Chương 1

VÂN ĐÊ CƠ BAN VÊ HOA HOC CUA GIÂY

1.1.Khái quát sản phẩm giấy.

1.2.1.Giấy:

Sản phẩm của sợi cellulose có dạng tấm, trong đó

sợi và các phần sợi được lien kết với nhau tạo mạng

không gian ba chiều.

1.2.2.Bột giấy:

Nguồn nguyên liệu có tính chất sợi dung để làm

giấy. Bột giấy thường có nguồn gốc từ thực vật. Tuy

nhiên, người ta cũng có thể làm những loại giấy đặc

biệt từ các sợi động vật, sợi vô cơ hay sợi tổng hợp.

1.2.Nguyên liệu làm giấy

Các nguyên liệu cho làm giấy trước tiên phải có

tính chất sơ sợi. Chúng có khả năng đan kết và ép

thành tấm đồng nhất. Ở những chỗ tiếp xúc sơ sợi tiếp

xúc, có sự hình thành lien kết chặt chẽ. Trong một số

ứng dụng cấy trúc sơ sợi phải đảm bảo độ bền trong

một thời gian dài.

Độ liên kết sợi được đánh giá qua độ kháng kéo

hay độ bục của tờ giấy.

1

Bảng 1.1:Thông số cơ bản về tính chất sợi của một số

nguyên liệu bột giấy

Chiều dài

sợi

l (mm)

Đường kính

sợi d (µm)

Tỷ số l/

d

Gỗ mềm1 4 20 100Gỗ cứng2 2 22 90Rơm (lúa gạo,

lúa mì)

0,5-1,5 9-13 60-120

Bã mía 1,7 20 80Tre 2,8 15 180Lanh 55 20 2600Lá dứa dại 2,8 21 130Sơi cotton 30 20 15001.3.Hóa học về giấy:

1.4.1.Cellulose

Về cấu tạo cellulose có cấu tạo mạch thẳng, bao

gồm những đơn vị D-glucose pyranose liên kết với

nhau bằng liên kết β-1,4-glucose. Có thể biểu diễn

phân tử cellulose một cách đơn giản như hình 1.

1 Gỗ mềm : gỗ lá kim như thông, trắc,… 2 Gỗ cứng : gỗ lá rộng như bạch đàn, tram, keo,…

2

O

OHHOHO O

O

OHHO

OH

OH

OO

OH

OH

OH

HO

n

Hình 1:Cấu trúc của cellulose ở dạng lập thể

Số monomer có thể đạt từ 2.000-10.000, có thể lên

đến 15.000 đối với cotton.

Độ trùng hợp này tương ứng với chiều dài mạch

phân tử từ 5-77mm.

Sau khi thực hiện quá trình nấu gỗ với các tác chất

( phương pháp sản xuất bột hóa học) độ trùng hợp

còn khoảng 600-1500.

Mạch đại phân tử cellulose có cấu trúc mạch thẳng

và có cấu hình dạng ghế.

Có khoảng 65-73% cellulose là ở trạng thái kết

tinh. Phần cellulose vô định hình là phần khá nhạy với

nước và một số tác chất hóa học. Chính nhờ phần này

3

mà làm tăng liên kết sơ sợi và làm tăng lực cô kết tờ

giấy.

Thủy phân và bị ôxy hóa bằng kiềm đặc ở nhiệt độ

> 150oC.

Cellulose trong gỗ thì liên kểt với lignin,

hemicellulose, và một số nhóm hợp chất khác.

Vật liệu % CelluloseCotton 98Cấy gai 86Cây gai dầu 65Cây đay 58Gỗ cứng (gỗ là rộng) 41-42Gỗ thông 41-44Ngũ cốc 43Rơm lúa mì 42

Bảng 1.2:Thành phần cellulose trong một số loại gỗ và

các thực vật không bản chất gỗ

Cellulose trong gỗ thì liên kết với các chất khác

như carbonhydrat được xem như là hemicellulose,

4

không carbonhydrat như là lignin, các chất nhựa.

Hình 2:Sợi cellulose trong thực vật

1.4.2.Cellulose toàn phần (Holocellulose)

Cellulose toàn phần là tổng cộng carbon hydrat

trích ly từ thực vật thô.

5

1.4.3.Hemicellulose

Các đơn vị cơ sở của nó có thể là đường hexose (

D-glucose, D-manose, D-galactose), hoặc đường

pentose (D-xylose, L-arabinose và D-arabinose), đề

oxyhexo hình 2.

Gỗ mềm và gỗ cứng khác nhau ở tổng hàm lượng

hemicellulose.

Độ bền hóa học và bền nhiệt của hemicellulose

thấp hơn cellulose vì chúng có độ kết tinh và độ trùng

hợp thấp hơn (độ trùng hợp khoảng 90).

Đặc trưng của chúng là có thể tan trong kiềm

loãng.

Hemicelulose tồn tại ở dạng mạch nhánh, ở trạng

thái vô định hình.

6

O

OH

OH

OH

OH

CH2OHO

OH

OH

OHOH

CH2OHOOH

OH

OH

OH

CH2OH

β- D-G1cp β- D-Man p α- D-Ga1

p

Pentose

O

OH

OH

OH

OH

O

OH

OH

OHOH

CH2OHOH

CH2OHOH

OHO

β- D-Xy1-cp α-L- Ara p α- L-Araf

OHCH2OHOH

OHO

OH

CH2OH

OH

OHO

β- L- Araf α- D-Araf

Acid Hexuronic

O

OH

OH

OH

OH

COOHOOH OH

OH

OH

COOHO

OCH3

OH

OH

COOH

OH

β- D-G1cp U β- D-Ga1- pU 4-O-Me-α,β-D-G1cpU

7

Hình 3:Một số đơn vị đường của hemicellulose

SỐ LƯƠNG VÀ ĐẶC TÍNH CỦA

HEMICELLULOSE:

15-18% đến 22-34 % trong các loại gỗ cứng. Theo

báo cáo của tác giả Ritter tổng số hemi –cellulose là

34% trong đó 22% liên kết với cellulose và 12% liên

kết với lignin.

Trong xử lý sulfit thì một phần hemicellulose bị thỷ

phân thành đường đơn.

Trong sử lý sulfat (nấu bột kiềm), một phần

cellulose bị chuyển thành acid saccharinic, mà được

tách đi khi rữa bột, hoặc có thể hấp phụ lên sợi.

Tách hoàn toàn hemicellulose trong bột là không

thích hợp, phần hemicellulose còn lại trong bột là một

đặc tính rất quan trọng trong làm giấym, đặc biệt theo

xu hướng hình thành sợi và liên kết sợi.

Hemicellulose có chứa những nhóm acid

hexuronic, sẽ ảnh hưởng đến đặc tính háo nước của

sợi bột, làm gia tăng tốc độ nghiền bột và cải tiến độ

bền kéo và độ chịu bục cuả giấy.

8

Mặt khác hemicellulose được xem như làm giảm

độ trắng của bột trong vấn đề hồi màu.

ĐẶC TÍNH HÓA HỌC CủA CELLULOSE

•Chiều dài mạch và trọng luợng phân tử

Mức độ trùng hợp D.P (Degree of polymerization)

cuasr cellulose từ cotton là 1400. Cellulose từ cotton

có D.P= 4000 ở mức trung bình.

Trị số trung bình của D.P chi phép xác định chất

lượng của cellulose.

D.P của cellulose gỗ thì rất cao, nhưng dễ dàng bị

giảm cấp do xử lý hóa học, nấu bột gỗ. Theo Kraermer

D.P cellulose của cotton lớn hơn 3500, so sánh với

D.P cellulose của gỗ một số loại bột gỗ thương mại là

600-1000.

•Độ nhớt của dung dịch cellulose

Phương pháp đo độ nhớt dùng để xác định chiều

dài mạch phân tử theo lý thuyết.

Phương trình : αK.Mη = đưa ra quan hệ giữa độ

nhớt và trọng lượng phân tử M, K và α là hằng số phụ

9

thuộc vào hệ thống riêng. Khi độ nhớt cao, phương

trình trên còn chính xác, khi độ nhớt thấp, phương

trình trên không còn áp dụng chính xác.

•Thế điện động của cellulose:

+Một đặc điểm quan trọng của cellulose là thế điện

động âm, điện thế Zeta, khi phân tán trong nước. Sợi

cellulose hấp thụ những nhóm hydroxyl trong của

nước, hình thành lớp điện tích âm trên bề mặt sợi.

Điện thế Zeta của cellulose tương tác với H2O theo

McKinley và Gortner là -5,8 mv và theo Briggs là -20

mv cho giấy lọc và -8 mV cho bọt gỗ sulfit. Trong

những dung môi không phân cực như benzene, điện

thế này bằng 0.

Điện thế điện động là một hệ số quan trọng trong

sự trương nở của cellulose trong nước, sự trương nở

của cellulose lớn nhất ở điện thế cao nhất.

Nó quan trọng trong sự hình thành tờ giấy và cũng

là hệ số quan trọng quyết định sự bảo lưu của tinh bột,

gia nhựa, pigment, thuốc nhuộm, những loại resin bền

ướt và các vật chất tương tự thêm vào ở công đoạn

làm bột cung cấp cho máy xeo.

10

LIGNIN

Trong gỗ lignin cóa màu trắng. Lighin

Một polyphenol có mạng không gian mở.

Thành phần thay đổi theo từng loại gỗ, tuổi cây

hoặc vị trí của nó trong cấu trúc gỗ.

Lignin là thành phần chủ yếu trong gỗ, số lượng

thay đổi từ 17-32% trên trọng lượng gỗ khô tuyệt đối.

•Đặc tính vật lý và cấu tạo hóa học của lignin

Tỷ trọng 1,3 và chỉ số khúc xạ là 1,6, màu của ligin

thay đổi từ sáng đến nâu thẫm, phụ thuộc phương

pháp ly trích.

Lignin là nhựa ở trạng thái vô định hình và trọng

lượng phân tử và khả năng hòa tan thay đổi.

Trọng lượng phân tử thay đổi từ 300-14.000.

OCH3

O

OO

CH3HO

HO

OCH3

OCH3

CHC O

CH2

O

H3CO

CC CH2

11

Hình 4:Sơ đồ cấu trúc của lignin theo Freudenberg

PHẢN ỨNG HÓA HỌC CỦA LIGNIN

Lignin là hợp chất có họat tính cao, trong phân tử

có nhóm chức đáng lưu ý: nhóm –OH của phenol và

nhóm –OH bậc 1 và bậc 2, nhóm –OCH3 (metoxy), và

cả nhóm carbonyl và khả năng enol hóa cho sản phẩm

có 1 liên kết đôi và một nhóm –OH.

Hầu hết các nhóm chức khác nhau trong lignin thì

phản ứng khác nhau. Nhóm –OH phenol có đặc tính

acid yếu và làm cho lignin hòa tan trong kiềm.

Nhóm –OH trong lignin có thể acetyl hóa hoặc alkyl

hóa.

Những phản ứng của lignin trong điều kiện trung

tính, ôxy hóa, khử hóa, halogen hóa, nitro hóa,

hydrogen hóa, thủy phân và bột sulfo hóa.

Tất cả các phản ứng của lignin trong trong điều

kiện sulfo hóa, ôxy hóa, và halogen hóa đặc biệt quan

trọng cho lamg bột, các nhà hóa học về giấy tin tưởng

có một sự tương quan giữa bột và xử lý tẩy.

12

Trong xử lý kiềm, lignin kiềm hòa tan trong kiềm,

do phản ứng giữa nhóm –OH phenol với kiềm.

Trong xử lý sulfat sulfur đi vào lignin tạo thành

dạng thio-lignin hòa tan trong kiềm.

Lignin rất dễ bị ôxy hóa trong điều kiện trung bình,

cho sản phẩm là acid thơm như acid benzoic,

protocacheuic.

Lignin bị ôxy trong điều kiện mạnh hơn cho sản

phẩm là acid như acetic, oxalic, succinic.

Trong điêu kiện trung bình, xử lý tẩy bột lignin tạo

thành sản phẩm hòa tan trong nước hoặc kiềm. Trong

tẩy NaClO, nhóm –OH của phenol phản ứng với tác

nhân tẩy tạo thành sản phẩm tan.

•Liên kết lignin –hemicellulose

Benzyl eter

O

CH2O

OHO

HO

O

O

OH

O

OH

CH2HO

C

C

O

xylan

glucomannan

Phenyl glucoside

Gỗ mềm Gỗ cứng

13

O

CC

O

O O

OH

OH

CO

H3C

O

Xylan

O

O

O

OHOH

CH2OH

C

glucomannan

Benzyl ester

Gỗ mềm và gỗ cứng Gỗ mềm và gỗ

cứng

Hình 5:Một số liên kết lignin-hemicellulose phổ biến

CÁC CHẤT TRÍCH LY

Hợp chất mạch

thẳng và vòng

Hợp chất phenol Các chất khác

Terpen vaf

terpennoid

(gồm acid nhựa

và steroid)

Ester và acid béo

(chất béo và sáp)

Alcol

Alkan

Phenol đơn giản

Stiben

Lignan

Isoflavon

Tananh

Flavonoid

Carbonhydrat

Acid amin

Acaloid

Coumarin

Quinone

Bảng 1.3:Phân loại một số chất trích ly hữu cơ trong gỗ

•Phản ứng của hydratcarbon trong môi trường kiềm

Ôxy hóa và thủy phân

14

O

CH2OH

O

H O O OCH2OH

O

H O

O

Hình 6: Phản ứng ôxy hóa

Thủy phân:

O

H

CH2OH

O

H O

O

Cellulose

OH

OCH2OH

O

H O

O

Cellulose

CH2OH

O

O

O

Cellulose +O

CH2OHO

OODicarbonyl

H

H

HO

Hình 7:Phản ứng thủy phân cấu trúc carbonyl β glucoxy

Phản ứng tách loại và chuyển vị

Tách loại:

O

H

CH2OH

O

H O

O

Cellulose

OH

OCH2OH

O

H O

O

Cellulose

CH2OH

O

O

O

Cellulose +O

CH2OHO

OODicarbonyl

H

H

HO

Hình 8:Phản ứng chuyển vị và tách loại

Cấu trúc dicarbonyl loại aldehyd

OCH2OH

O

H Ocell

O

cellulose Cellulose-O

O

HO

C

OCH2OH

OO

OCellulose + +

15

Hình 9:Cấu trúc dicarbonyl loại aldehyd

Cấu trúc carbonyl loại ceton

OCH2OH

O

H OCellulose

O

Cellulose

OH

OCH2OH

O

OCellulose

O

Cellulose

O O

Hình 10:Cấu trúc dicarbonyl loại ceton

Phân tử cellulose khi bị ôxy hóa và có nhóm

carbonyl ở C5 cũng cho phản ứng cắt mạch.

O

OHH

OH

CHO

OCellulose

OCellulose

OH

HO

OHH

OH

CHO

OCellulose

+ Cellulose-O

Hình 11:Phản ứng thủy phân bằng kiềm khi có nhóm

carbonyl tại C6

Phản ứng Pelling

O

OROH

OH

R'

OH

CHOH OH

HO HH ORH OH

R'

OH

H

HCC OH

HO HH ORH OH

R'

O HCC OH

HO HH ORH OH

R'

O

16

CH

C OHO H

H OR

H OH

R'

HC

C OHO H

H ORH OH

R'

OHOH HC

C OH

HO HH ORH OH

R'

OH

OH

HC

C HHO H

H ORH OH

R'

OHO

H H

OH

CH2

CHO H

H ORH OH

R'

O

OH

Peeling

CH2

CCC

HOHH OH

R'

O

OHCH2

CC

C

O

HH OH

R'

O

OH

HH

OH

COOH

CCH2

CHH OH

R'

HO

H

CH2OH

Hình 12:Phản ứng Pelling

•Phản ứng của lignin trong môi trường kiềm

Phản ứng thủy phân: nhiệt độ cao (>100oC) lignin

có thể bị thủy phân.

A

OH

OCH3

CH OR2

CH

R1

OB

OCH3 OH

OH + SH

A

OOCH3

CHCR1

OB

OCH3

+ OR2

(I) (II)

A

OOCH3

CHCR1

OB

OCH3

(III)

OHH

OH

A

OOCH3

CHCR1

(IV)

OHHOCH3

O+

34%

(V)

OH

B

17

Hình 13: Phản ứng minh họa thủy phân lignin trong môi

trường kiềm

•Phản ứng của lignin trong môi trường acid

Phản ứng thủy phân

OROCH3

CH OHCHOAr

+H

-H2O

OROCH3

CHCHOArCH2OHCH2OH

-H

OROCH3

CHCOAr

CH2OH

+H2O

OROCH3

CH2

CO

CH2OH

+ ArOH

-CHO, -H

OROCH3

CH2

CHO

+ ArOH

+ H2O

OROCH3

CHCH OAr

+ H2O

OROCH3

HCH2C OAr

+ H2O

OH

Ar=

H3CO

Hình 14:Cơ chế phản ứng thủy phân lignin trong môi

trường acid

18

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT GIẤY

19

Nguyên liệu gỗ(rơm, tre, cỏ, bã mía)

Xử lý hóa: Phương pháp kiềm, trung tính, acid(bột soda, sulfat, sulfite)

Bột giấy thô

Bột tẩy

trắng

Phân tán và nghiền

Phối trộn

phụ gia

Xeo giấy, ép, sấy

Gia keo bề mặt, cán láng (ép

quang),cuộn, cắtGiấy thành

phẩm

Nước trắng

Xử lý cơ: Phương pháp mài, nghiền, nhiệt cơ, hóa nhiệt cơ

Dịch đen (thu hồi hóa chất)

Tẩy trắng:Cl

2,

ClO2,

NaClO, O

3, O

2,

H2O

2

Nước thải (xử lý)

Hình 2.1:Mô hình công nghệ chung của quá trình sản

xuất giấy

20

•NGUYÊN LIỆU GỖ

Mục đích quá trình chế biến gỗ là chuyển chúng

thành sơ sợi mềm mại, hoặc hòa tan lignin (được xem

là chất kết dính các bó sợi tạo nên cấu trúc chặt chẽ

của gỗ).

Tác động cơ học hoặc hóa học làm tách rời các bó

sợi cellulose sẽ được tách rời tạo nên huyền phù đồng

nhất trong nước.

•ĐẶC TÍNH CỦA GỖ

(1): Thực vật hạt trần hoặc cây thường xanh

(không rụng lá) thường được gọi là gỗ mềm.

