng của thời gian nghiền. Đây là yếu tố gián tiếp ảnh hưởng đến quá trình nghiền. Thời gian nghiền dài, bột trương nở tốt hơn, nói chung để đảm bảo tính kinh tế phải tuỳ thuộc loại giấy mà quy định thời gian cho phù hợp. c. ảnh hưởng của nhiệt độ nghiền. Trong quá trình nghiền, nhiệt độ tăng do masát giữa bột và thiết bị, giữa bột với bột. Khi nhiệt độ tăng làm giảm quá trình trương nở của xơ sợi dẫn đến giảm độ bền cơ lý của tờ giấy, cho nên trong quá trình sản xuất phải làm sao cho nhiệt độ giảm trong quá trình nghiền bằng cách lắp cơ cấu rửa để lấy nước nóng ra và thay nước lạnh vào (nghiền bể) hệ thống làm mát (máy nghiền côn). Thực tế thường nghiền ở nhiệt độ < 400C. d. ảnh hưởng của nồng độ bột. Là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính chất của bột sau nghiền. Nếu thấy nồng độ thấp, lượng bột qua dao ít, do vậy bột chịu áp lực nghiền riêng lớn, xơ sợi bị cắt ngắn hơn. Như vậy nồng độ bột thấp phù hợp với nghiền bột thớ ngắn. Ngược lại nồng độ bột cao, áp lực nghiền riêng nhỏ, quá trình phân tơ chổi hoá chiếm ưu thế. Nồng độ bột cao thích hợp với nghiền bột nhuyễn thớ dài. e. ảnh hưởng của pH. Thực nghiệm sản xuất đã rút ra: - ở pH = 3,1 á 6, khả năng trương nở của xenlulo không tốt (do môi trường mang tính axit nên nhóm OH- khó tạo liên kết hydro với các nhóm lân cận). Độ bền cơ lý, nhất là độ chịu bục của giấy giảm nhanh. - ở pH = 6 á 8,5 không ảnh hưởn đến quá trình nghiền và tính chất của giấy. - ở pH = 9 á 10 quá trình trương nở xảy ra tốt hơn nhưng độ bền cơ lý của giấy cũng không cao. Tốt nhất là duy trì nghiền ở pH = 8á 8,5. Để tạo môi trường này, trong quá trình nghiền cho thêm một lượng kiềm nhỏ. 4. ảnh hưởng của độ nghiền tới tính chất của giấy. Độ nghiền ảnh hưởng đến tính chất giấy thể hiện theo đồ thị sau: 1. Độ bền kéo: do (liên kết OH và đan dệt vật lý). 2. Độ bền chịu xé: phụ thuộc (dộ dài xơ sợi, độ mảnh mai) OH. 3. Độ bền chịu bục: Là trung bình cộng của 1 và 2. 4. Lực liên kết O-H. Khi độ bền tăng thì lực liên kết tăng. 5. Độ biến dạng của giấy. 6. Độ chặt của giấy (g / cm3) oSR tăng thì độ chặt cũng tăng do khả năng đan dệt xit sao hơn. 7. Độ dài của đường vân thớ (dài xơ sợi). oSR tăng thì độ dài giảm. 8. Độ hút dịch: Có thể giảm từ 100% xuống 20%. 9. Độ thấu khí: giảm nhanh hơn khi độ oSR tăng. Như vậy độ nghiền ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cơ lý của tờ giấy. Song bản chất của độ nghiền là do quá trình cắt và trương nở quyết định. Dựa vào oSR của nghiền không thể nói rõ ảnh hưởng của từng yếu tố đến tính chất của giấy. Cùng một oSR nhưng lại cho ta hai loại giấy khác nhau. Dựa vào các yếu tố ảnh hưởng trên mà yêu cầu chất lượng của từng loại giấy khác nhau mà người ta chia ra thành các phương pháp nghiền sau. 5. Các phương pháp nghiền bột. a. Phương pháp nghiền bột thớ ngắn. Đầu tiên tiến hành ở áp lực nghiền thấp để phân tơ chổi hoá, sau đó tăng nhanh áp lực nghiền để cắt ngắn xơ sợi đến kích