(2): Thực vật hạt kín hoặc cây rụng lá hàng năm

gọi là gỗ cứng.

21

Hình 2.2:Các thành phần cơ bản trong tế bào gỗ

Đặc tính chung của 2 loại gỗ:

Gỗ mềm Gỗ cứngKiểu sợi chủ yếu Tế bào hình ống Sợi gỗ và tế bào

ốngChiều dài sợi

trung bình

2,5-3,0

3,5-5,0

0,6-2,0

Lignin, % 25-32 17-26Cellulose (Cross

và Bevan), %

55-61 58-64

Pentosan, % 8-13 18-25Tỷ trọng gỗ tươi,

lb/cu.ft

21-26 22-35

Chiều dài sợi của gỗ mềm dài hơn gỗ cứng, vì

nguyên nhân này mà giấy làm từ bột gỗ mềm có độ

bền lớn hơn giấy làm từ gỗ cứng từ 30-100%.

22

Gỗ cứng có thành phần lignin thấp và tỷ trọng cao

hơn gỗ mềm, thành phần cellulose cao hơn do đó hiệu

quả kinh tế cao, gia tăng hiệu suất bột, gỗ cứng

thường khó mài hơn gỗ mềm vì tỷ trọng cao do tuổi

của gỗ.

CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT BỘT GIấY

•Phương pháp hóa học:

H%:45-55%,

Các thành phần không phải là cellulose đã hòa tan

trong dịch nấu.

Bột chứa chủ yếu là sợi cellulose, có độ bền và cơ

lý cao, bột này gọi là bột hóa.

Bột soda: dịch nấu gỗ là NaOH

Bột sulfat: bột sulfat (bột kraft), tác chất nấu là

NaOH và Na2S

Bột sulfit: có thể là sulfit trung tính, acid hay kiềm

•Bột bán hóa: là bột sulfit được nấu ở chế độ khá êm

dịu với NaHSO3, sau đó hỗ trợ thêm giai đoạn cơ học để

tách sợi, hiệu suất khoảng 80%, phổ biến là bột NSSC

(Neutral sulfite semichemical).

•Phương pháp cơ học:

H%: 85-90%.

23

Bột này có thành phần tương đương như gỗ, gọi là

bột cơ, bột gỗ hay bột hiệu suất cao.

Quá trình phân tách sợi chủ yếu là nhờ tác động

cơ học.

Phân loại Phương

pháp

Loại

nguyên

liệu gỗ

Dạng

nguyên

liệu

Hiệu suất

(%)

Bột cơ

học

Bột mài Gỗ mềm Gỗ đoạn 90-95%

Bột

nghiền

Gỗ mềm Gỗ dăm 90-95%

Bột nhiệt

cơ

Gỗ mềm Gỗ dăm 90

Bột cơ

hóa

Bột mài

xử lý

Gỗ cứng Gỗ đoạn 85-90

Bột kiềm

lạnh

Gỗ cứng Gỗ dăm

Bột bán

hóa

NSSC Gỗ cứng Gỗ dăm 65-80

Sulfit hiệu

suất cao

Gỗ mềm Gỗ dăm 55-75

Sulfat

hiều suất

cao

Gỗ mềm Gỗ dăm 50-70

Bột hóa

học

Sulfat Cả hai Gỗ dăm 50-70

24

Sulfit Cả hai Gỗ dăm 45-55Soda Gỗ cứng Gỗ dăm 45-55

Bảng 1.4:Một số phương pháp sản xuất bột cơ bản

•CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CƠ HọC

Một số thuật ngữ

Bảng 1.5:Một số thuật ngữ về các loại bột

Ký

hiệu

bột

Tên tiếng Anh Đặc tính của bột

SGW Stone groundwood Bột mài ở áp suất

khí quyển, nhiệt độ

nuớc tưới 70-75oC,

hiệu suất 98%.PGW Pressure groundwood Bột mài ở áp suất

2,5 bar, nhiệt độ

nuớc tưới>100oC,

hiệu suất 98%.PGW

-S

Super-pressure-

groundwood

Bột mài ở áp suất

2,5 bar, nhiệt độ

nuớc tưới>100oC,

hiệu suất 98%.TGWThermo groundwoodGỗ mài ở áp suất khí quyển,

nhiệt độ nuớc tuới > 80oC, hiệu suất > 98,5% 70-75Nhiệt độ nấu,

oC150-185160-175Thời

Refiner mechanical

pulp

B

ột

25

gian nấu, giờ0,3 –

43-8Năng lượng cho quá

trình nghiền, hp-day/ton

(khô gió)12-1810-15Điều

kiện nấu trong phương

pháp xử lý bán hóa sulfit

trung tính dùng để làm giấy

bìa và bột tẩyYêu cầu vể

hóa chấtBột sản xuất

bìaBột tẩy trắngHiệu suất

bột (%)70-8065-72Hóa chất

nấu:Bột hóa nhiệt cơ, quá

trình nghiền được thực hiện

ở áp suất của dăm hay

những loại bột thô đã qua

xử lý sơ bộ với hóa chất,

hiệu suất >

90%.PRMPPressure-

Refiner- mechanical

pulpTuơng tự RMP, nhưng

qúa trình nghiền thực hiện

ở áp suất và nhiệt độ cao,

hiệu suất 97%

ng

hi

ền

đĩ

a

sả

n

xu

ất

từ

dă

m

ở

áp

su

ất

kh

í

qu

yể

n.

D

ă

26

.TMPThermomechanical

pulpBột nhiệt cơ, dăm gỗ

được giá nhiệt có áp suất

bằng hơi nước , P =3,5 bar,

nhiệt độ 140-155oC, hiệu

suất

97%.CMPChemimechanical

pulpBột hóa cơ, có thể sản

xuất theo phương pháp mài

hoặc nghiền, gỗ được xử lý

với hóa chất, hiệu suất

80-95%, dăm được xử lý sơ

bộ với hóa chất hay hơi, rồi

được nghiền ở áp suất cao

hay áp suất khí quyển. Xử

lý hóa học tương đối mạnh,

hiệu suất <

90%.CTMPChemi-RMP

•ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM

CỦA PHƯƠNG PHÁP

Xử lý NSSC bột màu

sáng hơn

Tính kinh tế của gỗ và

m

đ

ư

ợc

rữ

a

và

xử

lý

sơ

bộ

vớ

i

h

ơi

n

ư

ớc

tr

ư

ớc

kh

i

27

tiêu hao hóa chất

Áp dụng rộng rãi cho

những loại gỗ khác nhau.

Xủ lý NSSC sẽ cho bột

khi làm giấy cứng hơn khi

sử dụng bột kiềm thông

thường, chủ yếu phát triển

cho làm giấy lớp giữa gợn

sóng.

•XỬ LÝ SULFAT

Bột bán hóa sản xuất

theo phương pháp sulfat thì

có màu thẫm hơn, độ bền

cơ lý thấp hơn, và có nhiều

lignin hơn và ít

hemicellulose hơn so với

phương pháp bột NSSC.

Bột sulfat nói chung

ng

hi

ền

,

hi

ệu

su

ất

97

%.

28

thường làm từ gỗ thông và

bột sử dụng trong sản

phẩm giấy gợn sóng. Các

điều kiện nấu khác như

nhiệt độ như trong nấu bột

kiềm thông thường.

Bột thì được đưa đến

nghiền nóng trong máy

nghiền đĩa, với công suất

khoảng 3,7 hp-day/ton.

Ép bằng vít xoắn trước

khi nghiền trở nên phổ biến

có ý nghĩa tạo sợi và thu

hồi hóa chất. Thành phần

lignin của bột kraft hiệu suất

cao khoảng 8-14%.

Bột kraft độ bền rất cao

có thể sản xuất từ thông

bằng phương pháp nấu bột

hiệu suất cao với dung dịch

sulfat có hàm lượng kiềm

hoạt động thấp

29

Hiệu suất bột, %

115

460

7

262

-SO2, lb/ton bột khô gió

-Na2CO3, lb/ton bột khô

gió

15-20

3-4

8-14

4-5

-Na2SO3, % gỗ

-NaHCO3, % gỗ

•CƠ SỞ LÝ THUYẾT

•Tính lưu biến gỗ:

Gỗ sẽ chịu tác động cơ

học.

Mục đích làm cho nó

biến dạng sơ sợi sao cho

30

thích ứng với quá trình làm

giấy.

Gỗ là polymer có tính

đàn hồi nhớt, nên khả năng

thích ứng của nó đối với tác

động cơ học phụ thuộc vào

nhiệt độ, độ ẩm và thời

gian.

Nhiệt độ chuyển từ

trạng thái cứng sang trạng

thái mềm là thông số quan

trọng.

Gỗ luôn chứa một luợng

nước nhiều hơn lượng

nước bão hòa của lớp

tường tế bào sợi. Dưới điều

kiện này cả cellulose và

hemicellulose vô định hình

được làm mềm ở 20oC.

Điểm chảy mềm của

lignin là thông số quan

trọng cho quá trình xử lý.

Khi tăng tần số tác dụng

31

của lực, điểm chảy mềm

của lignin tăng.

Nhiệt độ chảy mềm của

lignin liên quan đến cấu trúc

của lignin trong gỗ.

Gỗ là một nguyên liệu

đàn hồi nhớt, năng lượng

sẽ bị mất đi và chuyển

thành nhiệt năng trong quá

trình biến dạng, chính sự

sinh nhiệt này làm sinh ra

dòng hơi trong quá trình

nghiền.

Tại nhiệt độ cap hơn

năng lượng cần để biến

dạng gỗ cần thấp hơn.

Những biến dạng lớn

hơn ứng với nhiệt độ cao

hơn, sự mỏi của gỗ sẽ

nhanh hơn khi nhiệt độ cao.

32

QUI TRÌNH SẢN XUẤT

BỘT CƠ

33

Nước Lưu trữ gỗ Nước

Bơm Máy bóc vỏ gỗ Turbine

Bể chứa

Máy mài

Motor

Điện năng

Nước phun

Mương dẫn nguyên liệu

Sàng thô Máy nghiền

Sàng tinh

Nguyên liệu hợp cách

Cô đặc bột

Lưu trữ huyền phù bột

Lưu trữ huyền phù bột

Lưu trữ nước trắng

Máy xeo ướt

Lưu trữ bột tấm

Bể thu gom nước Bột thu hồi

Nước trắng

Áp lực cao

Áp lực thấp

Áp lực cao

Áp lực cao

Hoặc

Thải

Hoặc

•SẢN XUẤT BỘT MÀI

•Nguyên lý:

Đưa gỗ vào trong quá

trình chịu tác động tuần

hoàn của ứng suất

Năng lượng cơ học

được hấp thu để phá vỡ

34

cấu trúc của nguyên liệu

ban đầu.

Sợi được tách ra, vấn

đề là cần kiểm tra được

hiện tượng sợi bị cắt và tính

mềm mại của sợi, điều này

phụ thuộc nhiệt độ và hàm

ẩm của gỗ.

•Đặc tính của bột mài

Độ bền thấp hơn so với

bột sulfit và sulfat.

Đặc tính hồi màu của

bột mài, phù hợp với giấy

báo, sách thô, catalog, máy

in ống đồng, tạp chí, giấy

vẽ thô, giấy lau, giấy đế

gián tường, carton đế và

các lọai giấy dán tường và

giấy bìa.

Bột mài có chi phí thấp,

chất lượng in ấn tốt, độ mờ

đục cao, khả năng thóat

nước tốt trên những máy

35

xeo chạy tốt độ cao, chất

lượng in ấn tốt vì độ khối

cao, độ phẵn nhẵng, tính

đàn hồi, khả năng hấp thu

mực in tốt.

Giấy có khuynh hướng

ít quăn hơn so với bột hóa

học.

Số lượng bột mài sử

dụng trong giấy báo khoảng

85%. Bột mài sử dụng trong

giấy in có thể tăng tử

30-85%.

Trong những loại giấy

khác chứa từ 10-100%,

khoảng 10-20% được pha

trộn với nguyên liệu bột hóa

học sợi dài sẽ gia tăng độ

bục của những loại giấy

nhẹ mà không giảm độ bền

xé, bột mài sẽ là chất độn

giữa những sợi dài của bột

hóa học.

36

Hàm lượng % của bột

mài cao sẽ làm giảm độ bền

của giấy.

Bột mài từ cây dương

sử dụng trong giấy báo

khoảng 15% và lên đến

50% trong những loại giấy

in mà không làm hỏng giấy.

Theo tác giả Sears nếu

sử dụng quá 10% bột mài

từ cây gỗ sồi thì sẽ giảm độ

bền của giấy in báo.

•QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT

BỘT NGHIỀN

Phát triển gần 20 năm

37

nay.

Với phương pháp này

ngoài tác động của cơ học ,

sợi còn có tác động chổi

hóa sợi hay làm phát triển

sơ sợi.

Bột sinh ra có đặc tính

tốt hơn so với bột mài.

Các loại máy nghiền sử

dụng chủ yếu trong công

nghiệp là:

Sử dụng máy nghiền

đĩa

Máy nghiền côn tốc độ

cao.

Nồng độ của quá trình

phân hủy dăm thành sợi ở

giai đoạn đầu, thường nồng

độ khoảng 20-40%.

•BỘT NHIỆT CƠ (TMP)

Tính năng cơ lý của bột

nghiền có thể được cải

38

thiện (tăng độ bền xé cho

giấy báo và giấy bìa) bằng

cách :

(1): Cho gỗ trước khi

nàp vào máy nghiền đi qua

công đoạn tiền xử lý với hơi

nước bão hòa ở nhiệt độ >

1000C trong khoảng 5-10

giờ ở áp suất cao hơn áp

suất của hơi nước bão hòa

ở cùng nhiệt độ.

Khả năng hòa tan các

acid hữu cơ khi gỗ xử lý

theo cách này và ở đây có

sự giảm cấp polymer của

cellulose,

Ảnh hưởng chủ yếu là

sự làm mềm hoặc một phần

ảnh hưởng của dung môi

trên lignin trong gỗ dẫn đến

gỗ sẽ dễ dàng tách ra thành

sợi.

39

Kết quả là bột có độ tự

do cao hơn và độ bền cao

hơn và cứng hơn so với bột

gỗ mài.

•NHƯỢC ĐIỂM

Bột có màu thẫm hơn

do đó chỉ áp dụng có giới

hạn cho giấy bìa và những

loại giấy bìa có màu nâu giá

trị thấp.

Khi dùng gỗ mềm, tổng

năng lượng tiêu thụ thấp

hơn.

Ở nhiệt độ cao và áp

suất cao, gỗ có thể hòa tan

khoảng 12% đối với gỗ

thông đến 17% với gỗ vân

sam.

Hơi nước sử dụng phù

hợp tốt với gỗ cứng hơn gỗ

mềm, bởi vì không có hiện

40

tượng hồi màu như gỗ

mềm.

Một sự thuận lợi khi sử

dụng hơi nước là xử lý

được nhựa cây.

Sự gia tăng mức độ xử

lý do thời gian và nhiệt độ

kéo dài do đó gia tăng độ

bền, giảm hiệu suất, và

màu bột sáng hơn, năng

lượng sử dụng có thể gia

tăng không đáng kể.

•BỘT HÓA-NHIỆT CƠ

(CTMP)

Bột hóa nhiệt cơ là bột

cải tiến được độ bền và

chiều dài sợi cuả bột mài

bằng cách tiền xử lý gỗ với

hóa chất.

Có hai phương pháp để

tiền xử lý gỗ:

(1): Xử lý gỗ cùng một lần

41

với quá trình mài bột

bằng hóa chất.

(2): Tiền xử lý gỗ tròn ở

nhiệt độ và áp suất cao

trước khi mài bột. Xử lý

này ít có hiệu quả mặt dù

cả Na2CO3 và NaHSO3

được xử dụng trong

phương pháp này.

Sodium carbonat đã

được báo cáo là làm gia

tăng sản phẩm và giảm

tổng nguồn năng lượng tiêu

hao 3,

Sau đó NaHSO3 được

tưới vào máy mài để giảm

năng lượng tiêu tốn và gia

tăng độ rực sáng của sản

phẩm.

Mức dùng NaHSO3 là

0,8% trên trọng lượng của

3 W. Brecht and H. Weiss, Papier, Das,11, 82-89 (1990).

42

bột đã được sang chọn.

Năng lượng tiêu tốn đã

giảm khoảng 9% và độ rực

sáng tăng lên 2,5 độ.4

•Phương pháp tiền xử lý gỗ

tròn:

Khó khăn khi áp dụng vì

sự lý hầu như tiến hành

trên gỗ mềm, vì nó không

phù hợp cho kiểu tiền xử lý.

• Qui trình xử lý Hall:

Tiền xử lý gỗ sử dụng

dung dịch kiềm: NaOH,

NaHCO3, NaHSO3, Na2CO3,

nhưng dung dịch kiềm là

nguyên nhân làm thẫm màu

của gỗ và bột sẽ không phù

hợp cho sản xuất giấy

trắng.

Tiền xử lý gỗ trong

4 J. A. Cochrane, Paper Trade J., 142, No. 19, 30-38 (Apr. 23, 1992).

43

nồng độ NaOH trung bình ở

nhiệt độ 190-210oF, phù

hợp cho làm bột để sản

xuất bìa mà vấn đề màu

không chú trọng lắm.5

−Qui trình xử lý:

•Xử lý Lougheed6:

Gỗ tròn được tiền xử lý

trong nồi hấp với một dung

dịch gồm NaHSO3 và

NaHCO3 theo tỷ lệ 7:1 ở

nhiệt độ 115-125oC trong

thời gian 2,5-4,5 giờ, P =

40-60 p.s.i, cao hơn áp suất

hơi nước bão hòa, sử dụng

7 lb/ ton gỗ, pH cuối của

dung dịch là 7,2 -7,4.

•Qui trình xử lý của Forest

Productions Laboratory:

5 P.V. Deveer, Paper Trade J., 140, No. 38, 36-43 (Sept. 23, 1957).6 E. H. Lougheed, Pulp Paper Mag. Can., 46, No. 3, 165-175, Sixth War- time Issue (1945).

44

Qui trình xử lý 4 giai

đoạn cho vấn đề tiền xử lý

gỗ cứng bằng dung dịch

sulfit trung tính trước khi

mài:

Trong xử lý này gỗ

được nhúng ngập trong

dung dịch nồng độ 60g/l

của NaHSO3 và 20g/l của

NaHCO3 sau đó đưa vào:

-(1): Giữ trong chân

không 30 phút.

-(2): Nâng nhiệt độ đến

250oF, ở P = 140 p.s.i trong

30 phút.

-(3): Giữc tiếp tục trong

chân không 30 phút

-(4): Nâng nhiệt độ đến

250oF, ở P = 140 p.s.i trong

45

30 phút.

Áp suất làm cho dung dịch

hóa chất thấm vào và gỗ

được mềm ra trong thời

gian 2h.

SẢN XUẤT SỢI NGUYÊN

GỖ (WHOLE WOOD

FIBER MANUFACTURE)

Định nghĩa : Sản xuất

sợi nguyên gỗ được định

nghĩa là khử gỗ thành trạng

thái sợi mà không dùng

đến hóa chất, do đó mà sản

phẩm cuối cùng có thành

phần gần như gỗ ban đầu

và hiệu tương đương

100%.

Bột mài là bột chủ yếu

để sản xuất sợi nguyên gỗ.

46

Những sản phẩm sợi

nguyên gỗ sẽ được đề cấp

dưới đây.

Bột nguyên gỗ thì được

sử dụng để làm hai kiểu bìa

chủ yếu sau:

-(1) : Bìa cách điện

-(2) : Ván dăm

Cả hai loại bì này được

làm từ sự đan kết của sợi

trên máy xeo dài (fourdrinier

machine), nhưng những xử

lý cuối cùng thì khác nhau

cho mỗi trường hợp.

•Ván dăm

Ván dăm là dạng từ

dăm gỗ hơn là sợi.

Chúng liên kết với nhau

bằng nhựa tổng hợp, dưới

điều kiện nhiệt độ áp suất

tạo thành dạng bìa.

Trong kiểu xử lý này

dăm được làm vụn, sấy

47

khô, phối trộn với sáp và

nhựa (resin), rồi được phun

bằng một đầu phun đến 1

bảng phẳng tạo thành bề

dày mong muốn, và cắt

tấm, sau đó ép lạnh, và tiếp

tục ép trong điều kiện nhiệt

độ và áp suất.

• XỬ LÝ CHUNG CHO BÌA

SỢI NGUYÊN GỖ

Sợi nguyên gỗ thì

thuờng không xử lý gỗ

tươi , gỗ xử lý với hơi hoặc

nước nóng.

Hơi sẽ làm mềm gỗ, yếu

liên kết sợi-sợi và sản

phẩm gỗ sẽ chứa một ít sợi

cắt ngắn. Điều này sẽ làm

giảm nguồn năng lượng

tiêu thụ cho đánh tơi sợi.

Màu thấp hơn và hiệu

suất bột sẽ phụ thuộc vào

48

nhiệt độ của hơi nước sử

dụng.

Số luợng hơi sử dụng

phụ thuộc vào loài và đặc

tính của sản phẩm.

Với gỗ vân sam, dương,

cây bạch dương, một số

loại thông và một vài loại gỗ

có thể đánh tơi ở dạng tươi

và xử lý bằng nước xà

phòng và không có giai

đoạn tiền xử lý nào khác.

Một số loại gỗ khác

như: gỗ thông hoa cờ,

thông lá ngắn và một số loài

thông vàng yêu cầu phải có

giai đoạn tiền lý bằng hơi

nước trước, hoặc nấu bán

hóa trong điều kiện kiềm

trung bình.

Một số loài gỗ cứng như

cây bu-lô, gum bắt buộc

49

phải xử lý nấu bán hóa

(semichemical).

Tổng quát thì gỗ cứng

thì phải xử lý bằng hơi

nước hơn là gỗ mềm.

Sản phẩm bột do xử lý

gỗ nguyên sợi không thích

hợp cho làm giấy, nhưng

thích hợp cho: giấy dán

tường, vật liệu cách điện,

giấy tẩm nhựa đường, bìa

carton cứng, giấy gợn sóng.

Bột này làm vật liệu

cách điện rất tốt bởi vì

chúng chống lại nhiệt rất

cao, chất lượng về độ xốp

tốt, độ cứng cao, khó thấm

nước và các đặc tính khác 7.

2.5.1.Bìa cách điện

+Bìa cách điện là một sản

phẩm chủ yếu làm từ sợi

7 C. C. Heritage and T. C. Duwall, Southern Pulp Paper Mfr., 11, No. 9, 50, 52-54, 56 (Sept . 15, 1970).

50

nguyên gỗ, mặt dù nó được

làm từ những sợi khác nhu

là bột mài thô. Bìa cách

điện được sản xuất từ

những máy xeo tròn đặc

biệt hoặc xeo dài.

+Dạng Máy xeo này có một

bể đơn đường kính khoảng

14 ft, sử dụng nguyên liệu

dễ thóat nước như là bột gỗ

mài. Tốc độ máy xeo

khoảng 22-40 f.p.m. Sau đó

được ép ướt ở phân đoạn

ép, bìa được cắt thành tấm

rộng 8-12 ft dài 8-24 ft và tự

động đưa đến lô sấy, sấy

bằng hơi nước ở P=

250-450 p.s.i, hoặc sấy

nhiệt trực tiếp bằng gas

hoặc dầu. Nhiệt độ trong

khu vực cuối cùng thường

duy trì ở 360oF.

+Bột mài là bột sử dụng chủ

51

yếu cho làm bìa cách điện.

Bìa cách điện thì cũng

được làm từ những loại bột

khác từ bã mía, mãnh sợi

đay, rễ cây cam thảo.

•BÌA CỨNG

Bìa cứng là bìa đặc biệt

được làm từ bìa sợi nguyên

gỗ bằng quá trình ép ướt,

của những tấm còn thô của

sợi gỗ.

Giống như bìa cách

điện (nhưng không giống

dăm ép), nó là dạng liên kết

tự nhiên sợi-sợi, nhưng

thường phối trộn thêm resin

khoảng 1,5% so với trọng

lượng sợi.

Sản phẩm bìa cứng

thường được làm trên mạt

cưa từ gỗ, mạt cưa từ

những tấm giấy cắt, lớp áo

của lõi giấy và những

52

nguyên liệu đồng dạng.

Gỗ được đánh tơi thành

sợi hoặc những nguyên liệu

khác nghiền thành bột rồi

hình thành dạng tấm hoặc

xử lý ướt hoặc xử lý khô.

Xử lý này rất đơn giản

để sử dụng làm giấy cách

điện.

Ngoại trừ nhựa nhiệt

rắn phenolic và nhũ tương

sáp được sử dụng để tạo

kết tủa trong khâu chuẩn bị

bột. Sau đó bề mặt tờ giấy

được tráng với một hỗn hợp

của resin và sáp và

aluminum stearate.8

Vấn đề làm khô hoặc xử

lý bán khô có thể được tiến

hành.

Trong phương án xử lý

bán khô, gỗ được nấu trong

8 O. w. Frost and G.E. Tower, U. S. Pat. 2.680.995 (July 15, 1954).

53

nối nấu, sau đó thực hiện

nghiền tinh bằng máy

nghiền đĩa và xử lý với

lượng nhỏ của resin.

Sợi được băng tải

chuyển đến một cylon và rồi

được một máy lọc sợi kiểu

băng chuyền cho ra dạng

tấm thô dày 6-8 in.

Quá trình ép khoảng

50% và cuối cùng ép thành

dạng bìa dày.

Khi xử lý ướt, bột có độ

thóat nước cao, giảm xu

hướng hỏng bìa trong điều

kiện nhiệt độ áp suất cao

trong khi ép. Ép 3 trạng thái

được áp dụng: ép chập các

lớp giấy khởi đầu, thóat ép

cho phép rời khỏi hơi và

cuối cùng ép duy trì đến khi

bìa khô.

Ép cuối cùng P = 700

54

-800 p.s.i. Thành phần hơi

nước còn lại trong bìa trong

giai đoạn ép cuối là quan

trọng. Thành phần hơi

nước cao sẽ làm giấy bị

rộp, ít hơi nước thì tỷ trọng

bìa sẽ giảm. Sự gia tăng áp

lực ép, trong giai đoạn ép

đầu, sẽ làm gia tăng tỷ

trọng của bìa trong giai

đoạn cuối. Sự gia tăng nhiệt

độ, sẽ giảm thời gian ép và

cũng sẽ gia tăng modun nứt

của bìa khoảng 50 % khi

nhiệt độ tăng từ 300oF –

460oC9.

−Bìa cứng sử dụng trong

xây dựng và tủ đựng đồ,

các vật dụng tuơng tự.

9 H. Wilcox, Tappi, 36, No. 2, 89-94 (Feb., 1953).

55

•BỘT BÁN HÓA

(SEMICHEMICAL)

•Khái niệm bột bán hóa

Bột bán hóa là bột bột

thu được từ xử lý hai trạng

thái yêu cầu hóa chất tiền

xử lý dăm mãnh gỗ đã đạt

được độ mềm và tách một

56

phần liên kết lignin

cellulose, tiếp theo là xử lý

cơ học để hoàn thành việc

tách sợi.

Phương pháp này do

phòng thí nghiệm những

sản phẩm từ rừng ở Mỹ tìm

ra năm 1926, bao gồm ba

trạng thái xử lý:

-(1): Thấm ép những

mãnh gỗ với dịch nấu

-(2): Nghiền nguyên liệu

với hóa chất, hầu như trung

tính và duy trì môi trường

trung tính trong suốt quá

trình nấu

-(3): Xử lý cơ học những

mãnh gỗ mềm đến trạng

thái sợi10

Hiệu suất bột thường từ

65-90% và khoảng 70-80%

10 Public Patents, U. S Pat.1.859.845; 1.859.846; 1.859.847 (May 24, 1932)

57

cho những loại bột không

tẩy.

Đối tượng áp dụng chủ

yếu cho gỗ cứng.

Bột bán hóa đã phát

triển hơn, hiệu quả về thiết

bị nghiền thay thế những

máy nghiền búa bằng máy

nghiền côn, nghiền Clafin.

Xử lý này mang tính

kinh tế cao, hiệu suất bột

cao, hóa chất tiêu hao thấp.

Hiệu suất khoảng 40%

hoặc cao hơn, vi có khoảng

25-50% lignin được tách ra

và 30-40% cuả

hemicellulose trong gỗ tách

ra, so sánh với 90-98% của

lignin và 60-80% của

hemicellulose trong bột hóa

học được tách ra.

•Hiệu quả của bột bán hóa

58

Việc tẩy bột bán hóa

cho sản phẩm bột có thành

phần lignhin thấp, và thành

phần hemicellulose cao

khác thường.

Tẩy bột thì không như

bột hóa học, sự khác nhau

chính là quá trình làm sạch

chủ yếu là ở quá trình tẩy

hơn là quá trình nấu.

Bởi vì hành động nấu

và tẩy là sự chọn lựa trực

tiếp trên lignin, tẩy gỗ cứng

sản phẩm có hiệu suất

60%, so sánh với bột nấu

hóa học có hiệu suất

45-50%.

Ví dụ: 1,3 cord của gỗ

cứng, tẩy bột thu được 1

tấn bột tẩy, sử dụng xử lý

bản hóa, so sánh với 2 cord

của gỗ thông cho ra 1 tấn

59

bột tẩy xử lý theo phương

pháp sulfat.

Xử lý bán hóa rất phù

hợp với các loài gỗ cứng,

không thích hợp cho bột

của các loài gỗ mềm của

thông, vân sam và các loài

gỗ đồng dạng với các loài

gõ mềm.

Bột bán hóa bền hơn

bột từ nấu hóa học khi sử

dụng những loài gỗ cứng.

•HÓA CHẤT Sử DỤNG

TRONG NấU BÁN HÓA

Những chương trình

công việc thông thường

trong nấu bán hóa là cắt

mảnh gỗ và nấu với hóa

chất theo phương pháp liên

tục hoặc gián đoạn.

Một vài loại bột hóa học

thông thường, xử lý nấu có

60

thể nấu phương pháp nấu

bột bán hóa do vấn đề giảm

tỷ lệ hóa chất so với gỗ,

thời gian nấu, nhiệt độ nấu.

Có ba xử lý chính được

ghi nhận chung như là xứ lý

bán hóa.

-(1): Xử lý sulfite trung

tính được gọi là xủ lý

NSSC.

-(2): Xử lý bằng soda

lạnh

-(3): Xử lý kraft

•XỬ LÝ SULFIT TRUNG

TÍNH (NSSC)

Xử lý này áp dụng rộng

rãi cho làm bột bán hóa,

Na2SO3 là tác chất đầu tiên

do Cross (1880.

Tác chất thõa mãn cho

xử lý bán hóa là Na2SO3

chứa dung dịch đệm hiệu

quả là giữ pH= 7 trong suốt

61

thời gian nấu, từ đó tên”

sulfit trung tính” (“neutral

sulfite”) dùng để diễn tả

khái niệm này.

Dung dịch đệm sử dụng

để kiểm sóat sự ăn mòn

của thiết bị và gia tăng hiệu

suất bột.11

Tỷ số sulfit:dung dịch

đệm là rất khái niệm quan

trọng nhưng nồng độ của

ion bisulfit là khái niệm

quan trọng hơn.

Đầu tiên Na2SO3:

NaHCO3 = 4:1, áp dụng cho

bột không tẩy.

Tỷ số cao hơn, 7:1 áp

dụng cho bột tẩy.

Độ trắng của bột được

cải thiện khi pH kết thúc

quá trình nấu 7,2-7,5.

Na2CO3 được xem là

11 E. L. Keller and J. N. McGovern, Tappi, 32, No. 9, 400-405 (Sept., 1949).

62

dung dịch đệm vì khả năng

đệm của mạnh khi kết thúc

nấu, và không làm cho màu

bột sẫm lại như NaOH.

Dịch nấu sulfit trung tính

thì liên quan đặc biệt đến

lignin, và khẳng địng lignin

là vật chất được tách ra ở

nhiệt độ 170oC .

Bột hiệu suất 80% từ

cây dương sẽ tách khoảng

31% của hemicellulose hòa

tan , 5% của tổng

hemicelllulose và 50% của

lignin. Bột chứa khoảng

19% lignin. Khi nhiệt độ

vượt quá 180oC, phản ứng

ít chọn lọc theo hướng tác

lignin và lignin còn lại trong

bột ít thích hợp cho tác chẩt

tẩy.

Điều kiện nấu bán hóa

cũng thay đổi khi làm bột

63

chất lượng cao, hoặc bột

thô.

Ví dụ: Trong một loại bột

cho giấy bìa gợn sóng thì

bột được làm bởi hỗn hợp

của gỗ cứng và một lượng

nhỏ của gỗ mềm trong dịch

nấu sulfit trung tính , sử

dụng tỷ lệ hóa chất: 7:1,

13% hóa chất so với gỗ,

thời gian nấu 4,5 giờ, và P=

100-120 p.s.i, hiệu suất bột

80-90% so với trọng lượng

gỗ ban đầu.

Một sự xử lý thích hợp

cho giấy bìa gợn sóng từ gỗ

cứng ở New England được

mô tả bên dưới, tỷ lệ hóa

chất: Na2SO3:Na2CO3 = 5:1;

nồng độ dịch nấu tính theo

Na2CO3 là 35g/l; số lượng

hóa chất tính theo gỗ laqf

64

14%, nhiệt độ 170oC, P=

100 p.s.i, thời gian 2-3 giờ,

hiệu suất 70%

Bột bán hóa tẩy được

sản xuất từ gỗ bóc vỏ sử

dụng tỷ lệ hóa chất cao

hơn, nhiệt độ thấp hơn và

áp lực, thời gian nấu kéo

dài hơn.

Xử lý bán hóa do phòng

thí nghiệm các sản phẩm về

rừng bao gồm 4 công đoạn

sau

-(1): Xử lý hơi nước các

mãnh gỗ trong thời gian 0,5

giờ, ở P khí quyển.

-(2): Đưa dịch nấu vào

nguyên liệu ở T=

120-125oC, thời gian 1 giờ,

P=100 p.s.i.

-(3): Tách lượng thừa của

dịch nấu đưa đến bể thu hồi

tái sử dụng cho nấu.

65

-(4): Nấu ở nhiệt độ

140-160oC trong 1-6 giờ.

Xử lý này chấp nhận nhiệt

độ cao hơn từ 170-175oC.

thermomechanical pulpHóa chất nấu

-NaOH + Na2S (qui về

Na2O), % gỗ

4-7

Nhiệt độ nấu, oC 160-185Thời gian nấu, giờ 0,3-2•XỬ LÝ BẰNG KIỀM LẠNH (COLD SODA PROCESS)

Xử lý soda lạnh là xử lý bột bán hóa.

Nó được sử dụng để làm bột thô cho sản xuất bìa

gợn sóng và những loại bột tinh hơn cho sản xuất giấy

in, nguyên liệu sử dụng là gỗ cứng.

Xử lý này được xem là bột mài từ xử lý dăm mảnh,

đây là vấn đề rất đáng quan tâm bởi vì bột có thể thích

hợp cho nhiều loại giấy từ bột mài thông thường.

Sự xử lý này áp dụng cho gỗ cứng có tỷ trọng cao

mà bột mài không đáp ứng được.

Xử lý soda bao gồm việc xử lý những dăm mảnh

với NaOH và những mạnh sợi mềm bằng nghiền đĩa.

66

Xử lý soda thường làm trong một bể kiềm, thóat

nước dịch kiềm trước khi tạo sợi, nhưng xử lý này có

thể tiếp tục tuần hoàn điều kiện kiềm để đi đến tách

sợi. Xử lý này đặc biệt không tách được lignin như xử

lý NSSC.

•Điều kiện cho 1 mẻ xử lý:

Ngâm tẩm từ 1-2 giờ ở áp suất khí quyển, hoặc

20-30 phút khi sử dụng ép thủy lực.

Sử dụng 135 lb NaOH cho những lọai giấy in báo,

235 lb NaOH cho giấy gợn sóng cho 1 tấn nguyên liệu

khô gió.

Theo hai tác giả Snyder vaf Premo12 mô tả những

bước cơ bản trong một bể xử lý kiềm lạnh bao gồm:

-(1): Thấm đẫm những mãnh gỗ cứng có kích thước

3/8 in ở áp lực P= 150 p.s.i với dung dịch NaOH 2,5%

trong 20 phút.