thước yêu cầu. Đặc tính của bột sau nghiền: bột có tính đàn hồi cao, tốc độ thoát nước cao, liên kết giữa các xơ sợi kém chặt chẽ, giấy sản xuất ra có khẳ năng hút nước dịch lớn. Dùng để sản xuất giấy thấm, giấy vệ sinh, giấy viết, giấy in ở tốc độ cao. b. Phương pháp nghiền bột rời thớ vừa. Đầu tiên tiến hành nghiền ở áp lực nghiền thấp để phân tơ chổi hoá, tiếp đó tăng nhanh áp lực nghiền cao để cắt ngắn xơ sợi đến kích thước yêu cầu. Sau đó hạ áp lức để đánh tơ nhẹ, hạn chế quá trình chổi hoá. Loại bột này dùng để sản xuất giấy có định lượng không lớn, có độ hút dịch lớn. Dùng để sản xuất giấy thấm, giấy giả da. c. Phương pháp nghiền bột thớ dài. Với phương pháp này, tác dụng đánh tơi là chủ yếu, cắt ngắn ít, thời gian nghiền ngắn, bột thoát nước tốt, độ đồng đều và độ trong suốt kém. Bề mặt của tờ giấy không nhẵn, nhưng độ bền cơ lý của tờ giấy khá lớn. Thường dùng sản xuất các loại giấy bao gói. d. Phương pháp nghiền bột nhuyễn thớ ngắn. Đặc điểm là thời gian nghiền bột dài, đầu tiên tăng áp lức từ từ để đánh tơi bột. Sau khi tăng áp lức, ta tăng nhanh áp lực nghiền và nghiền ở áp lực cao để cắt ngắn xơ sợi đến kích thước yêu cầu ròi hạ áp lức từ từ. Kéo dài thời gian nghiền ở áp lực thấp để tăng quá trình trương nở đến khi đạt độ nghiền yêu cầu. Bột sau nghiền có độ nhớt cao, khó thoát nước, giấy hình thành có độ đồng đều cao, độ hút dịch nhỏ, độ bền cơ lý cao, thường dùng để sản xuất giấy cách điện, giấy can vẽ, giấy cuốn thuốc lá và các loại giấy cực mỏng. e. Phương pháp nghiền bột nhuyễn thớ vừa. Phương pháp này tương tự nghiền bột nhuyễn thớ ngắn. Nhưng ở đây cắt ngắn vừa phải, thời gian nghiền tương đối dài, bột mềm dẻo, khó thoát nước thường dùng để sản xuất giấy viết, giấy in. g. Phương pháp nghiền bột nhuyễn thớ dài. Trong phương pháp này quá trình phân tơ chổi hoá và trương nở của xơ sợi là chủ yếu, cắt ngắn ít thời gian nghiền dài, bột có độ nhớt cao, khó thoát nước. Giấy có độ bền rất cao dùng để sản xuất các loại giấy cao cấp. Trong thực tế tuỳ thuộc vào yêu cầu của bột cầu nghiền có từng loại giấy, nguồn gốc xơ sợi, mức độ nấu chín và nồng độ bột mà chọn thiết bị nghiền cũng như quy trình nghiền cho phù hợp. 6. Thiết bị nghiền a.Máy nghiền bể. Cấu tạo: 1. Lô dào bay. 2.Mô núi. 3. Dao đế. 4. Cửa bột ra. - Lô dao: Dạng hình trụ có gắn dao (bằng đồng, sắt hoặc bằng đá) có dạng hình chữ nhật. - Dao đế là những hộp hình chữ nhật. + Hoạt động: Khi dao quay ở khoang hai dao xenlulo chịu lực đè nén bởi lực quán tính của dao bay và ứng lực của dao đế. Dưới tác dụng của các yếu tố trên bột giấy bị dập nát và làm cho lớp vỏ xơ sợi có nhiều lignin bong ra. Trong quá trình chuyển động xơ sợi chịu lực ma sát, lực cắt dẫn đến hiện tượng phân tơ chổi hoá. + Ưu điểm: Dễ thay đổi áp lực nghiền, đáp ứng mọi quy trình sản xuất các mặt hàng cao cấp. + Nhược điểm: Năng suất nghiền thấp, chiếm nhiều diện tích nhà xưởng, chất lượng bột không đều, vùng nghiền nhỏ. b. Máy