-(2): Tách dung dịch không hấp thụ vào sợi để tái sử

dụng

-(3): Lưu giữ dăm mãnh trong thùng chứa trong 40

phút.

12 K. L . Snyder and R.A. Premo, Tappi, 40, No.11, 901-904 (Nov., 1957).

67

-(4): Ép bằng vít xoắn trong vòng đến nồng độ chất

rắn khoảng 60%.

-(5): Nghiền đĩa 2 giai đoạn ở nồng độ 12-15% và

8% .

-(6): Sàng, làm sạch và cuối cùng là nghiền tinh

bằng nghiền đĩa để đạt được độ bền.

Dăm mãnh hấp thụ hóa chất ở nồng độ NaOH

2,5-4%. Nhiệt độ tối ưu là 25oC, nhiệt độ cao hơn làm

cho sản phảm bột có màu thẫm.

Năng lượng yêu cầu là 21 hp-day/ton ở giai đoạn 1

và 23 hp ở giai đoạn 2.

Hiệu suất bột là 80% phù hợp cho những loại bột

thông thường bằng quá trình xà phòng hóa các dăm

mãnh trong NaOH 40g/l và 0,05% chất hoạt động bề

mặt trong 10 phút, ở 40oC, tiếp theo là quá trình ép bột

bằng thiết bị ép vít xoắn.

Sự thấm ướt kiềm trong xử lý kiềm lạnh là một vấn

đề với gỗ cứng dày.

Trong xử lý truyền thống, phương pháp xà phòng

hoặc ngâm thường được áp dụng, các mãnh gỗ thấm

ướt bên ngoài nhưng bên trong chưa được thấm ướt.

68

Phương pháp ngấm áp lực có thể sử dụng trong

điều kiện P=150 p.s.i từ 20-30 phút để hoàn thành sự

thấm ướt.

Thành phần hơi nước và không khí trong dăm

mãnh thấp, sự thấm ướt diễn ra tốt.

Kích thước dăm mãnh giảm trước khi xử lý cải tiến

sự thấm ướt, nhưng xu hướng giảm độ bền bột. Dăm

mãnh được ép và phân hủy trong sự có mặt của

NaOH trong những lô nghiền để cải tiến sự thấm ướt.

Hiệu suất bột trong xử lý kiềm lạnh thay đổi từ 87%

cho bột giấy gợn sóng, 85-92% cho giấy in.

Xử lý này kinh tế hơn so với xử lý bột mài, chi phí

hóa chất và nguồn năng lượng thấp hơn trong vấn đề

nghiền tạo sợi.

Năng lượng yêu cầu 20-25 hp-day/ton nguyên liệu

khô gió cho bột làm giấy gợn sóng, 35-40 hp-day/ton

cho bột làn giấy in.

Dung dịch NaOH sử dụng cho sự thấm ướt có thể

tái sử dụng. Điều này có thể giảm độ trắn từ 2-5 điểm

sau 15-20 lần tái sử dụng.

•ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA XỬ LÝ BỘT KIỀM LẠNH

•

69

Bột kiềm lạnh chất lượng cao làm từ gỗ cứng có

độ chịu kéo cao, tương đương với bột mài từ cây vân

sam và cao hơn cho bột mài từ gỗ thông.

Khả năng thóat nước nói chung là cao hơn và

không như bột mài, bột có khả năng tạo tăng độ bền

trong qúa trình nghiền.

Độ trắng thấp, có màu vàng cứng sau khi tẩy một

giai đoạn.

Độ mờ đục thấp hơn bột mài.

Bột không tẩy trắng có độ trắng 40-45, với bột tẩy

trắng bằng 10% clorin, lượng bột hao phí sau tẩy trắng

2-10%.

Tẩy trắng hiệu quả thường sử dụng là xử lý kết

hợp của H2O2 và NaClO.

•ĐẶC TÍNH CỦA BỘT BÁN HÓA

Bột bán hóa thích hợp cho những loại gỗ cứng.

Không thích hợp tốt cho những loại gỗ mềm.

Một vấn đề không thuận lợi với gỗ mềm là do

lượng hóa chất sử dụng cao. Ví dụ bột từ cây thông

hoa cờ bằng phương pháp xử lý sulfit trung tính

khoảng 45% hóa chất (Na2O) cao hơn so với xủ lý

sulfat.

70

Năng lượng sử dụng trong quá trình nghiền tinh

cao hơn so với gỗ cứng.

Bột gỗ mềm xử lý bán hóa có thành phần lignin

cao hơn, độ bền thấp, so với gỗ mềm xử lý bằng

phương pháp khác.

Bột gỗ cứng xử lý bán hóa độ bền cao hơn bột hóa

sulfat và sulfat của gỗ cứng.13

Điều này được minh họa trong bảng 1.7, bột bán

hóa từ cây dương so sánh độ bền với bột từ cây

dương sản xuất theo phương pháp hóa hoàn toàn (full

chemical: sulfat, kiềm, và xử lý sulfat). So sánh với bột

sulfit từ cây vân sam, theo tác giả Chidester đã công

bố độ bền kéo 0,8-0,9 point/pound/ream14(kích thước

ram giấy 25x40, 500 tờ ) với bột từ bu lô, dương và

cotton ở hiệu suất 70-80%. Độ bền bục khoảng

70-80% giá trị cho bột sulfit từ cây vân sam.

Sự kháng lại độ chịu xé của bột bán hóa không tẩy

khoảng 90-120% của bột từ cây vân sam phương

pháp sulfit, độ bền chịu gấp khoảng 10-50%. Những

loại bột bán hóa tẩy tắng độ bền cao hơn, và tẩy hoàn

toàn có độ bền cao hơn.

Phương pháp bột Độ chịu Độ chịu xé

13 G. H. Chidester, Paper Trade J., 129, No.21, 451-456 (Nov. 17, 1983).14 Đơn vị đo độ chịu bục (points per pound): Tỷ số giữa lực chịu bục : định lượng tờ giấy (pound).

71

bụcBán hóa trung tính, tẩy

trắng

110 105

Bán hóa trung tính,

không tẩy

80 85

Sulfat, không tẩy trắng 90 75Sulfat, tẩy trắng 80 90Kiềm, không tẩy trắng 65 75Kiềm, tẩy trắng 50 60Sulfit, không tẩy trắngBảng 1.6:So sánh độ bền của bột từ cây dương sản xuất

theo các phương pháp xử lý khác nhau

Nói chung cả hai loại gỗ cứng tỷ trọng thấp, thành

phần lignin thấp ( cây dương) và gỗ cứng tỷ trọng cao,

thành phần lignin ở mức trung bình (cây bulô) sản xuất

bột có độ bền cao, gỗ cứng tỷ trọng cao, thành phần

lignin cao (gỗ sồi) sản xuất bột có độ chịu bục thấp, độ

chịu xé cao và thành phần lignin cao.

Hầu hết những loại sử dụng rộng rãi ở Bắc Mỹ là

gỗ dương, bulô, sồi, thích (Canada). Gỗ dương và

bullô sản xuất bột có màu đẹp và bền. Ở Nam Mỹ

thường sử dụng những loại cây gum, sồi, cây hạt dẻ.

Xử lý bán hóa có thể áp dụng cho bột của sự pha

trộn gỗ nhiệt đới, nhưng nhiều loại gỗ nhiệt đới thì

không phù hợp cho bột bán hóa vì thành phần lignin

cao.

72

Giấy sản xuất từ bột gỗ cứng xử lý bán hóa có độ

bền ướt thấp, nhưng độ bền khô thì cao hơn.

Độ bền rất thấp khi hiệu suất lớn hơn 80%, nhưng

gia tăng khi hiệu suất khoảng 65%.

Trong trường hợp bột thô cho sản xuất giấy gợn

sóng, giấy bao gói thô, lớp mặt của giấy gợn sóng, bìa

cứng, bìa cách điện, và giấy để gia công giấy nhựa

đuờng để lợp nhà, hầu như là sự kết hợp của hiệu

suất cao và độ bền thích hợp, hiệu suất bột từ

70-80%.

Bột để sản xuất những loại giấy cao cấp hơn

(sách, giấy chất lượng cao dùng để in trái phiếu ngân

hàng, giấy bóng mờ, giấy viết, giấy sáp, giấy vệ sinh)

thì bột phải có hiệu suất thấp. Ví dụ: hiệu suất kiểu gỗ

cây dương dùng làm bột để in sách thì hiệu suất

khoảng 70-74% đối với bột không tẩy, 62-64% đối với

bột tẩy.

Hiệu suất bột thay đổi theo loại gỗ, gỗ sồi có sự

tiêu hao khoảng 10% hiệu suất, nhỏ hơn khi so sánh

với bột gỗ từ cây dương khi tẩy trắng.

Độ trắng của bột NSSC không tẩy cao khoảng

40-50oC GE 15. Bột này dễ tẩy hơn bột kraft từ gỗ

mềm. 15 GE: General electric test instrucment (Mỹ).

73

Những loại bột thường sau khi nấu lignin còn lại

khoảng 10%. Tẩy nhiều giai đoạn bột bán hóa với clo -

rin thường hiệu quả cao hơn sơ với những loại bột

khác.

Bột bán hóa đã sử dụng thành công để thay thế

một số lượng lớn bột hóa học từ gỗ thông trong phạm

vi nhiều loại giấy. Số lượng lớn nhất là sử dụng làm

giấy bìa gợn sóng. Bôt có khuynh hướng cứng, nhưng

thành phần lignin ở mức phù hợp làm giấy gợn sóng.

Khi sử dụng 100% bột bán hóa để sản xuất giấy

có độ bục cao, giấy có xu hướng cứng và phát ra tiếng

kêu lách tách chính nhờ thành phần hemicellulose

cao, nhưng độ chịu xé và độ chịu gấp thấp bởi vì do

đặc tính háo nước nhanh của bột.

Do đặc tính nghiền nhanh của bột, chỉ thích hợp tốt

cho sử dụng làm giấy chống lại dầu mỡ và giấy in trái

phiếu ngân hàng.

Chúng không sử dụng phù hợp cho làm giấy vệ

sinh mềm, giấy biểu đồ, giấy lau, giấy bóng mờ.

Do đó nó được phối trộn với các bột khác, cho

phép sử dụng với tỷ lệ lớn của bột bán hóa để làn giấy

cho in sách mà không làm giảm đi đặc tính không thấu

quang của tờ giấy.

74

Bột NSSC tẩy trắng là bột sản xuất giấy in chất

lượng rất cao trong vấn đề độ bền, tỷ trọng thấp và sự

hình thành tờ giấy rất tốt.

•BỘT TỪ NHỮNG LOẠI GIẤY CŨ (PULPING OLD

PAPERS)

Có 2 phương pháp thông thường trong đó giấy

được tái sử dụng:

-(1): Bột được nghiền thành sợi bằng phương pháo

cơ học dùng cho sản xuất bìa nhiều lớp.

-(2): Khử mực, bột trắng cho sản xuất giấy trắng.

−Bột từ giấy cũ để làm bìa thì không sử lý hóa chất.

Phương pháp khử mục thì kết hợp xử lý hóa chất và

xử lý cơ khí.

•BỘT GIẤY THẢI LOẠI XỬ LÝ CƠ HỌC

Bột từ giấy thải loại chiếm số lượng lớn trong

ngành công nghiệp giấy hơn 90% giấy thải loại thu hồi

cho sử dụng bằng phương pháp này.

Giấy in báo cũ, giấy bao gói, giấy hộp, và các loại

giấy hỗn hợp khác thì được đánh tơi cơ học ở nhiệt độ

cao trong một bể nghiền lớn gọi là đánh tơi cắt ngắn

hoặc sử dụng phương pháp ly tâm đặc biệt gọi là

75

nghiền thủy lực, cho đến khi giấy thải loại đạt đến

trạng thái sơ sợi mịn.

Nguyên liệu sợi sử dụng trực tiếp trong sản xuất

bìa sau khi nghiền bột giấy.

Giấy thải loại làm bột được sản xuất trên một máy

xeo tròn, thường có 7 lô, ở đó giấy được hình thành

độ dày mong muốn.

Có nhiều kiểu máy xeo tròn khác nhau. Hầu hết

những loại sản phẩm sản xuất dựa vào sự sử dụng

nguyên liệu giấy thải loại trong các lớp sợi.

Nói chung không hoàn toàn là nguyên liệu bột gỗ.

Một loại tiêu biểu là carton nhiều lớp, gồm có lớp

ngoài (lớp mặt) là bột kraft hoặc giấy kraft tái sinh và

lớp độn (lớp đế) được làm bằng giấy thải loại.

Hệ thống lớp mặt có thể bao gồm nghiền hoặc máy

làm bột ly tâm (thủy lực) cho bột kraft ở dạng tấm, một

số nghiền côn hoặc nghiền tốc độ cao để nghiền

nguyên liệu, và một số sang để làm sạch.

Hệ thống lớp đế thì phức tạp hơn. Nó bắt đầu bằng

với một máy nghiền hoặc máy làm bột theo nguyên lý

ly tâm (thủy lực) đường kính khoảng 20 ft.

76

Những kiện giấy thải loại được nạp vào máy

nghiền thủy lực nhờ băng tải và bột có nồng độ

khoảng 2,5%.

Nguyên liệu hợp cách đi qua lỗ sàng của nghiền

thủy lực, kích thước lỗ sàng đường kính 3/8 in xuống

đáy của thiết bị.

Nguyên liệu bột được đưa đi sàng.

Những chất bẩn nhẹ như là cao su, dải băng keo,

bột thô, giấy bóng kính, được tách bằng sàng rung.

Sàng rung ly tâm thường sử dụng để tách chất bẩn

có kích thước nhỏ.

Việc tách chất bẩn từ giấy thải loại là vấn đề khó

khăn, điều may mắn là đã có những cải tiến trong công

nghệ sàn bột và đã thay thế những phương pháp tách

mới để tách chất bẩn.

•Giấy thải loại và giấy gợn sóng sẽ được:

-(1): Làm bột

-(2): Lọc bằng thiết bị lọc ly tâm ở nồng độ từ

1-1,25%

-(3): Sàng bột kiểu rung, với mặt sàng bằng những

tấm thép phẳng, lỗ sàng có đường kính 3/16 in.

-(4): Sàng rung ly tâm

-(5): Cô đặc bột đến nồng độ 3%

77

-(6): Nghiền côn và nghiền đĩa

-(7) Sàn trên sàng rung hai khe, khích thước 0,022 -

0,024 in và 0,012 in, nồng độ bột khoảng 1% hoặc sàn

áp lực có khoan lỗ 0,078 -0,094 in.

Sau khi sàng, nguyên liệu lớp đế được nghiền

trong nghiền côn hoặc nghiền đĩa tốc độ cao.

Độ bục cao nhất và độ bền kéo và độ cứng, cuối

cùng đạt đến độ tự do (khả năng thoát nước của sợi).

Bảng 1.7:Các loại bìa được sản xuất trên máy xeo tròn

•BỘT TỪ GIẤY CŨ KHỬ MỰC

(DEINK OLD PAPER)

Khử mực: trong quá trình sản xuất bột trắng từ

giấy thải loại phù hợp cho làm giấy sách, điều này cần

phải tách mực từ giấy thải loại. Sự xử lý này gọi là khử

mực.

Các loại giấy sử dụng trong phương pháp khử

mực.Có 3 loại giấy được ghi nhận:

-(1): Lề có bóng nhưng không in

-(2): Nguyên liệu sách đã in

-(3): Giấy thải loại hỗn hợp

Tên của các loại giấy đã được định nghĩa, nhưng

ngày nay viện nghiên cứu giấy thải loại đã phân ra 43

78

loại, nhưng khi trao đổi thương mại thì có 65 loại khác

nhau.

•Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bột khử mực:

Chất lượng của bột khử mực phụ thuộc chủ yếu

vào loại của giấy thải loại sử dụng trong kế hoạch khử

mực, độ trắng, loại giấy, sự đồng đều của nguyên liệu

cho khử mực.

Hầu hết nguyên liệu cho khử mực có tráng màng,

lề giấy, giấy in hóa đơn, tạp chí, nguyên liệu hỗn hợp

chất lượng thấp, các loại giấy C , giấy sáp, giấy nhiễm

bẩn, giấy ru băng, giấy bền ướt.

Giấy thải loại cho khử mực, có chứa nhiều nguyên

liệu bột mài , sẽ khó khăn khi khử mực vì nó cho lại

màu vàng trong khi khử mực và không thể tẩy với

hypoclorit.

Giấy bền uớt là giấy khó có khả năng khử mực do

không tách sợi, nhiệt độ cao và pH thấp là yêu cầu cho

xử lý các loại giấy này.

Các loại giấy bền ướt thỉnh thoảng có thể nhận ra

bởi cao su non, nếu xảy ra sự xù long trên bề mặt giấy

khi thử với nước thì giấy đó không phải là giấy bền

ướt.

79

Giấy sáp, giấy tráng nhựa, tráng màng chống lại

sự thấm nước do đó không thể tách sợi.

Vấn đề khó khăn cho xử lý khử mực là những giấy

như kiểu cao su, nhựa nhiệt rắn. Một số giấy có tráng

nhựa , như hộp sữa, nguyên liệu giấy được tráng

polyvinyl acetate hoặc polyvinyl chlorite, các loại giấy

này có thê thu hồi bột bằng hơi nước ở nhiệt độ

140-150oC, với NaOH và chất hoạt động bề mặt, tiếp

theo tẩy với NaClO, sàng và sàng ly tâm.

Giấy sách tráng pigment chứa tinh bột như là chất

kết dính phù hợp cho khử mực.

Nhưng những loại giấy có tráng casein không hòa

tan đóng vai trò chất kết dính, phải được nâng lên

nhiệt độ cao 160oC, pH = 9-10.

Casein tráng màng là nguyên nhân gây khó khăn ,

do casein phân ly ra NH3 và CO2 trong suốt quá trình

nấu, đi đến tạo màng. Dạng màng này đặc biệt sẽ là

vấn đề khó khăn khi casein được nâng nhiệt độ trong

sự có mặt của CaCO3, có mặt trong pigment tráng trên

giấy.

Giấy tráng mũ cao su thì không là vấn đề khó khăn

nhiều.

•HÓA CHẤT SỬ DỤNG TRONG KHỬ MỰC

80

Hầu hết khử mực thì sử dụng với NaOH, nhưng

các chất tẩy bẩn và các tác nhân phân tán như xà

phòng, dầu sulfonat, đất sét, Na2SiO3 và các tác chất

hoạt động bề mặt sử dụng kết hợp với NaOH.

Ý nghĩa của một công thức khử mực sẽ bao gồm:

-(1): Kiềm sẽ xa phòng hóa mực in

-(2): Xà phòng, sẽ giúp thấm ướt những hạt pigment

của mực in

-(3): Tác chất tẩy bẩn sẽ giúp thấm ướt các hạt

pigment trong mực in

-(4): Tác nhân phân tán ngăn cản các hạt pigment

keo tụ lại sau khi rời khỏi giấy.

-(5): Tác chất hấp thụ liên kết pigment và ngăn cản

trở lại vị trí trên sợi.

Kiềm sử dụng trong kử mực vì hai mục đích:

(1): tách nhựa thông từ giấy.

(2): xà phòng hóa các chất mang màu mực và tách

pigment trong mực in.

Kiểu và số lượng kiềm yêu cầu cho khử mực phụ

thuộc vào kiểu xử lý cơ học và nhiệt độ, thời gian nấu

Na2CO3 sử dụng phổ biến hơn NaOH, nếu sử dụng

NaOH số lượng sử dụng lớn nhất là 5%.

CÁC CÔNG THỨC KHỬ MỰC GIẤY CŨ THU HỒI

81

Đối với các loại giấy in hóa đơn cả trắng và màu:

3% NaOH, T=190oF, thời gian nấu là 2 giờ, tẩy bột với

2% NaClO ở 125oF trong 2 giờ độ trắng trung bình là

72oGE

3-8% Na2CO3 hoặc 2-4,5% NaOH sử dụng hiệu

quả cho hầu hết các loại giấy. khử mực.

Na2SiO3 sử dụng phụ thuộc trên nồng độ của bột,

ở nồng độ bột là 20%, 2% Na2SiO3.

Những loại giấy thải loại chất lượng cao, sử dụng

khử mực với 3% silicat 42oBe.

•Một phương pháp khử mực hiện nay là dùng H2O2,

H2O2 :

sử dụng phù hợp với giấy làm bằng bột mài, số

lượng H2O2 sử dụng là 1,5-2,5% thì thường sử dụng.

Một công thức thích hợp là 1-3% H2O2 , 3-6% silicat

(58,5o Be, tỷ lệ 1.6) và 0,5-2% NaOH, nhiệt độ

120-160oF, thời gian 35-90 phút.

Giấy có màu

vàng

Sách và tạp chí

Hóa chất 1,5-2% NaOH 3% NaOHThiết bị Nghiền Thủy lựcNhiệt độ 140oF 185-190oFThời gian Đánh tơi 1,5 giờ Nấu bột ¾ giờ Điều kiện tẩy 0,5-1% Clo hoạt

động so với sợi,

0,75% Clo hoạt

động

82

pH = 8,5, T=

98oFBảng 1.8:Điều kiện làm bột của xử lý khử mực

•BỘT TỪ CÁC NGUYÊN LIỆU LÀM GIẤY KHÁC CÓ

ĐẶC TÍNH SỢI

•Bột từ rạ ngũ cốc

Ngày nay rơm rạ sử dụng để sản xuất các loại bột

thô để làm giấy bia và các loại bột cao cấp khác cho

làm giấy chất lượng cao. Bột thô từ rơm rạ sản xuất

có hiệu suẩt 70% hoặc chất lượng cao khoảng

35-45%.

•Phương pháp bột từ rơm rạ:

Rơm rạ được sản xuất ra bột bằng xử lý kết hợp

giữa hóa học và cơ học gọi là xử lý cơ hóa.

Có các phương pháp khác nhau để xử lý hóa học

để làm bột là:

-(1): NaOH

-(2): Xử lý bằng CaO hoặc kết hợp với kiềm

-(3): Xử lý bằng Na2SO3 thêm vào các tác chất có

tính kiềm khác.

-(4): Clorin

-(5): NaOH thêm vào Na2SO3 (xủ lý sulfat)

83

•Bột rơm rạ thô xử lý với CaO hoặc NaOH

CaO là hóa chất truyền thống cho xử lý nấu bột

rơm rạ thô ở Mỹ và Châu Âu, bột rơm rạ dùng cho sản

xuất giấy bìa, giấy bao gói chất lượng thấp, giấy gói,

giấy gợn sóng.

Khi sử dụng riêng CaO, từ 6-12% CaO so với trong

lượng rơm rạ.

Khi sử dụng kết hợp với tác chất kiềm khác CaO

5-10%. Tỷ số dung dịch là 1:2 khi bắt đầu nấu, nhưng

dung dịch phải hòa loãng với hơi nước trong suốt quá

trình nấu lên đến 3 hoặc 4:1.

Sau khi nguyên liệu nạp vào nối,nhiệt độ được

nâng từ 120-140oC bằng hơi nước, thời gian nấu là

6-12 giờ.

Qúa trình nấu đạt đến điểm mềm của mấu mắc

nguyên liệu. Hiệu suất 70-80%.

Khi làm bột rơm thô cho giấy gợn sóng thì sử

dụng 6% NaOH là hiệu quả.

Sau khi nấu bột rơm được thải ra để thoát nước,

giữ trong 48 giờ để làm mềm hơn. Bột sẽ được nghiền

hoặc nghiền tinh.

84

Thời gian nghiền không lâu khoảng 70 phút,

nghiền lâu hơn sẽ có hại đến sợi, thành phần tro trong

bột khoảng 15%

Sau khi nghiền, bột thường được nghiền côn. Yêu

cầu nghiền hai giai đoạn, giai đoạn một cắt ngắn, giai

đoạn hai nghiền tinh.

•Bột rơm rạ chất lượng cao xử lý với NaOH

Bột chất lượng cao có thể làm từ rơm rạ khi sử

dụng NaOH là tác chất nấu.

12% NaOH là số lượng nhỏ nhất của hóa chất yêu

cầu để cho ra sản phẩm có chất lượng mong muốn.

Theo tác giả Aronovsky và các cộng sự, sản xuất

một loại bột chất lượng cao từ rơm của lúa mì với thời

gian nấu 2 giờ, nhiệt độ 170oC, NaOH 12-15% tỷ lệ

dịch 7:1.

Ảnh hưởng của sự gia tăng hóa chất và thành

phần hóa học của bột rơm lúa mì được trì bày trong

bảng 1.10.

Ảnh hưởng của số lượng NaOH trên đặc tính của

bột từ rơm lúa mì, T=170oC, t= 2 giờ, tỷ lệ dịch: 7:1.

Thành phần bột %NaOH10.5 12.0 14.0 16.8

Hiệu suất bột, %

-Thô 53 51,9 49,8 45,1

85

-Sàng 41,1 40,5 39,8 38,7Tro, % 5,2 4,4 3,1 2,3Lignin, % 7,6 6,2 4,7 2,7Pentosan, % 29,2 26,1 30,9 28,3Tổng clorin, % 11,4 11,5 8,6 3,7Bảng 1.9:Ảnh hưởng của số lượng NaOH trên đặc tính

của bột rơm lúa mì.

−Từ bảng 1.10, sự gia tăng hoa chất NaOH từ

10,5-16,8 giảm hiệu suất của bột thô, nhưng lại có ảnh

hưởng ít trên công đoạn sàn bột. Sự gia tăng hóa chất

sẽ giảm mức tẩy, nhưng gia tăng độ bền của bột.

Đặc tính của các loại bột từ các nguyên liệu rơm

khác nhau, số lượng NaOH sử dụng là 12%, thời gian

nấu là 2 giờ, P = 100 p.s.i, tyl lệ dịch là: 7:1 được trình

bày trong bảng 1.11.

Thành phần

bột

Loại rơm

Lúa Lúa

mì

Lúa

mạch

Ngũ

cốc

Yến

mạchHiệu suất bột,

%

-Thô

-Sàng

48,2

35,7

53,8

34,5

46,1

29,4

53,1

33,6

52,2

39,1

Tro, % 15,8 2,9 4,3 2,8 2,7Lignin, % 3,5 5,1 5,4 3,8 3,9Chỉ số K 10,6 17,7 16,7 14,7 13,1Trị số Roe, độ 2,3 4,5 4,6 3,1 3,4

86

clo hóa Bảng 1.10:Đặc tính của các loại bột từ các loại ngũ cốc

khác nhau

Theo tác giả Atchison, một xử lý bột sử dụng ở Ý,

nguyên liệu rơn thì được xà phòng hóa lạnh với 10%

NaOH và tiếp theo giữa trong bể chứa 15 ngày. Bột

này phù hợp cho làm giấy bóng mờ, bởi vì thành phần

của hemicellulose cao do sự phân hủy ở mức trung

bình.

•Bột rơm rạ chất lượng cao xử lý với Na2SO3

Hiện nay, việc sản xuất bột đạt chất lượng ở mức

chấp nhận được là sử dụng rơm nấu bột trong dung

dịch chỉ chứa Na2SO3 là thành phần chủ yếu của dịch

nấu. Việc này ít ảnh hưởng chất lượng hơn so với bột

kiềm, hiệu suất cao hơn, độ bền của bột, đặc biệt là ít

bị nát hơn.

Ảnh hưởng của sự gia tăng hóa chất Na2SO3 trên

bột của rơm lúa mì được trình bày trong bảng 1.13. ự

có mặt của kiềm với Na2SO3 sẽ cải tiến độ bền, độ

trắng. Những loại bột thô có chất lượng tốt có thể làm

từ rơm lúa mì, nấu chỉ với 10% Na2SO3, 4% Na2SO3

bổ sung thêm 2% NaOH hoặc 2% Na2SO3 bổ sung

thêm 4% Na2CO3.

87

Thành phần bột % Na2SO3

7,9 9,4 11,0 12,6 13,7Hiệu suất bột, %

-Thô

-Sàng

57,8

49,9

56,1

50,2

57,2

51,5

55,6

49,2

57,4

49,9Tro, % 8,3 8,4 8,6 9,6 8,6Lignin, % 10,7 8,9 5,7 4,3 3,9Pentosan, % 23,3 23,0 25,5 24,4 28,1Tổng clorin, % 22,7 12,4 8,0 6,7 5,2Bảng 1.11:Ảnh hưởng của sự gia tăng hóa chất Na2SO3

trên bột của rơm lúa mì

Những loại bột cao cấp hơn, sử dụng khoảng 8%

Na2SO3 và 3% Na2CO3 . Tối ưu điều kiện nấu ở nhiệt

độ 170oC, thời gian nấu 2 giờ, và tỷ lệ nguyên liệu:

dịch nấu = 3:1 đến 7:1. Nấu ở áp suất P=40 p.s.i, nấu

đến khi mấu mắc của nguyên liệu vỡ ra và có thể sàn

được bột.

Hiệu suất bột thô là 62%, bột sau sàng là 54%.

Độ nghiền SR của bột chưa nghiền là 800-820. Kết

quả là bột rất háo nước do thành phần hemicellulose

cao và có độ chịu bục cao so với bột sulfit gỗ cứng.

Bột này có thể hỗn hợp với những loại bột gỗ hóa

khác để sản xuất giấy viết, giấy in sách, giấy in rô nê

ô.

88

Ở Ý những loại bột cao cấp trong thương mại

thường sử dụng 10% Na2SO3 và 5% NaOH, so với

trọng lượng của rơm. Bột rơm này nấu 8 giờ, T=

160oC, sau đó sàn và tẩy trắng. Hiệu suất bột cuối

cùng 42%, bột thô hơn hiệu suất khoảng 55-65% dùng

cho sản xuất giấy gợn sóng, giấy bìa, bằng phương

pháp sulfit trung tính.

•Đặc tính của bột rơm

Nói chung bột từ rơm không tẩy, có độ nghiền

thấp, dễ nghiền hơn và nghiêng nhanh hơn bột gỗ.

Bột rơm thường khó sàn hơn so với bột gỗ, sợi

mỏn hơn bột gỗ.

Bột hiệu suất sau khi sàn là 35-37%, độ bền sẽ

tương đương với bột sulfit từ gỗ mềm trong tất cả các

đặc tính vật lý ngoại trừ độ chịu xé thấp hơn bột gỗ.

Bột rơm sợi ngắn, trung bình dài khoảng 1,5mm,

nhưng tỷ lệ chiều dài sợi: đường kính cao.

−Cải tiếng phần lớn sự hình thành, độ phẵng nhẵng

và tỷ trọng cao của giấy, năng lượng nghiền tiêu hao

ít.

Bột hiệu suất cao, sản xuất giấy có sự hình thành

tờ giấy tốt, và đặc tính bề mặt rất tốt. Châu  và Nam

Mỹ sử dụng bột này vào những sản phẩm giấy trắng

89

chất lượng cao như là: giấy in trái phiếu, giấy viết, giấy

in hóa đơn, giấy in và giấy in nhiều lần.

Giấy làm từ bột này có khuynh hướng bị xơ khi ép

lần đầu. Chúng thường được phối trộn với một thành

phần cao của bột gỗ nấu hóa, nhưng không lên đến tỷ

lệ 75% của bột này.

Giấy từ bột này có thể sử dụng phối trộn cao trong

những loại giấy giấy bóng mờ và giấy chống lại dầu

mỡ. Không thích hơp cho làm giấy giỏ, giấy bao gói

mà có đặc tính chịu xé cao.

Bột rơm sử dụng trong in báo và sản phẩm có đặc

tính cao, có thể làm từ 50% bột rơm và 50% bột cơ.

Bột rơm thích hợp cho giấy gợn sóng vì độ cứng

cao, độ cứng cao là do thành phần hemicellulose cao

cua bột này và do điều kiện nấu bột. Trong một số loại

giấy gợn sóng, khoảng 10% bột kraft từ gỗ mềm được

pha trộn với bột rơm để tăng cường độ chịu xé.

•Bột từ cây gai (Pulping of Hemp)

Sợi gai cung cấp cho làm giấy là thu gom từ vải gai

phế liệu cho làm giấy.

Có 3 loại sợi gai chủ yếu cho sợi là gai (Cannabis

sativa), gai Manila (Mussa textiles), và gai (Agave).

90

Loại gai (Cannabis sativa) chứa sợi có chiều dài trung

bình từ 20-22 mm và rộng 22 µm.

Gai Mussa textiles sợi ngắn hơn, chiều dài sợi

khoảng 6mm, rộng trung bình khoảng 8 µm, gai

Agave chiều dài sợi ngắn hơn gai manila.

Gai manila là sợi gai sử dụng trong làm giấy, gai

(Cannabis sativa) ở Châu âu sử dụng cho làm giấy

cuốn thuốc lá, giấy in các loại kinh thánh và các loại

giấy mỏng khác.

•Điều kiện nấu

Điều kiện nấu là cần thiết để tách các chất sáp tự

nhiên, chất bẩn và làm cho sợi mềm.

Trước khi nấu sợi thô phải được cắt đến chiều dài

2,5 in bằng máy cắt.

Nấu thường trong nồi quay, xử lý kiềm hoặc hỗn

hợp 10% CaO và 5% Na2CO3 so với trọng lượng sợi.

Nấu ở P = 25 p.s.i trong thời gian 8-10 giờ.

Hiệu suất bột 50-65%

Hầu như bột gai thì không tay, nếu có tẩy thì tẩy

bằng hypoclorit.

•Ưu nhược điểm của bột gai

Bột từ cây gai nghiền sản xuất những laọi giấy độ

bền gấp cao.

91

Sử dụng bột này trong làm giấy giỏ, đặc biệt, giấy

bao gói đặc biệt, giấy cách điện, giấy giác quần áo,

giấy nhám, giấy đánh dấu, giấy làm gioăng đệm, giấy

carbon, có độ bền xé và độ cứng rất tốt.

•Bột từ cây đay (pulping of Jute)

Cây đay thường phát triển nhanh và có nhiều ở Ấn

độ.

Sợi đay dài bình là 2mm, đường kính khoảng 20

µm.

Cây đai làm bột ở dạng toàn bộ cây, nhưng nguồn

nguyên liệu cho làm giấy là bao đay cũ và ải sợi đay.

Nấu của đay thu hồi là cần thiết để tách sáp tự

nhiên, chất bẩn và các chất không tinh khiết khác.

Trước khi nấu đay phải được cắt ngắn và làm

sạch.

Nguyên liệu nấu trong nồi quay, sử dụng 8-15%

CaO so với trọng lượng khô của đay.

Áp lực nấu thường từ 20-30 p.s.i, thời gian nấu 8

-12 giờ.

Hiệu suất bột từ 60-65%.

Nguyên liệu sau nấu được rữa và tẩy.

Bột đay có độ vàng sáng, chiều dài sợi khoảng

2mm.

92

Giấy làm từ bột đay có độ bền tốt, dùng làm giấy

giỏ đặc biệt, giấy bao gói, giấy vẽ.

•Bột từ cây tre ( Pulping of bamboo)

Thành phần hóa học của tre có 4 loại vật chất chủ

yếu: tinh bột, pectin, lignin và cellulose.

Chiều dài sợi tre rất tốt, từ 2,16-3,78 mm; chiều

rộng từ 0,014-0,019mm

•Điều hiện nấu

Xử lý nấu kiềm là thích hợp nhất cho nguyên liệu

tre, xử lý sulfat cho kết quả tốt.

Những loại bột không tẩy thích hợp cho làm giấy

gói là xử lý sulfta một giai đoạn, từ 16-17% hóa chất ở

nhiệt độ 142-153oC và thời gian nấu là 5-6 giờ. Hiệu

suất bột là 50%.

Những loại bột chất lượng cao hơn, làm từ tre

bằng xử lý sulfat sử dụng khoảng 20-22% hóa chất,

nhiệt độ nấu 162-170oC, thời gian nấu từ 5-6 giờ. Hiệu

suất bột là 41-43%.

Phương pháp xử lý Gruco sử dụng dịch nấu gồm

75-80g /l NaOH, thêm vào 12-15 g/l Na2SO3 , tổng thời

gian nấu không quá 4 giờ, nhiệt độ nấu từ 140-160oC.

93

•Phương pháp xử lý Riatt: xử lý hai giai đoạn.

Xử lý các chất nhựa, pectin, chất béo, sáp bằng

1% kiềm ở 100oC và lignin được tách ở giai đoạn hai

bằng 4% kiềm ở 130oC.

•Một phương án xử lý khác là ngâm tre trong dịch nấu

từ 2-2,5 giờ ở nhiệt độ 115 đến 120oC, tiếp theo nấu

trong dung dịch NaOH 5% trong 2 giờ, nhiệt độ

140-160oC.