nghiền côn. + Cấu tạo: Lô dao quay có tác dụng hình Dao đế chính là vỏ máy. + Hoạt động: Bột vào từ đầu côn nhỏ và ra ở đầu côn lớn. Nguyên tắc hoạt động giống như máy nghiền bể. + Ưu điểm: Máy nhỏ, gọn, năng suất cao. Độ côn cho phép 12 á 23o. + Nhược điểm: Thay đổi áp lực nghiền khó khăn, chỉ dịch chuyển trong giới hạn cho phép, bằng cách dịch chuyển động cơ. Do vậy chỉ dùng sản xuất một số mặt hàng nhất định - máy nghiền côn chia làm 3 loại tốc độ: - Vận tốc nhỏ hơn 9m / s: có tác dụng cắt sợi. - Vận tốc từ 9 á 16 m / s: dùng để nghiền. Loại có tốc độ cao v > 16m / s dùng để làm trường là chủ yếu. (nghiền nhuyễn). Để năng suất cao người ta thường dùng dây truyền liên tục: * Tính toán máy nghiền: + Số máy trong dây truyền M: H.DoSR.G M = K.T.N Trong đó: H: năng lượng điện tiêu hao để nghiền một tấn bột lên 1oSR đối với mỗi loại bột khác nhau thì khác nhau đối với bột sunfit: H = 13 á 15 kw / h.T đối với bột sunfat: H = 18 á 20 kw / h . T DoSR = oSR - oSR. G: Là sản lượng của máy (tấn / 24 giờ). K: Hệ số phụ tải (K = 0,7 á 0,75). T: Thời gian máy nghiền làm việc (T = 24h). N: Công suất điện tiêu hao của môtơ. Khi tính ra M ta thường chọn (M + 1) thiết bị để lắp cho dây chuyền. 3. Máy nghiền đĩa. Có các loại: + Loại 2 đĩa: một đĩa cố định, một đĩa chuyển động) + Loại 2 đĩa (cả 2 đĩa quay ngược chiều nhau). + Loại 3 đĩa (2 cố định, 1 quay) - Cấu tạo: 1- Mâm dao quay. 2 - Đĩa cố định. Các loại máy khác cũng có nguyên lý tương tự. III. Các loại phụ liệu. Trong sản xuất giấy, có sử dụng một lượng lớn hoá chất. Các loại hoá chất được sử dụng trong sản xuất giấy nhằm nâng cao đặc tính của giấy hoặc phục vụ cho mục đích khác. Tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng của từng loại giấy khác nhau mà ta sử dụng các phụ gia, phụ liệu với nồng độ và chủng loại khác nhau cho quá trình sản xuất giấy. Các phụ liệu thường có: keo, chất đôn, tinh bột là thông dụng. Các hoá chất dùng để điều hoà như chất thoát nước, chất phân tán, chống nhớt và hạn chế ăn mòn thiết bị được bổ xung là cần thiết để thuận lợi cho quá trình sản xuất. Tuy vậy, mối quan tâm lớn nhất cho việc dùng phụ gia là vấn đề kinh tế, trong đó các chất đôn thêm vào làm tăng hiệu quả kinh tế, giảm giá thành sản phẩm. A. Các loại keo. 1. Keo AKD. a. Giới thiệu. Như chúng ta đã biết, để làm giấy có tính chống nước người ta đã gia keo vào ờ giấy. Phương pháp gia keo có thể là gia keo nội bộ hoặc gia keo bề mặt, khi giấy được gia keo nội bộ các chất phụ gia tiêu biểu là keo nhựa thông, chất khuếch tán và keo hoạt tính như: AKD, ASA. Keo nhựa thông đã được sử dụng trong công nghiệp giấy từ đầu thế kỷ 19 còn quá trình gia keo kiềm tính hiện đại mới bắt đầu khoảng hơn 30 năm nay. Tuy nhiên nó đã phát triển nhanh chóng và đang dần thay thế cho keo nhữa thông trong môi trường axit. Hiện nay người ta biết rằng khoảng 90% giấy tốt ở Châu Âu và 50 % giấy tốt ở Bắc Mỹ được sản xuâts theo phương pháp gia keo