2.1.Phương pháp sản xuất bột Kraft

Nguyên tắc của phương pháp là nấu gỗ hoặc các

thành phần tương tự với dung dịch kiềm gồm NaOH

và Na2S ở nhiệt độ cao để làm mềm lignin và tách xơ

sợi tạo thành huyền phù đồng nhất trong nước. Sau

quá trình nấu người ta còn thu được dung dịch có màu

rất sẫm gọi là dung dịch đen mà sau khi đốt sẽ cho

một nguồn năng lượng được tái sử dụng rất lớn.

94

2.10.1.Quy trình sản xuất bột Kraft

Hỗn hợp dăm gỗ và dung dịch hóa chất được cho

vào thiết bị nấu gián đoạn hoặc liên tu6c có gia nhiệt

ổn định 2-6 giờ từ 105-1700C tuỳ theo loại giấy và

công nghệ. Tỷ lệ NaOH:Na2S = 2-4. Sau khi nấu, gỗ

chín mềm gọi là bột giấy được thổi ra máy sàng bằng

áp suất cao làm cho các xơ sợi được tách ra để loại

xơ sợi không đạt yêu cầu, cuối cùng là giai đoạn rửa,

sàng, tinh chế và làm đặc bột.

Thông số kỹ thuật phải quan tâm theo dõi trong

suốt quá trình là hàm lượng lignin được đo bằng chỉ số

Kappa (Test TAPPI T236) hay Klason (Test TAPPI

T222) và độ trùng hợp của cellulose qua chỉ số độ

nhớt của dung dịch (Test TAPPI T238).

Các phản ứng hóa học chính xảy ra trong quá

trình là phản ứng cắt mạch và hòa tan lignin. Phản

ứng cắt mạch cellulose là phản ứng phụ làm giảm hiệu

suất của quá trình và chất lượng bột giấy.

95

Thiết bị nấu

Sàng thô

Rửa Sàng tinhĐậm đặc

Cô đặc

Lò đốt thu hồi hóa chất

Dịch nóng chảy

Bể

hòa

tan

Kiểm hóa

Dịch trắng

Bột sunfat

Bột gỗ “sống”

Dăm gỗ sạch

Dịch đen

Sunfat Natri

Hình 2.3: Sơ đồ quy trình sản xuất bột Kraft

2.10.2.Một số định nghĩa quy ước

−Nồng độ dịch nấu+Hàm lượng kiềm tổng = NaOH + Na2S + Na2CO3 +

0,5 Na2SO3 (tính theo Na2O)

+Hàm lượng kiềm hoạt động = NaOH + Na2S (tính

theo Na2O)

+Hàm lượng kiềm hữu hiệu = NaOH + 0,5 Na2S (tính

theo Na2O)

96

+Độ hoạt động = tỷ lệ phần trăm lượng kiềm hoạt

động/lượng kiềm tổng.

+Hiệu quả quá trình kiểm hóa (cho dịch trắng) =

NaOH/Na2S + Na2CO3

+Độ kiềm = NaOH/NaOH + Na2S (%)

+Độ sunfua = Na2S/NaOH + Na2S (%)

+Độ khử cho dịch xanh = Na2S/Na2SO4 + Na2S + các

hợp chất chứa lưu huỳnh.

+Phần muối sunfat không bị khử là phần Na2SO4 có

trong dịch xanh.

+Hóa chất tiêu tốn bổ sung là lượng Na2SO4 hay

những hóa chất chứa Natri khác được biểu diễn như

Na2SO4 được thêm như hóa chất mới cho sản xuất 1

tấn bột.

2.10.3.Các dung dịch sử dụng cho quá trình nấu

−Dịch trắng : là dung dịch ban đầu được nạp vào nồi

nấu gồm có NaOH 1M và Na2S 0,2M. pH của dung

dịch trắng này từ 13,5-14. Các hoá chất như Na2SO4,

Na2CO3, Na2S2O3 cũng có thể hiện diện do có sẵn

trong thành phần của gỗ hoặc hóa chất và gây ảnh

hưởng đến quá trình nấu. Hàm lượng OH- và HS- là

thông số cần phải kiểm tra suốt quá trình qua chuẩn

97

độ với acid HCl (Test ABC) để kiểm soát chất lượng

nấu bột.

−Dịch đen: là dịch thoát ra từ thiết bị nấu cùng với dăm

gỗ mềm, có màu sẫm và chứa các chất vô cơ, kim

loại, hữu cơ như acid và metanol…Trong dịch này lưu

hùynh bị oxy hóa thành SO42- và S2O3

2-.

−Dịch xanh: là dịch sinh ra từ những chất vô cơ nóng

chảy hòa tan trong nước ở thiết bị thu hồi. Thành phần

chủ yếu gồm các CO32- và OH- có thể chuyển qua dịch

trắng dùng điều chỉnh pH.

Bảng 1.12: Thành phần hóa học của dịch đen, trắng và xanh

Dịch trắng Dịch đen Dịch xanh

NaOH 53 6-7 8

Na2S 21 19 20

Na2CO3 15 36 60

Na2SO4 5 13 6

Na2S2O3 3 16 3

2.10.4.Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình nấu

Dưới tác dụng của các chất vô cơ có nhiều phản

ứng xảy ra trong quá trình nấu như phản ứng cắt

mạch của lignin thành các phân tử nhỏ hơn có khả

năng hòa tan, của các polyscrarit, các chất hưũ cơ,

98

trích ly có trong thành phần gỗ. Cellulose tuy bền trong

môi trường kiềm nhưng cũng bị giảm chiều dài mạch.

−Phản ứng của hydrat carbon

Đề Acetyl hóa: là phản ứng xà phòng hóa nhóm metyl

của các hemicellulose và xảy ra nhanh nhất.

−Oxy hóa và thủy phân : ở môi trường kiềm và

nhiệt độ cao nên các thành phần hydrat carbon rất dễ

bị oxy hóa hay tham gia phản ứng thủy phân.

−Phản ứng peeling: thể hiện sự mất mát hiệu suất khi

so sánh lượng lignin bị hòa tan với lượng không lignin

cũng bị hòa tan.

−Phản ứng của lignin

Trong môi trường kiềm lignin được tách ra. Hàm

lượng OH- và HS- ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất

tách. Thực nghiệm cho thấy rằng tách bằng Na2S thì

cho bột có hàm lượng lignin thấp. Dung dịch nấu

sunfat chứa 18,5g/lít Na2S hiệu quả hơn dung dịch nấu

bằng soda mặc dù phần hydrat carbon cũng hòa tan

nhiều hơn. Tác dụng của ion HS- trong quá trình này là

làm tăng tốc độ hoà tan lignin và mang tính đặc trưng.

−Phản ứng của cấu trúc β-O-4

99

OCH3

O

HC

HC OR2

CH2OH

OR1

OCH3

O-

HC

HC OR2

CH2OH

OR1

OCH3

O-

HC

HC OR2

CH2OH

SH

OCH3

O-

HC

HC

CH2OH

S

HO-HS-

OCH3

O-

HC

HC

CH2OH

S

OCH3O-

CH

CH

CH2OH

OCH3O-

HC

HC OH

CH2OH

SH

+ H2O

- S-

Hình 2.4:Phản ứng của cấu trúc β-O-4 trong quá trình

nấu bột sunfat

−Phản ứng của cấu trúc phenyl cumaran

100

Cấu trúc này không bị cắt mạch nhưng liên kết ete

bị bẻ gãy sẽ dẫn đến sự hình thành các nhóm phenolic

làm tăng tính tan của lignin.

2.10.5.Thu hồi dịch đen sau khi nấu

Chương 3

CHUẨN BỊ BỘT VÀ HÓA CHẤT

CHO SẢN XUẤT GIÂY

Chương 4

XEO GIÂY

101

11.1 GiớI thiệu máy xeo

Xeo giấy là công đoạn tạo hình tờ giấy. Công việc này

được thực hiện trên một thíêt bị đặc trưng gọI là máy

xeo. Thíêt bị máy xeo đầu tiên xuất hiện vào cuối thế

kỷ 18. Phát triển qua nhiều năm, kể từ những năm 70

của thế kỷ 20 đến naymay xeo giấy đã có những

bước phát triển nhảy vọt ( ví dụ vận tốc có thể đạt

1800m/phút, chiều rộng của lưới xeo có thể đạt10m).

Tuy nhiên chúng luôn có nững phần cơ bản như:

1-Phần cung cấp bột ( gồm hệ thống phân phốI bột

và thùng đầu)

2-Phần tạo hình (gồm lưới tạo hình hay gọI là lưới

xeo và các chi tiết hút nước)

3-Phần sấy (có khi trong phần này còn bố trí cả

phần xử lý bề mặt)

Trong chương này sẽ đề cập phần 1 và phần 2, gọI

là phầ ướt máy xeo.

Một máy xeo dài, như được minh ở hình 11.1 có cơ

cấu gồm những phần sau:

Hình 11.1 ********************

-Hệ thống phân phốI: giữ nhiệm vụ cung cấp huyền

phù bột từ hệ thống ống dẫn một cách đồng đều đến

trước máy xeo.

102

-Thùng đầu: sẽ cung cấp những tia bộtđồng nhất

cho một lưới tạo hình chyuển động liên tục (lưới

xeo).

-Lưới xeo dài: là một băng lưới chuyển động vô tận

(không có điểm kết thúc) và trên đó lớp đệm sợi sẽ

được hình thành khi nước được thoát qua lưới.

-Băng giấy sau khi được tạo hình sẽ đi qua một dãy

những trục ép để tách bớt nước và làm cho lớp đệm

sợi trở nên vững chắc hơn (do lúc này các sợi được

tiếp xúc dễ hơn).

-Phần nước còn lạI trong lớp đệm sợi kế đó được

cho bay hơi, liên kết sợi được phát triển khi băng

giấy tiếp xúc với một chuổI nhiều ống hình trụ có gia

nhiệt trong một buồng sấy.

-Giấy được cán qua những khe éptrục để giảm bề

dầy và làm cho tờ giấy phẳng hơn.

-Giấy sau khi sấy khô và cán l1ng được thành cuộn

lớn.

-Máy xeo dài theo như mô tả có thể được cảI tiến để

có những thiết kế thích hợp cho việc sản xuất nhiều

loại giấy. Ngày nay, trên những máy xeo hiện đại

còn trố trí thêm bộ phận gia keo, bộ phận tráng, bộ

phận ép quang…

103

11.2 Hệ thống phụ trợ

Bao gồm các bơm, để chuyển vận, đong đo, pha

loang, phốI trộn. Kế đến là hệ thống thíêt bị sàng,

tinh chế bột trước khi vào máy xeo. Sơ đồ hệ thống

phụ trợ đơn giản của máy xeo được minh họa ở

hình 11.2

Sơ đồ khái quát quy trình chuẩn bị huyền phù bột

cho máy xeo

Hình*********************

11.3Thùng đầu và bộ phận phân phốI bột cho máy

xeo

11.3.1Thùng đầu

Vai trò của thùng đầu là nạpnạp liệu huyền phù bột

vào lưới xeo nhờ hệ thống bơm. Huyền phù bột được

vận chuyển trong các ống dẫn, chảy qua những cửa

thoát có tiết diện hình chữ nhật đều đặn, đồng nhất vể

kích thước trên suốt chiều rộng lưới xeo và với tốc độ

rất ổn định theo hướng máy chạy. Vì sự tạo hình và độ

đồng nhất của sản phẩm giấy sau cùng phụ thuộc vào

sự phân tán đồng đều của sợi và chất độn, thiết kế và

điều kiện vận hành của thùng đầu là một chỉ tiêu quyết

định khẳ năng làm việc của một máy xeo. Những

nhiệm vụ chính của thùng đầu cần phải đạt là :

104

1-Đưa huyền phù bột lên máy xeo một cách đồng đều

trên suốt chiều ngang của máy.

2-Đồng nhất được các dòng chảy và nồng độ huyền

phù bột

3-Đồng nhất được tốc độ dòng bột theo hướng chạy

của máy

4-Tạo và kiểm tra được chế độ chảy rối, ;oạI bỏ được

hiện tượng kết tụ sợi trong huyền phù.

5-Nạp huyền phù bột cho lưới xeo qua hệ thống các

môi phun với độ mở và độ nghiên thích hợp của môi.

Ngoài ra những thông số về thiết kế cũng rất quan

trọng đốI với sự vận hành máy như :

-Độ sạch

-Tính dễ vận hành

-Tính chính xác trong kiểm tra các hoạt động của

thùng đầu

-Tính ổn định về hình dạng, độ mở của mộI phun.

Thùng đầu có thể được phân loại tùy theo yêu cầu về

tốc độ nạp liệu huyền phù bột cho lưới xeo, như loại

thùng đầu hở và thùng đầu kín (còn gọI là thùng đầu

áp lực). Loại thùng kím gồm 2 kiểu thíêt kế là thùng kín

đệm khí và thùng kín thủy lực. Kiểu đệm khí củ hơn, là

loại thùng kín có mực huyền phù bột thay đổi. Kiểu

105

thủy lực thì hiện đại hơn, là loại thùng được nạp đầy

hòan toàn.

Trong loại thùng đầu thủy lực, tốc độ phun bột vào lưới

được điều chỉnh bằng áp suất của bơm nạp liệu.

Trong loại thùng đầu đệm khí, năng lượng phun bột

cũng được đều chỉnh bằng áp suất của bơm nhưng

mực chất lỏng phải được duy trì, cột áp bị giảm dần

bởI áp suất không khí trong vùng không gian nằm trên

mực chất lỏng. Áp suất tổng cộng trong thùng đầu

được xác định theo tốc độ tia bột từ mộI phun, theo

phương trình Bernoulli

V=K* *****

Tia bột khi ra khỏi môi phunsẽ bị biến dạng, như bề

dày sẽ giảm đi hay dòng bột có khuynh hướng dốc về

phía dưới. Bề dày dòng bột từ môi phun và vận tốc tia

phun sẽ xác định lưu lượng bột thoát ra từ thùng đầu.

Độ mở môi phun không biểu thị trực tiếp bề dày của tia

bột, nên sự co của tia bột phải được xem xét nếu như

tốc độ dòng được tính toán

hình 11.3: Mặt cắt ngang của thùng đầu hở

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

hình 11.4 thiết kế thùng đầu kín đệm khí

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

106

hình 11.5 hình chụp phía trong một thùng đầu kín đệm

khí

Trong loại thùng đầu hở, có trang bị những tấm chặn

để điều chỉnh dòng. Loại thùng đầu này được sử dụng

ở những máy xeo cũ có tốc độ thấp (<300m/phút). Áp

suất của cột chất lỏng được sử dụng để điều chỉnh

vận tốc phun bột thích hợp. Hình 11.3 là sơ đồ thiết

kế` cơ bản của một thùng đầu hở đơn giản. Khi tốc độ

máy xeo gia tăng, việc tăng chiều cao huyền phù bột

trong thùng trở nên khó khăn và lúc này sử dụng loại

thùng kín sẽ thuận lợI hơn. Một loại thiết kế củ nhưng

cơ bản của thùng đầu kín đệm khí được minh họa ở

hình 11.4. Hoạt động của các loại thùng kín phụ thuộc

vào chuyển động quay, các trục có đục lỗ để tạo nên

sự chảy rối và để điều chỉnh tốc độ. Ngoài ra, còn có

bố trí buồng phốI trộn bột, là nơi tiếp nhận bột từ hệ

thống phân phối. Kế tiếp buồn phốI trộn là một chổ thắt

– thực chất là một khe hẹpđiều chỉnh được. Khe này

giữ vai trò quan trọng, nếu khe quá rộng dòng bột có

tốc độ cao từ các ống dẫn sẽ khá bền khi chảy qua

khe này. Còn nếu khe quá hẹp có thể gây ra sự chảy

rối. Hình 11.5 là hình chụp phía bên trong thùng đầu

loại đệm khí.

107

Hình 11.6 và 11.7 minh họa hai thiết kế phổ biến loại

thùng đầu thủy lực. Trong loại này, các trục đục lỗ chỉ

được sử dụng một cách hạn chế (vì với các trục này

sẽ gây ra hiện tượng sợi bị vướng vào các lỗ và gây ra

sự bất ổn định cho dòng chảy). Lực chuyển dịch sẽ

cung cấp sự chảy xoáy và làm xáo trộn khốI bột.

Hình 11.6 Thùng đầu thủy lực “ Converflow”

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

11.3.7 Sự vận hành của thùng đầu

Thông số vận hành chính cửa thùng đầu là nồng độ và

nhiệt độ của huyền phù bột, tỉ số tốc độ tia bột/tốc độ

lưới. Thông thường,nồng độ bột được giữ đủ thấpđể

có sự tạo hình tốt, nhưng nồng độ này phải hoàn toàn

thương thích với khẳ năng thoát nước trên lưới xeo và

cho phép một sự bảo lưu thích hợp các thành phần

mịn trong huyền phù bột. Do nhiệt độ cao sẽ cảI thiện

khẳ năng thoát nước, nhiệt độ và nồng độ bột là hai

thông số có liên quan với nhau. Định lượng giấy có thể

được điều chỉnh bằng cách tăng hay giảm mở của

môi phun. Vì lưu lượng bột được kiểm tra chỉ bằng

van định lượng, việc thay đổI độ mở môi phun sẽ ảnh

hưởng cơ bản lượng nước trắng thoát qua lưới xeo. Tỉ

số tốc độ tia bột/tốc độ lưới thường được điều chỉnh

108

đến giá trị xấp xỉ bằng 1 để có được sự tạo hình tốt

nhất. Nếu tốc độ tia bột <tốc độ lưới,ta nói băng giấy

được hình thành theo kiểu “kéo dãn”. Nếu tốc độ tia

bột > tốc độ lưới, ta nói băng keo giấy được hình

thành theo kiểu “chùng sợi”. Đôi khi cần phải “kéo dãn”

hay “chùng sợi” một ít băng giấy trên lưới để cảI thiện

độ thoát nước hay thay đổI sự định hướng của sợi.

Thực tế không đo được tốc độ tia bột nhưng có thể

điều chỉnh nó dựa vào áp lực thùng đầu.

11.4 QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH TỜ GIẤY

11.4.2 Lưới xeo dài

Phần lưới của máy xeo dài (gọI là máy xeo)được minh

họa ở hình 11.19. Lưới xeo là một băng lưới chạy vộ

tận được dệt rất mịn. Cho đến cuối năm 1960, chỉ có

loại lưới bằng kim loại ( thường là thau phopho). Ngày

nay phần rất lớn các lưới xeo được làm bằng chất dẻo

thay thế cho lưới kim loại vì thờI gian sống của chúng

kéo dài hơn rất nhiều lần (cao hơn khoảng 10 lần so

với lưới kim loại).

Lưới xeo chuyển động giữa hai trục lớn – trục ngực bố

trí ngay cạnh thùng đầu và trục bụng bố trí ỡ đầu bên

kia lưới. Trục ngực là trục đặc rất đanh cứng và giữ

vai trò là chỗ đỡ lưới trên máy xeo dài. Trục bụng là

109

trục rỗng có đục lỗ chứa một hay hai hộp chân không

để hút nước từ lớp đệm sợi. Phần lớn trong các

trường hợp, lực tác dụng để làm chạy phần lưới được

truyền động vào trục bụng và trục ngực. Có nhiều chi

tiết được lắp đặt giữa trục ngực và trục bụng làm

nhiệm vụ đỡ lưới và tách nước. Các chi tiết này được

bố trí theo nhiềI kiểu khác nhau phụ thuộc vào từng

yêu cầu cụ thể.

Hình 11.19 Thiết kế tổng quát máy xeo dài phần ướt

**********

Phần lớn các máy xeo dài ngày nay đều có một tấm

định hình đặt dướI lưới ngay sau trục ngực, tiếp theo

đó là một số tập hợp những dao gạt nước, những trục

đỡ vả tấm chặn. Lưới xeo kế đến sẽ qua những chi tiết

có độ chân không tăng dần, như từ những hộp hút ướt

đến hộp hút chân không khô và sau cùng là trục ép có

độ chân không cao.

Ngoài ra, còn có trục chuyển hướng dễ dẫn lưới quay

về phía trục ngực. Trục căng, trục dẫn để kéo căng

lưới và duy tri lưới ở đúng vị trí. Một số vòi nước

được bố trí để rửa sạch lưới, tránh hiện tượng lưới bị

bít lỗ .

110

Trên những máy tốc độ chậm (<400m/phút) có thể lấp

đặt thêm những hệ thống “trợ tạo hình “(xem phần

11.4.5) như là có khả năng gây ra sự dao động cho

lưới xeo theo chiều ngang. Hoặc còn có bố trí gờ cao

su ở hai bên mép lưới xeo để giữ huyền phù bột

không bị chảy tràn ra hai bên lưới. Tuy nhiên, các hệ

thống trợ tạo hình này không thể hiện rõ vai trò trên

máy xeo tốc độ cao vì sự tạo hình gần như tức thờI.

1-Trục ngực

Còn gọI là trục đảo chiều chuyển động của lưới. Được

định vị ngay dướI môi phun, đường kín của nó phụ

thuộc chiều rộng máy xeo và có độ bền cao để có thể

chịu được áp lực của lưới xeo tác dụng lên nó. Trục

ngực trên các máy xeo hiện đại có phủ cau su. Trục

ngực được trang bị kèm theo một dao gạt nước ở

trạng thái “lắc lư” có nhiệm vụ giữ cho trục được sạch

và để lấy đi lớp nước. Một vòi rữa cũng thường được

đặt dướI môi phun để nạp đầy nước cho khoảng

không gian giữa môi vả trục ngực. Nước sẽ đuổI khí

qua các lỗ lưới, vì sự có mặt của khí là đều hoàn toàn

không có lợI, khí nó bị lẫn trong huyền phù bột sẽ có

thể gây ảnh hưởng xấu cho quá trình thoát nước trên

111

lưới, sẽ sinh bọt và làm xuất hiện những lỗ trống trên

giấy.

2- Tấm định hình

Khoảng các giữa trục ngực và chi tiết hút nước ầu tiên

ảnh hưởng nhiều đến sự tạo hình cho tờ giấy. DướI

tác dụng của trọng lượng và áp suất của lớp bột được

cung cấp từ thùng chứa lưới sẽ bị võng do trong

khoảng không gian này nó không được nâng đỡ bởI

một chi tiết nào cả. Như vậy khi lưới qua chi tiết hút

nước đầu tiên sẽ có sự thay đổI khá đột ngột về đặc

tính thủy lực và chính sự thay đổI này sẽ gây ra sự

bất ổn định thủy lực và có ảnh hưởng xấu cho sự định

hình tờ giấy. Hiện tượng này khá rõ đốI với máy xeo

rộng và vận tốc cao với trục ngực có đường kính lớn

(để tránh sự uốn) và như vậy khoảng cách đến chi tiết

hút nước đầu tiên là khà dài. Tấm định hình đã được

đưa vào khoảng không gian này để đỡ lưới, tránh hiện

tượng võng. Những tấm định hình đầu tiên là những

tấm kim lọai đơn giản với nhiệm vụ chính là đỡ lưới

xeo, còn đốI với sự tạo hình tờ giấy vai trò của nó còn

rất hạn chế. Các tấm định hình được chế tạo gần đây

là sự kết hợp của nhiều tấm kim loại, nhiệm vụ của nó

được nhân đôi – đỡ lưới và làm chậm quá trình thoát

112

nước ở giai đoạn đầu, nhằm làm giảm sự mất mát

thành phần mịn, chất độn và cảI thiện sự tạo hình. Vị

trí tương đốI của tấm định hình đốI với trọng tâm của

trục ngực cũng là một thông số quan trọng, nó được

xác định tùy thuộc vào tốc độ của máy xeo và vị trí

tương đốI của hai môi phun. Hìng dạng của dao gạt

đầu tiên trên tấm định hình cần thỏa điều kiện là cho

phép bố trí được tấm định hình rất gần với trục ngực

để có thể tốI ưu được gốc phun của tia bột thuận lợI

cho sự tạo hình. Chính do sự thoát nước bị chậm lạI,

mà máy xeo dài cần có những bộ phận hút nước tiếp

theo sau đó. Vật liệu chế tạo tấm định hình cũng là

một yếu tố quan trọn, nó cần có độ bền đặc biệt cao vì

sự mài mòn của nó ảnh hưởng trực tiếp đến sự tạo tờ

giấy.

hình 11.20 Tấm định hình

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

Tấm định hình được sử dụng đặc biệt cho loại máy

xeo vận tốc thấp và trung bình …ĐốI với những loại

máy vận tốc cao thì trong một số trường hợp đặc biệt,

một quá trình thoát nước quá nhanh không thích hợp

như không đủ thờI gian cho sự phân bố đồng đềucủa

sợi trên lưới, hay có quá nhiều các phần tử mịn bị kéo

113

qua lưới, hoặc có hiện tượng gây ra vết lưới trên giấy

(do băng giấy ép sát vào lưới) và điều này còn gây khó

khăn cho việc bóc lớp giấy khỏi lưới, kết quả là làm

đứt giấy.

3- Trục đỡ và tấm chắn

Tiếp sau tấm định hình, nhiều chi tiết hút nước đã

được bổ sung để tách nước và để tạo ra sự xáo

trộnbảo đảm cho sự tạo hình được tốt. Trước hết phải

kể đến trục đỡ. Cho đến trước năm 1960, trên máy

xeo dài hầu như chỉ sử dụng trục đỡ trong vùng thoát

nước tự nhiên

(không cưỡng bức bằng chân không) để khơi màu cho

sự định hình trên máy xeo. Chúng tách nước nhờ

chân không hình thành từ góc nước giữa trục và lưới,

đồng thờI nó cũng đỡ lưới. Đây là những trục rỗng

bằng đồng, thép hoặc nhôm và thường được phủ lớp

cao su phía ngoài để cảI thiện độ thoát nước và tránh

sự mài mòn cho cho lưới. Chúng phải thật thẳng, đanh

chắc và cân bằng về mặt động học. Vì bất kỳ một dao

động hay uốn vẹo nào dù nhỏ đều gây ra những ảnh

hưởng xấu đến sự tạo hình của tờ giấy

Hình 11.21 Minh họa góc nước tạo thành với trục đỡ

114

Độ bền động học của một trục quay được xác định bởI

chiều dài và đường kính của nó. Khi chiều dài tăng độ

bền sẽ giảm và khi đường kính tăng độ bền sẽ tăng.

Từ đây ta thấy rằng đốI với những máy xeo càng rộng

và tốc độ càng lớn, đường kính các trục đỡ sẽ càng

tăng.

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng khi trục đỡ quay

được xác định bởI chiều dài và đường của nó. Khi

chiều dài tăng độ bền sẽ giảm và khi đường kính tăng

độ bền sẽ tăng. Từ đây ta thấy rằng đốI với những

máy xeo càng rộng và tốc độ càng lớn, đường kính

các trục đỡ sẽ càng tăng.

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng khi trục đỡ quay và

tiếp xúc với lưới xeo , nó sẽ tạo nên một độ chân

không tại góc thoát giữa trục và lưới – gọI là góc

nước. Góc nước sẽ dài ra khi đường kính trục càng

tăng. Độ chân không này chính là động lực hút nước

nhưng đồng thờI cũng làm cho lưới bị võng xuống. Độ

lớn của chân không sinh ra được xác định bởI tốc độ

quay của trục. H11.22 cho ta thấy biểu đồ của chân

không tạo ra từ một trục đỡ quay với tốc độ

600m/phút và 750m/phút. Chân không sinh ra được đo

và được tìm thấy xấp xỉ *V2/2R, với R là bán kính trục

115

và V là tốc độ của lưới. Độ chân không này không ảnh

hưởng đốI với sự thoát nước của đệm sợi, nghĩa là

profix áp suất độc lập với độ ẩm của lớp đệm sợi cũng

như các thông số liên quan quá trình thoát nước

Hình 11.22 Độ chân không tạo được từ hai trục đỡ có

vận tốc quay khác nhau

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

Khi tốc độ quay của trục tăng (750m/phút),chân không

sinh ra lớn, góc nước lớn và gây ra hiện tượng nước

bị bắn ngược từ mặt dướI lưới và như vậy sự tạo hình

bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Tuy nhiên, cũng cần nói

thêm rằng hiện tượng bắn ngược trở lạI lưới có thể

xãy ra ở tốc độ thấp hơ, ví dụ 390m/ phút nếu như

dòng bột từ thùng chúa không ổn định.

Để có thể giảm độ chân không sinh ra từ các trục đỡ,

ở phần đầu của vùng tạo hình, các trục thường được

khắc rãnh vì chân không chỉ được sinh ra tại chỗ tiếp

xúc giữa trục và lưới. Về số lượng các trục đỡ, nó phụ

thuộc vào tốc độ máy. Các rãnh thường có bề rộng

khoảng 3-6mm và sâu khoảng 1.5-9.5mm

Ở những máy có tốc độ qúa cao, nước được kéo theo

qua lưới do không đủ thờI gian chảy xuống trước khi

đến trục đỡ kế tiếp, sẽ bám vào mặt trục đỡ. Và dướI

116

tác động của lực ly tâm nó được bắn ngược trở lạI mặt

dướI lưới và làm hỏng quá trình tạo hình. Để trách

hiện tượng này các tấm chắn nước đã được đưa vào

giữa các trục đỡ.

Hình 11.23 *********

Tấm chắn được bố trí giửa các trực đỡ tấm chắn (a)

(b) tấm chắn kết hợp dao gạt

Những tấm chắn nước đầu tiên chỉ là những lá kim

loại đơn, được đặt rất sát với lưới nhưng không đụng

lưới. Chúng hứng phần nước được hút từ trục đỡ và

làm lệch hướng chảy của nó, như vậy làm cho nó cách

xa hơn góc và tạo giữa lưới và trục đỡ kế tiếp. Cách

giảI quyết này được xem là hiệu quả cho đến khi tốc

độ các máy xeo giấy tăng quá cao, đến giớI hạn mà ở

đó độ đanh chắc của tấm chắn nước không còn đạt

yêu cầu nửa. Nước lạI thoát qua đỉnh của trục đỡ kế

tiếp với một lượng đáng kể gây ra ảnh hưởng xấu cho

quá trình tạo hình. Giai đoạn tiếp theo của những cảI

tiến khoa học kỹ thuật là việc chế tạo những tấm chắn

nước loại một đỉnh và hai đỉnh. Những tấm chắn này

được đặt tiếp xúc với lưới, hứng nước từ lưới xeo hiệu

quả hơn. Tấm chắn nước thường được bố trí trong

một cái hộp để tăng độ bền và độ ổn định hơn, sẽ

117

không bị lệch hay bị võng trong quá trình sử dụng, vì

bất kỳ một sự biến dạng nào đều có ảnh hưởng đến

sự tạo hình.

Hình 11.24 tấm chắn kiểu một đỉnh a và hai đỉnh b

Hình******************

4- Dao gạt nước

Như phần trên đã trình bày, một độ chân không

cao có thể được hình thành từ những trục đỡ với

những vận tốc cao. Nhưng thật không dễ dàng kiểm

soát nó và ngườI ta đôi khi không thể giảI quyết được

những trục trặc gặp phải trong quá trình định hình cho

tờ giấy. Và từ đó có nhu cầu sử dụng thêm những chi

tiết hút nước mớI khác. Trong số này, được kể đến

trước tiên là dao gạt nước thủy lực được cộng bố vào

năm 1956. Những chi tiết hút nước mớI này tạo ra một

độ chân không thấp hơn nhiều và do vậy ít gây ảnh

hưởng xấu cho sự tạo hình trên lưới xeo. Dao gạt

nước có thể được mô tả một cách khái quát là một

tấm kim loạI cố định và đanh chắc, nó đỡ lưới trên một

khỏang ngắn và tạo với lưới một góc rất nhỏ (<40)

nhằm mục đích tạo nên góc nước có vai trò giảm áp.

Để giảm ăn mòn cho dao gạt, ngày nay ngườI ta đưa

118

vào miếng đệm bằng vật liệu ceramic ở chổ chịu mài

mòn nhất hay là chổ tiếp xúc với lưới.

Hình 11.25*******************

Hình 11.26************************

Biểu đồ so sánh áp suất của dao gạt nước và của trục

đỡ được trình bày ở hình 11.27 ta thấy rõ rằng sự

thoát nước với dao gạt êm dịu hơn nhiều so với trục

đỡ (độ chân không kém hơn). Vết lưới trên mặt giấy

nhờ vậy được giảm nhiều

Hình 11.27a*************8

Hình 11.27b**********

Lượng nước lấy đi từ mộ dao gạt nước ít hơn là từ

một trục đỡ, tuy nhiên dao gạt nước chiếm một không

gian nhỏ hơn nhiều so với trục đỡ. So sánh trên cùng

một chiều dài lưới xeo. Thể tích nước thoát với dao

gạt lớn hơn 50%. Hơn nữa góc của dao gạt có thể

được tăng hoặc giảm để thay đổI độ chân không khi

muốn điều chỉnh sự khuấy đảo trên lưới xeo cũng như

là lượng nước thoát. Kết quả nghiên cứu cho thấy

rằng quá trình thoát nước hiệu quả khi dao gạt có bề

mặt cong hơn bề mặt phẳng.

Hình 11.28************

Hình 11.29***********8

119

Biểu đồ so sánh áp suất của nhiều loạI dao gạt nước

và của trục đỡ được trình bày ở hình 11.28 và hình

11.29.Từ đây ta thấy rằng với trục đỡ, độ chân không

tăng rõ khi tốc độ máy tăng. ĐốI với các dao gạt

nước, độ chân không và tốc độ máy có mốI quan hệ

phức tạp hơn tùy thuộc vào thiết kế dao gạt. Như đốI

với loại dao gạt có bề mặt lõm (loạI thế hệ thứ hai),

cường độ chân không tạo thành không cao nhưng lạI

có hiệu lực trên một đoạn lưới dài và do vậy nó vẫn

bảo đảm một quá trình thoát nước hiệu quả. Cường

độ chân không của dao gạt nước sẽ tăng vớI góc vát

của dao gạt và chiều dài dao gạt. Chân không của dao

gạt tỉ lệ thuận vớI bình phương tốc độ máy. Tuy nhiên

khác vớI trục đỡ là lực chân không của dao gạt tăng

khi độ kháng thoát nước của lớp đệm sợI tăng. Ví dụ

một dao gạt bố trí ở gần cuối lưới (đầu khô) sẽ cho độ

chân không cao gấp hai lần so vớI khi dao gạt đươc

đặt ngay sau tấm định hình

Nhưng việc sử dụng dao gạt nước gây ra một số vấn

đề như;

-Sự ma sát giữa dao gạt nước vớI lưới sẽ làm hư

hỏng hoặc lưới hoặc mặt trên dao gạt

120

-Qúa trình thoát nước của nó sẽ rất chậm khi vận tốc

dướI 250m/phút.

-Trong một số trường hợp vẫn phảI bố trí thêm vài trục

đỡ để tái tạo sự chảy rối cho huyền phù bột nhất là khi

bột được thủy hóa và chổI hóa khá lâu.

Ngoài ra, còn có một dạng dao gạt nước kết hợp hút

chân không nhằm cảI thiện khẳ năng thoát nước về

cường độ lẫn cự ly trên lưới xeo hình 11.30 so sánh

độ chân không của dao gạt nước có và không có hút

chân không.

Hình 11.30*****************

Hình 11.31****************

Hình 11.32*******************

5-Hộp chân không ướt

Qúa trình thoát nước từ các trục đỡ và dao gạt

nước không thể được điều chỉnh dễ dàng vì kích

thước của chúng được xác định theo vận tốc trung

bình của máy, ví dụ như trường hợp muốn có một quá

trình thóat nước thật nhanh để giấy được định hình

ngay sau khi huyền phù bột ra khỏi thùng chứa. Hộp

chân không ướt cho phép ta thực hiện và kiểm tra sự

thóat nước nhanh này. Xét về mặt cấu tạo có thể xem

đây là một dao gạt có kết cấu chân không, nó như một

121

cái hộp, có một bàn phẳng xẻ rãnh và một cửa thoát

nước.