kiềm tính. ở Châu á, nhiều nước như: Nhật bản, Hàn quốc, Đài loan, Indonexia, Thái lan cũng đang phát triển theo phương pháp kiềm tính có nhiều ưu điểm hơn hẳn phương pháp axit tính như sau: Đối với vận hành: + Dễ nghiền bột hơn. + Thoát nước và sấy nhanh hơn. + pH ổn định hơn. Đối với chất lượng giấy: + Trắng hơn. + Độ bền cao hơn. + Thời gian lưu trữ lâu hơn. Về kinh tế: + Lượng độn cao hơn tiết kiệm xơ sợi. + ít chất tăng trắng hơn. + Tốn ít năng lương hơn. + Tiết kiệm nước. + Năng suất cao hơn. Tuy nhiên phương pháp kiềm tính cũng có một số khó khăn như sự phát triển của vi khuẩn sinh ra nhiều vấn đề trong vận hành. Việc vận chuyển và bảo quản keo AKD phải giữ ở nhiệt độ nhỏ hơn 20oC. b. So sánh các chất phụ gia dùng trong quá trình axit tinh và quá trình kiềm tính sản xuất giấy bột hoá. Quá trình axít tính Quá trình kiềm tính pH 4,5 á 5,5 7,2 á 8,4 Loại keo Keo nhựa thông AKD ( Alkyl Keten Dimer) Phèn Dùng nhiều để đông tụ keo và gắn keo vào xơ sợi Đợi khi dùng 1 ít để trung hoà điện tích âm Chất độn Cao lanh CaCO3 nghiền hoặc kết tủa Chất trợ bảo lưu Cationic Polyacrylamide (Percol , Cataretin ...) Hệ thống bảo lưu vi hạt, hay hệ thống bảo lưu 2 thành phần ( Bentonite ...) Tinh bột Cationic Tăng độ bền là chính Tăng độ bảo lưu của ADK là chính Chất tăng trắng Dùng nhiều hơn Dùng ít hơn Chất màu Không khác nhau Không khác nhau Chất diệt khuẩn Biocide Dùng bình thường Dùng nhiều hơn * Quá trình phát triển tác dụng gia keo ADK gồm 3 bước liên tiếp: + Dính bám: Tiếp xúc ban đầu của keo với xơ sợi nhờ sự đông tụ của các hạt keo tích điện dương lên bề mặt xơ sợi tích điện âm. + Dài mỏng: Quá trình này được sảy ra khi nước được bốc hơi do sấy đến mức tạo ra một lớp mỏng, bề dày cỡ 1 phân tử. + Phản ứng: Xảy ra khi lớp đơn phân tử được hình thành tạo ra liên kết hoá học đồng hoá trị giữa keo và xenlulo. Keo AKD có hiệ quả keo rất lớn do đó lượng dùng rất thấp chỉ ở mức 0,05 á 0,2% tính theo keo khô. Đặc biệt giấy gia keo AKD duy trì độ trắng ban đầu và độ bền của nó theo thời gian, vì thế nó được dùng trong việc sản xuất giấy cho lưu trữ. Keo AKD cũng thích hợp cho giấy yêu cầu gia keo cao và giấy tốt chứa độn CaCO3. Keo AKD không thích hợp với bột cơ học, bột nghiền cơ, hoặc bột cơ hoá. Riêng bột cơ nhiệt hoá rửa sạch có thể dùng keo ADK. Trong thực tế sử dụng, điểm bổ sung keo AKD vào bột giấy là rất quan trọng, như một quy tắc nó phải được bổ xung vào dòng bột đặc trong vòng tuần hoàn ngắn trước khi bột bị pha loãng một thời gian rất ngắn (ít hơn 30 giây). Việc này sẽ làm cho sự dính bám nhanh và giảm cực tiểu hoá sự phân tách các hạt keo khỏi bề mặt xơ sợi. Phản ứng giữa keo và xenlulo có thể được xúc tác bởi một phụ gia, ví dụ như một số polymebazơ có các nhóm amine ion HCO3- có sẵn trong bột giấy. Khi sử dụng CaCO3 làm chất độn, cũng có tác dụng xúc tác chất tốt, nhưng nếu bổ xung thêm Na2O3 hoặc NaHCO3 để tăng độ kiềm thì càng tốt. ở quy mô công nghiệp, khi