Bề mặt tiếp xúc vớI lưới chiếm một khỏang nữa bề

mặt các khe để bớt trở lực của lưới. Sự giảm áp được

tạo nhờ một cột nước, thường có thể được hỗ trợ

thêm bằng một độ chân không nhưng việc thực hiện

phảI đảm bảo không có sự sục của không khí vào

huyền phù bột trên lưới ( như trường hợp của hộp hút

chân không khô) Trong lọai hộp chân không có loạI

giảm áp thấp, 25cm cột nước, phần khí bị kéo theo

nước trắng sẽ được tách trong một ống nốI thông vớI

phần đầu của hộp chân không. Còn trong loạI hộp

chân không có độ giảm áp cao, như 51 cm cột nước,

khí kéo theo nước trắng có thể được lấy đi nhờ bơm

chân không trong một hệ thống tách biệt vớI hộp chân

không. Độ giảm áp được giữ khá lâu, dướI 1 mét cột

nước, để có thể tách được nhiều nước mà không gây

xáo trộn gì cho lớp đệm sợi. Hình 11.33 là kết quả so

sánh giữa quá trình thoát nước từ dao gạt và từ hợp

chân không ướt.

Hình 11.33***************

7- Trục bụng

122

Trục bụng là chi tíêt hút nước cuối cùng trên mộ máy

xeo dài. Trục này hoạt động ở độ chân không cao,

khỏang 40-63cmHg tùy thuộc vào định lượng và chủng

loạI của sản phẩm giấy. Băng giấy trước khi qua trục

bụng có độ khô khỏang 12-18%và sẽ tăng đến 18-25%

sau khi ra khỏi trụ. Nước lấy đi tại trục bụng nhở lực

hút chân không đặt bên trong trục. Tại tốc độ thấp,

nước và không khí được kéo vào trục bụng qua hộp

hút chân không (lúc này phảI có hệ thống tách khí khỏi

hệ nước trắng của máy xeo). Khi tốc độ cao hơnsẽ có

thể gây ra hiện tượng nước qua lưới bị bắn do lực ly

tâm.Trong trường hợp này sẽ bố trí thêm một cái chặn

(wipe) để ngăn không cho nước bị bắn ngược lên

băng giấy trên lưới hoặc là bị bắn vào chỉnh lưới.

Hình 11.35**************

11.4.3Lưới xeo

Lưới xeo là loạI vật liệu dệt làm từ sợI polyester. Lưới

chạy trên một quỹ đạo không có điểm dừng trên máy

xeo và được dệt thành dạng ống (không có chỗ nốI).

Độ khít của của sợI, đường kính của sợI, độ chịu gấp

của sợi…rất đa dạng và cần chọn lựa loạI thích hợp

để đảm bảo chất lượng của sản phẩm giấy. Cấu trúc

vật liệu dệt gồm những sợI dọc là sợI định hướng

123

theo chiều chạy của máy và những sợI ngang. Chúng

được đan kết vớI nhau theo nhiều kiểu và ngày nay

lưới xeo thường có cấu trúc 2 hoặc 3 lớp. Những chức

năng cơ bản của lưới xeo là

-Làm mặt sàng để tách bỏ nước khỏi huyền phù

bột giấy

-Làm giá đỡ băng giấy và có độ bền cơ học thích hợp.

Sự thóat nước qua lưới xeo được đặc trưng bằng tỉ lệ

điện tích mở, độ thấm ướt của lưới, thể tích lỗ trống và

sự phân bố lỗ trống.Phụ thuộc vào yêu cầu của từng

loại giấy, loại máy mà cần có sự thoát nước mau hay

chậm và lưới xeo phải tương thích với các thiết bị

thoát nước trên máy xeo. Chức năng đỡ giấy của lưới

là khẳ năng giữ sợi và các thành phần khác trên mặ

lưới. Độ bền cơ học của lưới liên quan đến khẳ năng

chạy trên máy xeo trong một thởi gian dài mà không bị

kéo căng hay bị co rút. Các tính chất này đều có liên

quan với nhau nên cần được xem xét trong mối tương

quan.

11.4.4 Sự biến thiên thoát nước trên lưới xeo

Thông thường nước phải được thoát ra một cách

đồng đều trên lưới xeo, nghĩa là không có sự khác biệt

của những vùng chết và những vùng thoát nước quá

124

nhanh. Hình 11.36 là đường biểu diễn sự biến thiên

của lượng nước được tách ra dọc theo lưới theo chiều

máy chạy. Hiệu quả tương đối của vùng tạo hình trên

một máy xeo dài phụ thuộc chủ yếu những yếu tố sau:

Vị trí lắp đặt và loại chi tiết hút nước được sử dụng.

-Đặc điểm của lưới xeo

-Áp lực lưới

-Đặc điểm của huyền phù bột (độ nghiền, phụ gia…)

-Chiều cao lớp huyền phù bột

-Nhiệt độ nồng độ huyền phù bột

-Tốc độ lưới

HÌNH 11.36**********

HÌNH 11.37************

HÌNH 11.38************

Rõ ràng là để được mục đích, vị trí của các chi tiết hút

nước phải tương thích với đặc điểm của huyền phù

bột và của lưới. Ví dụ sự thoát nước bằng dao gạt thì

thực tế bị hạn chế bởi độ nghiền của bột hay chiều cao

của lớp huyền phù bột. Trong trường hợp sản xuất

giấy báo – là loại chảy chậm, việc tách nước có thể

làm tăng nồng độ bột tối đa là 2%. Với loại giấy dày

hơn (như một số loại bao bì), rất khó để đạt nồng độ

trên 1.5-1.7 .Tuy nhiên, với loại giấy mịn, nồng độ bột

125

có thể đạt được 3% mà không cần chi tiết hút nước.

Cần tìm cách để tách nước đến mức tối đa có thể với

những chi tiết tĩnh và chi tiết hút chân không êm dịu

trước khi sử dụng những chi tiết có độ chân không

cao. Phương án này cho phép giảm được mài mòn

cho lưới xeo và năng lượng tiêu tốn để kéo lưới. Bằng

khảo sát qua kính hiển vi, ta nhân thấy được sự khác

biệt rõ giữa mặt lưới (mặt dưới của giấy, tì trên lưới)

và mặt chăn (mặt trên) ủua băng giấy.(H.11.37)

Khái quát, có thể chia lưới xeo thành bốn phàn tách

biệt như biểu diễn trên hình 11.38. Sự thoát nước đầu

tiên xãy ra ở vùng nạp liệu, và vùng sát cạnh môi phun

như trên hình gọi là vùng xáo trộn, đây là giai đoạn có

ảnh hưởng chủ yếu đối với tính chất của tờ giấy.. Sự

thoát nước này phụ thuộc góc của tia phun bột và vị trí

của tấm định hình . Sự thoát nước ở đây được diễn ra

nhờ lực trọng trường và là một quá trình êm dịu. Ngoài

ra cũng có thể điều chỉnh để có` được sự thoát nước

thuận lợi hơn ở tấm định hình bằng cách chọn lựa

hình dạng các dao gạt hay tấm định hình cho phù hợp.

11.5 MÁY XEO LƯỚI ĐÔI

Cho đến năm 1950, tất cả các nhà máy sản xuất giấy

và bìa catong dều sử dụng máy xeo dài và máy xeo

126

tròn (máy xeo tròn sẽ được đề cặp ở phần sau). Tuy

nhiên, các loại máy này có hạn chế tốc độ và chất

lượng sản xuất giấy. Vào năm 1953, từ khám phá của

D.Webster, một số máy xeo lưới đôi đã được đưa vào

sử dụng. Khái quát đây là loại máy xeo có hai lưới và

băng giấy sẽ được hình thành giữa hai lưới này.

Phương án này cho phép hạn chế được tính hai mặt

của tờ giấy. Có thể phân loại các máy xeo lưới đôi

thành những nhóm sau

-Loại thay thế máy xeo dài

-Loại cải tiến máy xeo dài

-Loại cải tiến nhiều lưới

-Loại xeo giấy vệ sinh

11.5.1 Máy xeo lưới đội loại thay thế máy xeo dài

Trong máy xeo lưới đôi, môi phun của thùng đầu

được tiếp xúc ở khe hội tụ giữa hai lưới. Tuỳ thuộc

vào thiết kế của từng loại máy xeo, sự thoát nước giai

đoạn đầu có thể xãy ra theo một bên lưới hoặc cả hai

bên lưới. Động lực thoát nước là do áp suất được hình

thành từ lực ép ở giữa hai lưới và một số chi tiết hút

nước bố tríphía ngoài. Khi lớp đệm sợi được hình

thành trên cả hai mặt lưới,trở lục thoát nước gia tăng

dần và áp lực của huyền phù bột cũng gia tăng. Chiều

127

dài vùng tạo hình phụ thuộc vào tốc độ máy, định

lượng, khẳ năng thoát nước của huyền phù bột, cũng

như áp lực trên hai lưới và vị trí của các chi tiết hút

nước. Sự phân tán bột đồng đều trong thùng đầu là

thông số quan trọng vì băng giấy được hình thành gần

như tức thời ngay sau khi tia bột chạm lưới. Trong

trường hợp này, góc va chạm của tia bột đối với lưới

cũng giữ vai trò quan trọng, hơn cả đối với máy xeo

dài. Có ba cơ cấu cơ bản của thùng phun bột lưới đôi

là

-Kiểu dao gạt

-Kiểu trục

-Kiểu kết hợp dao và trục

Trong kiểu dao gạt, nước thoát nhờ các dao gạt được

sử dụng trên mặt lưới hội tụ để kiểm tra tốc độ của sự

hội tụ và cũng để hướng dòng nước ép ra chảy vào

các mâm hứng. Một loại máy xeo lưới đôi kiểu dao

gạt được minh hoạ ở hình 11.44

Hình 11.44***********

Hình 11.45***************

Trong kiểu trục sự hội tụ của hai lưới như là sự gói

phủ của các trục chồng lên nhau. Một loại máy xeo

lưới đôi kiểu trục được minh hoạ ở hình 11.45

128

Trong kiểu trường hợp, nước thoát theo cả hai cơ chế

của kiểu dao gạt và trục H.11.46 là minh hoạ của máy

xeo lưới đôi kiểu kết hợp

Hình 11.46*************

11.8 ÉP

Hình 11.51.***********

Mục đích cơ bản của quá trình ép trên máy xeo là tách

nước và làm tăng độ bền cho băng giấy ướt. Ngoài ra

còn có những mục đích khác như tăng độ nhẵn, giảm

độ khối hay tăng độ chặc. Hình 11.51 minh hoạ vai trò

của quá trình ép. Việc tăng độ bền cho băng giấy ướt

bảo đảm được sự vận hành của buồng sấy. Với

những loại giấy tương đối mỏng, nó sẽ được chuyển

từ lưới qua phần chăn có cấu trúc đặc biệt, rồi qua một

số khe ép trước khi vào phần sấy. Tăng độ vững chắc

cho băng giấy là một yếu tố rất quan trọng, sau ép sự

tiếp xúc giữa các sợi sẽ được gia tăng và như vậy liên

kết sợi sẽ được phát triển trong quá trình sấy. Độ ẩm

băng giấy trong quá trình ép thường được biểu diễn

theo nồng độ bột hay hàm lượng vật chất khô.

11.8.1Diễn tiến quá trình trong khe ép

129

Băng giấy được đi vào khe ép giữa hai trục, nó

được đỡ trong quá trình ép nhờ một chăn ép. Theo

định nghĩa của Wahlstrom, ép là một hiện tượng chảy

được kiểm soát bởi sự chảy của dòng nước giữa các

sợi và từ lớp tường tế bào sợi. Có thể xem xét quá

trình ép gồm bốn giai đoạn

Hình 11.52***************

Giai đoạn 1: bắt đầu quá trình nén của băng giấy

và chăn. Không khí được đẩy ra khỏi băng giấy và

chăn, không có sự phát triển của áp suất thuỷ lực và

do vậy không có động lực cho sự thoát nước.

Giai đoạn 2: băng giấy bão hoà và áp suất thuỷ

lực bên trong cấu trúc băng giấy làm cho nước di

chuyển từ giấy sang chăn. Giai đoạn này tiếp tục cho

đến giữa khe ép, khi mà áp suất tổng gần như đạt cực

đại. Và khảo sát cho thấy rằng áp suất thuỷ lực đạt

cực đại ngay trước điểm giữa khe ép một chút.

Giai đoạn 3: khe ép được nới rộng cho đến khi lực

ép thuỷ lực trong băng giấy bằng không, tương ứng

với độ khô cực đại của băng giấy.

Giai đoạn 4: Cả băng giấy và chăn đều được “nới

rộng” ra và băng giấy trở nên không bão hoà.Mặc dù

lúc này có hình thành một “áp suất “âm (tạo chân

130

không) trong cả hai cấu trúc, một số yếu tố làm cho

nước quay ngược từ chăn về băng giấy. Sự hấp phụ

nước này là một hạn chế cơ bản của quá trình ép tách

nước.

11.8.2 Gíơi hạn của quá trình ép

Hai yếu tố giới hạn qúa trình ép

Chương 5

KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG

BỘT GIẤY VÀ GIÂY

ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT CỦA BỘT GIẤY VÀ GIẤY;

Những sản phẩm thuộc loại giấy và bột giấy được biểu

thị đặc điểm và được trao đổI trên cơ sở của những

quy ước về tên gọI cũng như các quy trình kiểm tra

đánh giá. Điều này giúp cho việc trao đổi thông tin

được thống nhất và dễ dàng hơn. Trong khuôn khổ

giáo trình chúng tôi chỉ giớI thiệu một số thông số cơ

bản để đánh giá tính chất của bột giấy và giấy, nộI

dung chi tíêt của các phương pháp đánh giá có thể

tham khảo từ các tài liệu trong hệ thống kiểm định

chuẩn hóa của Việt Nam hay quốc tế.

131

1.6.1 Các hệ kiểm định chuẩn hóa trên thế giới

Các tổ chức hiệp hộI công nghiệp sản xuất bột

giấy và giấy trên thế giớI được víêt bằng tíêng Anh và

được gọI tên theo các chữ tắt, như:

TAPPI: Technical Association of the Pulp and paper

Industry.

CPPA-TS: Canadian Pulp and paper Association,

Technical Section.

SCAN: Scadinavian Pulp, Paper and Board Testing

Committee.

ASTM: American Society for Testing and Materials.

APPITA: Technical Association of the Australian and

New Zealand Pulp and Paper Industry.

MỗI tổ chức trên có hệ kiểm định riêng, nhưng phổ

biến và khái quát cho ngành giấy là hệ kiểm định

TAPPI và SCAN.

1.6.2 Mục đích việc kiểm tra, đánh giá:

Để đảm bảo được tính ổn định vho sản xuất và cho

sản phẩm, việc kiểm tra đánh giá được tiến hành ở

nhiều phân đoạn trong quy trình sản xuất với những

mục tiêu cụ thể khác nhau như: kiển tra nguyên liệu,

kiểm tra điều kiện vận hành, kiểm tra chất lượng sản

132

phẩm, kiểm tra các sự cố kỹ thuật hay lượng sản

phẩm bị hư hỏng, kiểm tra độ ô nhiễm môi trường….

Trong quá trình kiểm tra, yếu tố đặc biệt quan trọng là

độ chính xác. Để có những sai số ở mức thấp nhất,

các kiểm tra nên được thực hiện trên cùng một thíêt bị,

trong thờI gian ngắn, bởI cùng một người. Việc lấy

mẫu cũng quan trọng, thường nên lấy nhiều mẫu để

kiểm tra độ lập lạI của việc kiểm nghiệm.

1.6.3 Đánh giá tính chất của bột giấy

Co nhiêu phương phap đươc sư dung đê đanh

gia tinh chât bôt, liên quan đên chât lương, tinh thich

ưng đôi vơi qua trinh xư ly hay đôi vơi qua trinh sư

dung. Co thê xêp cac chi tiêu đanh gia thanh hai nhom

chinh la nhom cơ sơ va nhom ky thuât.

Cac chi tiêu đanh gia thuôc nhom cơ sơ bao gôm:

Chiêu dai sơi trung binh trong lương hay sư phân

bô sơi (weighted average fiber length)

Đô bên nôi tai cua sơi (intrinsic fiber strength)

Đô thô rap cua sơi (fiber coarseness )

Bê măt riêng va thê tich riêng (specific surface

and specific volume)

Đô chăt cua tơ giây ươt (wet compactability)133

Tinh khang loc (filtration reistance)

Điêm bao hoa cua sơi(fiber saturation point)

Cac chi tiêu đanh gia thuôc nhom ky thuât bao

gôm:

Chi sô kappa ( kappa number)

Đô nhơt dung dich xenlulô (cellulose sulution

viscosity)

Kha năng thoat nươc( drainability)

Mau va đô trăng(colour va brightness)

Đô sach (cleanliness)

Thanh phân sơi theo kich thươc( fiber

classification)

Tinh năng cơ ly cua bôt: đo khang đưt , đô buc, đô

khang xe, đô khang gâp…

CHI TIÊU ĐANH GIA TINH CHÂT GIÂY.

Co rât nhiêu loai giây vơi nhưng tinh chât, ưng

dung khac nhau va do vây co nhiêu phương phap

khac nhau đê đanh gia chung. Viêc đo đac nhưng

thông sô quan trong nhât , nhăm xac đinh kha năng sư

dung cua giây phu thuôc nhiêu vao thiêt bi đo. Giây co

ca hai tinh chât – đan hôi deo va hut âm. Vi vây bât ky

134

viêc đo đac nao co liên quan đên sư biên dang

mâu( khang xe , khang đưt…) thi kêt qua đo chiu phu

thuôc rât nhiêu vao tôc đô tac đông lưc. Môt sô chi tiêu

quan trong đê đanh gia tinh chât giây đươc trinh bay ơ

bang sau:

Tinh chât cơ hoc va

đô khang lưc

Đơn vi

Đinh lương g/m2

Bê day Mm

Ty trong g/cm3

Đô khôi cm3/g

Khang gâp (MIT) mN.m2/g

Khang xe mN.m2/g

Đô buc KPa.m2/

g

Chiêu dai đưt Km

Đô cưng (Gurley) MN

Đô dan dai %

Đô hâp phu năng

lương keo (TEA)J/m2

Đô mêm (Gurley – S/100ml

135

hill)

Tinh chât bê măt ml/ph

Đô thô rap (Sheffield)

Đô khang xu lông

Đô chiu ma sat

Đô chiu mai mon

Tinh chât quang hoc

(elrepho)

Đô trăng %

Đô che phu %

Đô bong %

Mau

Tinh thâm G/m2

Đô hô

Đô thâm dâu, chât

beo

Đô hâp thu nươc

Đô thâm khi

Đô thâm hơi nươc

136

2.4.1.

137

2.4.2.

2.4.3.

138