sử dụng AKD với PCC (CaCO3 kết tủa) cần phải quan tâm đến việc hồi keo. Có nghĩa là độ gia keo bị giảm đi mất tính kỵ nước trong một thời gian. Mặc dù độ gia keo được đảm bảo khi vừa sản xuất ra, song sau vài tuần hoặc vài tháng tính kỵ nước không còn được đảm bảo. Hiện tượng này cần được khắc phục bằng các quá trình sử lý tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng. Quá trình gia keo được coi là hiệu quả khi lượng keo dùng ít nhất mà vẫn đạt được độ gia keo cần thiết. Mức dùng keo quá giới hạn không những gây lãng phí mà còn gây ô nhiễm môi trường sản xuất. Trong qui mô công nghiệp, sử dụng PCC làm chất độn giấy đã làm gia tăng lợi nhuận vì giảm được lượng xơ sợi nhờ chất độn rẻ tiền này. Trong các loại PCC làm phụ gia thì loại có cấu trúc tinh thể được sử dụng rộng rãi nhất. Với cấu trúc mở, xốp, tinh thể PCC tán xạ ánh sáng hữu hiệu và làm cho chất độn này có độ đục cao. PCC có đường kính hạt thường dùng nhất là 1,4 mm. Do sự kết tủa chặt chẽ nên chất độn PCC có khoảng phân bố hẹp về kích thước và có độ đồng nhất cao. Trái lại GCC (CaCO3 nghiền từ đá) từ đá vôi hoặc đá hoa có cấu trúc hạt không đồng nhất. Loại GCC tiêu chuẩn dùng làm chất độn cho sản xuất giấy có đường kính hạt trung bình là 0,7 mm trở lên và phân bố kích thước của hạt khoảng 2 mm. Keo ADK có điểm nóng chảy xấp xỉ 115oF. Các yếu tố làm giảm độ gia keo của giấy kiềm tính thường là: độ bảo lưu, sự phân tán và độ bám dính của keo trên bề mặt xơ sợi. Theo nghiên cứu thử nghiệm thì những hạt keo AKD có kích thước nhỏ hơn 1mm nóng chảy và dàn chải lên cả xơ sợi và chất độn trong quá trình sấy. Khả năng tạo liên kết đối giữa các nhóm hydroxyl của xenlulo và các vòng lacton của phân tử AKD được mô tả như sau: Độ gia keo của AKD bị giảm theo thời gian là do ảnh hưởng của các chất phụ gia có mặt trong bột. Sự tác động qua lại giữa AKD với chất độn CC (CaCO3) và ảnh hưởng của sản phẩm thuỷ phân AKD không tham gia vào phản ứng kỵ nước của giấy. Nhưng lại có một số ý kiến lại khẳng định phần lớn AKD trong chất độn trong CC biến thành keton và góp phần vào việc gia keo sau khi hấp thụ lên bề mặt xơ sợi và chất độn CC. Hiện tượng hồi keo có thể xảy ra nếu sự hấp thụ này không ổn định. Khi đề cập đến vấn đề tương hỗ giữa AKD và chất độn, có nghiên cứu cho rằng phần AKD nào phủ lên bề mặt của chất độn CC thì có tác dụng gia keo yếu. Do AKD gắn lên bề mặt chất độn với phần kỵ nước của phân tử hướng ra ngoài chất độn. Phản ứng hoá học giữa AKD và xenlulo thể hiện rằng AKD liên kết với chất độn CC và tạo ra muối canxi bêta kêton. Sự liên kết này không ổn định và lâu dài vì dime biến tính sang Distearôn thuỷ phân thông qua axit beta keton. Độ gia keo giảm vì dạng thuỷ phân này không tham gia vào đặc tính kỵ nước của giấy. Độ ẩm và nhiệt độ là yếu tố thúc đẩy quá trình biến đổi Distearon. Nghiên cứu tác động của nhiệt độ sấy với hiệu quả qua keo ADK đối với giấy có chứa GCC hoặc PCC với mức dùng độn là